Escrito por Tendenzias

Combustibles Fósiles – Características, origen, aplicaciones y efectos secundarios

Los combustibles fósiles son fuentes de energía que han estado presentes en la Tierra y que han sido sometidos al calor y a la presión de la corteza terrestre durante cientos de millones de añosSe formaron a partir del proceso natural de descomposición anaeróbica  (organismo que no requiere de oxígeno) de organismos muertos y enterrados. Descubramos que son los combustibles fósiles, características, origen, aplicaciones y efectos secundarios que pueden ocasionar.

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Combustibles Fósiles | Fuentes de Energía

El mundo moderno se mueve hacia un mayor desarrollo que lleva implícito un aumento en la calidad y nivel de vida. En las sociedades industrializadas, el desarrollo está íntimamente ligado a su capacidad energética, por tanto, las fuentes de energía y los métodos de transformación de éstas constituyen un elemento básico en el grado de desarrollo.

La energía que el hombre consume diariamente para desarrollar toda su actividad se obtiene de distintas fuentes de energía, denominando fuente de energía a aquellos recursos o medios naturales capaces de producir algún tipo de energía.

La mayoría de las fuentes de energía, tienen su origen último en el Sol (eólica, solar,….). Únicamente la energía nuclear, la geotérmica y la de las mareas no derivan de él. Las fuentes de energía se dividen en dos grupos.

  • Renovables: Son aquellas energías que utilizan un recurso natural cuya vida no depende del uso que se haga de ella. No se agotan tras la transformación energética.
  • No renovables: Son aquellas que dependen de un recurso natural con vida limitada, de forma que al ritmo de consumo actual pueden acabarse en un periodo de tiempo relativamente corto. Se agotan al transformar su energía en energía útil.
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Combustibles Fósiles | Fuentes de Energía No Renovables

La energía fósil se obtiene a partir de la combustión de ciertas sustancias que proceden de restos vegetales y otros organismos vivos, como puede ser el plancton, que hace millones de años fueron sepultados por efecto de grandes cataclismos o fenómenos naturales y por la acción de microorganismos, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura.

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Arenas Bituminosas

A los combustibles fósiles, carbón, petróleo y gas natural, que actualmente se utilizan hay que añadir los esquistos bituminosos y las arenas alquitranadas, cuyo estudio se ha iniciado hace pocos años. Por lo que podemos decir que tenemos:

  • Carbón mineral. El carbón mineral es principalmente carbono que se encuentra en grandes yacimientos en el subsuelo.
  • Petróleo y sus derivados. Es una mezcla de una gran variedad de hidrocarburos (compuestos de carbono e hidrógeno) en fase líquida, mezclados con diversas impurezas. Se obtienen de él diversos combustibles y subproductos.
  • Gas natural. El gas natural está compuesto principalmente por metano y corresponde a la fracción más ligera de los hidrocarburos, por lo que se encuentra en los yacimientos en forma gaseosa.
  • Arenas alquitranadas y esquistos bituminosos: Formados por arenas (arcillas) que contienen restos de materia orgánica (petróleo).

La energía nuclear, es aquella que se libera como resultado de una reacción nuclear. Se puede obtener por fisión nuclear que es la división de núcleos atómicos pesado o bien por fusión nuclear que es la unión de núcleos atómicos.

Combustibles Fósiles | Qué son los Combustibles Fósiles

Se llaman combustibles fósiles a aquellas materias primas emplea en combustión que se han formado a partir de las plantas y otros organismos vivos que existieron en tiempos remotos en la Tierra. El carbón en todas sus variedades, el petróleo y el gas natural son por distintas de presentarse estos productos.

Jhara, ciudad de la India que lleva años ardiendo, por la hulla del interior de la tierra

Jhara, ciudad de la India que lleva años ardiendo, por la hulla del interior de la tierra

Se estima que nuestro planeta surgió hace 4.500 millones de años aproximadamente. Si se hiciese un recorrido desde que apareció la vida en el planeta Tierra, se podrían identificar los distintos animales y plantas que dominaron en cada era gracias a los fósiles. Los restos vegetales y animales que después dieron lugar a los combustibles fósiles son del periodo Carbonífero, hace unos 350 millones de años. Precisamente se llama Carbonífera porque durante esa Era se formaron los grandes bosques que dieron lugar a los yacimientos de carbón.

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El carbón, el lignito y la turba, tienen su origen en los restos oceánicos de árboles y plantas de bosques que se hundieron en el agua de pantanos, se pudrieron como consecuencia de la acción del agua y las bacterias, se fueron cubriendo poco a poco de capas sucesivas de fangos que solidificaron y se convirtieron en rocas.

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El petróleo se origina a partir de materia prima formada principalmente por detrito de organismos vivos acuáticos, vegetales y animales, que vivían en los mares, las lagunas o las desembocaduras de los ríos, en las cercanías del mar.

El petróleo se encuentra únicamente en los medios de origen sedimentario. La materia orgánica se deposita y se va cubriendo por sedimentos, al quedar cada vez a mayor profundidad, se transforma en hidrocarburos, proceso que según las recientes teorías, es una degradación producida por bacterias aerobias primero y anaerobias luego. Estas reacciones desprenden oxígeno, nitrógeno y azufre, que forma parte de los compuestos volátiles de los hidrocarburos.

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1, 2) Plataformas convencionales fijas; 3) Plataformas de torre autoelevable; 4, 5) Plataformas flotantes tensionadas; 6) Plataformas Spar; 7,8) Plataformas semi-sumergibles; 9) Plataformas en barcos perforadores; 10) Plataformas sustentadas en el zócalo y unidas a instalaciones de extracción en el fondo marino

1, 2) Plataformas convencionales fijas; 3) Plataformas de torre autoelevable; 4, 5) Plataformas flotantes tensionadas; 6) Plataformas Spar; 7,8) Plataformas semi-sumergibles; 9) Plataformas en barcos perforadores; 10) Plataformas sustentadas en el zócalo y unidas a instalaciones de extracción en el fondo marino

A medida que los sedimentos se hacen compactos por efectos de presión, se forma la “roca madre”. Posteriormente, por fenómenos de “migración”, el petróleo pasa a impregnar arenas o rocas más porosas y más permeables (areniscas, calizas fisuradas, dolomías), llamadas “rocas almacén”, y en las cuales el petróleo se concentra, y permanece en ellas si encuentra alguna trampa que impida la migración hasta la superficie donde se oxida y volatiliza.

Por lo que podemos resumir el petróleo, procede principalmente de la descomposición bacteriana de restos animales y vegetales, principalmente plancton, en grasas, que existían en las proximidades de lagos y mares. Al depositarse en el fondo de éstos, o al ser cubiertos por las aguas, lo fueron también por capas de sedimentos, descomponiéndose y dando origen a productos combustibles en estado liquido, como el petróleo o el gas natural.

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El gas natural, es parte de la familia de hidrocarburos, al igual que el petróleo, se forma en el subsuelo profundo en sedimentos con alto contenido de materia orgánica y denominados “roca madre”. Este proceso tiene lugar en extensas regiones geológicas denominadas cuencas sedimentarias.

La materia orgánica presente en los sedimentos se deriva a partir de organismos marinos y terrestre, depositados en diversos ambientes sedimentarios, antiguos, de baja energía y deficiencia del oxígeno, hasta mixtos (deltas), bajo condiciones reductoras y un rápido sepultamiento que permiten la acumulación de esta materia.

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El carbón, el petróleo y el gas natural son compuestos orgánicos, formados principalmente por hidrocarburos. A partir de ellos se obtienen otros combustibles derivados y subproductos que son luego empleados como materias primas en diversos procesos químicos orgánicos.

Los combustibles fósiles, reciben este nombre porque están compuestos por restos de organismos que vivieron en nuestro planeta hace millones de años. Estos materiales se encuentran en la corteza terrestre en cantidades limitadas y por lo tanto, son considerados recursos no renovables.

Combustibles Fósiles | Tipos

Las plantas y animales prehistóricos poblaron el planeta hace cientos de millones de años, en medio de un clima más cálido que el actual y coexistieron con organismos unicelulares, llamados protoplancton. Tras la muerte de todos aquellos seres prehistóricos, sus cuerpos se descompusieron, pero quedaron enterrados bajo capas de lodo, arena y roca. Con el paso del tiempo, la exposición al calor y la presión en la corteza terrestre coadyuvaron a la formación de lo que ahora conocemos como un combustible fósil.

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La edad de los combustibles puede llegar a los 650 millones de años. Su composición incluye altos porcentajes de carbono, pero es la mezcla de hidrocarburos la que otorga las propiedades a cada combustible fósil. Existen tres tipos principales de combustibles fósiles: carbón, petróleo y gas natural.

Combustibles Fósiles – Tipos | Carbón y sus Derivados

Las plantas terrestres fueron las encargadas de formar el carbón, el primer combustible fósil que se usó. Es un recurso abundante en el planeta y está compuesto en su mayor parte por carbono. Se obtiene por medio de la minería de superficie o de profundidad. Con la llegada de la máquina de vapor, la obtención y generalización del uso del carbón pasó a ser a escala mundial.

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Representa cerca del 70% de las reservas energéticas mundiales de combustibles fósiles conocidas actualmente, y es la más utilizada en la producción de electricidad a nivel mundial. En España, sin embargo, la disponibilidad del carbón es limitada, actualmente un 0,1% de las reservas mundiales y su calidad es bastante baja. Los principales yacimientos de hulla y antracita, se encuentran en Asturias y León. En Canarias no se utiliza como combustible.

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Ventajas, se encuentra la posibilidad de modificarlo, puede licuarse para producir aceite crudo sintético, o ser gasificado con la intención de formar un combustible parecido al gas natural.

ORIGEN DEL CARBÓN

Es una sustancia fósil, que se encuentra bajo la superficie terrestre, de origen vegetal, generada como resultado de la descomposición lenta de la materia orgánica de los bosques, acumulada en lugares pantanosos, lagunas y deltas fluviales, principalmente durante el período Carbonífero, desde 345 millones de años hasta 280 millones de años, de la Era Primaria.

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Estos vegetales enterrados sufrieron un proceso de fermentación en ausencia de oxígeno, debido a la acción conjunta de microorganismos, en condiciones de presión y temperatura adecuados. A medida que pasa el tiempo, el carbón aumenta su contenido en carbono, lo cual incrementa la calidad y poder calorífico del mismo. Según este criterio duración y condiciones, presión y temperatura, del proceso de carbonización, el carbón se puede clasificar en:

TIPOS DE CARBÓN

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El carbón se clasifica en función de su poder calorífico, que es el poder para producir combustiones o quemar. Cuanto más proporción tienen de carbono mejor calidad tendrá y mejor poder calorífico.

  • Turba : Es el de peor calidad y por tanto el que menos proporción de carbono tiene (un 55%). Es el primer carbón que se forma tiene un color verde parduzco y el en momento de su extracción todavía contiene mucho agua, por eso debe ser secado antes de usarse como combustible. Cuando arde desprende mucho humo y cenizas. Se usa como combustible de baja calidad, en jardinería para mejorar los suelos por su alta capacidad de retener el agua e incluso para pintar.
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  • Lignito : Cuando la turba se va comprimiendo se va formando el lignito. Es de color negro y suele tener una textura similar a la de la madera de la que procede. Tiene un porcentaje en carbono entre el 60% y el 75%. Es un combustible de calidad media. Es un carbón formado hace unas cuantas decenas de millones de años. Se usa como combustible para generar electricidad.
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  • Hulla : La hulla contiene entre el 75% y el 85% en carbono y es duro, negro, opaco y graso. Se forma cuando se comprimen las capas de lignito en la era primaria y es el tipo de carbón más abundante y el llamado carbón de piedra mas utilizado. Posee un alto poder calorífico y es por eso que se utiliza principalmente para las Centrales Térmicas en la producción de electricidad. También se usa para producir carbón de coque usado en los altos hornos. La elaboración de coque genera a su vez muchos derivados que se utilizan en la industria química como el benceno, naftaleno, fenoles cresoles etc.
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  • Antracita : Es el carbón más antiguo, pues tiene más de un 90% de carbono, duro y totalmente
    carbonizado.  Arde con facilidad y tiene un alto poder calorífico.
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Es negro, brillante y muy duro, difícil de rayar. Se usa en las calderas de calefacción para las viviendas y para generar electricidad, pero debido a su coste está siendo desplazado por el gas natural. Su uso principal hoy en día es para producir coque.

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La presión y el calor adicional pueden transformar el carbón en grafito, cuya estructura interna diferente a la del carbono.

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A través de una serie de procesos, se obtienen los carbones artificiales, los más importantes son el coque y el carbón vegetal.

  • Coque: Es una sustancia carbonosa, sólida, ligera, negra y lustrosa que se obtiene a partir del carbón, especialmente de la hulla, utilizando el método de destilación seca. Se obtiene calentando la hulla en ausencia de aire en unos hornos especiales. El resultado es un carbón con un mayor poder calorífico, además de una serie de productos volátiles como gas ciudad, amoníaco y alquitrán, quedando en las paredes del horno, un residuo de carbono prácticamente puro que recibe el nombre de carbón de retorta y que se usa para la fabricación de electrodos.

El coque arde sin llama y tiene un gran poder calorífico. Se usa como combustible, y como agente reductor en la producción del hierro en los hornos altos, coque metalúrgico.

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Coque Metalúrgico

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  • Carbón vegetal: Se obtiene por destilación seca de de la madera. Es muy poroso y por esta razón flota en el agua. Puede usarse como combustible, pero su principal aplicación es como absorbente de gases, por lo que se usa en mascarillas antigás.
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Carbón Vegetal

YACIMIENTOS DE CARBÓN

El carbón se encuentra en los yacimientos en forma de vetas. El espesor necesario para que se pueda explotar un yacimiento es de 1,5 a 3 m, ya que los yacimientos de espesor menor a 35 centímetros no son rentables económicamente hablando. Los yacimientos pueden ser de dos tipos:

  • A cielo abierto o en superficie

Se lleva a cabo cuando el yacimiento se encuentra en la superficie o a escasa profundidad. Se retiran, en primer lugar, los materiales que cubren el carbón y se procede luego a su extracción, como si se tratase de una cantera.

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Una vez terminada la extracción, se recubre de nuevo el terreno con objeto de minimizar el impacto medioambiental. El carbón obtenido de esta forma es de baja calidad. Por lo tanto, sólo resultará económicamente competitivo cuando su precio sea muy inferior al extraído mediante laboreo subterráneo.

  • Laboreo subterráneo.

Se utiliza cuando el carbón se encuentra a gran profundidad. Se perforan pozos hasta llegar a la veta y a continuación se excavan galerías para proceder a la extracción del mineral. La ventilación se realiza por medio de motores, o pozos intercomunicados que eviten posibles acumulaciones de grisú, ya que éste en una proporción mayor del 6% resulta explosivo. Otro problema son las condiciones de trabajo a las que están expuestos los mineros pues, al inhalar partículas de sílice (SiO2) del cuarzo cristalizado o amorfo, pueden contraer una enfermedad llamada silicosis.

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Una vez limpio, triturado y clasificado, el carbón se traslada hasta los lugares de consumo en trenes, barcos o camiones. Esto encarece sobremanera el producto, por ello, en un principio las industrias que utilizaban carbón tendían a concentrarse en las cuencas carboneras, sobre las que recaía prácticamente todo el impacto medioambiental consecuencia de la explotación.

Combustibles Fósiles – Tipos | Petróleo

Formado por una mezcla de hidrocarburos, oxígeno, nitrógeno y una pequeña cantidad de azufre. Se trata de un combustible líquido que incluye a todos los combustibles fósiles de hidrocarburos líquidos y puede referirse al crudo o a los productos derivados hechos del petróleo crudo refinado.

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Se recupera por medio de la perforación de pozos a través de barreras de roca no porosas, que retienen el petróleo.

La gran mayoría de las especies que habitan los océanos viven entre la superficie y los 200 metros de profundidad, en la llamada zona epipelágica. Por debajo de este límite, los animales se alimentan del material orgánico que sobra en la capa más alta del mar y se hunde en el abismo.

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Pero esta zona superficial rica en vida no sólo está poblada por peces y crustáceos. Cuando hablamos de animales marinos, no solemos pensar en una comunidad de criaturas microscópicas omnipresentes en las capas altas del océano, el plancton.

De los dos tipos de plancton que existen uno de ellos, el fitoplancton, es un organismo fotosintético, lo que significa que saca su energía de la luz solar igual que lo hacen las plantas ya que de hecho es una planta, tomando dióxido de carbono de su entorno y liberando oxígeno. El zooplancton, menos numeroso, se alimenta del fitoplancton.

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Los puntos verdes representan al fitoplancton

Además de ser la  base de la cadena alimentaria marina, el fitoplancton también es responsable de gran parte del aire que respiramos. Como prueba de lo infravalorados que tenemos a estos organismos microscópicos, se estima que el fitoplancton produce el 50% del oxígeno que contiene nuestra atmósfera y la otra mitad lo produce la vegetación terrestre.

Cuando el fitoplancton muere deja de flotar en la superficie y se hunde en las profundidades oceánicas. El tamaño diminuto de los restos de fitoplancton, hace que pasen desapercibidos para la mayoría de los detritívoros que viven en el abismo, así que terminan mezclándose con el sedimento que compone el suelo oceánico. Esto es lo que ocurre en el siguiente dibujo.

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También se precipitan una gran cantidad de sedimentos minerales provenientes tanto de la lluvia como de corrientes marinas, que los han arrastrado desde lugares más cercanos a la costa.

 Los sedimentos minerales se acumulan junto con el plancton y lo van cubriendo durante el transcurso de miles de años.

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Esta capa de barro consigue dos cosas:

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  1. Impide que las bacterias que descomponen la materia orgánica tengan acceso al fitoplancton muerto, por lo que sus cuerpos microscópicos no se “pudren”.
  2. Somete a grandes presiones la materia orgánica, a medida que la capa de barro que hay sobre ella aumenta, aumentando también la temperatura.

Cuando hay una cantidad suficiente de material acumulado sobre los restos de fitoplacton, que están mezclados como hemos visto con el barro y se alcanzan la presión y temperatura necesarias, entra en función la química de los organismos muertos quienes empiezan a cambiar los componentes más complejos de la vida, como son la celulosa, proteínas y lípidos, transformándolas en soluciones más básicas como aminoácidos, azúcares y ácidos grasos. Estos compuestos más simples reaccionan entre sí para formar un compuesto llamado querógeno.

Esquisto, roca sedimentaria de querógeno

Esquisto, roca sedimentaria de querógeno

Con el paso de millones de años, el oxígeno, el agua y el dióxido de carbono van siendo extraídos del querógeno lentamente por las reacciones químicas inducidas por el calor y la presión crecientes, transformando poco a poco la mezcla en petróleo crudo, que sería lo que hemos representado en la imagen siguiente.

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Si la temperatura es muy alta (más de 150ºC), el petróleo puede convertirse en gas natural.

El material orgánico se ha convertido en un fluido oscuro y de viscosidad dispar según su composición, capaz de filtrarse entre las grietas que lo rodean y depositarse en zonas donde la presión sea algo más baja. Como vemos representado en la imagen inferior, todo el petróleo que estaba diseminado bajo el suelo, termina acumulándose en grandes depósitos.

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Aunque, a veces el petróleo queda atrapado entre el sedimento. El resultado es una arena compacta y oscura de la que puede extraerse el petróleo, pero que necesita un mayor grado de procesamiento que el petróleo líquido. La ventaja es que puede minarse al aire libre en grandes cantidades.

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Combustibles Fósiles – Tipos | Gas natural

Es una mezcla incolora de gases de hidrocarburos compuesta principalmente de metano; fue el último combustible fósil que se consideró una importante fuente de energía.

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Es necesario perforar las reservas subterráneas para adquirirlo, y después de ello, se almacena en grandes cavernas para usarlo cuando es necesario.

Combustibles Fósiles | Tecnologìas que los Utilizan

Los combustibles fósiles constituyen la principal fuente para producir movimiento u otras fuentes de energía, es por eso imposible resumir en el número de tecnologías, aparatos o maquinarias que usan este tipo de combustible. Motores, chimeneas o plantas eléctricas. Transportes como automóviles, barcos, aviones, etc., todos ellos utilizan combustibles fósiles para poder funcionar, sin olvidar incluso las propias máquinas de extracción.

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Existen nuevas tecnologías asociadas al uso y obtención de los combustibles fósiles que ofrecen mayor cuidado ambiental, como es la técnica de “Captura y secuestro de carbono”, que consiste en comprimir y transportar el CO2 desprendido antes o después de la quema del combustible, a través de complicadas redes de tuberías, para volverlo a inyectar a la tierra y así reducir el número de toxinas que se arrojan a la atmósfera.

Combustibles Fósiles | Aplicaciones Combustibles Fósiles

Hoy por hoy es la fuente de energía básica en la industria, con aplicaciones en la industria del transporte ya que proveen de energía a los coches, aviones y barcos para moverse, en la industria energética debido a su uso como recurso que genera electricidad y hasta en la industria cosmética, porque muchísimos productos como cremas, jabones, perfumes y otros cosméticos contienen algún derivado de combustibles fósiles. El petróleo puede convertirse en fertilizantes, en ropa, en cepillos de dientes y en gasolina.

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El potencial calorífico de los combustibles fósiles, hacen también necesario su uso en empresas y casas para calentarse y poder cocinar. El carbón, el gasóleo, el gas natural, esos recurso al alcance de casi cualquier persona, bien se utiliza como fuente de energía para la calefacción de los hogares y como para preparar comida.

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Combustibles Fósiles | Ventajas de los Combustibles Fósiles

El hecho de que su uso sea tan extendido, complica la introducción de nuevas alternativas ya que entraña una serie de ventajas importantes que justifica el seguir con la extracción y aplicación de los combustibles fósiles.

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  • La abundancia todavía en yacimientos
  • Accesibilidad de las reservas
  • Proporciona bastante energía a un costo relativamente bajo
  • Transporte poco complicado

Combustibles Fósiles | Desventajas de los Combustibles Fósiles

Cuando se queman, los combustibles fósiles liberan a la atmósfera altos niveles de dióxido de carbono, que es uno de los principales factores que conducen a la contaminación del aire y al cambio climático. Uno de los recursos más problemáticos es el carbón, pues la liberación de los contaminantes por causa de su quema caen a la Tierra en forma de precipitación, a esto es lo que se conoce como lluvia ácida.

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Por otra parte, es una energía no renovable,  aunque sí se renuevan de forma natural, es por medio de un proceso que tarda millones de años y no puede ser reemplazado para uso de las generaciones más próximas.

Desventajas Mediambientales

Los combustibles fósiles son utilizados para producir energía térmica y eléctrica. Pero la combustión, la extracción, la elaboración y el transporte de estos combustibles fósiles tienen una consecuencia directa en el efecto invernadero. Casi un 80% de las emisiones de dióxido de carbono provienen del consumo y de la transformación de los combustibles fósiles en energía.

Las conversaciones sobre el clima en la ciudad de Durban no trajeron las negociaciones necesarias para frenar la emisión de gases de efecto invernadero, ni para limitar el calentamiento global que afecta gravemente al planeta.

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El CO2 o dióxido de carbono es el mayor contaminante y productor del efecto invernadero. Una de las causas principales es el rápido aumento de las emisiones de gases de efecto invernadero por parte de países en desarrollo como la India o China, el motivo es el desarrollo y crecimiento de su comercio internacional, ya que los países más ricos van en camino hacia una economía de servicios.

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Efectos sobre la Salud

La población, también se ve afectada y más vulnerable ante la contaminación a causa de la combustión de estas energías fósiles. Los sectores de población más vulnerables ante la contaminación, son las mujeres embarazadas, los ancianos y los niños. Estos últimos son los más afectados porque respiran más aire, beben más agua y su metabolismo es inmaduro para poder eliminar las substancias nocivas para su salud.

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Algunas de las enfermedades asociadas a la contaminación atmosférica, generada por la quema de combustibles fósiles como el carbón, el petróleo y derivados, y el gas natural son:

  • Conjuntivitis
  • Faringitis
  • Cefaleas
  • Bronquitis asmática
  • Insuficiencia cardíaca
  • Enfermedades pulmonares

Sólo nosotros podemos frenar el cambio climático y la contaminación atmosférica de nuestro planeta. La producción de energía a través de vías alternativas y renovables, la utilización de transportes ecológicos, etc., son pequeños pasos para intentar salvar nuestro planeta. Las energías renovables, más baratas y en algunos casos gratis, son el futuro para las generaciones venideras.

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Combustibles Fósiles | Vídeos Explicativos

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