Combustibles fòssils: formació, impacte i alternatives

Combustibles fòssils: hidrocarburs i carbó

Tipus de combustibles fòssils

Carbó (coal)

El carboni és el constituent bàsic (>50%).

Hidrocarburs

Compostos orgànics amb C i H com a constituents bàsics.

• Líquid: petroli (oil)
• Gasós: gas natural (natural gas)

A l'actualitat, els combustibles fòssils són la principal font d'energia al planeta. Són un recurs no renovable, les reserves són limitades.

Hidrocarburs

Tipus d'hidrocarburs

1. Petroli: octà (C₈H₁₈) i altres
2. Gas natural: barreja d'hidrogen, metà, butà, propà i d'altres gasos.

Formació dels hidrocarburs

Els jaciments de petroli i de gas natural generalment es troben associats i tenen un origen comú:

1. Acumulació de restes d'animals marins i de vegetals en els fons marins, essencialment microrganismes (plàncton, bacteris) i algues.
2. Enterrament junt amb sediments (generalment fang).
3. Degradació anaeròbica i diagènesi (per ΔP i ΔT). El fang es converteix en lutita i la matèria orgànica perd oxigen transformant-se en hidrocarburs pesats.
4. Maduració: els hidrocarburs pesats es trenquen per formar hidrocarburs líquids i gasosos.

Un cop formats els hidrocarburs poden passar dues coses:

1. Que es quedin a l'interior de la roca on es van formar (roca mare), normalment impermeable i de textura fina: pissarres bituminoses.
2. Que migrin cap a una roca porosa i permeable.

Migració dels hidrocarburs

És molt possible que escapin cap a nivells superiors, per causa de:

• La forta compactació
• Baixa densitat (menys densos que l'aigua) i viscositat

Arriben a un material de major porositat i permeabilitat = roca magatzem, normalment gresos grollers i calcàries. A més del petroli també trobem en aquestes roques, metà (per damunt del petroli) i aigua salada (per sota).

Un cop en la roca magatzem poden passar dues coses:

1. Que els hidrocarburs escapin fins la superfície si res no els atura.
2. La roca magatzem està limitada per la part superior per roques impermeables que aturen la migració, formant les anomenades trampes petrolíferes.

Exploració dels hidrocarburs (Geologia del Petroli)

Grans inversions en els coneixements geològics (conceptuals i regionals) associats al petroli: Estratigrafia i Sedimentologia, Tectònica, Paleontologia

Recerca de trampes:

• Roques sedimentàries
• Estructures tectòniques o sedimentàries apropiades.

Metodologia:

1. Elaboració de talls (perfils) geològics a partir de mapes geològics i observacions de superfície
2. Interpretació del subsòl a partir de la geofísica (sísmica)
3. Modelització numèrica
4. Pous d'exploració.

Explotació dels hidrocarburs

1. Perforació d'un pou sobre el jaciment
2. Extrusió natural del petroli, si la pressió del gas és suficient. Durant la vida del jaciment, la pressió disminueix, éssent necessari l'ús d'altres tècniques extractives: bombes, injecció d'aigua, etc.
3. Xarxa d'oleoductes/gasoductes cap al seu emmagatzament
4. Transport mitjançant vaixells petrolers
5. Refinament: s'obtenen components útils per destinació a les refineries: propà, butà, gasolina, querosè, gasoil o dièsel, fueloil, olis lubricants, asfalt, carbó de coc, etc. Els components no desitjats: sofre, oxigen, nitrogen, metalls, aigua, sals, etc, s'eliminen mitjançant processos fisicoquímics.

Carbó

Roca carbonosa (>50% carboni, + nitrogen + oxigen). Forma estrats (0.5 - 3m) alternant amb gresos i lutites (en conques sedimentàries continentals).

Formació del carbó

1. Acumulació de restes vegetals en medis continentals pantanosos tropicals
2. Enterrament junt amb sediments (generalment fang i sorra)
3. Degradació anaeròbica i diagènesi (ΔP i ΔT) = carbonització: pèrdua d'aigua, CO₂ i metà, i enriquiment progressiu en carboni.

Evolució del carbó

Torba->Lignit->Hulla->Antracita. (->+ enterrament, més poder calorífic, - gasos)

Èpoques de formació del carbó

Es troben preferentment en 2 èpoques geològiques:

1. Carbonífer/Permià: grans conques carboníferes europees (Illes britàniques, conca del Ruhr, Astúries i Lleó, Ripollès) i nord-americanes (USA). Domina la hulla.
2. Cretaci: dominen els lignits (Terol, Berguedà).

Explotació del carbó

Mineria del carbó: mines a cel obert i en galeries. Matèria prima clau per a la revolució industrial del S. XIX. Moltes es tanquen perquè l'extracció no és rentable. Actualment desplaçat pels hidrocarburs, però potser en un futur es tornin a invertir les coses.

La civilització dels combustibles fòssils

Problemàtica

• Exhauriment dels combustibles fòssils, principal recurs energètic actual.
• Impacte ambiental.

Reserves de petroli

Si l'extracció continua al ritme actual, llevat que es trobessin nous jaciments, les reserves mundials durarien fins al 2060-2100. Augment del consum en els països en vies de desenvolupament.

Solucions

1. Explorar i trobar nous jaciments
2. Explotació d'altres combustibles: pissarres bituminoses (explotació poc rendible, cal realitzar processos d'excavació, trituració i destinació de grans quantitats de roques fins a obtenir petroli líquid).
3. Fracking (fractura hidràulica): tècnica d'extracció de gas que es troba fortament adherit a roques. Corrent als Estats Units i Canadà, i començant a propagar-se per la resta del món. Consisteix en la injecció d'aigua, sorra i productes químics a gran pressió al subsòl rocós el que provoca que el gas s'alliberi. Problema: contaminació d'aigües subterrànies.
4. Energies alternatives (biocombustibles): biodièsel i bioetanol.

Impacte ambiental dels combustibles fòssils

Una altra raó per les energies alternatives: cost mediambiental de l'ús dels combustibles fòssils

1. Fase d'extracció: augment de la quantitat de sòlids en suspensió en l'aire al voltant de les zones d'extracció. Modificacions en el medi físic, contaminació química de les aigües. Accidents com el del 2010 al Golf de Mèxic.
2. Infraestructures: impacte estètic o visual.
3. Transport: els vessaments de petroli suposen una forta amenaça al medi ambient marí i terrestre (exemple: Prestige 2002).
4. La combustió produeix productes residuals contaminants: partícules no cremades CO, CO₂, N₂ òxids de sofre per part del carbó (pluja àcida) òxids nitrosos per part dels hidrocarburs, etc.
5. Conflictes polítics, econòmics, guerres, (Irak, Líbia, Argentina, Ucraïna, …), etc.

Exemples de geoconservació

Molts exemples de geoconservació del registre sedimentari i paleontològic. Entre els més emblemàtics a nivell mundial:

• Gran Canyon (USA)
• Petrified Forest (USA)
• Dinosaur Provincial Park (Canada)
• Illa d'Akilia (Groenlàndia)

Espais propers d'interès sedimentològic i paleontològic:

• Cuenca de Cameros i Parque Paleontológico de Galve

Catalunya, espais IEIGC:

• Conca de Tremp, Montsec i Vall d'Àger
• Berguedà.