Combustibles fósiles 101: todo lo que necesita saber

Oct 24, 2023

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Datos clave rápidos

Los combustibles fósiles son combustibles que literalmente provienen de fósiles. Hace decenas de millones de años, las plantas tomaron la energía del sol y la usaron para convertir el dióxido de carbono y el agua en carbono e hidrógeno a través de la fotosíntesis. Los animales comieron esas plantas y almacenaron los mismos elementos en sus cuerpos. Con el tiempo, las antiguas formas de vida murieron y se hundieron en la tierra, donde el calor y la presión las transformaron primero en turba o kerógeno y luego en combustibles fósiles. La mayoría de los depósitos existentes de combustibles fósiles se formaron por primera vez hace entre 540 y 65 millones de años.

Cuando se extraen del subsuelo o bajo el agua, los combustibles fósiles son fuentes de energía extremadamente potentes cuando se queman. Se utilizan para alimentar la industria y el transporte, así como para generar electricidad. Además, muchos productos químicos, incluidos los que componen los plásticos y los pesticidas, se derivan de los combustibles fósiles. Actualmente, los combustibles fósiles aún representan más del 80 por ciento de la combinación energética mundial, pero también son responsables de alrededor de las tres cuartas partes de las emisiones de gases de efecto invernadero que causan la crisis climática. Es por eso que la transición del sistema energético mundial lejos de los combustibles fósiles es un desafío urgente.

Hay tres tipos principales de combustibles fósiles: carbón, petróleo crudo o petróleo y gas natural.

El carbón proviene de plantas fosilizadas que han sido calentadas y presurizadas a través de un proceso llamado carbonización. El carbón generalmente comienza su vida como turba, una sustancia hecha de plantas en descomposición que se quema como combustible en muchas partes del mundo. Cuando la turba se calienta y presuriza más, se convierte en carbón. Un solo pie de carbón habrá venido de diez pies de materia vegetal, y más del 50 por ciento del peso de cada trozo de carbón debe ser materia vegetal comprimida. El carbón se encuentra típicamente en rocas sedimentarias en "costuras" o "lechos" que pueden tener hasta 920 millas de largo y 90 pies de espesor.

Hay cuatro tipos, o rangos, de carbón clasificados según el tiempo que el material se ha carbonizado y, por lo tanto, la cantidad de energía que contiene para quemar. Cuanto más tiempo haya pasado cocinando, por así decirlo, mayor será la calidad del carbón. El carbón de mayor calidad también es más duro y se encuentra a mayor profundidad bajo tierra. De menor a mayor rango, los cuatro tipos de carbón son lignito, subbituminoso, bituminoso y antracita.

El carbón generalmente se extrae a través de la minería, ya sea a través de la minería superficial o subterránea. La minería de superficie significa remover con pala toda la tierra y la vegetación sobre un depósito de carbón de menos de 200 pies de profundidad para que pueda ser recolectada. La minería subterránea significa que los mineros deben viajar bajo tierra en un pozo para acceder a depósitos de carbón de hasta 1,000 pies de profundidad y luego usar maquinaria para sacar el carbón a la superficie. La minería a cielo abierto es más barata y más dañina para el medio ambiente que la minería subterránea, que es más peligrosa para los trabajadores.

El carbón puede quemarse directamente como combustible o usarse para generar electricidad en plantas que funcionan con carbón, que es la forma principal en que se usa en los EE. UU. También se usa en varios procesos industriales, incluida la fabricación de acero. El carbón es el combustible fósil más barato y actualmente es la principal fuente de generación de electricidad en el mundo, proporcionando alrededor de un tercio de la energía global. Sin embargo, también es el combustible fósil más contaminante, tanto en términos de la cantidad de dióxido de carbono que libera a la atmósfera (también es la mayor fuente de emisiones de dióxido de carbono en todo el mundo) como en términos de otros contaminantes del aire como el mercurio, plomo, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas que emite cuando se quema.

Petróleo crudo y petróleo son dos nombres para un combustible fósil líquido formado a partir de depósitos de plancton en descomposición que el tiempo, el calor y la presión han convertido en hidrocarburos, o compuestos de hidrógeno y carbono. Por lo general, tiene un aspecto negro o marrón oscuro, pero también puede tener un tinte amarillo, rojo, tostado o verde. Se encuentra en las cuencas secas de los mares antiguos, que se llaman cuencas sedimentarias. Aquí es donde se asentó el antiguo plancton, que al principio formó una sustancia llamada kerógeno, roca de esquisto o esquisto bituminoso. Si se calentaba y presurizaba más a través de un proceso llamado catagénesis, el kerógeno se convertía en petróleo crudo o gas natural. Con el tiempo, el petróleo crudo tiende a filtrarse hacia arriba donde hay menos presión hasta que es bloqueado por rocas impermeables y se asienta en los depósitos. Hoy en día, se puede encontrar debajo del lecho marino o bajo tierra, aunque a veces sale a la superficie en estanques o pozos de alquitrán.

El petróleo crudo se clasifica de diferentes maneras según el lugar donde se encontró, su contenido de azufre o su densidad. El petróleo "agrio" con 0,5 por ciento de azufre o más es generalmente más barato y menos deseable que el petróleo "dulce" con menos de 0,5 por ciento de azufre, porque genera más contaminación y puede dañar el equipo de refinación. Del mismo modo, el petróleo "ligero", que flota en el agua, se considera más deseable que el petróleo "pesado", que se hunde en el agua. El petróleo más ligero tiene más hidrocarburos y menos materiales adicionales como metales y azufre. Otro tipo de petróleo, que tiende a ser más pesado, es el betún. Este es un petróleo negro y pegajoso que a menudo sube a la superficie y se mezcla con alquitrán o arenas petrolíferas. Es costoso y dañino para el medio ambiente de procesar, ya que libera un 12 por ciento más de emisiones de dióxido de carbono que el petróleo convencional.

El petróleo crudo generalmente se extrae mediante perforación. En tierra, generalmente se perfora con una plataforma petrolera o una plataforma de perforación. En alta mar, se perfora utilizando una plataforma en alta mar que flota sobre una cuerda que la conecta al fondo del mar o se sostiene con hormigón o acero. Debido a que deben permanecer estables en clima tormentoso y albergar a decenas de trabajadores, las plataformas petroleras son algunas de las estructuras más grandes hechas por humanos en la Tierra. Una vez que se ha perforado el petróleo, todavía necesita ser refinado. Este es el proceso de hervir el petróleo hasta que se separa en líquidos y gases que pueden convertirse en diferentes productos derivados del petróleo.

Dos de los productos derivados del petróleo más importantes son la gasolina y el diésel. La gasolina generalmente se usa para transportar personas en vehículos livianos como automóviles, mientras que el diésel se usa más a menudo para mover mercancías en camiones o generadores de energía. El combustible para aviones también se basa en el petróleo. En los EE. UU., alrededor del 90 por ciento del uso de energía para el transporte en 2021 provino de productos derivados del petróleo. Otros usos del petróleo refinado incluyen los componentes químicos básicos de varios productos, incluidos plásticos, pesticidas y miembros artificiales. La dependencia del transporte de la gasolina y el diesel significa que es el sector global que actualmente depende más de los combustibles fósiles. El tránsito causó el 37 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de uso final en 2021. El uso de petróleo en general es responsable de alrededor de un tercio de las emisiones acumuladas de dióxido de carbono.

El gas natural es, como su nombre indica, un gas fósil compuesto principalmente de metano, un hidrocarburo con un átomo de carbono y cuatro átomos de hidrógeno. El metano tiene 80 veces más potencial para atrapar calor que el dióxido de carbono durante sus primeros 20 años en la atmósfera, aunque se degrada más rápidamente. Al igual que el petróleo, el gas natural normalmente se forma a partir del plancton descompuesto, pero también se puede formar a partir del carbón. Requiere más calor que el petróleo crudo y normalmente se encuentra cerca del petróleo. Cuanto más profunda es una reserva, más gas natural es probable que tenga.

El gas natural generalmente se clasifica en dos tipos: convencional y no convencional. El gas convencional se encuentra en material permeable debajo de roca impermeable y es relativamente fácil y económico de extraer. El gas no convencional es más difícil de extraer. Un ejemplo es el gas de esquisto, que se encuentra apropiadamente entre capas de esquisto de roca impermeable.

El gas natural generalmente se extrae de la Tierra mediante perforación vertical, aunque también es posible la perforación horizontal. Sin embargo, en las últimas décadas ha surgido un método controvertido para extraer gas de esquisto y otras formaciones rocosas. Esto se denomina "fracturación hidráulica" o "fracking" e implica forzar el agua, los productos químicos y la arena de fracturación hacia un pozo para romper el esquisto y acceder al gas. El problema con el fracking es que puede agotar los suministros de agua locales y dañar a los animales que dependen de los ecosistemas acuáticos, producir aguas residuales peligrosas y provocar terremotos. Una vez que se extrae el gas natural, se procesa para separar los líquidos del gas natural, así como el vapor de agua y otros materiales que no son hidrocarburos. También se puede enfriar para formar gas natural licuado (GNL), que es más fácil de mover y almacenar.

El gas natural se utiliza para calefacción y cocina, así como para el transporte. A nivel mundial, es responsable de alrededor del 25 por ciento de la generación de electricidad. En los EE. UU., fue la mayor fuente individual de generación de electricidad con alrededor del 38 por ciento en 2021. El gas natural a veces se propone como un "combustible puente" en la transición a la energía renovable porque cuando se quema emite casi un 30 por ciento menos de dióxido de carbono que el petróleo. y 45 por ciento menos que el carbón. Sin embargo, todavía es responsable de alrededor de una quinta parte de las emisiones globales de carbono, y cada vez hay más pruebas de que la extracción y el transporte de gas natural filtran más metano de lo que se creía anteriormente. Por ejemplo, un estudio de Stanford encontró que la producción de gas natural en la Cuenca Pérmica de Nuevo México tenía una tasa de fuga de metano de más del nueve por ciento, lo que haría que el gas Pérmico fuera peor para el clima que el carbón.

A nivel mundial, existen importantes depósitos de petróleo en Oriente Medio, América del Norte, Rusia, China, Nigeria, Venezuela, Brasil, Kazajstán y Libia e importantes reservas de carbón en China, Rusia, EE. UU., India y Australia. La mayor parte del gas natural del mundo se encuentra en Rusia, Europa y Medio Oriente.

Los cinco principales países productores de carbón en 2021 fueron China, India, Indonesia, EE. UU. y Australia.

Los cinco principales países productores de petróleo en 2021 fueron EE. UU., Arabia Saudita, Rusia, Canadá y China. Además, los miembros de la Organización de Países Exportadores de Petróleo (OPEP) tienen una gran influencia en el mercado mundial del petróleo. Los 13 miembros de la OPEP trabajan para mantener un frente unificado y establecer el precio mundial del petróleo. Actualmente, sus miembros son Irán, Irak, Kuwait, Arabia Saudita, Venezuela, Argelia, Angola, Congo, Guinea Ecuatorial, Gabón, Libia, Nigeria y Emiratos Árabes Unidos.

Los cinco principales países productores de gas natural en 2021 fueron EE. UU., Rusia, Irán, China y Qatar.

La extracción, el procesamiento y el suministro de combustibles fósiles sigue siendo un negocio extremadamente lucrativo, y varias corporaciones multinacionales han acumulado ganancias significativas al hacerlo.

En 2022, las cinco principales empresas de carbón por valor de las acciones fueron BHP Group, con sede en Australia, la anglo-australiana Rio Tinto, la estadounidense ConocoPhillips, la brasileña Vale y la china Shenhua Energy Company.

A partir de 2022, las cinco compañías petroleras más grandes según sus últimos 12 meses de ingresos fueron Saudi Aramco, China Petroleum & Chemical, PetroChina, ExxonMobil y Shell. Otros jugadores importantes e influyentes incluyen TotalEnergies de Francia, BP, Chevron y Equinor de Noruega.

Según su producción de 2021, las cinco principales compañías de gas natural fueron Gazprom, de propiedad estatal de Rusia, China National Petroleum, que está organizada en gran parte bajo PetroChina, Sinopec, ExxonMobil y BP de China. Como puede ver, existe una superposición significativa entre los principales actores de los sectores del petróleo y el gas.

Los combustibles fósiles se han utilizado para calefacción y otros fines desde la antigüedad. Por ejemplo, los ingenieros chinos desarrollaron una forma de transportar gas natural a través de tuberías de bambú alrededor del año 500 a. C., los antiguos egipcios usaban betún en sus momias y los británicos romanos usaban carbón para calentar sus baños. Sin embargo, el uso de combustibles fósiles realmente despegó en 1765, cuando el inventor escocés James Watt perfeccionó la máquina de vapor. El motor de carbón facilitó la Revolución Industrial al hacer posible el funcionamiento de grandes fábricas y el transporte de mercancías por ferrocarril y barco.

Se dice que la "era del petróleo moderno" comenzó en 1859 cuando Edwin Drake perforó el primer pozo exitoso en Titusville, Pensilvania. El petróleo y el gas se utilizaron para la calefacción y la iluminación hasta la invención de la electricidad en 1882. Sin embargo, la invención del automóvil a fines del siglo XIX proporcionó un nuevo uso para los productos derivados del petróleo en forma de gasolina, y la primera bomba de gasolina se fabricó en Fort Wayne, Indiana, en 1885. La industria petrolera desempeñó un papel importante en el suministro de combustible a los vehículos durante la Segunda Guerra Mundial, y la investigación durante la guerra amplió la gama de productos derivados del petróleo. En 1964, el petróleo se convirtió en la principal fuente de energía del mundo, superando al carbón.

A pesar de los avances precipitados por el uso de combustibles fósiles, surgió un problema. Los científicos habían teorizado desde el siglo XIX que la quema de carbón y otros combustibles fósiles podría aumentar el dióxido de carbono atmosférico y, por lo tanto, elevar las temperaturas globales, pero, en 1958, el geoquímico de Scripps, Charles Keeling, encontró una manera de medir realmente el dióxido de carbono atmosférico. Su "curva de Keeling" sigue demostrando que los niveles de dióxido de carbono están aumentando. Los modelos en la década de 1960 comenzaron a predecir cómo esa curva ascendente podría influir en la temperatura, pero la alarma realmente sonó en 1988 cuando las temperaturas de verano alcanzaron su punto más alto registrado (en ese momento) y el científico de la NASA James Hansen testificó ante el Congreso que estaba "99 por ciento seguro" el clima se estaba calentando.

Desde entonces, se ha revelado que varias de las principales compañías petroleras, incluidas ExxonMobil, Shell y el grupo de presión American Petroleum Institute, sabían con asombrosa precisión la amenaza que su producto representaba para el clima global desde finales de la década de 1970 en adelante. Sin embargo, en lugar de cambiar su modelo de negocio, optaron por promover la negación climática entre el público y cabildear contra la acción climática del gobierno. Ahora, estamos en un punto en el que necesitamos hacer una transición rápida de nuestro sistema energético lejos de los combustibles fósiles para limitar el aumento de la temperatura global a 1,5 grados centígrados por encima de los niveles preindustriales y evitar los peores impactos del calentamiento global.

Los combustibles fósiles plantean varias amenazas para el medio ambiente y el bienestar humano, tanto a nivel mundial como local.

Cuando se queman combustibles fósiles, liberan dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera. Estos gases se denominan gases de efecto invernadero porque atrapan el calor que, de lo contrario, escaparía hacia el espacio a través de algo llamado "efecto invernadero". Antes de la revolución industrial, la concentración de dióxido de carbono en la atmósfera rondaba las 280 partes por millón (ppm). Ahora, está a más de 400 ppm. Durante ese tiempo, las temperaturas globales han aumentado alrededor de un grado centígrado, y el uso del carbón por sí solo es responsable de más de 0,3 grados centígrados de ese aumento. El aumento de las temperaturas ya se ha dejado sentir en fenómenos meteorológicos más extremos, el aumento del nivel del mar y la pérdida de biodiversidad. Estos efectos solo se amplificarán si las emisiones no se limitan lo antes posible. Para detener el aumento de la temperatura en 1,5 grados centígrados, debemos reducir a la mitad las emisiones en 11 años y no desarrollar nuevos combustibles fósiles más allá de los previstos a partir de 2021.

El dióxido de carbono no es lo único que se emite al aire cuando se queman combustibles fósiles. También pueden liberar óxidos de nitrógeno, que contribuyen al smog y la lluvia ácida. El carbón, la gasolina y el diesel también emiten contaminación por partículas, que tiene una serie de efectos graves para la salud cuando se ingiere. Un estudio de 2021 encontró que la contaminación por partículas de los combustibles fósiles mató a alrededor de 8.700 millones de personas en 2018, lo que equivale a alrededor de una quinta parte de las muertes anuales. Las plantas de carbón de EE. UU. son responsables de más de un tercio de las peligrosas emisiones de mercurio del país y de dos tercios de sus emisiones de dióxido de azufre.

Uno de los peligros del uso del petróleo en particular son los derrames de petróleo. Los derrames de petróleo pueden ocurrir cuando los oleoductos tienen fugas, los contenedores de transporte encallan o se producen errores de perforación, y sus impactos pueden persistir durante décadas. Pueden dañar la vida silvestre marina cubriendo a los animales con aceite o liberando químicos tóxicos en el medio ambiente. El mayor derrame de petróleo en el océano en la historia de EE. UU. fue el derrame de petróleo de Deepwater Horizon de 2010, en el que explotó una plataforma de perforación de BP en el Golfo de México, matando a 11 trabajadores y arrojando cuatro millones de barriles de petróleo al Golfo. El derrame provocó la muerte de hasta 800.000 aves, hasta 166.000 tortugas marinas jóvenes y provocó que más del 75 por ciento de los embarazos de delfines nariz de botella en el área fracasaran. Los derrames de petróleo también pueden ocurrir en tierra o en agua dulce. También en 2010, EE. UU. experimentó su peor derrame en una vía fluvial interior cuando una tubería de Enbridge se rompió y derramó más de un millón de galones en el río Kalamazoo de Michigan, según estimaciones de la Agencia de Protección Ambiental de EE. UU.

Los combustibles fósiles también pueden contaminar el agua de otras maneras. Si no se almacena correctamente, las cenizas de carbón de las centrales eléctricas de carbón pueden contaminar las aguas subterráneas y el agua potable con toxinas como mercurio, cadmio y arsénico. La escorrentía de la minería del carbón también puede contaminar las vías fluviales. Se ha encontrado que el fracking contamina el agua subterránea cerca de donde ocurre.

Más allá de los derrames de petróleo, la extracción de combustibles fósiles y la construcción de infraestructura de transporte y almacenamiento, como oleoductos, pueden dañar el hábitat para la reproducción o la migración de animales. La minería a cielo abierto es especialmente devastadora porque implica literalmente eliminar todo lo que crece por encima de donde se encuentra el carbón. Un ejemplo particularmente atroz es la remoción de cimas de montañas. En este método de extracción de carbón, las compañías mineras usan explosivos para volar las cimas de las montañas, lo que daña la vida silvestre de los bosques de madera dura de los Apalaches donde se encuentra. La extracción de combustibles fósiles también puede contribuir a la deforestación cuando se encuentra petróleo en bosques tropicales vulnerables como el Amazonas o el Congo.

Como indica el caso de la explosión de Deepwater Horizon, trabajar en la industria de los combustibles fósiles puede ser extremadamente peligroso. Entre 1968 y 2011, 77 personas murieron y 7550 resultaron heridas en la producción de petróleo en tierra y mar adentro solo en los EE. UU. La minería del carbón, en especial, puede ser extremadamente peligrosa y provocar miles de muertes anuales en todo el mundo por derrumbes de minas u otros accidentes. Más allá de eso, los trabajadores pueden desarrollar problemas de salud crónicos como el infame "pulmón negro". En los EE. UU., la minería del carbón se ha vuelto más segura con el tiempo, con una tasa de mortalidad que se redujo en un 75 por ciento entre 1970 y 2011, pero 29 mineros del carbón murieron en una explosión en Virginia Occidental tan recientemente como en 2010.

La industria de los combustibles fósiles también puede tener un impacto devastador en la salud de las personas que viven cerca de donde se extrae, transporta o refina. La exposición a estas actividades se ha relacionado con riesgos para la salud, incluidos el cáncer y las enfermedades cardíacas, y 17,6 millones de residentes de EE. UU. viven a menos de una milla de un pozo de petróleo o gas. Es más probable que las comunidades minoritarias o de bajos ingresos se vean agobiadas por la infraestructura de combustibles fósiles. Por ejemplo, la tierra a lo largo del río Mississippi entre Nueva Orleans y Baton Rouge, Louisiana, se ha ganado el nombre de Cancer Alley debido a la cantidad de plantas petroquímicas construidas allí, especialmente cerca de las comunidades negras y de bajos ingresos. Otro ejemplo de la devastación potencial del uso de combustibles fósiles es el delta del Níger en Nigeria, donde se han derramado alrededor de 4,6 millones de galones de petróleo desde que Shell lo descubrió allí por primera vez en 1956, lo que representa "un peligro inmediato para la salud pública".

Entonces, si los combustibles fósiles son tan malos, ¿por qué los usamos? La respuesta es que los combustibles fósiles han transformado la energía y el transporte en todo el mundo y, a menudo, se les atribuye el aumento del nivel de vida a nivel mundial durante el siglo XX. Proporcionan una gran cantidad de energía por unidad quemada y actualmente son fáciles de encontrar y relativamente asequibles. Antes del uso generalizado de los combustibles fósiles, la mayoría de las personas tenían que quemar biomasa como combustible, como la madera, lo que generaba contaminación y un drenaje del suministro. Los combustibles fósiles transformaron la sociedad al darnos acceso a la energía solar almacenada durante millones de años.

Sin embargo, incluso si no estuvieran transformando el clima, eventualmente tendríamos que dejar de usar combustibles fósiles. Esto se debe a que son un recurso no renovable que tardó millones de años en formarse, un proceso que no se puede replicar en una escala de tiempo humana. La crisis climática solo aumenta la urgencia de la transición a formas de energía verdaderamente renovables. Las alternativas destacadas incluyen energía solar, eólica, geotérmica, nuclear e hidroeléctrica.

Para bien o para mal, los combustibles fósiles han tenido un impacto enorme tanto en la sociedad humana como en el medio ambiente desde la Revolución Industrial. Han hecho posibles cosas como la producción en masa y el Great American Road Trip, pero han tenido un impacto devastador primero en los ecosistemas y comunidades cercanas y luego en todo el planeta. Hemos llegado al punto en la historia del uso de combustibles fósiles en el que debemos cambiar nuestro sistema de energía lejos de ellos o quemarnos hasta morir con sus vapores.

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