Los hidratos de gas

Parece ser que el intento de cubrir la fuga de crudo en el golfo de Méjico con una cúpula metálica han sido frustrados por la formación de hidratos de gas en el interior de la misma. Pero ¿qué son los hidratos de gas?

Definición

Los hidratos de gas son un tipo de sustancias químicas cristalinas que se originan de forma natural a partir del agua y de gases de poco peso molecular.  Tienen una estructura de jaula, que es agua en forma de hielo y el metano u otros gases como inclusión en la estructura.  Son sustancias sólidas similiares al hielo, sin embargo, se pueden formar a temperaturas sobre el punto de congelación del agua. Generalmente todos los gases (exceptuando el hidrógeno, helio y neón) forman hidratos, sin embargo, los más conocidos y abundantes en la naturaleza son los hidratos de metano.

Según los estudios, 1 metro cúbico de hidratos de metano en el depósito,  puede alojar más de 150 metros cúbicos de metano en condiciones estándar al nivel del mar.  Esto lo convierte en un potencial recurso energético, cuya extracción todavía presenta dificultades técnicas y económicas, pero sobre todo implicaciones medioambientales que no se pueden ignorar.

Origen

En la naturaleza, los hidratos de gas se pueden formar en los sedimentos de los fondos marinos y en tierra en las zonas de “permafrost” de las regiones Árticas del hemisferio norte.

La formación de hidratos de gas en los sedimentos de los fondos marinos está controlada por la temperatura, presión, composición de la mezcla de metano y de otros gases y la impureza iónica de los contenidos en los poros de las rocas sedimentarias del fondo marino. Aparentemente, la mayoría de los hidratos marinos estan restringidos a los bordes de los continentes, donde el fondo es lo suficientemente profundo y donde las aguas ricas en nutrientes descargan materiales orgánicos parcialmente en descomposición,  de tal forma que las bacterias lo convierten en metano. Con la  mencionada combinación de presión y temperatura, estas moléculas de metano pueden ser atrapadas por jaulas cristalinas de hielo, y se forman depósitos de hidratos de gas.

Los hidratos de gas también se encuentran cerca de la superficie terrestre en las regiones permafrost debido a las bajas temperaturas del lugar. Los depósitos permafrost de hidratos de gas han sido hallados en el oeste de Siberia y en Norte de Alaska.

Posibilidades de explotación

Los depósitos conocidos están en entornos bastante hostiles desde el punto de vista de la posible extracción. Se trata de lugares donde los humanos no pueden funcionar sin equipos y protección especiales.  Pero, además del problema general de accesibilidad a los yacimientos, existen otras cuestiones que hasta ahora han impedido el uso de este recurso. Al contrario de lo que sería deseable, los hidratos de gas se encuentran generalmente dispersos en grandes volúmenes de material sólido. Además dado que el gas natural está atrapado en el material helado, se necesita energía para liberarlo y traerlo a la superficie, por lo que de momento, su extracción resulta inviable económicamente.

Influencia en el cambio climático

Dentro de los gases conocidos como de efecto invernadero, el metano es más perjudical que el CO2, puesto que absorbe hasta 25 veces más que éste la energía calorífica del sol. Según las estimacion el metano contenido en los oceanos en forma de hidratos es del orden de 3000 veces el contenido de la atmósfera. A la vista de estos datos es fácil deducir el peligro potencial que suponen estos depósitos submarinos, de favorecer enormemente el efecto invernadero si se liberasen. Un gran deslizamiento submarino puede provocar la salida de cerca de 5 gigatoneladas de metano desde los fondos hasta la atmósfera, según estimaciones realizadas en el deslizamiento de Storegga, en Noruega. Una decena de estos deslizamientos submarinos en varias zonas del planeta, pueden provocar el mismo efecto, o aun mayor, que el provocado por la emisión de CO2 durante todo el siglo XX.

En el continente antártico, se han descubierto importantes acumulaciones de hidratos submarinos, entre ellas en la Península Antártica y en las islas Shetland del Sur. Por el momento, la temperatura de las aguas favorece la estabilidad de los hidratos,  pero la desestabilización de los hidratos en estas áreas supondría ser un factor añadido para el calentamiento global, ya que, coinciden el agujero de ozono estable y una de las mayores zonas potenciales de fusión de los casquetes polares del planeta como es el Mar de Weddell.

Mis conclusiones

Es evidente que de poder extraer este metano en condiciones de seguridad, se obtendría una nueva fuente de combustible que paliase parcialmente la paulatina desaparición del petróleo, sin embargo la combustión de este metano generaría igualmente emisiones de CO2, aumentando el famoso efecto invernadero. Por otra parte, los posibles escapes de metano que se produjeran durante su extracción y explotación no harían más que agravar la situación. Es por esto que personalmente considero que sería necesario estudiar hasta el último detalle, antes de embarcarse a sacar este nuevo “petróleo” de los mares.

Por otra parte, existe el riesgo añadido de que aunque el ser humano se olvide de explotarlos, el progresivo aumento de la temperatura del agua, acabe por desestabilizar los hidratos de gas, (y se funda la estructura del hielo) y se liberen a la atmósfera grandes cantidades de metano. Esto es un riesgo que no deberíamos correr, y un motivo más para evitar el calentamiento global.

Un saludo.

PD: Realicé un trabajo sobre este tema durante la carrera, usando fuentes variadas, pero no he podido recuperar la bibliografía de mis archivos. No pretendo plagiar a nadie.

Gasificación de biomasa

Gasificación es el nombre general que reciben una serie de procesos de combustión incompleta, en los que se opera en defecto de oxígeno, generalmente con concentraciones en torno al 10% del oxígeno estequiométrico. Las materias primas que se pueden usar en este proceso son variadas, y la forma en que se realice el aporte de oxígeno (puro o mezclado con aire) variará tanto el proceso como los productos obtenidos.
La reacción llevada a cabo con aire como fuente de oxígeno, dará lugar a un gas denominado gas pobre (también conocido como gasógeno) que se puede usar como combustible en un motor de combustión interna, o para generar tanto calor de uso directo, como vapor para accionar un turbogenerador. Cuando el oxígeno se aporta en estado puro, el gas obtenido es conocido como gas de síntesis, que es una materia prima en la obtención de productos de valor añadido como metanol o gasolinas.

Estado de la Tecnología.
La tecnología de gasificación no es nueva, de hecho es un proceso que se ha llevado a cabo desde hace varias décadas; tuvo un uso muy extendido como método de obtención de combustibles líquidos a partir de carbón, en los años 40.  Desde entonces, se ha venido usando para multitud de materias primas, tanto de origen renovable como de origen fósil, así como con residuos domésticos o industriales. El hecho de que sólo un 2% del gas de síntesis (dato 2007) proceda de biomasa o residuos refuerza la afirmación de que la gasificación no es un proceso surgido con el objetivo de procesar este tipo de materiales, más bien el uso de la biomasa una aplicación más para este proceso de interés industrial. En resumen, el estado de la tecnología es comercial, sin embargo se siguen investigando nuevo procesos más eficientes, con distintas materias primas o las posibles aplicaciones de los productos de la gasificación.

Aplicaciones en Canarias
Canarias tiene características que la hacen diferente de otras comunidades de España a muchos niveles. Cabe destacar, en relación al tema que nos ocupa, la limitación espacial tanto por el hecho de ser islas, como por la gran proporción que ocupan los espacios naturales protegidos respecto al total de superficie disponible en las mismas; la gran dependencia de combustibles fósiles del exterior (>98%) y la naturaleza de su sistema eléctrico aislado, que necesita tener mayor cantidad de potencia rodante para asegurar la estabilidad del sistema.
La limitación espacial es un factor que condiciona la gestión de los residuos generados en la isla, dado que el espacio destinado a su almacenamiento no puede crecer indefinidamente. Es por esto que el reciclaje y reutilización de residuos de cualquier origen es fundamental para llegar a un modelo de desarrollo sostenible. La gasificación de residuos, como se ha planteado en Reino Unido, supone una posible solución a esta cuestión, que además aporta otras ventajas como podría ser la producción de electricidad mediante la combustión de gasógeno, que llevaría a una ligera (bastante pequeña) reducción del consumo de combustibles fósiles (y de carga en las centrales térmicas) y de las pérdidas por transporte al estar la producción localizada cerca del punto de consumo. Una segunda opción es la obtención de gas de síntesis para posteriormente transformarlo en otros productos de valor añadido como metanol y gasolina.
Sin embargo, en la actualidad, no existen instalaciones de este tipo, y tanto en el PECAN (Plan Energético de Canarias) como en el PIRCAN (Plan Integral de Residuos de Canarias) se contemplan como una posibilidad, hasta el momento, desde un punto de vista teórico.

Este texto forma parte de un pequeño trabajo sobre gasificación que realicé para una asignatura del máster de energías renovables. El trabajo completo con sus respectivas referencias está colgado en el sitio web del profesor (PDF).

Los frentes de batalla

El clima cambia, el petróleo se acaba, las directivas regionales, nacionales y europeas van en la línea de aumentar el porcentaje de renovables en el mix energético pero sin perder la seguridad de suministro, tenemos que reducir las emisiones y los compuestos contaminantes, se habla del protocolo de Kyoto, y de la Sostenibilidad  (Tratado de Lisboa) del panel intergubernamental del cambio climático y tantas otras comisiones, comités y cumbres sobre el tema.

Pero si volvemos al mundo real, al de aquellos que no somos altos cargos políticos ni asesores de éstos, sino que queremos tener un trabajo, o montar una empresa y sacar un cierto rendimiento económico de ello,  ¿en qué grado nos afecta todo  esto?

En mi opinión, el trabajo “sucio” no lo van a hacer estos cuyas dietas de asistencia a las cumbres son del orden de los sueldos del resto de la nación,  hay muchos frentes de batalla que pueden ser un negocio en sí, asi que señores, escojan el suyo.

  • Ahorro energético y consumo racional: No es poca la cantidad de energía que desperdiciamos, muchas veces sin ser conscientes de ello (ordenadores en stand by, o enchufados todo el día sin que nadie los use, luces encendidas innecesariamente, calor generado y no aprovechado…)
    • Auditorías Energéticas, Formación…
  • Eficiencia energética: Además de ahorrar energética habra que diseñar aparatos que consuman la mínima energía necesaria para obtener una misma cantidad de trabajo.
    • Diseño e ingenieria, Formación…
  • Construcción bioclimática y sostenible: ¿Qué sentido tiene tener un edificio con luminarias cuando la luz natural podría entrar a raudales por los ventanales?, ¿y poner el aire acondicionado a tope en lugar de abrir una ventana? Usemos bien los recursos tecnológicos pero no olvidemos los mecanismos pasivos de climatización.
    • Formación, diseño arquitectonico, estudio de materiales….
  • Almacenamiento de energía: ¿Que el viento no sopla mañana? pues almacenemos hoy para usarlo cuando haga falta, que tenemos exceso de viento, pues bombeemos agua a una cota superior y cuando tengamos un pico de demanda la turbinamos.  Con mejores sistemas de almacenamiento de energía podríamos romper con la regla producción instantánea = demanda instantánea.
    • I+D+i privada y pública.
  • Cogeneración: Si con el mismo litro de gasolina podemos producir electricidad y simultáneamente calor, ¿a qué estamos esperando para aprovecharlo al máximo?
    • Diseño de equipos, proyectos de instalaciones, estudios energéticos, Formación….
  • Energías renovables: Mucho antes de que se formara ese preciado petróleo ya teníamos sol, viento, saltos de agua, oleaje, calor proveniente del centro de la tierra, ¿por qué nos habíamos olvidado de ellos?
    • Diseño de equipos, estudio de los recursos, proyectos de instalaciones…
  • Procesos industriales más limpios: Que algo se haya hecho así de toda la vida no quiere decir que hoy no pueda haber un proceso mejor, más eficiente y/o más limpio.  El reto está en investigarlos y diseñarlos.
    • I+D+i privada y pública….
  • Tratamiento de efluentes para reducir emisiones: Y finalmente, ¿de que nos sirve emitir menos CO2 si seguimos lanzando a la atmósfera por las chimenas y vertiendo a los ríos compuestos químicos que alteran el equilibrio natural de los sistemas.?
    • I+D+i privada y pública….

Hemos apostado por crecer industrial y económicamente a costa del medio ambiente, apostemos ahora por hacerlo a favor del medioambiente.

Aviones volando con biocombustible

He encontrado una notica de principios de mes, sobre los primeros ensayos de vuelos con mezclas de biocombustible y combustible tradicional, que están llevando a cabo algunas de las grandes compañías aereas a nivel mundial.

Al parecer se ha hecho en Nueva Zelanda, en Reino Unido yen Estados Unidos, y algunas empresas parece que se están interesando por desarrollar nuevos combustibles para el sector de la aviación.

Algunos auguran que en menos de una decada los aviones podrán pasarse a los combustibles renovables, pero habrá que ver si es una propuesta realista, o excesivamente optimista.

El papel de la Ingenieria Química

He encontrado este enlace sobre la historia de la ingenieria química, que me ha parecido muy interesante. (En inglés).

Muchos de nosotros no sabemos muy bien, incluso después de haber terminado la carrera,  el porqué de esta rama de la ingeniería, y el hecho de que en España sea una carrera sin atribuciones, y con pocos colegios profesionales (en algunas comunidades), no ayuda demasiado reconocimiento.

¿Qué es la Ingeniería Química?

En términos generales, la ingeniería química es la aplicación de la ciencia, en particular, química, física, biología y matemática, al proceso de convertir materias primas o productos químicos en productos más útiles, aprovechables o de mayor valor.

En términos más precisos, se puede decir que:

Ingeniería Química es la rama de la Ingeniería que se dedica al estudio, síntesis, desarrollo, diseño, operación y optimización de todos aquellos procesos industriales que producen cambios físicos, químicos y/o bioquímicos en los materiales.

La definición que aparece actualmente en la Constitución del Instituto Americano de Ingenieros Químicos (AIChE) es:

Ingeniería Química es la profesión en la cual el conocimiento de la matemática, química y otras ciencias básicas, ganados por el estudio, la experiencia y la práctica, es aplicado con juicio para desarrollar maneras económicas de usar materiales y energía para el beneficio de la humanidad.

Actividades del Ingeniero Químico

Los Ingenieros Químicos están involucrados en todas las actividades que se relacionen con el procesamiento de materias primas (de origen animal, vegetal o mineral) que tengan como fin obtener productos de mayor valor y utilidad. Por lo tanto, pueden desarrollar sus actividades en:

  • Plantas industriales / Empresas Productivas
  • Empresas de construcción y/o montaje de plantas y equipos
  • Empresas proveedoras de servicios técnicos (consultoría, control de calidad, mantenimiento, etc.)
  • Organismos gubernamentales o no gubernamentales de acreditación, control y estándares
  • Instituciones de educación superior
  • Centros de Investigación y Desarrollo (Industriales / Académicos)

Las tareas que puede realizar un Ingeniero Químico son variadas; pueden mencionarse las siguientes a modo de ejemplo:

  • Estudios de factibilidad técnico-económica
  • Especificación / Diseño de equipos y procesos
  • Construcción / Montaje de equipos y plantas
  • Control de Producción / Operación de Plantas Industriales
  • Gerencia y Administración
  • Control de Calidad de Productos
  • Compras y Comercialización
  • Ventas Técnicas
  • Control Ambiental
  • Investigación y Desarrollo de Productos y Procesos
  • Capacitación de Recursos Humanos

Típicamente, los ingenieros químicos son empleados en industrias de sectores tradicionales, como el químico, petroquímico, gas y petróleo, y de alimentos. Recientemente, han ido ganando incumbencia en áreas como la ambiental y la biotecnología.

Entre los sectores industriales más importantes que emplean a profesionales de la Ingeniería Química se encuentran:

  • Industria Química / Petroquímica
  • Gas y Petróleo / Refinerías
  • Alimentos y Bebidas / Biotecnología
  • Siderúrgica / Metalúrgica / Automotriz
  • Materiales / Polímeros / Plásticos
  • Generación de energía
  • Otras (Farmacéutica, Textil, Papelera, Minera, etc.)

(Artículo tomado del sitio web http://www.ingenieriaquimica.org)