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7.9 Los combustibles como fuentes de energía

Una de las aplicaciones más importantes de las medidas y cálculos termoquímicos es la valoración de los materiales como fuentes de energía. Generalmente estos materiales, llamados combustibles, liberan energía mediante un proceso de combustión. Vamos a examinar brevemente algunos combustibles comunes, insistiendo en los aspectos que la termoquímicanos ayuda a comprender.

Combustibles fósiles

La mayor parte de las necesidades energéticas actuales se cubren mediante el petróleo, el gas natural y el carbón, los llamados combustibles fósiles. Estos combustibles proceden de la vida animal y vegetal de hace millones de años. La fuente original de la energía atrapada en estos combustibles es la energía solar. En el proceso de lafotosíntesis, CO2 y H2O, en presencia de enzimas, el pigmento clorofila y la luz solar se transforman en hidratos de carbono. Estos hidratos de carbono son compuestos de fórmula Cm(H2O)n, donde n y m son números enteros. Por ejemplo, en el azúcar glucosa m = n = 6, es decir, C6(H2O)6 = C6H12O6. Su formación mediante la fotosíntesis es un proceso endotérmico, que se representa como

Clorofila6 CO2(g) + 6 H2O(l) C6H1O6(s) + 6 O,(g) ∆H° = +2,8 x l03 KJ (7,23)
Luz solar

Aunque la fórmula Cm(H2O)n , sugiere un “hidrato” de carbono, en estos compuestos no hay unidades H2O como las existentes en hidratos (como por ejemplo CuSO4 . 5H2O). Simplemente, los átomos de H y O se encuentran en la misma proporción que en el H2O.

Cuando se invierte lareacción (7.23), en la combustión de glucosa, se libera calor. Esta reacción de combustión es exotérmica.
La celulosa es un hidrato de carbono complejo cuyas moléculas tienen masas moleculares de hasta 500 000 u y es el material estructural más importante de las plantas. Cuando la planta se descompone en presencia de bacterias y sin contacto con el aire, se eliminan átomos de O y H y el contenido encarbono del residuo aumenta aproximadamente en la secuencia
turba lignito (32% C) hulla semibituminosa (40% C) hulla bituminosa (60% C) antracita (80% C)
Para que este proceso se complete formándose carbón en forma de antracita son necesarios aproximadamente 300 millones de años. El carbón es pues una roca orgánica combustible formada por carbono, hidrógeno y oxígeno, junto con pequeñascantidades de nitrógeno, azufre y materia mineral (ceniza). Para representar una “molécula” de hulla bituminosa se ha propuesto la fórmula C153H115N3O13S2.
El petróleo y el gas natural se formaron de manera algo distinta. Las plantas y los animales que vivían en los antiguos océanos se depositaron en su fondo, fueron descompuestos por las bacterias y quedaron cubiertos por arena y cieno. Con el pasodel tiempo, la arena y el cieno se transformaron en arenisca debido al peso de las capas superiores de arena y cieno. Las altas presiones y temperaturas resultantes de la formación de la arenisca transformaron la materia orgánica original que estaba bajo ella en petróleo y gas natural. La antigüedad de estos depósitos oscila entre 250 y 500 millones de años.
El gas natural está formado poraproximadamente 85 por ciento de metano (CH4), 10 por ciento de etano (C2H6), 3 por ciento de propano (C3H8) y cantidades pequeñas de otros gases combustibles e incombustibles. El petróleo está formado por varios centenares de hidrocarburos distintos de diversa complejidad, desde moléculas C1 (por ejemplo CH4) hasta C40 (por ejemplo C40H82) o incluso con un número mayor de átomos C.
Una manera decomparar los combustibles consiste en examinar sus calores de combustión: en general, cuanto más alto sea el calor de combustión mejor es el combustible.
La Tabla 7.4 muestra calores aproximados de combustión para los combustibles fósiles.
Estos datos indican que la biomasa (materia viva o materiales obtenidos a partir de ella: madera, alcoholes, basura urbana) es un combustible viable, pero los...