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Cap. 14: Recursos de energia – Combustibles fosiles Consumo de energia en E.U. - 2001.

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1 Cap. 14: Recursos de energia – Combustibles fosiles Consumo de energia en E.U

2 Combustibles fosiles (fossil fuels): fuentes de energia que se formaron de los restos de organismos Combustibles fosiles (fossil fuels): fuentes de energia que se formaron de los restos de organismos –Petroleo (oil) –Gas natural (natural gas) –Carbon (coal) –Lutitas bituminosas (oil shale) –Arenas asfalticas (tar sand) Recursos de energia: Combustibles fosiles

3 Fig Aumentos en consumo de energia per capita en diferentes sociedades uso de electricidad

4 Fig Consumo de energia en E.U.: quadrillion Btu = 1015 Btu Economia con problemas – embargo de petroleo a los arabes

5 Petroleo (petroleum): grupo (suite) complejo de compuestos quimicos incluyendo el petroleo liquido y el gas natural asociado a este Petroleo (petroleum): grupo (suite) complejo de compuestos quimicos incluyendo el petroleo liquido y el gas natural asociado a este Oil: petroleo liquido, variedad de compuestos hidrocarburos liquidos pesados (heavy liquid hydrocarbon compounds) Oil: petroleo liquido, variedad de compuestos hidrocarburos liquidos pesados (heavy liquid hydrocarbon compounds) Gas natural: compuesto hidrocarburo gaseoso; metano (CH 4 ) es el mas comun Gas natural: compuesto hidrocarburo gaseoso; metano (CH 4 ) es el mas comun Petroleo y gas natural

6 Materia organica, rica en C y H, se acumula y rapidamente se entierra (buried) Materia organica, rica en C y H, se acumula y rapidamente se entierra (buried) Enterramiento rapido ayuda en el decaimiento (decay) de la materia organica, protegiendola del aire (oxigeno) y reacciones biologicas que destruirian la formacion de hidrocarburos Enterramiento rapido ayuda en el decaimiento (decay) de la materia organica, protegiendola del aire (oxigeno) y reacciones biologicas que destruirian la formacion de hidrocarburos Fuente del material organico – vida microscopica Fuente del material organico – vida microscopica –Organismos mueren y sus restos se van (settle) al suelo marino –Algunos depositos de gas natural se forman del enterramiento de cantidades masivas de material vegetal/de plantas en sedimento en tierra Formacion de petroleo y gas

7 Factores importantes: tiempo e historia de la formacion del deposito de energia (maduracion) Factores importantes: tiempo e historia de la formacion del deposito de energia (maduracion) –Calor y presion actuan para modificar las moleculas organicas –Moleculas organicas grandes (hidrocarburos pesados; consistencia gruesa y casi solida del asfalto) se romperan en moleculas mas pequenas (hidrocarburos livianos; forman aceites lubricantes, gasolina, etc.) –Etapas finales – mayor parte del petroleo formara moleculas gaseosas simples y livianas: gas natural Cont. Formacion de petroleo y gas

8 Fig Proceso de maduracion del petroleo en un deposito marino

9 Hidrocarburos liquidos y gaseosos migraran fuera de las rocas en las cuales se formaron para producir depositos economicamente utiles Hidrocarburos liquidos y gaseosos migraran fuera de las rocas en las cuales se formaron para producir depositos economicamente utiles Roca almacen (reservoir rocks) – permeable y porosa, que suministrara petroleo y gas natural Roca almacen (reservoir rocks) – permeable y porosa, que suministrara petroleo y gas natural Roca de tapa impermeable (impermeable cap) - atrapan la migracion de hidrocarburos hacia arriba (si no ascenderian a la superficie) Roca de tapa impermeable (impermeable cap) - atrapan la migracion de hidrocarburos hacia arriba (si no ascenderian a la superficie) Migracion de petroleo y gas

10 Trampas de petroleo y gas Trampa de pliegue (fold) – se acumulan en el eje del pliegue (charnela) Petroleo acumulado en un arrecife de coral fosilizado

11 Trampas de petroleo y gas Trampa de falla (fault) – migracion ascendente se detiene donde esta la falla

12 Pocos depositos de hidrocarburos se encuentran en rocas de menos de 1-2 millones de años --- proceso es lento Pocos depositos de hidrocarburos se encuentran en rocas de menos de 1-2 millones de años --- proceso es lento Petroleo y gas natural son recursos de energia no-renovables (nonrenewable) Petroleo y gas natural son recursos de energia no-renovables (nonrenewable) Material organico que cae al suelo oceanico hoy no sera util como producto de petroleo en nuestras vidas Material organico que cae al suelo oceanico hoy no sera util como producto de petroleo en nuestras vidas Petroleo y gas: Tiempo

13 A nivel global 500 billones de barriles de petroleo se han consumido A nivel global 500 billones de barriles de petroleo se han consumido –1 barril = 42 galones Razones (rates) de consumo reciente han aumentando rapidamente Razones (rates) de consumo reciente han aumentando rapidamente Reservas comprobadas restantes ~1 trillon de barriles Reservas comprobadas restantes ~1 trillon de barriles –No estan distribuidas a la par alrededor del mundo –Mayoria del petroleo es consumido por paises industrializados Abastecimiento y demanda por petroleo

14 Fig Reservas mundiales de petroleo y gas natural (2002)

15 200 billones de barriles de petroleo se han producido y consumidos en E.U. 200 billones de barriles de petroleo se han producido y consumidos en E.U. –Usa ~7 billones de barriles por año (40% energia) E.U. le restan <23 billones de barriles de reservas comprobadas E.U. le restan <23 billones de barriles de reservas comprobadas –Produccion ha disminuido recientemente –Se consideran nuevos recursos E.U. depende mucho de importaciones de petroleo E.U. depende mucho de importaciones de petroleo Abastecimiento de petroleo en E.U.

16 Fig Produccion de energia en E.U. por fuente de energia. Produccion domestica se ha nivelado a pesar de aumentos en costos y consumo. US Energy production NGPL = Natural gas plant liquids, combustibles liquidos producidos durante procesamiento/refinamiento del gas natural

17 Fuente de ~25% de la energia usada en E.U. Fuente de ~25% de la energia usada en E.U. –~20 trillones de ft 3 consumidos la mayoria de los años –200 trillones de ft 3 de reservas comprobadas –Pocas reservas nuevas se encuentran cada año E.U. es un importador importante de gas natural E.U. es un importador importante de gas natural Abastecimiento y demanda: gas natural

18 Con abastecimientos variados de petroleo y gas natural, se espera que aumente la exploracion Con abastecimientos variados de petroleo y gas natural, se espera que aumente la exploracion –Areas mas prometedoras han sido exploradas –Existen campos protegidos por razones ambientales o porque no produciran cantidades significativas de petroleo y gas natural Futuro de la energia en E.U. continuira estando basada en la importacion Futuro de la energia en E.U. continuira estando basada en la importacion El futuro

19 Recobro primario – limitado a bombeo (pumping) original (petroleo bajo presion y no requiere otras tecnicas) Recobro primario – limitado a bombeo (pumping) original (petroleo bajo presion y no requiere otras tecnicas) Recobro secundario – bombear agua a una reserva cuando flujo baja, para llenar poros vacios y flotar (buoy) hacia arriba mas petroleo (menos denso) para ser bombeado del pozo Recobro secundario – bombear agua a una reserva cuando flujo baja, para llenar poros vacios y flotar (buoy) hacia arriba mas petroleo (menos denso) para ser bombeado del pozo Recobro mejorado (enhanced) – usado despues que tecnicas de recobro primarias y secundarias han vaciado (depleted) su petroleo recobrable (~1/3 de petroleo en trampas). Recobro mejorado (enhanced) – usado despues que tecnicas de recobro primarias y secundarias han vaciado (depleted) su petroleo recobrable (~1/3 de petroleo en trampas). Recobro (recovery) de petroleo

20 Zonas geopresurizadas (geopressurized) Zonas geopresurizadas (geopressurized) –CH 4 miles de metros bajo superficie (altas T y altas P), disuelto en agua, llenando los poros en las rocas Hidratos de metano (methane hydrates) Hidratos de metano (methane hydrates) –CH 4 y hielo solido (congelado) cristalino en aguas articas y sedimentos marinos –Problema para el clima global, si el calentamiento provoca la liberacion del CH 4 en los hidratos de gas en el Artico CH 4 en capas de carbon (coal-bed) CH 4 en capas de carbon (coal-bed) –CH 4 acumulado durante procesos de formacion de carbon Fuentes alternas de gas natural

21 Hidrato de metano

22 Fig Cantidad de C en hidratos de gas es aproximadamente el doble del encontrado en todos los combustibles fosiles en la Tierra billones de tons de C

23 Ideas de conservacion: Ideas de conservacion: –Aumentar car pooling –Construir sistemas de transito en masa mas eficientes (energy efficient) –Aumentar eficiencia en uso de combustible en autos (ej. aumentar las millas por galon) –Mejorar insulacion (insulation) en edificios, casas y escuelas –Aumentar uso de metodos de energia alternativa Conservacion

24 ~10,000 derrames cada año en aguas de E.U. ~10,000 derrames cada año en aguas de E.U. – millones de galones de petroleo anualmente Fuentes (origen) de los derrames: Fuentes (origen) de los derrames: –Barcos petroleros (oil tankers) –Accidentes al barrenar (drilling) (ej. barrenar un area de alta P accidentalmente, causando explosiones) –Disposicion no cuidadosa del petroleo usado –Destruccion intencional de tuberias (pipelines) –Filtros (seeps) naturales Derrames de petroleo (oil spills)

25 Fig Petroleo en el Golfo Persico despues de la Guerra del Golfo en 1991

26 Tecnicas de control de daños: Tecnicas de control de daños: –Barreras y skimmers flotantes –Mapear (mop up) con material absorbente –Quemarlo –Usar microorganismos que comen el petroleo Cont. Derrames de petroleo

27 Por: Wilson Ramirez

28 Fig Limpieza en playa tratando de mapear el petroleo de la playa, Prince William Sound, Alaska

29 Por: Wilson Ramirez

30 Carbon (coal) Source:

31 Provee ~20% del abastecimiento de energia en E.U. Provee ~20% del abastecimiento de energia en E.U. –>50% de la energia electrica (electric power generation) Formacion de depositos de carbon Formacion de depositos de carbon –Se forma de los restos de plantas terrestres –Areas pantanosas con abundantes arboles y hojas –Requiere condiciones anaerobicas (sin aire/oxigeno) para convertir arboles caidos y hojas muertas a carbon Carbon (coal)

32 Etapas de formacion de carbon (en orden): Etapas de formacion de carbon (en orden): (1) Acumulacion de restos vegetales (2) Turba (peat): descomposicion parcial de restos vegetales en un pantano pobre en O 2 crea esta capa superficial de material marron y blando (3) Lignito (lignite): carbon blando y marron que se forma lentamente con el enterramiento somero Formacion de carbon

33 Cont. Formacion de carbon (4) Carbono fijado (bituminous coal): a medida que aumenta la carga por el deposito de una cantidad cada vez mayor de sedimentos sobre el carbon en desarrollo, el agua y los volatiles escapan y aumenta el carbono fijado; mas duro (5) Antracita (anthracite) – variedad mas dura de carbon; metamorfizado Carbon es otro recurso no-renovable

34 Etapas de formacion de carbon I

35 Etapas de formacion de carbon II

36 Yacimientos de carbon de E.U.

37 Reservas mundiales ~ 1 trillon de tons Reservas mundiales ~ 1 trillon de tons –Estimado de 10 trillones de tons en recurso total Reservas en E.U. >270 billones de tons de carbon recobrable Reservas en E.U. >270 billones de tons de carbon recobrable –Se estima 2.7 trillones de toneladas en recurso total Reservas y recursos de carbon

38 Fig Reservas mundiales de carbon. Suma de antracita y carbon fijado en parentesis.

39 No es actualmente un sustituto para petroleo/gas natural No es actualmente un sustituto para petroleo/gas natural –No es limpio para minar, quemar o tratar –No es producido en forma util para propositos de transportacion Carbon se puede convertir en combustible liquido (gasolina) o gaseoso (gas natural) haciendo que el carbon reaccione con vapor o hidrogeno gaseoso a altas temperaturas (produce combustible mas limpio) Carbon se puede convertir en combustible liquido (gasolina) o gaseoso (gas natural) haciendo que el carbon reaccione con vapor o hidrogeno gaseoso a altas temperaturas (produce combustible mas limpio) –Licuefaccion (liquefaction) –Gasificacion (gasification) Limitaciones del carbon

40 Produce CO 2 abundante cuando se quema Produce CO 2 abundante cuando se quema –CO 2 es un gas invernadero (greenhouse gas) Libera S como SO 2 a la atmosfera al quemarse Libera S como SO 2 a la atmosfera al quemarse –Lluvia acida (acid rain): SO 2 es toxico y reacciona con H 2 O en la atmosfera para formar acido sulfurico; acidifica rios y suelos, disolucion de rocas Se liberan cenizas (ash) cuando se quema carbon Se liberan cenizas (ash) cuando se quema carbon –Ceniza es ~20% del volumen de carbon –A menudo contiene metales toxicos como selenio y uranio Impactos ambientales del carbon

41 Ejemplo de mineria superficial de carbon

42 Fig Fuego fuera de control en mina subterranea de carbon abandonada en Wyoming

43 Fig Mina de carbon abandonada con piscinas de acido en sus spoil banks (Utah)

44 Combustible en las lutitas bituminosas (roca sedimentaria) es un hidrocarburo solido ceroso (waxy) llamado kerogen, formado de restos de plantas, algas y bacterias Combustible en las lutitas bituminosas (roca sedimentaria) es un hidrocarburo solido ceroso (waxy) llamado kerogen, formado de restos de plantas, algas y bacterias –Se rompen y queman para destilar el combustible Recurso abundante en E.U.: ~2 - 5 trillones de barriles de petroleo de lutita bituminosa Recurso abundante en E.U.: ~2 - 5 trillones de barriles de petroleo de lutita bituminosa –No es aun viable economicamente para explotar: muy costoso, requiere mineria superficial, se obtiene poca cantidad de la mineria de mucha roca (gran volumen de desperdicios), requiere grandes cantidades de agua. Lutitas bituminosas (oil shale)

45 Fig Distribucion de depositos de lutitas bituminosas en E.U. Green River Formation – deposito mas rico

46 Fig Afloramientos de lutitas bituminosas, Green River Formation, Colorado

47 Arenas asfalticas (tar sand) Rocas sedimentarias que contienen un petroleo muy grueso, semisolido – alquitran negro conocido como bitumen (tar-like) Rocas sedimentarias que contienen un petroleo muy grueso, semisolido – alquitran negro conocido como bitumen (tar-like) –Pueden representar depositos de petroleo inmaduros No es aun viable economicamente para explotar, porque debe minarse, romperse la roca y calentarse para extraer el petroleo, que se debe refinar en varios combustibles (problemas similares a lutitas bituminosas). No es aun viable economicamente para explotar, porque debe minarse, romperse la roca y calentarse para extraer el petroleo, que se debe refinar en varios combustibles (problemas similares a lutitas bituminosas). Recurso de energia principal en Canada Recurso de energia principal en Canada

48 Fig Localizacion de depositos de petroleo en el oeste de Canada - Yacimiento Athabasca

49 Fig Recursos de petroleo en Canada Canadian reserves


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