Los combustibles químicos son sustancias que liberan energía al reaccionar con las sustancias que los rodean, sobre todo mediante el proceso de combustión. La mayor parte de la energía química liberada en la combustión no se almacena en los enlaces químicos del combustible, sino en el débil doble enlace del oxígeno molecular.
Los combustibles químicos se dividen de dos maneras. En primer lugar, por sus propiedades físicas, como sólido, líquido o gas. En segundo lugar, en base a su aparición: primarios (combustible natural) y secundarios (combustible artificial). Así, una clasificación general de los combustibles químicos es:
| Primario (natural) | Secundario (artificial) | |
|---|---|---|
| Combustibles sólidos | madera, carbón, turba, estiércol, etc. | coque, carbón vegetal |
| petróleo | diesel, gasolina, queroseno, GLP, alquitrán de hulla, nafta, etanol | |
| Combustibles gaseosos | gas natural | hidrógeno, propano, metano, gas de hulla, gas de agua, gas de alto horno, gas de coquería, GNC |
Combustible sólidoEditar
El combustible sólido se refiere a varios tipos de materiales sólidos que se utilizan como combustible para producir energía y proporcionar calefacción, generalmente liberada a través de la combustión. Los combustibles sólidos incluyen la madera , el carbón vegetal, la turba, el carbón, las pastillas de combustible de hexamina y los pellets hechos de madera (véase pellets de madera), maíz, trigo, centeno y otros granos. La tecnología de cohetes de combustible sólido también utiliza combustible sólido (véase propulsores sólidos). Los combustibles sólidos han sido utilizados por la humanidad durante muchos años para crear fuego. El carbón fue la fuente de combustible que permitió la revolución industrial, desde el encendido de los hornos hasta el funcionamiento de las máquinas de vapor. La madera también se utilizó ampliamente para hacer funcionar las locomotoras de vapor. Tanto la turba como el carbón se siguen utilizando hoy en día para generar electricidad. El uso de algunos combustibles sólidos (por ejemplo, el carbón) está restringido o prohibido en algunas zonas urbanas, debido a los niveles inseguros de emisiones tóxicas. El uso de otros combustibles sólidos como la madera está disminuyendo a medida que mejora la tecnología de calefacción y la disponibilidad de combustible de buena calidad. En algunas zonas, el carbón sin humo suele ser el único combustible sólido utilizado. En Irlanda, las briquetas de turba se utilizan como combustible sin humo. También se utilizan para encender un fuego de carbón.
Combustibles líquidosEditar
Los combustibles líquidos son moléculas combustibles o generadoras de energía que pueden ser aprovechadas para crear energía mecánica, generalmente produciendo energía cinética. También deben adoptar la forma de su recipiente; los humos de los combustibles líquidos son inflamables, no los fluidos.
La mayoría de los combustibles líquidos de uso generalizado se derivan de los restos fosilizados de plantas y animales muertos por exposición al calor y la presión dentro de la corteza terrestre. Sin embargo, hay varios tipos, como el combustible de hidrógeno (para usos automovilísticos), el etanol, el combustible para aviones y el biodiésel, que se clasifican como combustibles líquidos. Los combustibles emulsionados de petróleo en agua, como la orimulsión, se han desarrollado como una forma de hacer que las fracciones de petróleo pesado puedan utilizarse como combustibles líquidos. Muchos combustibles líquidos desempeñan un papel primordial en el transporte y la economía.
Algunas de las propiedades comunes de los combustibles líquidos son que son fáciles de transportar y se pueden manipular con facilidad. También son relativamente fáciles de utilizar para todas las aplicaciones de ingeniería y en el uso doméstico. Combustibles como el queroseno se racionan en algunos países, por ejemplo en las tiendas subvencionadas por el gobierno en la India para uso doméstico.
El gasóleo convencional es similar a la gasolina en el sentido de que es una mezcla de hidrocarburos alifáticos extraídos del petróleo. El queroseno se utiliza en las lámparas de queroseno y como combustible para la cocina, la calefacción y los motores pequeños. El gas natural, compuesto principalmente por metano, sólo puede existir como líquido a temperaturas muy bajas (independientemente de la presión), lo que limita su uso directo como combustible líquido en la mayoría de las aplicaciones. El gas LP es una mezcla de propano y butano, ambos gases fácilmente comprimibles en condiciones atmosféricas normales. Ofrece muchas de las ventajas del gas natural comprimido (GNC), pero es más denso que el aire, no se quema tan limpiamente y es mucho más fácil de comprimir. Utilizados habitualmente para cocinar y calentar espacios, el gas LP y el propano comprimido se utilizan cada vez más en vehículos motorizados. El propano es el tercer combustible de motor más utilizado a nivel mundial.
Gas combustibleEditar
El gas combustible es uno de los numerosos combustibles que son gaseosos en condiciones normales. Muchos gases combustibles están compuestos por hidrocarburos (como el metano o el propano), hidrógeno, monóxido de carbono o mezclas de ellos. Dichos gases son fuentes de energía calorífica o luminosa potencial que pueden transmitirse y distribuirse fácilmente a través de tuberías desde el punto de origen directamente hasta el lugar de consumo. El gas combustible se diferencia de los combustibles líquidos y de los combustibles sólidos, aunque algunos gases combustibles se licúan para su almacenamiento o transporte. Aunque su naturaleza gaseosa puede ser ventajosa, ya que evita la dificultad de transportar el combustible sólido y los peligros de derrame inherentes a los combustibles líquidos, también puede ser peligrosa. Es posible que el gas de un combustible no se detecte y se acumule en determinadas zonas, con el consiguiente riesgo de una explosión de gas. Por esta razón, se añaden odorizantes a la mayoría de los gases combustibles para que puedan ser detectados por un olor distintivo. El tipo de gas combustible más común en el uso actual es el gas natural.
BiocombustiblesEditar
El biocombustible puede definirse en términos generales como un combustible sólido, líquido o gaseoso consistente en la biomasa o derivado de ella. La biomasa también puede utilizarse directamente para la calefacción o la energía, lo que se conoce como combustible de biomasa. El biocombustible puede producirse a partir de cualquier fuente de carbono que pueda reponerse rápidamente, por ejemplo, las plantas. Para la fabricación de biocombustibles se utilizan muchas plantas y materiales derivados de las plantas.
Quizás el primer combustible empleado por el ser humano sea la madera. Las pruebas demuestran que el fuego controlado se utilizó hace hasta 1,5 millones de años en Swartkrans, Sudáfrica. Se desconoce qué especie de homínido fue la primera en utilizar el fuego, ya que tanto el Australopithecus como una de las primeras especies de Homo estuvieron presentes en los yacimientos. Como combustible, la madera se ha mantenido en uso hasta la actualidad, aunque ha sido sustituida para muchos fines por otras fuentes. La madera tiene una densidad energética de 10-20 MJ/kg.
Recientemente se han desarrollado biocombustibles para su uso en el transporte automotriz (por ejemplo, el Bioetanol y el Biodiesel), pero existe un amplio debate público sobre la eficiencia de estos combustibles en cuanto al carbono.
Combustibles fósilesEditar
Los combustibles fósiles son hidrocarburos, principalmente carbón y petróleo (petróleo líquido o gas natural), formados a partir de los restos fósiles de antiguas plantas y animales por la exposición a altas temperaturas y presiones en ausencia de oxígeno en la corteza terrestre durante cientos de millones de años. Comúnmente, el término combustible fósil también incluye los recursos naturales que contienen hidrocarburos que no se derivan totalmente de fuentes biológicas, como las arenas bituminosas. Estas últimas fuentes se conocen propiamente como combustibles minerales.
Los combustibles fósiles contienen altos porcentajes de carbono e incluyen el carbón, el petróleo y el gas natural.Van desde materiales volátiles con bajas proporciones de carbono:hidrógeno, como el metano, hasta el petróleo líquido, pasando por materiales no volátiles compuestos de carbono casi puro, como el carbón de antracita. El metano puede encontrarse en yacimientos de hidrocarburos, solo, asociado al petróleo o en forma de clatratos de metano. Los combustibles fósiles se formaron a partir de los restos fosilizados de plantas muertas por exposición al calor y la presión en la corteza terrestre durante millones de años. Esta teoría biogénica fue introducida por primera vez por el erudito alemán Georg Agricola en 1556 y, posteriormente, por Mijaíl Lomonosov en el siglo XVIII.
La Administración de Información Energética estimó que en 2007 las fuentes primarias de energía estaban compuestas por petróleo en un 36,0%, carbón en un 27,4% y gas natural en un 23,0%, lo que supone una cuota del 86,4% para los combustibles fósiles en el consumo de energía primaria en el mundo. Las fuentes no fósiles en 2006 incluían la hidroeléctrica 6,3%, la nuclear 8,5%, y otras (geotérmica, solar, mareomotriz, eólica, madera, residuos) que sumaban el 0,9%. El consumo mundial de energía crecía en torno al 2,3% anual.
Los combustibles fósiles son recursos no renovables porque tardan millones de años en formarse, y las reservas se agotan mucho más rápido de lo que se fabrican otras nuevas. Así que debemos conservar estos combustibles y utilizarlos con criterio. La producción y el uso de los combustibles fósiles plantean problemas medioambientales. Por ello, se está produciendo un movimiento mundial hacia la generación de energías renovables para ayudar a satisfacer las crecientes necesidades energéticas. La quema de combustibles fósiles produce unos 21.300 millones de toneladas (21,3 gigatoneladas) de dióxido de carbono (CO2) al año, pero se calcula que los procesos naturales sólo pueden absorber aproximadamente la mitad de esa cantidad, por lo que se produce un aumento neto de 10.650 millones de toneladas de dióxido de carbono atmosférico al año (una tonelada de carbono atmosférico equivale a 44/12 o 3,7 toneladas de dióxido de carbono). El dióxido de carbono es uno de los gases de efecto invernadero que aumenta el forzamiento radiativo y contribuye al calentamiento global, haciendo que la temperatura media de la superficie de la Tierra aumente en respuesta, lo que la gran mayoría de los científicos del clima están de acuerdo en que causará importantes efectos adversos.Los combustibles son una fuente de energía.
EnergíaEditar
La cantidad de energía de los diferentes tipos de combustible depende de la relación estequiométrica, la relación químicamente correcta entre el aire y el combustible para asegurar la combustión completa del combustible, y su energía específica, la energía por unidad de masa.
| Combustible | Energía específica (MJ/kg) | AFR stoich. | FAR stoich. | Energía @ λ=1 (MJ/kg(Aire)) | Diesel | 48 | 14.5 : 1 | 0,069 : 1 | 3,310 |
|---|---|---|---|---|
| 26,4 | 9 : 1 | 0,111 : 1 | 2.933 | |
| Gasolina | 46,4 | 14,7 : 1 | 0,068 : 1 | 3,156 |
| Hidrógeno | 142 | 34,3 : 1 | 0,029 : 1 | 4,140 |
| Keroseno | 46 | 15,6 : 1 | 0,064 : 1 | 2,949 |
| GLP | 46.4 | 17,2 : 1 | 0,058 : 1 | 2,698 |
| Metanol | 19,7 | 6,47 : 1 | 0,155 : 1 | 3.045 |
| Metano | 55,5 | 17,2 : 1 | 0,058 : 1 | 3,219 |
| Nitrometano | 11,63 | 1.7 : 1 | 0,588 : 1 | 6,841 |
1 MJ ≈ 0,28 kWh ≈ 0,37 HPh.