Carbones minerales

Ciencias Ambientales. Energías no renovables. Yacimientos carboníferos. Cuencas. Destilación. Hidrocarburos. Petróleo

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TEMA 16

RECURSOS NO RENOVABLES:

CARBONES MINERALES

Estos recursos naturales son combustibles fósiles: carbón, petróleo, gas natural. Su tiempo de regeneración es sumamente largo (millones de años)

I - Carbones naturales

Son rocas sedimentarias que se encuentran interestratificadas entre otras rocas sedimentarias (normalmente detríticas).

Se forman en ambientes continentales o de transición, y se forman a partir de restos vegetales que se acumulan en lugares pantanosos o fangosos muy ricos en materia orgánica y denominados sapropel. Estos restos vegetales quedan recubiertos por material detrítico, preferentemente de grano fino, e impermeables que los aísla del aire.

Se produce una subsidencia debido al peso de los materiales detríticos. Debido al aumento de presión y temperatura que genera la subsidencia, y con la intervención de bacterias anaerobias, los restos vegetales se convierten en carbones.

Este proceso es más o menos equivalente a la diagénesis. Este tipo de diagénesis específica se denomina:

Proceso de carbonización: los restos vegetales pierden progresivamente el contenido en nitrógeno, oxígeno, hidrógeno, etc. y se produce un enriquecimiento paulatino en carbono. Este es un largo proceso que dura millones de años. Durante las primeras etapas de este proceso actúan mayoritariamente las bacterias anaerobias; después intervienen los incrementos de presión y temperatura. Si las condiciones de presión y temperatura fuesen más elevadas, se producirían procesos metamórficos, y se formaría el grafito, en lugar de carbón.

En el mismo proceso de carbonización, siguen depositándose sedimentos, los cuales se transforman en rocas sedimentarias, mientras que los restos vegetales se transforman en carbones.

Condiciones para la formación de un yacimiento de carbón:

  • Condiciones climáticas: éstas han de favorecer la existencia de una vegetación exuberante que, posteriormente, formará el carbón. Se necesita un clima muy lluvioso, preferentemente húmedo, y unas temperaturas no muy elevadas para evitar la descomposición de la materia orgánica. La cuenca sedimentaria debe quedar durante grandes períodos de tiempo cubierta de agua para que exista un ambiente reductor en el que intervengan las bacterias anaerobias.

  • Condiciones geomorfológicos y tectónicas: En función de estas condiciones, aparecen dos tipos de cuencas sedimentarias:

  • b.1) Cuencas parálicas: se encuentran en ambientes sedimentarios de transición, generalmente extensas marismas costeras. El hundimiento de la cuenca se debe a movimientos epirogénicos (hundimientos de la corteza continental). Se produce una trasgresión como consecuencia de este hundimiento. Los restos vegetales son cubiertos por materiales detríticos que arrastran los ríos. Los movimientos tectónicos producen una trasgresión y el recubrimiento de los materiales por el mar.

    b.2) Cuencas límnicas: de menor tamaño que las parálicas. Son de ambiente sedimentario continental: cuencas cerradas denominadas endorreicas (pantanos, lagunas, lagos, etc.) Los movimientos tectónicos no producen el hundimiento de la cuenca. El recubrimiento de agua de los materiales se debe a cambios climáticos. El material detrítico que recubre los restos vegetales proviene de la meteorización de los relieves circundantes.

    Estos dos tipos de cuencas sedimentarias originan dos formas distintas de encontrar al carbón:

  • En las cuencas parálicas: se forman estratos de carbón de gran extensión lateral, pero de pequeño espesor (poca potencia). Los estratos se encuentran siempre entre otros estratos de rocas detríticas en una secuencia regular que se denomina ciclotema (secuencia de estratos que se reproduce rítmicamente)

  • En las cuencas límnicas: los estratos de carbón presentan mayor potencia y menor extensión lateral que las parálicas. No constituyen un ciclotema, sino que aparecen formando lentejones.

  • Composición del carbón

    El componente mayoritario del carbón es el carbono. En menores proporciones aparecen el azufre, nitrógeno e hidrógeno. Los porcentajes varían de un tipo de carbón a otro.

    Los componentes volátiles son los que producen la contaminación atmosférica durante la combustión del carbón. Las emisiones que se producen normalmente son: dióxido de carbono, monóxido de carbono y dióxido de azufre (responsable de la lluvia ácida)

    Poder calorífico del carbón

    El poder calorífico de los carbones varía de unos a otros, y es proporcional al contenido en carbono: cuanto más carbono, mayor poder calorífico.

    Clasificación

    Los carbones se pueden clasificar según distintos criterios:

  • Según los componentes microscópicos que poseen.

  • Criterio tecnológico basado en las propiedades físicas y químicas de los carbones. En esta clasificación se habla de rango: cuanto mayor contenido en carbono, mayor rango. Si agrupamos los carbones de menor a mayor rango obtenemos la serie:

  • Turba > Lignito > Hulla > Antracita

    (La turba no se considera como carbón la mayoría de las veces: se considera un sedimento debido a que está poco compactada y posee mucho contenido en agua y restos vegetales)

    Destilación seca del carbón

    Este proceso consiste en someter al carbón a un calentamiento entre 500 y 1000º C en ausencia de aire, mediante lo cual se obtiene:

  • Coque: residuo sólido que se utiliza como combustible.

  • Mezcla gaseosa: según el tratamiento al que sea sometida, podemos obtener dos tipos distintos de productos:

  • b.1) Gas ciudad: si la mezcla es destilada por depuración

    b.2) Alquitrán: si la mezcla es sometida a tratamientos distintos.

    Carbones húmicos: En su obtención se forman una serie de ácidos denominados húmicos. Hay varios tipos:

    LIGNITO, HULLA, ANTRACITA.

    De la combustión seca del lignito se obtiene un coque que puede utilizarse en la industria, aunque tiene poco poder calorífico.

    El contenido en agua puede llegar hasta un 25%, y el de oxígeno entre un 20 y un 30%.

    El poder calorífico de la Hulla es de hasta 8000 cal. El contenido en oxígeno está ente el 5 y el 20 %, y el contenido en carbono es del 90%.

    La antracita tiene más del 90% de contenido en carbono, y su poder calorífico puede llegar a las 9000 cal.

    Ninguno de los compuestos anteriores contendrá el 100% de contenido en carbono, puesto que entonces se trataría de grafito, el cual no es un combustible.

    Se puede obtener un coque natural si el carbón se encuentra cerca una zona magmática.

    Se puede relacionar los tipos de carbones con la edad de los estratos:

    TIPO DE CARBÓN

    TIEMPO GEOLÓGICO

    Antracita

    Paleozoico

    Hulla

    Mesozoico

    Lignitos

    Cenozoico

    Turbas

    Cuaternario

    Yacimientos carboníferos

    Los lugares donde mayor número de yacimientos de petróleo hay son:

    • Europa: Alemania, Rusia, Francia, Inglaterra

    • EE.UU. es el principal productor de hulla

    • En España, la principal zona de yacimientos de antracita y hulla es en Asturias (Paleozoico), aunque también pueden encontrarse en Ciudad Real y Córdoba.

    Uso y problemática de los carbones

    Los carbones se utilizan para producir energía eléctrica. También se usan en la siderurgia y para obtener gas natural.

    Además de ser una energía no renovable, se trata de un combustible sucio, ya que desprende grandes cantidades de dióxido de carbono y dióxido de azufre.

    Su extracción no suele realizarse a cielo abierto, sino que se hace por medio de pozos. En su extracción pueden provocarse explosiones provocadas por gas metano.

    Por ahora no se habla de un agotamiento próximo del carbón.

    II- Hidrocarburos

    Pueden encontrarse en estado sólido (betunes y asfaltos), líquido (petróleo) y gaseoso (gas natural)

    Su estado físico depende de las condiciones de presión y temperatura.

    Aparte de proporcionar energía, son usados en la industria farmacéutica y en el resto de industria.

    III- Petróleo

    Es una roca sedimentaria que no forma estratos. Se forma en un ambiente sedimentario marino, en cuencas con gran subsidencia, a partir del plancton (fitoplancton y zooplancton)

    Para su formación, el plancton debe quedar recubierto por material impermeable. A causa de este material aumentan las condiciones de presión y temperatura. Mediante la actuación de las bacterias anaerobias se produce la transformación de los restos orgánicos en hidrocarburos. El proceso de transformación del plancton en hidrocarburos se denomina maduración, y consta de 3 etapas:

  • Diagénesis: Temperatura máxima de 65º C. Es la etapa en la que actúan las bacterias. Se produce la eliminación de proteínas y carbohidratos. Se forma un primer producto, denominado kerógeno. Se produce también la formación de gas metano.

  • Catagénesis: Temperatura máxima entre 65º y 105º C. En esta etapa se produce la cantidad máxima de petróleo.

  • Metagénesis: Entre los 135º y 175º C de temperatura. En esta etapa se forma la mayor parte del gas.

  • Por encima de los 175º C comenzarían los procesos metamórficos.

    Condiciones para la formación de petróleo:

    • Se necesita una amplia cuenca sedimentaria.

    • Se requiere el recubrimiento de la materia orgánica mediante materiales impermeables.

    • Es necesaria la presencia de bacterias anaerobias.

    Tras la formación del petróleo, éste se encuentra en la roca madre, que es impermeable.

    Condiciones para la extracción de petróleo

    • Migración del petróleo desde la roca madre, que se produce en dos etapas:

  • Migración primaria: debido a la compactación. El petróleo tiende a salir. Tiende a desplazarse hasta una roca almacén (porosa, permeable y que permita el desplazamiento del petróleo) Roca almacén: Debe ser porosa, y que los poros estén intercomunicados. Una roca no permeable también puede ejercer como roca almacén si posee alguna fractura

  • Migración secundaria: debido a la gravedad. El petróleo es menos denso y tiende a ascender.

  • - Debe existir una cubierta que impida que el petróleo siga ascendiendo (roca impermeable)

    - Es necesario que exista una trampa: estructura geológica que permite una acumulación de petróleo, impidiendo que éste ascienda. Las trampas pueden ser de dos tipos:

    a) Estructurales: falla, pliegue anticlinal, domo salino

    b) Estratigráficas: cambio de facies (cambio de materiales), dolomitizaciones.

    Yacimientos petrolíferos

    Los yacimientos petrolíferos se encuentran a unos 2000 metros de profundidad. Para localizarlos es preciso seguir tres etapas:

  • Realizar estudios geológicos de la zona: para diferenciar los tipos de rocas que hay y para reconocer las estructuras.

  • Realizar estudios geofísicos: estudios sísmicos principalmente.

  • Realizar sondeos: como consecuencia de los dos pasos anteriores.

  • Zonas de la Península con petróleo

    Las zonas más favorables en las cuáles podría darse el caso serían en los Pirineos y en Valencia. En Cádiz se ha hallado gas.