Formados hace millones de años, ya eran utilizados en la Antigüedad, y hasta hoy lideran el consumo de energía primaria. Día a día, el desarrollo tecnológico abre nuevas oportunidades para aprovecharlos.
Los combustibles fósiles están constituidos por carbón mineral, petróleo y gas natural. Se encuentran en yacimientos bajo la corteza de la tierra o bajo el fondo marino. Son el tipo de combustible que lidera el consumo de energía primaria en el mundo.
Se cree que los combustibles fósiles se formaron hace millones de años, a partir de organismos (animales y plantas) que se descompusieron sepultados bajo lodo y arena en las profundidades de lagos y océanos. La materia orgánica se comprimió a una presión muy alta por un largo período en un ambiente anaeróbico. Las variables que influyeron en este proceso son la ausencia de oxígeno, la presión y la temperatura.
Es común que en todo yacimiento coexistan carbón mineral, petróleo y gas natural en alguna proporción. Los de petróleo, muchas veces, tienen asociado gas natural. De la misma forma, los yacimientos de gas natural en general contienen otros hidrocarburos más pesados.
Los primeros yacimientos de gas natural fueron descubiertos en Irán entre los años 6.000 y 2.000 a.C. Al ser encendidos, probablemente por algún relámpago o chispa accidental, sirvieron para alimentar los “fuegos eternos” de los adoradores del fuego de la Antigua Persia. Luego, su uso vuelve a mencionarse en China hacia el año 900 a.C. La perforación de 150 m de profundidad, realizada con varas de bambú y primitivas brocas de percusión del primer pozo conocido de GN se reporta en ese país asiático en el año 211 a.C.
Durante el Renacimiento algunos depósitos superficiales de petróleo se destilaron para obtener lubricantes y productos medicinales; en cambio el gas natural no se conocería en Europa hasta el descubrimiento de yacimientos utilizables en Inglaterra, en 1659.
Por la naturaleza de estos combustibles y su lejanía respecto de los centros de consumo, su transporte era extremadamente difícil. En esa época la principal fuente de energía disponible era el carbón, ampliamente utilizado en Occidente hasta principios del siglo XX.
Los avances técnicos desarrollados a fines del siglo XIX permitieron la perforación de pozos petroleros y la fabricación o destilación en refinerías de gasolina, gas licuado de petróleo (GLP) y de otros combustibles líquidos derivados del petróleo.
En Norteamérica la primera explotación de GN se realizó desde un pozo de poca profundidad en Fredonia, Estado de Nueva York, en EE.UU., en 1821, aunque la utilización de GN a gran escala cobró relevancia recién después de la II Guerra Mundial, cuando avances tecnológicos en la soldadura del acero permitieron construir gasoductos más extensos y seguros. Esto gatilló un acelerado desarrollo de la exploración y explotación de yacimientos gasíferos, especialmente en EE.UU. y la ex Unión Soviética, países con enormes reservas del combustible y gran demanda energética.
Yacimientos y gasoductos de GN
en Sudamérica
En Sudamérica los pioneros en aprovechamiento del GN han sido Argentina y Colombia. El primer gasoducto del continente se construyó en 1949, entre Comodoro Rivadavia y Buenos Aires. En 1972 se construyó el primer gasoducto internacional que une Bolivia con Argentina, y se iniciaron las exportaciones en la región.
El actual desarrollo del GN en el Cono Sur data de fines de la década de 1990, cuando la privatización de la industria y la construcción de nuevos gasoductos internacionales permitieron que Brasil, Uruguay y Chile pudieran importar esta nueva energía, más limpia y barata, abasteciendo con ella sus grandes centros poblados.
Según la International Energy Agency (IEA), el GN ocupa el tercer lugar entre las fuentes energéticas de mayor producción en el mundo, con un 21,3% respecto al 31,4% del petróleo y el 29% del carbón (según datos del 2012), y su participación en el consumo es cada vez mayor.
Un yacimiento es una acumulación natural de hidrocarburos en el subsuelo, contenidos en rocas porosas o fracturadas (roca almacén).
Los hidrocarburos naturales, como el petróleo crudo y el gas natural, son retenidos por formaciones de rocas suprayacentes; es decir, rocas que se ubican sobre diversos terrenos con baja permeabilidad.
La teoría es que la presión causada por el peso de estas capas, más el calor de la tierra, transformaron lentamente el material orgánico en petróleo crudo, carbón y gas natural, los que fueron almacenándose en la porosidad de las rocas subterráneas y entre rocas sólidas.
Para localizar un yacimiento de petróleo y gas natural, los geólogos exploran e investigan regiones que tengan rocas ricas en compuestos orgánicos, temperaturas suficientemente altas y formaciones rocosas.
Una vez detectada una zona potencial, existen variadas técnicas de exploración con las que se mapea y caracteriza el subsuelo, cuantificando el tamaño de potenciales reservas. Sin embargo, la presencia de gas natural y petróleo aún no puede confirmarse sin la perforación de pozos.
Los avances tecnológicos de años recientes han aumentado la capacidad de encontrar y extraer petróleo y gas natural. La innovación más significativa, es el desarrollo de tecnologías que permiten la extracción adicional en yacimientos casi agotados.
Consiste en la construcción de un canal o ducto que va desde la superficie terrestre al subsuelo del yacimiento, a profundidades entre los 2.000 y 4.000 m de profundidad. Una vez realizadas las perforaciones, deben ser reforzadas o encapsuladas mediante tuberías de acero u otras técnicas para evitar su obstrucción o colapso, resguardando la seguridad para evitar accidentes durante los procesos de extracción.
Algunos avances tecnológicos considerables en este campo son:
Perforación direccional
Antiguamente los pozos eran verticales, lo que exigía situarlos encima de un depósito potencial. Sin embargo, el desarrollo de micro-computadores y sensores más avanzados, unidos a un taladro, ha permitido la perforación de pozos con gran exactitud.
Perforación horizontal
Es muy similar a la perforación direccional, salvo porque el pozo se diseña para pasar horizontalmente a través del centro del yacimiento. Hoy se han construido pozos que penetran hasta 3.000 m horizontales en los yacimientos, lo que genera mayor productividad.
Extracción de petróleo y gas natural en Magallanes. Gentileza ENAP.
En la mayoría de los pozos, la presurización del yacimiento es suficiente para impulsar el gas natural hacia el exterior y conducirlo por conexiones a puntos centrales de recolección.
Cuando los pozos comienzan a declinar, baja la presurización, entonces es posible utilizar compresores que succionen el gas para llevarlo hasta la superficie.
Para aumentar la presión interna de los pozos y facilitar la salida del gas natural y petróleo, en la actualidad es posible inyectar gases inertes (e incluso gas natural), vapor o agua a los pozos, permitiendo no solo aumentar la velocidad de salida de los hidrocarburos, sino también la eficiencia de extracción.
Distribución geográfica de combustibles fósiles
El carbón, el petróleo y el gas natural, hidrocarburos conocidos como combustibles fósiles, representan más del 80% del consumo de la energía primaria del mundo.
Las reservas de estos combustibles se encuentran distribuidas de forma muy desigual en el planeta y pocos países concentran la mayor parte de ellas, a veces en yacimientos ubicados además en zonas remotas y de difícil acceso, dificultando su extracción y aprovechamiento. Asimismo, muchos de estos países corresponden al llamado Tercer Mundo, con un menor nivel de desarrollo económico y frecuente inestabilidad política, generando incertidumbre para inversionistas y consumidores.
Sin embargo, no es la desigual distribución de reservas de combustibles fósiles lo que ha generado tensiones geopolíticas y desafíos tecnológicos, sino el hecho que la localización de las reservas y la de los mayores consumidores del mundo, no coinciden. Cerca del 75% de las reservas de gas y petróleo, se encuentran ubicadas en África, Medio Oriente y la ex Unión Soviética, mientras que los países miembros de la OCDE, que demandan más de la mitad de la energía consumida en el mundo, sólo cuentan con un 8% de las reservas probadas de gas natural y petróleo y, además, con un 41% de las reservas de carbón.
La naturaleza y propiedades físicas del carbón, del petróleo y del gas licuado –que no es un combustible fósil sino un derivado del petróleo o del gas natural- facilitan su transporte por mar y tierra, lo cual ha permitido crear sofisticados mercados mundiales para estos tres productos. Si bien las características físicas del gas natural complicaron su transporte y distribución en el pasado, el continuo desarrollo de nuevas tecnologías ha permitido incrementar año a año el comercio internacional de este producto y sus derivados energéticos, dando origen a un activo mercado de gas natural.
La gráfica presenta información que permite comparar los niveles de producción y consumo de petróleo, gas natural y carbón a nivel mundial.
Consumo de combustibles fósiles por zona geográfica - 2012
Las zonas correspondientes a Asia Pacífico, Europa, Eurasia y Norteamérica, son las regiones más industrializadas del planeta. En el año 2012 fueron los mayores consumidores de los tres tipos de combustible. Hasta esa fecha el Asia Pacífico consumía mayoritariamente carbón, el más contaminante de los combustibles fósiles; y, en cambio, en Europa y Eurasia el consumo de gas natural era mayor que el consumo de petróleo.
Producción y consumo de petróleo por zona geográfica - 2012
En cuanto a la relación producción-consumo de petróleo, se observa que el Medio Oriente tenía en el año 2012 un excedente del 23%, en tanto que América del Norte presentaba un déficit en su producción de 7%, mientras que Europa y Eurasia solo consumían un 1% más de lo que estaban produciendo en ese momento. Por su parte, América Latina era capaz de producir un 2% de excedente.
Producción y consumo de Gas Natural por zona geográfica - 2012
En el caso del gas natural, en el año 2012 Medio Oriente presentaba un déficit de 4% y la producción en Norteamérica era equivalente a su consumo, en tanto que Europa y Eurasia, los mayores productores-consumidores de este combustible, presentaban un 2% de déficit.
Producción y consumo de carbón por zona geográfica - 2012
Asia Pacífico era la zona geográfica en la que se mantenía un alto porcentaje de uso y producción de carbón, muy por encima del resto del planeta, seguida muy de lejos por América del Norte y Europa y Eurasia. La situación de América Latina resultaba alentadora, en tanto era la región del mundo con menor consumo del combustible fósil que más daño causa al medio ambiente.
Matriz de consumo energético mundial - 2012
Este cuadro permite visualizar que a nivel mundial, al año 2012, aún prevalecía el consumo de petróleo y carbón en las zonas geográficas de mayor desarrollo industrial y que, a la vez, las mismas zonas lideraban el consumo de energías consideradas más limpias: hidroelectricidad y energías renovables.
A continuación se presenta de manera gráfica la evolución comparada de la producción y consumo de carbón, petróleo y gas natural a nivel mundial, al año 2012.
Evolución del consumo de energía primaria
(1987-2012)
Matriz mundial de consumo de energía
primaria – 2012
Esto permite visualizar que al año 2012, el consumo de petróleo y carbón seguía siendo muy relevante, ya que sumados alcanzaban un 63% del consumo mundial de energía. El GN, la hidroelectricidad y las energías renovables sumadas, llegaban al 33%.
Debido a los cuestionamientos por las condiciones de seguridad de los sistemas de producción de energía nuclear, a nivel mundial se consumía en esa fecha solo en un rango del 4%, respecto a otras fuentes de energía primaria disponibles.