Alternativas de prueba de manejo: PARTE 1 - Industria del gas
En los años 70, Wilhelm Maybach experimentó con varios diseños de motores de combustión interna, cambió los mecanismos y pensó en las aleaciones más adecuadas para la producción de piezas individuales. A menudo se pregunta cuál de las sustancias combustibles conocidas en ese momento sería la más adecuada para su uso en motores térmicos.
En los años 70, Wilhelm Maybach experimentó con varios diseños de motores de combustión interna, cambió los mecanismos y pensó en las aleaciones más adecuadas para la producción de piezas individuales. A menudo se pregunta cuál de las sustancias combustibles conocidas en ese momento sería la más adecuada para su uso en motores térmicos.
En 1875, cuando era empleado de la Gasmotorenfabrik Deutz, Wilhelm Maybach decidió probar si podía hacer funcionar un motor de gas con combustible líquido, más precisamente, con gasolina. Se le ocurrió comprobar qué pasaría si cerraba la llave del gas y en su lugar colocaba un trapo empapado en gasolina delante del colector de admisión. El motor no se detiene, sino que sigue funcionando hasta que “succiona” todo el líquido del tejido. Así nació la idea del primer "carburador" improvisado, y tras la creación del automóvil, la gasolina se convirtió en el combustible principal del mismo.
Les cuento esta historia para recordarles que antes de que apareciera la gasolina como alternativa al combustible, los primeros motores usaban gas como combustible. Luego se trataba del uso de gas (de iluminación) para iluminación, obtenido por métodos no conocidos hoy en día, pero mediante el procesamiento del carbón. El motor, inventado por el suizo Isaac de Rivak, el primer motor Etileno Lenoir de grado industrial "aspirado naturalmente" (sin comprimir) desde 1862, y la unidad clásica de cuatro tiempos creada por Otto un poco más tarde, funcionan con gasolina.
Aquí es necesario mencionar la diferencia entre el gas natural y el gas licuado de petróleo. El gas natural contiene del 70 al 98% de metano, siendo el resto gases orgánicos e inorgánicos superiores como etano, propano y butano, monóxido de carbono y otros. El petróleo también contiene gases en proporciones variables, pero estos gases se liberan a través de la destilación fraccionada o se producen mediante algunos procesos secundarios en las refinerías. Los campos de gas son muy diferentes: gas puro o "seco" (es decir, que contiene principalmente metano) y "húmedo" (que contiene metano, etano, propano, algunos otros gases más pesados e incluso "gasolina" - líquido liviano, fracciones muy valiosas) . Los tipos de aceites también son diferentes, y la concentración de gases en ellos puede ser menor o mayor. Los campos a menudo se combinan: el gas se eleva por encima del petróleo y actúa como un "casquete de gas". La composición de la "tapa" y el campo petrolero principal incluye las sustancias mencionadas anteriormente, y varias fracciones, en sentido figurado, "fluyen" entre sí. El metano utilizado como combustible para vehículos "proviene" del gas natural, y la mezcla de propano y butano que conocemos proviene tanto de los yacimientos de gas natural como de los yacimientos petrolíferos. Alrededor del 6% del gas natural del mundo se produce a partir de depósitos de carbón, que a menudo van acompañados de depósitos de gas.
El propano-butano aparece en escena de una manera un tanto paradójica. En 1911, un cliente estadounidense indignado de una compañía petrolera instruyó a su amigo, el famoso químico Dr. Snelling, que averiguara las razones del misterioso evento. El motivo de la indignación del cliente es que se sorprende al descubrir que se acaba de llenar la mitad del tanque de la estación de servicio. Ford desapareció por medios desconocidos durante un corto viaje a su casa. El tanque no fluye de la nada ... Después de muchos experimentos, el Dr. Snelling descubrió que la razón del misterio era el alto contenido de gases propano y butano en el combustible, y poco después desarrolló los primeros métodos prácticos de destilación ellos. Es debido a estos avances fundamentales que ahora se considera al Dr. Snelling el "padre" de la industria.
Mucho antes, hace unos 3000 años, los pastores descubrieron un "manantial llameante" en el monte Paranas en Grecia. Posteriormente, se construyó un templo con columnas en llamas en este lugar "sagrado", y el oráculo Delphius leyó sus oraciones ante el majestuoso coloso, provocando que la gente sintiera una sensación de reconciliación, miedo y admiración. Hoy, parte de ese romance se pierde porque sabemos que la fuente de la llama es el metano (CH4) que fluye de las grietas en las rocas asociadas con las profundidades de los campos de gas. Hay incendios similares en muchos lugares de Irak, Irán y Azerbaiyán frente a la costa del Mar Caspio, que también han estado ardiendo durante siglos y se conocen desde hace mucho tiempo como las "Llamas Eternas de Persia".
Muchos años después, los chinos también usaron gases de los campos, pero con un propósito muy pragmático: calentar grandes calderas con agua de mar y extraer sal de ella. En 1785, los británicos crearon un método para producir metano a partir del carbón (que se utilizó en los primeros motores de combustión interna) y, a principios del siglo XX, los químicos alemanes Kekule y Stradonitz patentaron un proceso para producir combustible líquido más pesado a partir de él.
En 1881, William Hart perforó el primer pozo de gas en la ciudad estadounidense de Fredonia. Hart observó durante mucho tiempo las burbujas que subían a la superficie del agua en una bahía cercana y decidió cavar un hoyo desde el suelo hasta el campo de gas propuesto. A una profundidad de nueve metros bajo la superficie, alcanzó una veta de la que brotó gas, que luego capturó, y su recién formada Fredonia Gas Light Company se convirtió en pionera en el negocio del gas. Sin embargo, a pesar del avance de Hart, el gas de iluminación utilizado en el siglo XIX se extraía principalmente del carbón mediante el método descrito anteriormente, principalmente debido a la falta de potencial para desarrollar tecnologías para transportar gas natural desde los campos.
Sin embargo, la primera producción comercial de petróleo ya era un hecho entonces. Su historia comenzó en los EE. UU. en 1859, y la idea era utilizar el aceite extraído para destilar queroseno para iluminación y aceites para máquinas de vapor. Incluso entonces, la gente se enfrentó al poder destructivo del gas natural, comprimido durante miles de años en las entrañas de la tierra. Los pioneros del grupo de Edwin Drake casi mueren durante la primera perforación improvisada cerca de Titusville, Pensilvania, cuando se filtró gas por la brecha, se desató un incendio gigante que se llevó todo el equipo. Hoy en día, la explotación de campos de petróleo y gas va acompañada de un sistema de medidas especiales para bloquear el libre flujo de gas combustible, pero los incendios y las explosiones no son infrecuentes. Sin embargo, el mismo gas se utiliza en muchos casos como una especie de “bomba” que empuja el petróleo hacia la superficie, y cuando baja su presión, los petroleros comienzan a buscar y utilizar otros métodos para extraer el “oro negro”.
El mundo de los gases de hidrocarburos
En 1885, cuatro años después de la primera perforación de gas de William Hart, otro estadounidense, Robert Bunsen, inventó un dispositivo que luego se conoció como el "mechero Bunsen". La invención sirve para dosificar y mezclar gas y aire en una proporción adecuada, que luego se puede utilizar para una combustión segura: es este quemador el que hoy en día es la base de las boquillas de oxígeno modernas para estufas y aparatos de calefacción. El invento de Bunsen abrió nuevas posibilidades para el uso del gas natural, pero aunque el primer gasoducto se construyó ya en 1891, el combustible azul no cobró importancia comercial hasta la Segunda Guerra Mundial.
Fue durante la guerra que se crearon métodos suficientemente confiables de corte y soldadura, lo que hizo posible construir tuberías de gas de metal seguras. Miles de kilómetros de ellos se construyeron en Estados Unidos después de la guerra, y el oleoducto de Libia a Italia se construyó en los años 60. También se han descubierto grandes depósitos de gas natural en los Países Bajos. Estos dos hechos explican la mejor infraestructura para el uso de gas natural comprimido (GNC) y gas licuado de petróleo (GLP) como combustible vehicular en estos dos países. La enorme importancia estratégica que empieza a adquirir el gas natural se confirma con el siguiente hecho -cuando Reagan decidió destruir el "Imperio del Mal" en los años 80, vetó el suministro de equipos de alta tecnología para la construcción de un gasoducto desde el URSS a Europa. Para compensar las necesidades europeas, se está acelerando la construcción de un gasoducto desde el sector noruego del Mar del Norte hasta Europa continental, y la URSS está pendiente. En ese momento, las exportaciones de gas eran la principal fuente de divisas para la Unión Soviética, y la grave escasez resultante de las medidas de Reagan pronto condujo a los conocidos acontecimientos históricos de principios de la década de 90.
Hoy en día, la Rusia democrática es un importante proveedor de gas natural para las necesidades energéticas de Alemania y un actor global importante en esta área. La importancia del gas natural comenzó a crecer tras las dos crisis del petróleo de los años 70, y hoy es uno de los principales recursos energéticos de importancia geoestratégica. Actualmente, el gas natural es el combustible más barato para calefacción, se utiliza como materia prima en la industria química, para la generación de electricidad, para electrodomésticos, y su "primo" el propano se puede encontrar incluso en botellas de desodorante como desodorante. sustituto de los compuestos de flúor que agotan la capa de ozono. El consumo de gas natural crece constantemente y la red de gasoductos es cada vez más larga. En cuanto a la infraestructura construida hasta el momento para el uso de este combustible en los automóviles, todo queda muy atrás.
Ya te hemos hablado de las extrañas decisiones que tomaron los japoneses en la producción del muy necesitado y escaso combustible durante la Segunda Guerra Mundial, y también mencionamos el programa de producción de gasolina sintética en Alemania. Sin embargo, poco se sabe sobre el hecho de que en los años de escasez de la guerra en Alemania había autos bastante reales que funcionaban con ... ¡madera! En este caso, no se trata de una vuelta a la buena máquina de vapor de antaño, sino a los motores de combustión interna, originalmente diseñados para funcionar con gasolina. De hecho, la idea no es muy complicada, pero requiere el uso de un sistema generador de gas voluminoso, pesado y peligroso. El carbón, el carbón vegetal o simplemente la madera se colocan en una planta de energía especial y no muy compleja. En su fondo arden en ausencia de oxígeno, y en condiciones de alta temperatura y humedad se libera un gas que contiene monóxido de carbono, hidrógeno y metano. Luego se enfría, limpia y alimenta mediante un ventilador a los colectores de admisión del motor para usarlo como combustible. Por supuesto, los conductores de estas máquinas realizaban las funciones complejas y difíciles de los bomberos: la caldera debía cargarse y limpiarse periódicamente, y las máquinas humeantes realmente se parecían un poco a las locomotoras de vapor.
Hoy en día, la exploración de gas requiere una de las tecnologías más sofisticadas del mundo, y la extracción de gas natural y petróleo es uno de los mayores desafíos que enfrenta la ciencia y la tecnología. Este hecho es especialmente cierto en los EE. UU., donde se utilizan cada vez más métodos no convencionales para "chupar" el gas que queda en campos viejos o abandonados, así como para extraer el llamado gas "apretado". Según los científicos, ahora se necesitará el doble de perforaciones para producir gas al nivel de tecnología de 1985. La eficiencia de los métodos aumenta considerablemente y el peso del equipo se reduce en un 75%. Se utilizan programas informáticos cada vez más sofisticados para analizar datos de gravímetros, tecnologías sísmicas y satélites láser, a partir de los cuales se crean mapas informáticos tridimensionales de los yacimientos. También se han creado las llamadas imágenes 4D, gracias a las cuales es posible visualizar las formas y movimientos de los depósitos a lo largo del tiempo. Sin embargo, quedan instalaciones de última generación para la producción de gas natural en alta mar, solo una fracción del progreso humano en esta área, sistemas de posicionamiento global para perforación, perforación ultra profunda, tuberías en el fondo del océano y sistemas de limpieza licuados. monóxido de carbono y arena.
Refinar petróleo para producir gasolina de alta calidad es una tarea mucho más compleja que refinar gases. Por otro lado, transportar gas por mar es mucho más costoso y complejo. Los camiones cisterna de GLP tienen un diseño bastante complejo, pero los transportadores de GNL son una creación impresionante. El butano se licúa a -2 grados, mientras que el propano se licúa a -42 grados oa una presión relativamente baja. Sin embargo, ¡se necesitan -165 grados para licuar el metano! En consecuencia, la construcción de camiones cisterna de GLP requiere estaciones de compresión más sencillas que las de gas natural y depósitos diseñados para soportar presiones no especialmente altas de 20-25 bar. Por el contrario, los camiones cisterna de gas natural licuado están equipados con sistemas de enfriamiento continuo y tanques súper aislados; de hecho, estos colosos son los refrigeradores criogénicos más grandes del mundo. Sin embargo, parte del gas logra "salir" de estas instalaciones, pero otro sistema lo captura de inmediato y lo alimenta a los cilindros del motor de la nave.
Por las razones anteriores, es bastante comprensible que ya en 1927 la tecnología permitiera sobrevivir a los primeros tanques de propano-butano. Este es el trabajo de la holandesa-inglesa Shell, que en ese momento ya era una empresa gigante. Su jefe, Kessler, es un hombre avanzado y un experimentador que durante mucho tiempo ha soñado con utilizar de alguna manera la enorme cantidad de gas que hasta ahora se ha filtrado a la atmósfera o se ha quemado en las refinerías de petróleo. A partir de su idea e iniciativa, se creó el primer buque offshore con una capacidad de carga de 4700 toneladas para transportar gases hidrocarburos de aspecto exótico e impresionantes dimensiones sobre tanques de cubierta.
Sin embargo, se necesitan otros treinta y dos años para construir el primer metanero Methane Pioneer, construido por orden de la compañía de gas Constock International Methane Limited. Shell, que ya cuenta con una infraestructura estable para la producción y distribución de GLP, compró esta empresa, y muy pronto se construyeron dos grandes tanqueros más: Shell comenzó a desarrollar el negocio del gas natural licuado. Cuando los habitantes de la isla inglesa de Conway, donde la empresa está construyendo instalaciones de almacenamiento de metano, se dan cuenta de lo que en realidad se almacena y transporta a su isla, quedan conmocionados y asustados, pensando (y con razón) que los barcos son solo bombas gigantes. Entonces el problema de la seguridad era realmente relevante, pero hoy en día los buques cisterna para el transporte de metano licuado son extremadamente seguros y no solo son uno de los buques marítimos más seguros, sino también uno de los más respetuosos con el medio ambiente, incomparablemente más seguros para el medio ambiente que los petroleros. El mayor cliente de la flota de petroleros es Japón, que prácticamente no tiene fuentes locales de energía, y la construcción de gasoductos a la isla es una tarea muy difícil. Japón también tiene el "parque" más grande de vehículos a gas. Los principales proveedores de gas natural licuado (GNL) en la actualidad son Estados Unidos, Omán y Qatar, Canadá.
Recientemente, el negocio de producir hidrocarburos líquidos a partir de gas natural se ha vuelto cada vez más popular. Se trata principalmente de combustible diésel ultralimpio sintetizado a partir de metano, y se espera que esta industria se desarrolle a un ritmo acelerado en el futuro. Por ejemplo, la política energética de Bush requiere el uso de fuentes de energía locales y Alaska tiene grandes depósitos de gas natural. Estos procesos son estimulados por precios del petróleo relativamente altos, que crean requisitos previos para el desarrollo de tecnologías costosas: GTL (Gas-to-Liquids) es solo uno de ellos.
Básicamente, GTL no es una tecnología nueva. Fue creado en la década de 20 por los químicos alemanes Franz Fischer y Hans Tropsch, mencionados en números anteriores como parte de su programa sintético. Sin embargo, en contraste con la hidrogenación destructiva del carbón, aquí tienen lugar los procesos de unión de moléculas ligeras en enlaces más largos. Sudáfrica ha estado produciendo ese combustible a escala industrial desde la década de 50. Sin embargo, el interés en ellos ha crecido en los últimos años en busca de nuevas oportunidades para reducir las emisiones de combustibles nocivos en los Estados Unidos. Las principales compañías petroleras como BP, ChevronTexaco, Conoco, ExxonMobil, Rentech, Sasol y Royal Dutch/Shell están gastando enormes sumas de dinero en el desarrollo de tecnologías relacionadas con GTL y, como resultado de estos desarrollos, los aspectos políticos y sociales se debaten cada vez más en la frente a los incentivos. impuestos a los consumidores de combustibles limpios. Estos combustibles permitirán que muchos consumidores de combustible diesel lo reemplacen por otros más amigables con el medio ambiente y reducirán el costo para las compañías automotrices de cumplir con los nuevos niveles de emisiones nocivas establecidos por ley. Pruebas exhaustivas recientes muestran que los combustibles GTL reducen el monóxido de carbono en un 90 %, los hidrocarburos en un 63 % y el hollín en un 23 % sin necesidad de filtros de partículas diésel. Además, la naturaleza baja en azufre de este combustible permite el uso de catalizadores adicionales que pueden reducir aún más las emisiones de los vehículos.
Una ventaja importante del combustible GTL es que se puede utilizar directamente en motores diésel sin realizar modificaciones en las unidades. También se pueden mezclar con combustibles que contengan de 30 a 60 ppm de azufre. A diferencia del gas natural y los gases licuados del petróleo, no es necesario modificar la infraestructura de transporte existente para transportar combustibles líquidos. Según el presidente de Rentech, Denis Yakubson, este tipo de combustible podría complementar idealmente el potencial económico ecológico de los motores diesel, y Shell está construyendo actualmente una gran planta de $ 22,3 mil millones en Qatar con una capacidad de diseño de XNUMX millones de litros de combustible sintético por día. ... El mayor problema con estos combustibles proviene de la enorme inversión requerida en nuevas instalaciones y el proceso de producción típicamente costoso.
Biogas
Sin embargo, la fuente de metano no son solo los depósitos subterráneos. En 1808, Humphry Davy experimentó con paja colocada en una retorta al vacío y produjo un biogás que contenía principalmente metano, dióxido de carbono, hidrógeno y nitrógeno. Daniel Defoe también habla de biogás en su novela sobre la "isla perdida". Sin embargo, la historia de esta idea es aún más antigua: en el siglo 1776, Jan Baptita Van Helmont creía que se podían obtener gases combustibles a partir de la descomposición de sustancias orgánicas, y el conde Alexander Volta (el creador de la batería) también llegó a conclusiones similares. en 1859. La primera planta de biogás comenzó a operar en Bombay y se estableció el mismo año en que Edwin Drake realizó la primera perforación petrolera exitosa. Una planta india procesa heces y suministra gas para farolas.
Pasará mucho tiempo antes de que los procesos químicos en la producción de biogás se comprendan y estudien a fondo. Esto fue posible solo en los años 30 del siglo XX y es el resultado de un salto en el desarrollo de la microbiología. Resulta que este proceso es causado por bacterias anaeróbicas, que son una de las formas de vida más antiguas de la Tierra. “Trituran” la materia orgánica en un ambiente anaeróbico (la descomposición aeróbica requiere mucho oxígeno y genera calor). Estos procesos también ocurren naturalmente en pantanos, marismas, arrozales, lagunas cubiertas, etc.
Los sistemas modernos de producción de biogás se están volviendo más populares en algunos países, y Suecia es líder tanto en la producción de biogás como en los vehículos adaptados para funcionar con él. Las unidades de síntesis utilizan biogeneradores especialmente diseñados, dispositivos relativamente económicos y sencillos que crean un entorno adecuado para las bacterias que, según su tipo, “funcionan” con mayor eficiencia a temperaturas que oscilan entre los 40 y los 60 grados. Los productos finales de las plantas de biogás, además del gas, también contienen compuestos ricos en amoníaco, fósforo y otros elementos aptos para su uso en agricultura como fertilizantes del suelo.
