metano monografía

8/18/2019 Metano Monografía

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PRODUCTOS DEL AIRE DE GUATEMALA, S. A. - MONOGRAFIAS

METANO – PAGINA 1

Metano CH 4 Monografía

Lic. (Químico) MBA Sergio MolinaGerencia de Aplicaciones y Gases Especiales

Productos del Aire de Guatemala, S. A.

1. RESUMEN Y GENERALIDADES

1.1 Descripción

El Metano, conocido también como Gas de los Pantanos óHidruro de Carbono, es un gas incoloro, inodoro, insípido einflamable. Es el primer miembro de la serie de lasparafinas, denominada también serie de los hidrocarburossaturados, de los hidrocarburos alifáticos, o mástécnicamente de la familia de los alcanos de la QuímicaOrgánica, correspondiente a la serie homóloga de estructura

CnH2n+2.Es soluble en alcohol y éter, y poco soluble en agua. Se letransporta como gas comprimido no licuado en cilindros apresiones de hasta 6000 psig a 70 ºF.

El Metano es el mayor constituyente del gas de carbón, y seencuentra presente en cantidades apreciables en las minasde carbón mineral.

1.2 Grados de pureza disponibles

El Metano está disponible para propósitos comerciales eindustriales en grado CP (Chemically Pure) con una pureza

mínima de 99% mol/mol, en grado TG (Technical Grade)con una pureza mínima de 98% mol/mol y en gradoindustrial con niveles de pureza entre 90 y 93%.

La composición típica del Metano industrial, en % mol/molse describe a continuación:

Componente Fórmula%

mol/molMetano CH4 93.63Dióxido de Carbono CO2 0.70Nitrógeno N2 0.47Etano C2H6 3.58Propano C3H8 1.02Iso-Butano C4H10 0.21n-Butano C4H10 0.19Iso-Pentano C5H12 0.06n-Pentano C5H12 0.06Hexano C6H14 0.02Heptano y superiores C7H16 0.06

Para efectos de detección, y debido a la ausencia decaracterísticas organolépticas, el producto comercialcontiene cantidades traza de t-Butil Mercaptano comoodorizante para indicar la localización de posibles fugas. Elcontenido máximo de azufre en el gas comercial es de

0.0457 mg/m3, pudiendo otorgar una cantidad de calorbruto de 1044 BTU/scf en su combustión.

1.3 Usos del Metano

El Metano del gas natural se utiliza ampliamente comocombustible. En la industria química se le utiliza comomateria prima para la fabricación de productos importantescomo Acetileno, Amoníaco, Etanol y Metanol. Su cloraciónproduce solventes como el Tetracloruro de Carbono,Cloroformo y Cloruros de Metilo y de Metileno. La

combustión incompleta de Metano de alta pureza generanegro de humo, un material carbonífero sólido, de calidadsuficiente para la fabricación de dispositivos electrónicos.

1.4 Efectos Fisiológicos

Se considera que el Metano es un gas no tóxico. Lostrabajadores de las minas de carbón pueden inhalarconcentraciones de hasta 9% de metano en aire sinaparentes efectos debilitantes. La inhalación de altasconcentraciones que no llegan a desplazar el contenido deoxígeno más abajo del 18% produce la sensación de presiónen la frente y los ojos, pero este síntoma desaparece alrespirarse aire fresco nuevamente. Concentraciones que

provocan la disminución severa del oxígeno del aire actúancomo asfixiantes simples.

1.5 Manejo y Almacenamiento seguros

El Metano es un gas no corrosivo por lo que puede sercontenido en cualquiera de los metales comunes comercialesdisponibles. El equipo de manejo es similar al diseñado parala operación con gases inflamables a altas presiones, talescomo el hidrógeno. Dado que el gas natural es una formaimpura de Metano, ambos deberán manejarse siguiendo lasregulaciones establecidas para los productos altamenteinflamables.

1.6 Sistemas de Transporte y Contención

De acuerdo a las regulaciones internacionales, se autoriza eltransporte, tanto del Metano como del Gas Natural, por lossiguientes medios y contenedores:

Por vía férrea: En cilindros en forma condensada (líquida) envagones tanque diseñados para líquidos criogénicos.

Por vía terrestre: En pipas en forma condensada (líquida)utilizando tanques diseñados para gases comprimidos fríoslicuados a baja temperatura.


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Por vía acuática: En cilindros sobre buques de carga, o enbarcazas (tipo A, CA y CB) de la unidad de guardacostas delos Estados Unidos únicamente. Como líquido en buquestanque ó barcazas tanque diseñadas para líquidoscriogénicos.

Por vía aérea: En cilindros en aviones de carga cuando

contienen un máximo de 300 lb de peso neto.Por tubería: Como gas en tuberías de alta presión o comolíquido en líneas diseñadas para líquidos criogénicos.

El Metano puede ser contenido en cilindros de los tiposautorizados para almacenar gases comprimidos no licuados.Los usuarios de Metano industrial a granel, usualmente loreciben en forma de gas natural para un procesamientoposterior de purificación. El almacenamiento de Metano paraviajes transoceánicos se realiza en navíos que poseentanques térmicamente aislados que lo conservan atemperaturas muy cercanas a los −162 ºC.

A partir del descubrimiento del Hidrato de Metano (unaforma sólida cristalina de un clatrato de solvatación formadode metano y agua) en los sedimentos marinos de muy altapresión y muy baja temperatura, se realizan investigacionespara el manejo, almacenamiento y transporte de esta nuevay abundante forma de gas natural disponible en lanaturaleza para fines comerciales.

1.7 Cilindros para Metano

El envasado de Metano puede realizarse en cualquier tipo decilindro autorizado para gases comprimidos no licuables deacuerdo a las regulaciones DOT, pero los másfrecuentemente utilizados son los cilindros tipo 3A y 3AA.

Sin embargo, además de éstos se incluyen los tipos 3B, 3C,3D, 3E, 4, 4BA y 4C. Los cilindros con especificaciones 3, 7,25, 26, 33 y 38, pueden continuar usándose siempre ycuando tengan vigente la prueba hidrostática y su vida útilesté aún vigente, pues que éstos ya no están autorizadospara su fabricación.

Todos los cilindros autorizados y utilizados para contenerMetano o Gas Natural deben recalificarse cada 5 añosaprobando la prueba hidrostática, independientemente de sudiseño, a excepción de los cilindros DOT-4 que deberánrecalificarse cada 10 años, y los 3C, 3E, 4C y 7, que nonecesitan recalificación.

La conexión estándar para todos los cilindros de Metano yGas Natural es la CGA-350 para cargas de hasta 3000 psig,CGA-677 para cargas entre 3000 y 10000 psig, y CGA-450para el despacho de Metano líquido criogénico.

1.8 Producción industrial de Metano

El Metano se produce comercialmente en la actualidad, porpurificación del gas natural mediante procesos de absorciónó adsorción, por superenfriamiento y destilación paraobtener Metano de alta pureza, y por destilación fraccionada(cracking) del petróleo.

Motivo de investigación en la producción de Metano,constituyen el cracking catalítico (destilación fraccionada enpresencia de catalizadores de sílica ácida para fragmentarlos alcanos mayores en alcanos de 1 o 2 carbonos), laobtención de biogás a partir de desechos orgánicos de laindustria agrícola y pecuaria, y el procesamiento de loshidratos de metano naturales.

1.9 Constantes Físicas del Metano

Las características dependientes de la temperatura y/o lapresión, están determinadas a 60 ºF (15.6 ºC) y 1 atmósferade presión, a menos que se indique lo contrario.

CaracterísticaSistemaInglés

Sistema Métrico

Símbolo químico CH4 CH4

Peso molecular16.042g/mol

16.042g/mol

Densidad (gas) 0.04235lb/cf0.6784kg/m3

Gravedad esp (gas)(Aire=1) 0.55491 0.55491

Volumen esp (gas) 23.6113cf/lb

1.4740m3 /Kg

Densidad (líquido) en elp.e.

26.57lb/cf

425.61Kg/m3

Punto de ebullición -258.68ºF

-161.49ºC

Punto de congelación-296.7

ºF-182.61

ºC

Temperatura crítica -115.78ºF

-82.10ºC

Presión crítica673.1psia

4640.86kPaa

Densidad crítica 10.09lb/cf

161.63Kg/m3

Punto triple-296.5 ºF1.69 psia

-182.5 ºC11.65 kPaa

Calor latente devaporización 219.22 BTU/lb 509.91 KJ/Kg

Calor latente de fusión0.05562 BTU/lb

-296.5 ºF0.1294 KJ/Kg

-182.5 ºC

Calor específico Cp 0.5271BTU/lbºF2.207

KJ/KgºC

Calor específico Cv0.4032

BTU/lbºF1.688

KJ/KgºC

Cociente Cp/Cv 1.307 1.307

Peso del líquido en el p.e. 3.552lb/gal 425.6Kg/m3

Calor bruto de combustión 1011.6BTU/lb

37691.15KJ/m3

Calor neto de combustión910.77BTU/lb

33934.33KJ/m3

Límites de inflamabilidad 5-15%

5-15%


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2. Estructura y Química del Metano

El Metano es una molécula de fórmula CH4 que contiene un74.87% de carbono y un 25.13% de hidrógeno, y es laestructura más simple de la química del carbono, así comoel miembro más pequeño de la serie de los alcanos(denominados también parafinas ó hidrocarburos saturados)de fórmula genérica CnH2n+2, a la que pertenecen también el

propano (C3H8), el butano (C4H10) y el octano (C8H18) queconstituyen conocidos combustibles.

El carbono del metano tiene una hibridación sp3 que leconfiere las propiedades de ser tetravalente, presentandouna disposición estereoquímica con la geometría de untetraedro (pirámide de base triangular) y ángulos sólidos de

enlace equivalentes a109.5º, en el que elátomo de carbono es elcentro del tetraedro, ysus vértices los átomosde hidrógeno unidos aél. Debido a que la

diferencia de electrone-gatividades de Paulientre el Hidrógeno y elCarbono es de tan sólo0.45, el enlace entreestos átomos tiene

solamente un 5% de carácter iónico, por lo que se leatribuye el carácter de un enlace covalente de tipo σ ,definido por un orbital molecular con solamente doselectrones compartidos por enlace.

El enlace de tipo σ , es el más estable de los enlacesquímicos, requiriendo de las más altas energías para lograrsu disociación homolítica o heterolítica. Por ello, la química

del metano, y de todos los alcanos asociados a la seriehomóloga es muy peculiar y restrictiva. No se trata de unaestructura inerte, ya que todos los alcanos, al igual que elmetano, son sumamente reactivos a la oxidación,generalmente explosiva en presencia de oxígeno, pero sílimitada a una gama pequeña de modificaciones químicassujetas a grandes requerimientos de energía, incluso paraaquellos organismos que lo pueden producir o transformar.

Dentro de las reacciones heterolíticas mas significativas, seencuentra la disociación como ácido de Bronsted que seproduce en las condiciones más severas como las queaporta el ácido sulfúrico concentrado, la que ha sidodemostrada por RNM-H, en fase gaseosa, por intercambioisotópico con D

2SO

4 (Ácido sulfúrico perdeuterado ó 2H

2SO

4)

en la que al llegar al equilibrio, genera una mezcla de CH3D,CH2D2, CHD3 y CD4, en orden decreciente de abundancia. Laecuación química para el producto más abundante es lasiguiente:

2CH4 + D2SO4 →→→→ 2CH3D + H2SO4

Las reacciones homolíticas de los enlaces del metano, aligual que para todos los alcanos, implica la introducción degrandes cantidades de energía, obtenidas mediante el usode altas temperaturas y presiones para generar colisiones

efectivas, o de la luz ultravioleta, que permitan la rupturadel enlace σ . Todas las reacciones homolíticas danrendimientos variables de productos, y conllevan a laformación de radicales libres que continúan el proceso enuna reacción en cadena, para formar mezclas de polímerossaturados. Generalmente, las reacciones homolíticas delMetano, para formar otros compuestos más complejos,aprovechan la menor energía de disociación homolítica

requerida por los halógenos elementales, particularmenteCloro, como reacción de inicio para generar Tetracloruro deCarbono, Cloroformo, Cloruro de Metileno ó Cloruro deMetilo, dependiendo de las proporciones estequiométricasde los reactantes.

Las ecuaciones químicas de estas reacciones homolíticas sedescriben mediante el siguiente sistema (para el caso de lasreacciones con Cloro):

Cl2 + UV → 2Cl• (Iniciación)Cl• + CH4 → CH3• + HCl (Propagación)CH3• + Cl2 → CH3Cl + Cl• (Propagación)CH3• + Cl• → CH3Cl (Finalización)

Los “clorometanos” formados constituyen la base para laconstrucción de otras moléculas orgánicas más complejas,mediante la química de los haluros de alquilo (víaSustitución Nucleofílica o Reacciones de Grignard).

En 1998, Periana et al, reportaron la conversión de Metanoen Metanol en forma directa, mediante la oxidación conSulfato de Paladio en Ácido Sulfúrico a 180 ºC conrendimientos superiores al 70%, abriendo las puertas a unaconversión directa hacia productos oxigenados parcialmenteoxidados a partir de Metano, como se describe en lasiguiente ecuación química:

CH4 (PdSO4 /H2SO4, 180 ºC)→

CH3OHTeóricamente, la reacción se sugiere que procede mediantela activación de un catalítico de alta actividad como elPlatino, para generar un intermediario Metil-Platino (PdCH3)con posterior hidrólisis.

Una modificación interesante fue reportada por Dagani en2003, por la cual la reacción del Metil-Platino intermediariocon Monóxido de Carbono con posterior hidrólisis, produce

Ácido Acético (CH3COOH), en un proceso que manifiesta elpotencial de uso de los metal-alquilos para la síntesisorgánica y la puerta hacia la producción de otra gran gamade productos orgánicos de interés industrial, el cual se

expresa mediante la siguiente ecuación química:CH4 + Pd(H2SO4 , 180 ºC) →→→→ PdCH3 + CO(H2O) →→→→ CH3COOH

Estas, sin embargo, son reacciones de interés para laindustria química, más que para la industria energética. Laindustria energética se interesa particularmente sobre unareacción típica de los alcanos como lo es la reacción decombustión, por medio de la cual puede obtener cantidadesapreciables de energía térmica, como se describe en lasiguiente ecuación química:


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CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 213 Kcal/mol

El mecanismo de la reacción de combustión aún no estáplenamente diferenciado entre una ruptura homolítica oheterolítica, a la luz de la dinámica y cinética química,aunque la naturaleza de los productos apunta más a un

proceso heterolítico,cuya baja energía de

activación sugiere unproceso de iniciación deruptura heterolítica de lamolécula de oxígeno enuno de sus enlaces π para provocar un ataquenucleofílico hacia losátomos de hidrógeno,menos electronegativos,enlazados al carbono. Ladiferencia entre el calorde combustión bruto y elcalor de combustiónneto, es exactamente

equivalente al cálculo dela entalpía de reacción (Diferencia entre las entalpías deformación de los productos menos las entalpías deformación de los productos) que expresa el total de energíaque se libera en el proceso (Energía bruta) y la Energía Librede Gibbs (entalpía de la reacción menos eldesaprovechamiento de energía como entropía del sistema)que expresa la energía disponible en forma directa (Energíaneta) como radiación, sin la componente cinética de lasmoléculas de los productos, la cual se disipa en el sistemasin ser utilizada.

Una comparación de la cantidad de calor liberada según losmiembros de la serie homóloga de los alcanos más simples

se describe en la tabla siguiente:

Alcano Calor de Combustión(Kcal/mol)

Metano CH4 213

Etano C2H6 373

Propano C3H8 531

Butano C4H10 688

No obstante que el Metano posee la magnitud más baja encuanto al calor liberado en la reacción de combustión, suinterés económico radica en que su disponibilidad como gasnatural posee al menos un 70% de pureza y los procesos depurificación para aumentarla son considerablemente menosonerosos que su obtención a partir del petróleo ó porsíntesis química.

3. Fuentes de Metano

El punto del sistema solar en donde existe la mayor fuentede Metano natural es el planeta Urano, cuya atmósfera estáconstituida por un 83% de Hidrógeno, 15% de Helio y 2%de Metano, y la luna Titán con un 4.8% de Metano.

Las mediciones de metano en los núcleos congelados deGroenlandia y el Ártico muestran concentraciones de Metanoatmosférico de aproximadamente 350 ppb v/v durante laúltima glaciación hace 18,000 años, elevándose a 650 ppbv/v durante el siglo XIX.

La cantidad total de metano natural producida a partir desus fuentes en la naturaleza hasta los años 1800 se

estimaron en aproximadamente 180 a 380 millones de TMpor año, principalmente proveniente de los humedales ypantanos, con pequeñas contribuciones de tipo animal yoceánico.

Durante los últimos 200 años, las concentraciones deMetano se han elevado hasta 1800 ppb v/v y continuaránelevándose en los próximos años, ya que la cantidad deemisiones tanto naturales como antropogénicas han llegadoa los 450 a 500 millones de TM/año, casi el doble delperíodo preindustrial en donde predominaban las fuentesnaturales. La principal fuente es ahora la perturbaciónantropogénica del ciclo del Metano en la naturaleza y susefectos sobre los aspectos climáticos globales con relación al

calentamiento del planeta.La distribución ponderada de las fuentes de Metanonaturales o artificiales se describen en la siguiente Tabla (seincluyen los recién descubiertos Hidratos de Metano comofuente futura de gas natural aunque su explotación aún nose desarrolla):

Fuente Contribución

Humedales y Pantanos 22%

Minas de Carbón y Gas natural 19%

Fermentación Entérica 16%

Cultivo de Arroz 12%Combustión de Biomasa 8%

Rellenos Sanitarios 6%

Tratamiento de aguas residuales 5%

Desechos animales 5%

Producción por las terminas 4%

Hidratos de Metano y oceánico 3%

3.1 Humedales y Pantanos

Los pantanos son las fuentes naturales mas grandes deMetano atmosférico, con emisiones estimadas en 100

millones de TM anuales.La producción de Metano en los pantanos se efectúa porprocesos de descomposición anaeróbica de materialesorgánicos a través de bacterias metanogénicas, tanto en elagua como en los sedimentos desde donde asciende por lacolumna de agua hasta su liberación ambiental. El dragado ysecado de los sedimentos conduce a la oxidación del Metanoen la superficie del sedimento seco eliminándose con ello laemisión atmosférica.

3.2 Minas de Carbón y Gas Natural


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Las reservas de gas natural compuesto fundamentalmentepor Metano, constituyen entre el 16 y el 24 % de las fuentestotales de este gas, en cantidad aproximada de explotacióny pérdidas del proceso, entre 80 y 120 millones de TManuales.

El proceso por el cual se produce metano junto con ciertos

combustibles fósiles es aún motivo de contradiccióncientífica entre las teorías que apoyan la degradación degrandes cantidades de bosque acumulado por desastresgeológicos bajo la actual superficie terrestre hasta laacumulación de formas simples de carbono de la atmósferaprimigenia de la tierra antes del aparecimiento de la vida,bajo el manto terrestre.

3.3 Fermentación Entérica

Los animales contribuyen con aproximadamente 80 millonesde TM anuales de Metano, principalmente en lasconcentraciones de ganado que se ubican en India, China, laexUnión Soviética y Brasil, que aportan más de la mitad de

las emisiones debidas a esta causa, siendo el 75% de ellasproveniente de ganado vacuno y el resto de búfalos, ovejas,cabras, cerdos, camellos y caballos (las estadísticas decontrol sanitario de los Estados Unidos hacen confiable lainformación antes indicada).

La producción de Metano por los animales superiores serealiza por la fermentación de la celulosa y los polisacáridosen el rúmen intestinal, con rendimientos que dependen de lacantidad y calidad del alimento, el peso corporal, la edad yla actividad del ganado, con variaciones intra e interespecie.

3.4 Cultivo de Arroz

La producción de arroz aporta entre el 10 y el 20 % de lasemisiones de Metano a la atmósfera con un total anual entre50 y 100 millones de TM. Desde la década de los setentas,la producción de arroz se ha elevado en un 30% comoconsecuencia del incremento de las áreas de cultivo y de susmayores rendimientos, incrementando en la mismaproporción la producción de Metano agrogénico. Más del90% de estas emisiones están confinadas a Asia.

La producción de Metano durante el cultivo de arroz se debefundamentalmente a la acción degradativa de las bacteriasmetanogénicas sobre la materia orgánica, especialmente lasestructuras de celulosa. Dicha degradación se produce en elsedimento de los arrozales y se ve afectada por la calidaddel agua, el uso de fertilizantes naturales o sintéticos, latemperatura y otros factores tales como la oxidación delMetano en las aguas superficiales en su trayectoria a través

de la columna de agua, que disminuye la cantidad deMetano liberado a la atmósfera y no se contabiliza en elaporte.

3.5 Combustión de Biomasa

Las estimaciones actuales indican que el aporte de Metano ala atmósfera como consecuencia de incendios forestales y lacombustión de residuos en condiciones anóxicas o de altocontenido de carbono, es de aproximadamente 10 a 50millones de TM anuales.

El Metano se produce por combustión incompleta de labiomasa a bajas concentraciones de oxígeno como las que

se generan en los incendios forestales que hacen que lacelulosa, lignanos y otros compuestos estructurales de losárboles no reaccionen completamente con el oxígeno delaire. De manera análoga sucede con los incineradores malajustados en su demanda de oxígeno, generando emisionesantropogénicas adicionales.

3.6 Rellenos Sanitarios, Desechos Animales y Tratamientode Aguas Residuales.

La producción de Metano en los basureros y rellenossanitarios, junto con el que se genera en el tratamiento delas aguas residuales industriales y domésticas, oscila entre30 y 70 millones de TM anuales (con una moda de 25

millones de TM), y es la responsable de los incendiosespontáneos que se producen en las acumulaciones deresiduos sólidos a los que se les da muy pocomantenimiento técnico.

La degradación microorgánica en los rellenos sanitarios y delas aguas residuales genera una fermentación aeróbica en lasuperficie con abundante producción de CO2, y unafermentación anaeróbica no superficial que generacompuestos químicos reducidos, tales como Metano (CH4),Sulfuro de Hidrógeno (H2S), Amoníaco (NH3) y Fosfina (PH3)proveniente de los principales elementos encontrados en lamateria orgánica.

El uso de los excrementos del ganado vacuno, alto encontenido de bacterias metanogénicas, se empezó a utilizarpara la digestión anaeróbica de los residuos agrícolas ypecuarios para la generación de Biogás, un metano obtenidopor reciclado de los desechos de las fincas de producciónagropecuaria para autogeneración energética en la décadade los ochenta. El alto costo actual de la energíaproveniente de la combustión de derivados del petróleo, hahecho renacer los esfuerzos por el aprovechamiento de estetipo de residuos para la co-generación eléctrica.

3.7 Producción por las termitas


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Se estima que esta fuente natural es considerablementepequeña en comparación con el resto, pero puede aportarhasta 200 millones de TM anuales provenientes de lasregiones típicas del hábitat de este insecto, ubicadas en losbosques y tierras tropicales.

Los residuos de la alimentación de las termitas sobre el

material celulósico-maderero son atacados por la enzimaMetano-Oxidasa que se encuentra en la mayoría demicroorganismos ambientales celulolíticos, para catalizar lareacción inversa, con la consiguiente producción de Metano.

3.8 Hidratos de Metano y el Metano Oceánico

La fuente oceánica de Metano es probablemente de las máspobres, ya que solamente aporta menos del 1% de lasemisiones globales con una cantidad anual de 10 millonesde TM, principalmente de las regiones costeras en donde sele encuentra en estado de alta sobresaturación. Losmecanismos de generación de Metano por los océanos sonexactamente los mismos que lo originan en los pantanos y

humedales, siendo su aporte proporcional a la cantidad decontaminación trófica encontrada en las costas.

Los hidratos de Metano son estructuras cristalinas sólidasrecién descubiertas en forma natural en el fondo de losmares en los que la alta presión (presión atmosférica más lapresión hidrostática) y la baja temperatura, han permitido laformación de clatratos de solvatación entre el metanoproducido en las condiciones anóxicas del sedimento marinoy las moléculas de agua. Sus reservas aún no han sidocalculadas en su totalidad, pero se incluye el aporte de laszonas clasificadas hasta 2003 como potenciales productorasde Metano “sólido”.

4. Reservas Mundiales de Gas Natural comercial

A la velocidad de uso de los combustibles fósiles en 1988,los depósitos explotables de carbón mineral, gas natural ypetróleo podían durar 1500, 120 y 60 años respectivamente,sin tomar en cuenta la producción no convencional decombustibles que podrían doblar esta duración para el casodel gas natural y el petróleo.

Las reservas de gas natural de los depósitos conocidos hasta1988 (no considera los Hidratos de Metano descubiertosposteriormente en el fondo de los mares) se describen en latabla siguiente:

País ó Región

Reservasconocidas yexplotables

Reservasestimadasadicionales

Estados Unidos 380 280Canadá y Latinoamérica 380 600ExUnión Soviética 1350 1280Medio Oriente 1180 1000

Resto del Mundo 850 1120

Valores expresados en Quads (1 Quad = 1018 Joules)

5. Origen y Composición del gas natural de caráctermineral, antes y después de su refinamiento

El Gas Natural es un combustible fósil, al igual que el carbónmineral y el petróleo, lo que significa que constituyen losrestos degradados de animales, plantas y microorganismosque vivieron hace millones de años.

Existen diferentes teorías que explican el origen de loscombustibles fósiles, pero la más difundida asume que los

restos orgánicos se fueron acumulando a cada vez mayoresprofundidades en la corteza terrestre, sometiéndose nosolamente a presiones considerablemente más grandes quela atmosférica por el peso de la columna de suelo, sino quea mayores temperaturas como lo indica la experiencia delincremento térmico con la profundidad. El efecto de lapresión sobre la degradación de la materia orgánicaconstituyó la compresión que generó la saturación de lasmoléculas orgánicas hasta estructuras formadas casiexclusivamente de carbono e hidrógeno, mientras que elefecto de la temperatura influyó en la ruptura de dichasestructuras hidrocarbonadas en fragmentos cada vez máspequeños. Ello explica el por qué los yacimientos decombustibles fósiles más profundos (y que estuvieronsometidos a más altas temperaturas) sean ricos en gasnatural (y a veces en Metano puro), mientras que losyacimientos menos profundos sean abundantes encombustibles fósiles líquidos (petróleo). Los depósitosexclusivos de gas natural (que también son ricos en Helio)se asumen con una génesis directamente relacionada con unproceso abiótico por el que los materiales carbonados de lacorteza terrestre en su ascenso a la superficie se encuentrancon depósitos de hidrógeno e interactúan químicamentemediante la catálisis de las rocas silícicas en ausencia deoxígeno, para producir gas natural, el cual puede alojarse enagujeros de la corteza para formar los depósitos oyacimientos específicos.

La composición del Gas Natural mineral antes de surefinamiento, la cual evidencia la presencia de loshidrocarburos saturados más pequeños de la serie homólogade los alcanos, es la que se describe a continuación:

Componente Estructura % mol/mol

Metano CH4 70 – 90

Etano C2H6

Propano C3H8

Butano C4H10

0 - 20


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Dióxido de Carbono CO2 0 – 8

Oxígeno O2 0.0 – 0.2

Nitrógeno N2 0 – 5

Sulfuro de Hidrógeno H2S 0 – 5

Gases Nobles Ar, He, Ne Trazas

Las especificaciones para el Gas Natural comercial

consumido en diferentes partes del mundo no sonnecesariamente las mismas, y dependen fundamentalmentedel grado de purificación al que se le somete.

Así, el gas natural que se distribuye en Qutar, India, poseeespecificaciones más bajas en pureza que el que sedistribuye en Ontario, Canadá, y el primero carece deespecificaciones relativas al contenido de oxígeno, hidrógenoy azufre, como se muestra en la siguiente tabla.

Componente India Canadá Norma USMetano 80.97% 94.9% 87-96 %Etano 7.38% 2.5% 1.8-5.1 %Propano 4.48% 0.2% 0.1-1.5 %

Butano(s) 1.74% 0.06% 0.01-0.6%Pentano(s) 0.35% 0.02% 0.00-0.18Hexano(s) 0.06% 0.01% 0.00-0.06Heptano(s) 0.02% NE NENitrógeno 0.01% 1.6% 1.3-5.6 %Dióxido de Carbono 0.98% 0.7% 0.1-1.0 %Oxígeno NE 0.02% 0.01-0.10 %Hidrógeno NE trazas 0.00-0.02 %Humedad (Agua) 0.01% 80 mg/m3 16-32 mg/m3

Azufre NE 5.5 mg/m3 5-10 mg/m3

6. Purificación del Gas Natural hasta Metanoindustrial

El Gas Natural requiere de procesos de purificación, siempre

y cuando su concentración en la fuente sea menor al 87%v/v y los niveles de Dióxido de Carbono y Sulfuro deHidrógeno superen las regulaciones de emisiones a laatmósfera de los productos de la combustión (seguridadambiental) ó puedan causar el deterioro de las instalacionesy tuberías de operación (seguridad industrial).

Adicionalmente es necesario indicar que los altos niveles deimpurezas no hidrocarbonadas, aunque éstas seancombustibles, disminuyen la capacidad calorífica del sistemapara entregar una cantidad de energía comparable a la deotros combustibles fósiles, o bien ahogan el sistema decombustión en su operación continua. Las impurezas másimportantes a ser eliminadas del producto bruto loconstituyen el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno yla humedad.

Altos contenidos de dióxido de carbono producencombustiones incompletas con generación de monóxido decarbono que es sumamente tóxico y aumentan el carácterentrópico del sistema con desaprovechamientos energéticosdirigidos a incrementar la energía cinética de las moléculasde los gases producidos, lo que se traduce en unalmacenamiento energético dentro éstas, que solamente estransferible por colisión (convección ineficiente) y no porirradiación (conversión completa de energía química enenergía calorífica en forma cuantizada).

La presencia de sulfuro de hidrógeno provee de un gascombustible que se convierte en dióxido de azufre, un gascorrosivo y contaminante del aire, que llega a producir lluviaácida por sus consecuentes oxidaciones hasta ácido sulfúricoen las más altas capas de la atmósfera. Su flujo a través delas tuberías del proceso provoca la corrosión de la mayoríade los metales.

Toda vez las concentraciones de metano, dióxido decarbono, sulfuro de hidrógeno y agua se encuentrannormalizadas, las concentraciones del resto de loscontaminantes se encontrarán dentro de límite de laseguridad de operación para la combustión con aire. Laconcentración de oxígeno se regula a través de mecanismosde quimiosorción sobre absorbentes específicos que nopongan en riesgo de inflamación el proceso de purificación.

Existen diferentes procesos y sistemas de purificación, peroen términos generales, involucran los siguientessubprocesos en orden continuo (si el análisis de la materiaprima requiere su aplicación):

a. Compresión y almacenamiento del gas brutob. Remoción de CO2 y H2S (Cal, alcanolamina/glicol)c. Remoción de H2Od. Adsorción de impurezas en carbón activoe. Separación selectiva en filtros de membranaf. Compresión y licuefacción en tanque criogénicog. Distribución de fase gaseosa en tubería, de fase líquida

en pipas criogénicas refrigeradas ó de fase gaseosa encilindros de alta presión, con adición de indicadororganoléptico de fugas (Sulfuro de ter-Butilo).

Este sistema permite procesar Gas Natural de hasta un 50%de pureza en Metano y convertirlo en Metano de un mínimo

de 95% de pureza, con emisiones de pérdida que contienen10% de Metano con balance Dióxido de Carbono.

El anexo 1, presenta un diagrama de flujo del procesoaplicado a la recuperación de Metano de los rellenossanitarios.

7. La generación artificial de Metano como Biogás

7.1 Obtención de Biogás

El Gas Natural es un combustible fósil que fue creado hacemillones de años a través de la descomposición anaeróbicade materiales orgánicos, mediada por microorganismos,altas presiones y altas temperaturas, encontrándoseleasociado a la presencia de petróleo y carbón de hulla.

El mismo tipo de bacterias anaeróbicas que produjeron elGas Natural lo siguen produciendo en la actualidad, ya quelas bacterias anaeróbicas constituyen las formas másantiguas de vida sobre la tierra. Se desarrollaron antes deque la fotosíntesis de las plantas verdes liberaran grandescantidades de oxígeno a la atmósfera.

Los microorganismos anaeróbicos rompen o digieren elmaterial orgánico en ausencia de oxígeno y producen biogás


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como producto de desecho. A diferencia de la digestiónaeróbica o Compost que consume gran cantidad de oxígenoy libera calor, la degradación anaeróbica ocurreespontáneamente en pantanos, tierras inundadas(humedales) y campos de cultivo de arroz, cuerpos de aguade gran profundidad, y en el sistema digestivo de lastermitas y de los mamíferos superiores (especialmente loscelulotróficos).

Los procesos anaeróbicos pueden manejarse en un digestor(un tanque hermético) ó una piscina cubierta (estanqueutilizado para el almacenamiento de estiércol) para eltratamiento de desechos sólidos. El beneficio primario de lautilización de digestores anaeróbicos radica en el recicladode nutrientes, el tratamiento de desechos y el control deolores. A excepción de los sistemas intensivos y de escala, laproducción y uso de biogás es solamente un beneficiosecundario.

El Biogás producido en un digestor anaeróbico estáconstituido de Metano (50-80 %), Dióxido de Carbono (20-50 %), y niveles traza de otros gases como el Hidrógeno,

Monóxido de Carbono, Nitrógeno, Oxígeno y Sulfuro deHidrógeno. La composición relativa de estos gases en elbiogás depende del material que se digiera y de laadministración del proceso. Cuando se quema un pié cúbicode biogás (0.028 metros cúbicos) se obtiene un rendimientode 10 BTU de energía calorífica por cada 1% de pureza demetano contenido en él.

7.2 Diseño de los Digestores

Los digestores anaeróbicos se construyen de concreto,acero, ladrillo ó plástico. Tienen formas de silos, cuencas opiscinas, y pueden colocarse en la superficie del suelo odebajo de ella. Todos los diseños incorporan los mismos

componentes básicos: un tanque de premezclado, un tanquede digestión, un sistema para disposición y uso del biogás, yun sistema para disposición del efluente residual líquido.

Existen dos tipos básicos de digestores: por lote y continuo.

Los digestores por lote son los más fáciles de construir y suoperación consiste en su carga con materiales orgánicospara permitir su digestión. El tiempo de retención dependede la temperatura y de otros factores, pero toda vez que ladigestión se ha completado, el efluente se remueve y elproceso se repite.

En un digestor continuo, el material orgánico se adicionaconstantemente y en forma regular. El material se revuelveen el digestor en forma mecánica o por la fuerza de lasnuevas cargas que empujan el material digerido. Adiferencia de los del tipo lote, los digestores continuosproducen biogás sin la interrupción de la recarga de materialo la descarga del efluente. Se seleccionan para operacionesa gran escala. Existen tres tipos de digestores continuos: detanque vertical, de tanque horizontal y de tanques múltiples.

El diseño, operación y mantenimiento adecuados de undigestor continuo produce un suministro consistente debiogás utilizable.

7.3 El Proceso de Digestión

La degradación anaeróbica es un proceso complejo. Sedesarrolla en tres etapas como resultado de la acción de unavariedad de microorganismos.

Inicialmente, un grupo de organismos convierte la materia

orgánica a un material que utilizable por un segundo grupode organismos que lo utilizan para generar ácidos orgánicos.Las bacterias metanogénicas utilizan estos ácidos paracompletar el proceso de descomposición.

Una amplia gama de factores afectan la velocidad de ladigestión y la producción de biogás. El más importante es latemperatura. Las comunidades de bacterias anaeróbicaspueden soportar amplios rangos de temperatura entre pordebajo de la congelación del agua hasta por encima de 135ºF (57.2 ºC), pero la temperatura óptima para realizar elproceso es de aproximadamente 98 ºF (36.7 ºC) para losmicroorganismos mesofílicos ó de 130 ºF (54.4 ºC) para losmicroorganismos termofílicos. La actividad bacteriana, y por

lo tanto la producción de biogás, cae significativamenteentre 103 y 125 ºF (39.4 y 51.7 ºC) y se reducegradualmente desde los 95 hasta los 32 ºF (35 a 0 ºC).

En el rango termofílico, la descomposición y la producciónde biogás ocurre más rápidamente que en el rangomesofílico. De cualquier forma, el proceso es muy sensible alos cambios en los materiales de carga y las variacionessignificativas de temperatura.

Mientras que todos los digestores anaeróbicos reducen laviabilidad de parásitos y organismos patógenos, las altastemperaturas que alcanza la digestión termofílica provocanuna mayor destrucción de estos agentes etiológicos. Los

digestores que operan en el rango mesofílico tienen que serde mayores dimensiones que sus equivalentes termofílicos,ya que necesitan procesar la misma carga en períodos máslargos de descomposición (tiempo de residencia).

Para optimizar el proceso de digestión, el sistema debemantener una temperatura constante y consistente, ya quelas variaciones bruscas inactivan las enzimas degradadotas yreducen la actividad bacteriana. En la mayoría de losdigestores instalados en los Estados Unidos, se requiere dealgún nivel de aislamiento térmico ó bien calefacción. Enalgunas instalaciones, se hace circular el refrigerantetermalizado de las máquinas que operan con el biogásproducido, alrededor del digestor, para transferir el calor ymantenerlo caliente en estaciones climáticas frías. Noobstante, es importante indicar que si se utilizan bacteriaspropias de la región en vez de inóculos purificados, lasprimeras pueden estar adaptadas a los cambios detemperatura y podrán ser capaces de desarrollar el procesodegradativo aún a temperaturas tan bajas como 72 ºF (22.2ºC).

Otros factores afectan la velocidad y la cantidad producidade biogás, tales como el pH, la relación agua/sólidos, larelación carbono/nitrógeno, la homogeneidad de los


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materiales en composición y tamaño, y el tiempo deretención.

La ejecución de un preajuste de mezclado y tamaño delmaterial a degradar, para generar una consistenciahomogénea, permite a las bacterias trabajar másrápidamente. En la mayoría de los casos el pH se auto-regula, pero puede añadirse Bicarbonato de Sodio para

mantener un pH consistente, sobre todo cuando laproporción de nitrógeno es muy elevada. Puede sernecesario añadir agua al material de carga si éste seencuentra demasiado seco o si el contenido de nitrógeno esconsiderablemente alto. El mejor cocienteCarbono/Nitrógeno es entre 20/1 a 30/1, por lo quesustratos tales como carbohidratos o celulosa generanelevados rendimientos de biogás.

Cuando se utilizan los excrementos animales, es necesariocuidar de que se recojan los materiales de aquéllos que nohan sido sometidos a tratamientos con antibióticos, para noafectar la microbiota presente en el digestor.

7.4 Producción y Uso del BiogásTan pronto como se establezcan las condiciones óptimas deoperación, las bacterias anaeróbicas continuaránproduciendo biogás, con algunas fluctuaciones menores. ElBiogás puede ser utilizado en forma cruda para calefacción ycocción de alimentos, y para la operación de máquinas decombustión para generar energía mecánica o eléctricasiempre y cuando se eliminen por quimiosorción líquida(scruber) el sulfuro de hidrógeno (gas altamente corrosivo ytóxico) y el dióxido de carbono (para generar un productocomercial de ciertas especificaciones) en el caso de unadistribución intubada industrial.

7.5 Uso del EfluenteEl material drenado del digestor se denomina efluente, y esun líquido rico en nutrientes (amoníaco, fósforo, potasio ygran cantidad de elementos traza) que constituye unexcelente acondicionador del suelo. Se le puede convertir enaditivo del alimento del ganado, procurando utilizarmateriales a digerir libres de contaminantes (pesticidas,herbicidas) que pueden concentrarse en el efluente debido asu baja biodegradabilidad.

7.6 Aspectos Económicos

El costo de los sistemas digestores anaeróbicos se mantieneen un margen bastante amplio dependiendo del grado detecnología que se involucre en el mismo. Los factores quedeterminan su costo involucran el tamaño, clima local y ladisponibilidad y tipo de materiales orgánicos a digerir.

En los Estados Unidos, se ha limitado el uso de losdigestores para la producción exclusiva de biogás, debido aque se dispone de combustibles fósiles a bajo costo,desarrollándose solamente con el interés de proveer losbeneficios de un sistema de tratamiento de residuos y lareducción de olores. En los países en donde los costos detratamiento de desechos agropecuarios son altos, y el

efluente puede significar un valor económico recuperado, ladigestión anaeróbica y la producción de biogás puedereducir considerablemente los costos totales de operación delas principales actividades agrícolas y pecuarias. Laproducción de biogás para generar economías enelectricidad requiere de los excrementos de al menos 150animales adultos.

Los digestores anaeróbicos enterrados y construidos deconcreto, han sido de gran utilidad agrícola en comunidadesde China, donde los combustibles fósiles y la electricidad sononerosos o poco disponibles.

7.7 Otros esfuerzos en la producción artificial de GasNatural como Desarrollo Sostenible y Protección

Ambiental

Debido a que el Metano es considerado más contaminantepara el calentamiento global que el Dióxido de Carbono, la

Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos hainiciado un programa del aprovechamiento del Metanoproducido en los rellenos sanitarios de las principales

ciudades norteamericanas, con el objetivo principal deutilizarlo como combustible y con ello contribuir a disminuireste problema ambiental global, aún a costa de laproducción de otro contaminante equivalente como elDióxido de Carbono, pero que ejerce una menorcontribución al calentamiento global. Una de las empresasque ha acogido este programa, con bastante éxito, es AT&Tque utiliza el Metano generado por los rellenos sanitarios dela Ciudad de Columbus, Ohio, para termalizar sus 2 millonesde pies cuadrados de planta, augurando 30 ó más años deoperaciones similares, con un ahorro en combustibles deUS$60,000 en el primer año de funcionamiento.

8. Hidratos de Metano: Una nueva frontera

La combinación cristalinade Metano rodeada deagua de cristalización(que se conocetécnicamente como lafamilia de los Clatratos),sometida a altaspresiones y bajastemperaturas, origina unsólido infusibledenominado Hidrato deMetano que tiene laapariencia de hielo deagua, pero se inflama al

acercársele a una llama, y al mismo tiempo funde licuándoseen forma de agua.

El Hidrato de Metano fue descubierto hace tan sólo unasdécadas, en los sedimentos marinos sujetos a muy altaspresiones (presión atmosférica más la presión de la columnade agua) y muy bajas temperaturas (por estratificacióntérmica de la columna de agua), y muy poca investigaciónse ha realizado hasta la fecha sobre esta sorprendenteestructura cristalina.


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El Hidrato de Metano se encuentra en forma abundante enla naturaleza, tanto en las regiones árticas como en lossedimentos marinos. Es estable a profundidades mayores alos 300 metros, y en los lugares donde se forma, crea unalosa cementada con los sedimentos en una capa superficialde varios cientos de metros de grosor.

La cantidad global de

carbono contenido en elHidrato de Metano se haestimado en formaconservadora como dosveces la cantidad decarbono que se encuentraen todos los combustiblesfósiles del planeta. Esteestimado fue realizado porel Servicio Geológico de losEstados Unidos (USGS)

junto con otros estudiosrealizados en la Antártica,por los que se ha

determinado que existendepósitos comercialmenteaprovechables.

De acuerdo a los mapas de ubicación generadosrecientemente, se ha calculado que un par de áreaspequeñas, cada una del tamaño del estado de Rhode Island,muestra una intensa concentración de Hidrato, y estimanque contiene 1300 billones1 de pies cúbicos de gas Metano,una cantidad que representa más de 70 veces el consumode gas natural de los Estados Unidos en 1989.

Las enormes cantidades de volumen de gas y lo rico de susdepósitos pueden hacer del Hidrato de Metano un candidato

fuerte para desarrollarlo como recurso energético.Por razones de que el Metano está contenido en unaestructura cristalina, sus moléculas están más densamenteempacadas que en cualquier otra forma convencional o node almacenamiento. Los estratos cementados con Hidratode Metano también actúan como sellos para evitar la fugade gas en forma libre. Estas trampas naturales ofrecenrecursos potenciales para la explotación así como riesgosconsiderables para su extracción si no se comprende bien sucomportamiento físico y químico. La extracción de gas desdelas trampas de hidrato selladas puede significar un procesosencillo de explotación, ya que la reducción de la presióncausada por el producto extraído puede iniciar la ruptura dehidratos para recargar la trampa nuevamente.

Debido a que el Metano es 20 veces más efectivo que elDióxido de Carbono en su efecto de calentamiento del clima,y que el Metano enlazado en el hidrato representa unacantidad 3000 veces mayor que la presente en la atmósfera,es necesario realizar un estudio adecuado de suaprovechamiento para evitar que esta fuente pueda causaremisiones a la atmósfera que incrementen

1 Según el texto original “…1,300 Trillions…” que de acuerdo con la

concepción anglosajona de 1 trillón = 1012 , equivale al billón latino.

considerablemente el calentamiento global y el cambioclimático.

9. Uso comercial versus Emisión Atmosférica: Ladimensión ambiental

Desde el punto de vista de la conservación global del medioambiente, el Metano es un gas de invernadero que

permanece en la atmósfera por aproximadamente 9 a 15años. Es 20 veces más efectivo en atrapar el caloratmosférico que el Dióxido de Carbono, de acuerdo a loobservado desde hace 100 años, y se emite a la atmósferaen forma natural (pantanos, yacimientos), pero actualmenteen mayor proporción, como consecuencia del desarrollo dela actividad humana (agricultura, uso del petróleo, rellenossanitarios, tratamiento de aguas residuales, extracción decarbón).

La denominación de gas de invernadero, proviene de laanalogía que se hace entre el planeta y un invernadero paracultivo. El invernadero (lugar de cultivo mientras transcurreel invierno) es un sistema semi-cerrado en masa y cerrado

en energía, que permite atrapar el calor y la radiaciónsolares, que son escasos en la estación invernal. Laestructura vítrea permite el ingreso de luz y elalmacenamiento de calor, que se transmite por convección atodo el volumen de aire interior, para asegurar que loscultivos se desarrollarán a temperaturas óptimas. Durantelos fríos inviernos ó para mantener las condiciones de laatmósfera interior en forma controlada, las temperaturasinteriores del invernadero se mantienen frescas otemperizadas, debido a que el vidrio, al ser un malconductor del calor, evita su convección al exterior.

De igual forma sucede con el planeta. En ausencia de gasesde invernadero, el calor y la radiación recibidos del sol

tienden a convertirse finalmente en energía calorífica(remanente de cualquier conversión energética natural) quese transporta con los vientos a las capas atmosféricasexteriores donde, por interacción convectiva, se libera haciael espacio exterior. La ausencia de un exceso de gases deinvernadero es, por hoy, la condición natural de lacomposición atmosférica. Desde el desarrollo industrial delser humano, en el que la alimentación y la energíaproveniente de los combustibles fósiles se han hechonecesidades de supervivencia, las emisiones de Dióxido deCarbono y de Metano se han incrementadoconsiderablemente (cultivo de arroz y combustión para laoperación de motores, equipos y generación de energíaeléctrica), aumentando las concentraciones de estos gasesen la atmósfera.

La característica principal de estas moléculas de Metano yDióxido de Carbono, es la capacidad de almacenar energíacalorífica en sus múltiples estados energéticos vibracionalesy rotacionales (rango infrarrojo del espectro visible) y por lotanto, a evitar su entrega convectiva hacia el espacioexterior.

Como consecuencia, la atmósfera está cada vez mascaliente y dicho calor se traslada desde las capasatmosféricas exteriores hasta la biosfera, en todas las


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latitudes y altitudes del planeta, manifestándose como unincremento de temperatura, al igual que sucede dentro deun invernadero convencional, haciendo estos gases el papel

del cristal térmicamente no conductivo que retiene laenergía calorífica en el planeta. El término “gases de

invernadero” solamente indica que constituyen gases queproducen un efecto similar al que se obtiene en estas áreasconfinadas.

La temperatura, que es la expresión del estado energéticode un cuerpo, es un factor componente primordial del clima,ya que ésta determina la intensidad de los movimientos delaire, la cantidad de humedad y su saturación que asegura eldesenvolvimiento normal del ciclo del agua, la presiónatmosférica y otros factores climáticos particulares.

Afectar el clima es poner en peligro comunidades biológicasque constituyen los diferentes hábitat que existen en laactualidad, luego de miles de años de evolución con

variaciones poco significativas de su microclima. Romper enforma física, ese sensible equilibrio entre las condicionesbiológicas y químicas con las condiciones externas, puedeimplicar la pérdida de comunidades y especies mássusceptibles a dichos cambios.

Los fenómenos biológicos son sumamente sensibles a loscambios de temperatura, a los cuales las especies se hanadaptado para hacerlos óptimos de acuerdo a la cantidad deenergía calorífica exterior. El propio biodigestor anaeróbicoes un ejemplo de ello, ya que su operación óptima a 36.7 ya 54.4 ºC, puede ser deteriorada considerablemente consolamente dos grados de variación en su temperaturainterna, debido a que los procesos se llevan a cabo

mediante la acción de elementos bióticos.

El calentamiento global tiene como primera consecuencia, lapérdida de la biodiversidad equilibrante del planeta y laafección directa de los ciclos del agua y de otros elementosrelacionados con la atmósfera.

La segunda consecuencia es el descongelamiento de lasmasas polares y de los cuerpos de agua congelados, queinevitablemente por la ley de la búsqueda de nivel de loslíquidos, hará que el hombre pierda grandes porciones detierra para su establecimiento o cultivo, debido al ascenso

del nivel de los mares, los cuales podrán también calentarsey llevar termalizaciones hacia los extensos depósitos dehidratos de metano para convertirlos en más agua y másmetano gaseoso, cuya excesiva acumulación en la atmósferaprovocaría el desencadenamiento de un proceso irreversiblede calefacción global por encima de las expectativas desupervivencia de cualquier especie biótica.

Manifestaciones del desplazamiento del equilibrio térmicoque ya empiezan a observarse en forma aguda y endémica(que en épocas pasadas eran fenómenos suaves y locales)constituyen los conocidos fenómenos del Niño y de la Niña,con sus implicaciones de orden económico y social.

La política actual de las organizaciones ambientalistas estádirigida fundamentalmente a la transformación del uso deenergía por sustitución, con disposición de procesos máslimpios y compatibles con la ecología local y global. Elloimplica una extensa investigación en fuentes alternas deenergía que no provoquen emisiones considerables de gasesde invernadero (Dióxido de Carbono fundamentalmente) y lareducción del uso de aquéllas que inevitablemente los

generen.Por otro lado, “...entre dos males, el menor...”, se sugiere eluso del Metano desde sus fuentes antropogénicas hastaahora no controlables por el ser humano, aunque elloimplique la producción de más Dióxido de Carbono, peroque puede demorar en un factor de 20, la aparición deefectos de cambio climático más agudos, mientras lainvestigación científica provee de otras soluciones. De igualforma, se estimula la conversión de CO2 en carbonatos obicarbonatos sólidos que retienen el carbono lejos de laatmósfera exterior.

El uso del Metano implica entonces la conservación de los

yacimientos subterráneos y oceánicos, que puedenpermanecer sin emitir gases de invernadero, así como surecuperación desde fuentes que inevitablemente seguirángenerando biogás hasta ahora no aprovechable, tales comoel que se genera en los arrozales, en las plantas detratamiento de desechos sólidos y líquidos, en losexcrementos de los mamíferos celulolíticos y superiores, yen los residuos agrícolas (en total un 78% de las fuentesactuales), con un tratamiento de emisiones del Dióxido deCarbono formado como consecuencia de su uso comocombustible.

10. Transporte y distribución de Metano

Las demandas bajas de Metano que se pueden producir enlas áreas rurales pueden ser satisfechas directamente desdeel digestor de acuerdo a los fines para el cual estédestinado, mediante tuberías de los metales más comunes ylos sistemas de seguridad neumática que requieren losgases combustibles, ya sea con o sin purificación previa delbiogás.

Las demandas intermedias que requieran puntos dedistribución considerablemente lejanos al sitio de produccióny procesamiento, pueden requerir el almacenamientogaseoso en cilindros de alta presión y la distribución

Geodistribución del Metano


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envasada, o bien la licuefacción criogénica (alta presión ybaja temperatura para licuar) para el transporte en pipascriogénicas a estaciones de llenado ó directamente alusuario.

Las altas demandas de las ciudades, implican una logísticacompletamente diferente, fundamentada en la distribuciónmediante tubería, en forma análoga al suministro de agua

potable, tal y como se realiza en Europa y los EstadosUnidos, ya que los costos de capital en el envasado superanconsiderablemente los costos de distribución en red.

Un reto adicional de la industria energética lo constituye eltransporte y distribución del Gas Natural como hidratocongelado. El estudio de factibilidad realizado porGudmundsson, Hveding & Børrehaug (1995) para lasoperaciones de Snøhvit en Noruega, aporta las siguientesconclusiones:

El transporte de gas natural a presión atmosféricaen forma de hidrato es técnica y económicamentefactible si el hidrato se almacena casiadiabáticamente por debajo del punto de

congelación del agua, a –15 ºC. Estudios experimentales independientes en

Noruega, Canadá y Rusia han demostrado que losHidratos de Metano son estables por largos períodosde tiempo (hasta 2 años) cuando se les almacenacongelados (entre –15 y –5 ºC) a presiónatmosférica.

Los costos totales de capital de la producción yfusión del hidrato constituyen una cuarta partemenos de los equivalentes al proceso delicuefacción-regasificación. Para la misma capacidadde transporte de gas natural, los costos de capitaldel embarque de hidrato constituyen también uncuarto menos de los costos estimados para losbarcos de gas natural licuado.

La Tecnología asociada al transporte ycomercialización del hidrato es inherentementemucho más segura que la asociada al gas naturallicuado.

La comparación de los costos de capital par la redde gas licuado y la red de hidrato, asumiendo 4 milmillones de metros cúbicos estándar por año y unadistancia de transporte de 5500 Km, se consolida enel siguiente cuadro: (las cantidades indican millonesde dólares de Estados Unidos y su % entreparéntesis)

Renglón Gas NaturalLicuado

Hidrato deGas Natural

Producción 1489 (56%) 955 (48%)Transporte 750 (28%) 560 (28%)

Regasificación 438 (16%) 478 (24%)Total 2677 (100%) 1995 (100%)


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P R O D U C T O S

D E L A I R E D E G U A T E M A L A , S . A . - M O N O G R A F I A S

M E T A N O –

P A G I N A 1 3

A N E X O 1


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