Ingeniería del Gas

El gas natural recibe este nombre porque se extrae directamente de la naturaleza y llega a su punto de consumo sin haber experimentado prácticamente ninguna transformación química. Es la energía fósil menos contaminante y su rendimiento energético es superior al de cualquier otra fuente combustible. Este hecho, añadido a la expansión de su comercio y la extensión de las redes y sistemas de distribución, hace que su utilización esté aumentando en todo el mundo.

Es una fuente de energía fósil que, como el carbón o el petróleo, está constituida por una mezcla de hidrocarburos, unas moléculas formadas por átomos de carbono e hidrógeno. Complejos estudios de geología y física permiten encontrar y explotar los yacimientos de gas que centenares de miles de años de acción bacteriana han generado bajo tierra.

Cabe destacar, que el gas natural es un compuesto no tóxico, incoloro e inodoro, constituido por una mezcla de hidrocarburos en la que su principal componente es el metano (CH4), una molécula sencilla formada por 1 átomo de carbono y 4 átomos de hidrógeno. Su composición química, no obstante, varía sensiblemente según su procedencia, ya que acostumbra a ir asociada a otras moléculas o elementos como el ácido sulfhídrico (H2S), el anhídrido carbónico (CO2), el nitrógeno (N2) o el helio (He) que se extrae cuando el gas natural se destina a usos industriales y domésticos. El origen del gas natural, como el del petróleo, lo debemos buscar en los procesos de descomposición de la materia orgánica, que tuvieron lugar entre 240 y 70 millones de años atrás, durante la época en la que los grandes reptiles y los dinosaurios habitaban el planeta (Era del Mesozoico). Esta materia orgánica provenía de organismos planctónicos que se fueron acumulando en el fondo marino de plataformas costeras o en las cuencas poco profundas de estanques, y que fueron enterradas bajo sucesivas capas de tierra por la acción de los fenómenos naturales.

Así, sus compuestos fundamentales –grasas y proteínas– se descompusieron muy lentamente en ausencia de oxígeno por la actuación bacteriana. Los gases generados, por diferencia de presiones, ascendieron por las rocas porosas de la corteza terrestre hasta llegar a capas de terreno impermeable, bajo las que quedaron atrapados originando las grandes bolsas o yacimientos de los que hoy en día sacamos provecho los humanos. Este proceso es, salvando las distancias, parecido al que tiene lugar en los vertederos donde tiramos las basuras. La materia orgánica que proviene de los restos de fruta, verdura o carne, por ejemplo, cuando se descompone, produce un gas de características similares al gas natural, que debe ser evacuado del vertedero a la atmósfera, mediante una red de tubos de drenaje para evitar que las emanaciones puedan provocar alguna explosión, o bien almacenarse y aprovecharse como combustible: es el denominado biogás.

Hay yacimientos de gas natural en todos los continentes del planeta. Los depósitos naturales más importantes hasta ahora descubiertos se encuentran en países como Estados Unidos y Canadá en América del Norte; Argentina, Venezuela y Trinidad y Tobago en América del Sur; Alemania, Dinamarca, Finlandia, Noruega, Italia, Holanda o Gran Bretaña en Europa; la Federación Rusa, Uzbekistan, Kazakhstan y Turkmenistan; Argelia, Libia, Nigeria o Egipto en África; Arabia Saudí, Kuwait, Irak, Qatar, Emiratos Árabes o Irán en Oriente Medio; y Australia, India o China en Asia-Oceanía. En Europa, las reservas mundiales representan un 3,5% del total. Los tres grandes países productores son Gran Bretaña, Noruega y Holanda –este último con las reservas probadas más importantes de todo el continente–, buena parte de las cuales han sido encontradas en el Mar del Norte.

Las primeras explotaciones fueron las de los yacimientos descubiertos en Austria, Italia y Francia. Si bien en el estado español la producción de gas natural no es demasiado importante, se han encontrado bolsas en diversos puntos de la Península como es el caso de las provincias de Álava y Sevilla, la costa vasca o el golfo de Cádiz. Así, prácticamente la totalidad del gas natural que se consume en nuestro país proviene del exterior, concretamente de Libia, Argelia y Abu Dhabi, entre otras.

Desde que es extraído de las profundidades de la Tierra hasta que llega a los lugares donde se consume, el gas natural hace un largo viaje en el que apenas experimenta transformaciones. Los gasoductos, los barcos metaneros, los camiones cisterna o las redes de distribución son algunos de los elementos que forman parte del sistema de transporte y distribución del gas natural. El buen funcionamiento de este sistema garantiza la llegada de este recurso energético hasta el consumidor, haciendo posible que un gran número de actividades humanas se lleven a cabo.

No existe indicio alguno en la superficie de un suelo que revele la presencia de un yacimiento de gas natural o de petróleo bajo tierra. No obstante, el profundo conocimiento sobre la estructura del suelo que los geólogos y geofísicos han acumulado a lo largo de años de experiencia les permite desestimar rápidamente ciertos lugares y centrar sus estudios en aquellos que presentan unas determinadas características topográficas. Ahora bien, cuando se detecta la presencia de una bolsa de gas natural, hay que continuar la recopilación de datos para decidir si se explota o no el yacimiento: la profundidad en la que se encuentra, su volumen aproximado, las características de los estratos situados encima, etc. Mediante una sonda instalada en una estructura metálica en forma de torre se accede a la bolsa, se determina también su composición química y la presión del gas y, si definitivamente se considera que el yacimiento será rentable, el pozo se pone en explotación.

Cuando el gas no está mezclado con petróleo, los trabajos de explotación se simplifican ya que el producto brota de forma natural y no es necesario elevarlo mecánicamente a la superficie. A veces, se puede haber acumulado agua en los pozos, de manera que hay que extraerlo con bombas para mantener una producción óptima. Los trabajos de exploración y extracción incluyen actividades que pueden resultar perturbadoras para la fauna y la flora. El impacto ambiental de estos trabajos, no obstante, está limitado temporalmente ya que se adoptan medidas de prevención y corrección que restituyen el entorno a su estado natural. Cuando un yacimiento de gas natural se da por agotado, se procede al desmantelamiento de las plataformas, a su retirada y al sellado del pozo, o son empleados como almacenamientos naturales de gas.

Una vez que el gas ha sido regasificado, o bien ha finalizado su recorrido a través de la red principal de gasoductos, es inyectado o derivado a las redes de distribución locales, para que llegue hasta los puntos donde se aprovechará su energía calorífica. La red de distribución consiste en un conjunto de tuberías interconectadas por donde el gas circula a presión. No todas las conducciones tienen el mismo diámetro, sino que, a medida que se acercan al usuario, éste se hace más pequeño. Entonces, a medida que el gas cambia de una tubería principal a una secundaria, la presión a la que avanza se reduce, a fin de adaptarse a las características de la nueva conducción, proceso que realizan las cámaras de regulación, un conjunto de aparatos –filtros, reguladores, contadores, manómetros– instalados en la superficie o en cámaras subterráneas.

El suministro de gas natural al usuario se puede hacer a baja, media o alta presión. En los dos últimos casos, que se emplea para aplicaciones industriales, es necesario instalar una estación de regulación que tiene por objeto medir el gas consumido y adecuar la presión a las necesidades de los diferentes equipos de combustión. En el caso de las viviendas, el gas natural llega a baja presión, razón por la que no hay que instalar ningún equipo de regulación, sólo el contador. La cadena energética del gas natural se cierra, finalmente, con su utilización por parte del usuario. De esta manera, después de un viaje de miles de kilómetros de tuberías, el gas llega finalmente a su punto de destino, sin haber experimentado prácticamente alteraciones químicas. Es el final de un periplo que comenzó en el momento en que fue extraído de su confinamiento milenario.

LAS APLICACIONES DEL GAS NATURAL

El gas fue utilizado inicialmente para el alumbrado, pero rápidamente se transformó también en una fuente de calor, a causa de su facilidad de manipulación y del desarrollo de las nuevas tecnologías. Actualmente, todos los sectores de la sociedad recurren al gas natural para usos diversos, gracias a una diversidad de aparatos y máquinas que lo convierten en luz, calor, frío e, incluso, electricidad.

Los humanos primitivos ya observaron como, en la superficie de algunos pantanos, se producían llamaradas cuando caía un relámpago. Se trataba de emanaciones de gas inflamadas que ellos adoraban atemorizados. Se sabe también que las civilizaciones griegas y romanas, y algunos pueblos de los actuales Japón y China, utilizaban el gas de forma muy rudimentaria, dado que todavía no conocían su naturaleza y no disponían de tecnología para utilizarlo de manera controlada.

Los Estados Unidos fueron los pioneros en la explotación de los yacimientos de gas natural. Los habitantes de un pueblo denominado Canadaway, cercano a Nueva York, perforaron un pozo de unos nueve metros de profundidad para obtener el gas que emanaba de un yacimiento muy superficial y lo canalizaron a través de una red de distribución de madera y plomo hasta algunas casas, para utilizarlo en el alumbrado.

Era el año 1821. Un siglo más tarde, los mismos Estados Unidos explotaron los yacimientos de gas, al margen de los de petróleo, ya que hasta entonces el gas se había quemado o reinyectado a los pozos para mantener la presión de extracción del petróleo, en vez de ser aprovechado comercialmente.

De la misma manera, el primer gas que se utilizó no procedía del subsuelo, sino que era de origen manufacturado, ya que se obtenía de la destilación o carbonización de la hulla. Este gas favoreció el desarrollo de tecnologías capaces de aprovechar su contenido calorífico, y preparó el camino a la posterior utilización del gas natural, que tiene las ventajas de no ser tóxico, ser limpio y poder aplicarse tal y como se encuentra en la naturaleza.

•Los usos por sectores

La utilización del gas natural, como sucede con cualquier otra fuente de energía, viene determinada por la capacidad humana de ingeniar máquinas y útiles que aprovechen su potencial energético. Actualmente, todos los sectores de la actividad humana sacan provecho –el doméstico, el comercial o el industrial–, dado que su versatilidad y comodidad de uso ha favorecido el desarrollo de un amplio abanico de tecnologías adaptadas a cada uso.

- En el hogar

A nivel doméstico, el gas natural se puede utilizar tanto para cocinar, lavar y secar, como para obtener agua caliente, calefacción o climatización en verano. Los aparatos que funcionan con gas natural se conocen con el nombre de gasodomésticos, para diferenciarlos de los que funcionan con electricidad o electrodomésticos. La cocina, el horno, la lavadora, el lavavajillas, la nevera, o la secadora de ropa, son algunos ejemplos. Incluso hay barbacoas que tienen el gas como combustible y que no producen cenizas ni otros residuos sólidos, a diferencia de lo que pasa con las de leña. El gas natural también permite calentar los hogares mediante las calderas de calefacción, las cuales se conectan a una red de radiadores situados en puntos estratégicos de la vivienda. Estas calderas se denominan mixtas, porque producen calor y agua caliente a la vez, y pueden ser individuales –cuando dan servicio a una sola vivienda– o colectivas –cuando lo hacen para todo un edificio o urbanización.

- En el comercio y la industria

El gas natural se puede usar en cualquier proceso de generación de calor o frío, tanto en aplicaciones comerciales, como en aplicaciones industriales. Se entiende por uso comercial el consumo doméstico referido a espacios colectivos como hospitales, escuelas u hoteles, el consumo del pequeño comercio, como el de los hornos de pan, o el consumo de otro tipo de servicio, como las lavanderías, las piscinas climatizadas, las pistas de patinaje, etc.

En la industria, la ausencia de impurezas –de cenizas o azufre– y el elevado poder calorífico del gas natural hace que saquen provecho numerosos sectores. Así, se ha convertido en prácticamente imprescindible en sectores como el de la cerámica, el vidrio, la porcelana, la metalurgia, el alimentario, el textil o el del papel. En la industria química, el gas natural juega un doble papel ya que, además de servir de fuente de calor, es una materia primaria para la obtención de diversos productos como el metano, que constituye el producto base en la producción de hidrógeno, metanol, amoníaco o acetileno.

Tanto en el sector doméstico y de servicios, como en el industrial se están introduciendo una nueva generación de equipos de alto rendimiento que aumentan su rendimiento energético global hasta un 90%. La caldera de condensación es un ejemplo. Esta caldera permite recuperar el calor latente de condensación del vapor de agua, presente en los gases de combustión que no se aprovecha en los sistemas convencionales de calefacción a gas, de manera que el consumo de energía se reduce hasta un 40%. Combinando la tecnología de condensación con quemadores de baja emisión de NOx, se consigue reducir el nivel de emisiones contaminantes en los procesos de combustión industrial.

- Las nuevas tecnologías

Las políticas de ahorro y racionalización del consumo de energía de los estados, y la voluntad internacional de reducir la contaminación atmosférica, está favoreciendo la búsqueda de nuevas tecnologías que permitan un uso más intensivo del gas. Algunas de las líneas en que están trabajando las empresas gasistas se centran en la optimización de los procesos de obtención de energía eléctrica, en el desarrollo de nuevos equipos de climatización, y en el aprovechamiento del gas como carburante en el sector del transporte.

- La producción de energía eléctrica

El gas natural ha sido un combustible atractivo para la obtención de electricidad, ya que tiene un mejor rendimiento energético y un menor impacto ambiental que otros combustibles fósiles. El desarrollo y mejora de las turbinas de gas permite conseguir ahorros de hasta un 40%.

Hay tres sistemas de producción de energía eléctrica que tienen el gas natural como combustible:

• Las centrales térmicas convencionales, que generan electricidad mediante un sistema caldera-turbina de vapor con un rendimiento global de un 33%.

• Las centrales de cogeneración termoeléctrica, en las que se obtiene calor y electricidad aprovechando el calor residual de los motores y las turbinas. El calor producido sirve para generar calefacción y aire acondicionado o para calentar agua sanitaria, y la electricidad se utiliza o se envía a la red eléctrica general. Su rendimiento eléctrico depende de la tecnología utilizada, pero puede oscilar entre el 30 y el 40%, mientras que el rendimiento térmico está alrededor del 55%.

• Las centrales de ciclo combinado (CCGT), que combinan una turbina de gas y una turbina de vapor, y tienen un rendimiento global de un 57% respecto a la energía primaria.

- La satisfacción del confort climático

Los nuevos equipos a gas natural no sólo permiten obtener calefacción, sino también frío, ya sea mediante el sistema de compresión –es decir, impulsando un motor–, o bien a través del proceso de absorción –es decir, calentando y enfriando productos con puntos de ebullición diferentes. Aunque los equipos de compresión son muy eficientes, los equipos de absorción son considerados como la opción más ecológica para los sistemas de climatización estival y refrigeración, ya que no usan clorofluorcarbonos (CFC) como refrigerantes, unas sustancias que destruyen la capa de ozono cuando son liberadas en la atmósfera.

Combinando la tecnología de cogeneración con la de absorción (la trigeneración), se pueden climatizar grandes edificios, naves industriales, hospitales, etc., con un ahorro energético muy considerable. La Ciudad Sanitaria y Universitaria de Bellvitge, por ejemplo, cuenta con una planta de cogeneración-absorción que ahorra más de 800 tep al año.

El gas natural ha sido incorporado también a la tradicional bomba de calor. Esta máquina opera pasando el calor de una fuente fría a otra caliente, de manera parecida a las bombas hidráulicas. Esto se debe al hecho de que la bomba de calor no sólo aprovecha la energía contenida en el gas, sino también la ambiental, por lo que proporciona más energía de la que consume. Trabajando con gas, se pueden conseguir ahorros de energía primaria superiores al 50% en comparación con una instalación eléctrica.

- Nuevos combustibles para el transporte

Las propiedades físico-químicas del metano hacen de este gas un excelente combustible, debido a su bajo índice de contaminación atmosférica, y al bajo impacto acústico de los motores. En forma de gas natural comprimido (GNC), el metano se ha utilizado en numerosas experiencias que han demostrado su viabilidad como alternativa a los combustibles fósiles tradicionales. En todo el mundo, ya circulan más de un millón de vehículos impulsados con GNC, que producen hasta un 50% menos de emisiones de CO2 y un 80% menos de óxidos de nitrógeno (NOx) que los vehículos accionados por gasolina o gasóleo, y no emiten plomo, azufre ni compuestos aromáticos. Argentina, por ejemplo, es uno de los países con mayor número de vehículos de gas natural, con más de medio millón de automóviles y cerca de 600 estaciones de servicio.

Las flotas de autobuses de ciudades como Barcelona, Bilbao, Madrid, Sevilla o Valencia ya disponen de unidades impulsadas con gas natural, hecho que ha contribuido a reducir las emisiones de gases contaminantes de estos vehículos en el ámbito urbano.