16.4: Consecuencias de los combustibles fósiles
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Beneficios del Uso de Combustibles Fósiles
El mundo depende en gran medida de los combustibles fósiles, y la infraestructura y las tecnologías existentes facilitan su uso continuo. Una ventaja de usar el carbón para la electricidad es que es abundante y económico, especialmente en Estados Unidos, que tiene mayores reservas de carbón que cualquier otro país. Además, la minería del carbón es una fuente de empleo e ingresos fiscales. La ventaja económica del carbón está disminuyendo, sin embargo, a medida que las tecnologías asociadas a las fuentes de energía renovables, como la solar y la eólica, se vuelven más eficientes y económicas. La Administración de Información Energética de Estados Unidos comparó el costo desmesurado de la electricidad (LCOE) para tecnologías que comenzarán a usar en 2023, y el costo de la electricidad generada por carbón superó al de muchas fuentes renovables (figura\(\PageIndex{a}\)). El LCOE contabiliza los costos de construcción y operación de centrales eléctricas, paneles solares, turbinas eólicas, etc.
El petróleo y el gas natural continúan satisfaciendo las necesidades energéticas globales. A pesar de las expansiones en el uso de energía renovable, actualmente ninguna fuente de energía alternativa es suficiente para reemplazar el petróleo y el gas natural. (Una combinación de diferentes fuentes renovables podría ser posible en el futuro.) Si bien Estados Unidos sí depende del petróleo importado, continúa produciendo algo de petróleo y gas natural (principalmente a través del fracking), reforzando la independencia energética de Estados Unidos. La economía local y estatal en regiones ricas en petróleo y reservas naturales depende de la continua extracción de estos combustibles fósiles.
Si bien todos los daños a los combustibles fósiles causan algún grado de daño ambiental, el gas natural es un combustible fósil preferido para la generación de electricidad al considerar sus impactos ambientales. Cuando se quema, el carbón emite casi el doble del dióxido de carbono que hace el gas natural. Adicionalmente, se emiten mucho menos óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre (ambos contaminantes del aire) por la quema de gas natural. Tampoco produce cenizas como lo hace el carbón (ver más abajo).
Impactos en Salud y Medio Ambiente
Los impactos negativos del uso de combustibles fósiles comienzan con la extracción del recurso. Los combustibles fósiles a menudo se encuentran lejos de donde se utilizan, por lo que necesitan ser transportados por tubería, petroleros, ferrocarril o camiones. Todos ellos presentan el potencial de accidentes, fugas y derrames. Los impactos negativos adicionales están asociados con el procesamiento, la generación de electricidad y la eliminación de los desechos generados.
Minería y uso del carbón
La minería de carbón en superficie interrumpe los ecosistemas locales por encima de los depósitos de carbón a medida que se elimina la sobrecarga para acceder a ellos (figura\(\PageIndex{b}\)). En la remoción de la cima de la montaña, un gran volumen de sobrecarga se vierte sobre hábitats cercanos, causando una mayor destrucción (figura\(\PageIndex{c}\)). La remoción de la cima de una montaña ha afectado grandes áreas de los Montes Apalaches en Virginia Occidental y Kentucky. La pérdida de hábitat por la minería del carbón disminuye la biodiversidad, resultando en una pérdida de servicios ecosistémicos. Tanto la minería superficial como la subsuperficie exponen rocas que pueden contener contaminantes, como metales pesados o sulfatos, que lixivian en arroyos u otros cuerpos de agua. Esto no sólo daña la vida acuática, sino que también interrumpe el ciclo de nutrientes. Uno de los mayores impactos ambientales de la minería subterránea puede ser el gas metano que debe ser ventilado de las minas para hacer de las minas un lugar seguro para trabajar. El gas metano es un potente gas de efecto invernadero y contribuye al cambio climático. Finalmente, el proceso de minería finalmente compacta el suelo. Esto combinado con la pérdida de árboles, que ralentizan el flujo de escorrentía y promueven la infiltración, aumenta el riesgo de inundaciones.
Los mineros de carbón enfrentan riesgos para la salud como explosiones, colapso de minas y exposición a humos tóxicos. La enfermedad pulmonar negra es una afección respiratoria caracterizada por tos y dificultad para respirar que ocurre en los mineros expuestos a demasiado polvo de carbón. Los residentes cerca de las minas también corren el riesgo de exposición al polvo de carbón y toxinas subterráneas tras las explosiones. Como resultado de la exposición a toxinas, los defectos congénitos y otros problemas de salud son comunes en los residentes cercanos a las minas.
El carbón es considerado la fuente de energía “más sucia” porque su combustión resulta en la mayor contaminación del aire. Las centrales eléctricas de carbón emiten una variedad de contaminantes del aire, incluyendo dióxido de azufre, óxido de nitrógeno y metales pesados. El dióxido de azufre y el óxido de nitrógeno son fuentes de lluvia ácida (deposición ácida), smog y problemas de salud. Los metales pesados causan problemas neurológicos y de desarrollo en humanos y otros animales. La quema de carbón emite materia particulada y mayores cantidades de dióxido de carbono por unidad de energía que el uso de petróleo o gas natural. El dióxido de carbono es el gas de efecto invernadero emitido con mayor frecuencia y causa el cambio climático. En 2018, la generación de electricidad fue responsable del 27% de las emisiones de gases de efecto invernadero en Estados Unidos, y gran parte de esto fue emitido por centrales eléctricas de carbón. El transporte de carbón generalmente se basa en combustibles fósiles, liberando más contaminación.
La ceniza (incluidas las cenizas volantes y las cenizas de fondo) es un residuo creado cuando se quema carbón en las centrales eléctricas. En el pasado, las cenizas volantes se liberaban al aire a través de la chimenea, donde contribuiría a la contaminación del aire por materia particulada. Las leyes requieren ahora que gran parte de las cenizas volantes ahora deben ser capturadas por dispositivos de control de la contaminación, como depuradores. En Estados Unidos, las cenizas volantes generalmente se almacenan en centrales eléctricas de carbón o se colocan en vertederos. Las cenizas del almacenamiento o los vertederos pueden derramarse o filtrarse en las aguas subterráneas, lo que resulta en contaminación del agua.
Extracción Convencional Petróleo y Gas Natural
La exploración y perforación de petróleo degrada los hábitats terrestres y oceánicos. En tierra, se necesita una amplia infraestructura como redes viales, ductos de transporte y vivienda para los trabajadores para apoyar una operación de perforación a gran escala. Estos pueden contaminar el suelo y el agua, fragmentar hábitats y perturbar la vida silvestre. La extracción de petróleo y gas natural también es peligrosa para los trabajadores, que tienen una alta incidencia de cáncer y enfermedades cardíacas.
Los derrames de petróleo causados por el hombre en ríos y océanos dañan los ecosistemas. Desde una perspectiva económica, los derrames de petróleo perturban la industria pesquera y el turismo. Los derrames de petróleo en el mar son generalmente mucho más dañinos que los de tierra, ya que pueden extenderse por cientos de millas náuticas en una fina mancha de petróleo que puede cubrir las playas con una fina capa de petróleo. Esto puede matar aves marinas, mamíferos, mariscos y otros organismos que recubre. Los derrames de petróleo en la tierra son más fáciles de contener si una presa improvisada de tierra puede ser rápidamente arrasada alrededor del sitio del derrame antes de que la mayor parte del petróleo escape, y los animales terrestres pueden evitar el petróleo más fácilmente.
Los derrames de petróleo pueden ser el resultado de accidentes de superpetroleros como el Exxon Valdez en 1989, que derramó 10 millones de galones de petróleo en el rico ecosistema de la costa de Alaska y mató a un número masivo de animales. El mayor derrame de petróleo marino comenzó en abril de 2010 cuando se produjo una explosión de gas natural en un pozo de petróleo a 65 km de la costa de Louisiana en la plataforma petrolera Deepwater Horizon. Mató a 11 empleados y fluyó durante 3 meses en 2010, liberando un estimado de 200 millones de galones de petróleo (cifra\(\PageIndex{d}\)). La vida silvestre, los ecosistemas y los medios de vida de las personas se vieron afectados negativamente. Se gastó mucho dinero y enormes cantidades de energía en los esfuerzos inmediatos de limpieza. Aún no se conocen los impactos a largo plazo. Se creó la Comisión Nacional sobre el Derrame de Petróleo y Perforación Offshore Horizon de Aguas Profundas para estudiar qué salió mal. El peor derrame de petróleo jamás ocurrido durante la guerra del Golfo Pérsico de 1991, cuando Irak arrojó deliberadamente aproximadamente 200 millones de galones de petróleo en la costa de Kuwait y provocó más de 700 incendios de pozos petroleros que liberaron enormes nubes de humo y lluvia ácida durante más de nueve meses.
Durante un derrame de petróleo sobre el agua, el petróleo flota a la superficie porque es menos denso que el agua, y los hidrocarburos más ligeros se evaporan, disminuyendo el tamaño del derrame pero contaminando el aire. Entonces, las bacterias comienzan a descomponer el aceite restante, en un proceso que puede llevar muchos años. Después de varios meses solo puede quedar alrededor del 15% del volumen original, pero se encuentra en gruesos terrones de asfalto, una forma que es particularmente dañina para aves, peces y mariscos. Las operaciones de limpieza pueden incluir una variedad de componentes, pero cada uno tiene sus procs y sus contras. Los barcos Skimmer que aspiran el petróleo de la superficie del agua, pero estos son efectivos solo para pequeños derrames. La quema controlada funciona solo en etapas tempranas antes de que la luz, la parte encendible se evapore, pero esto también contamina el aire. Los dispersantes son detergentes que descomponen el petróleo para acelerar su descomposición, pero algunos dispersantes pueden ser tóxicos para el ecosistema. La biorremediación se refiere a agregar microorganismos que se especializan en descomponer rápidamente el petróleo, pero esto puede perturbar el ecosistema natural.
Extracción no convencional de petróleo y gas natural
El fracking causa más daño ambiental que la extracción convencional. El uso considerable del agua (figura\(\PageIndex{e}\)) puede afectar la disponibilidad de agua para otros usos en algunas regiones, y esto puede afectar los hábitats acuáticos. De hecho, el fracking consume más agua que el uso de energía nuclear, carbón, o petróleo convencional y gas natural. Si se administra mal, el fluido de fracturación hidráulica puede ser liberado por derrames, fugas o varias otras vías de exposición que contaminan la tierra y las aguas subterráneas (figura\(\PageIndex{f}\)). El flujo de retorno del fluido de fracking, el fluido bombeado fuera del pozo y separado del petróleo y el gas, no solo contiene los aditivos químicos utilizados en el proceso de perforación sino que también contiene metales pesados, materiales radiactivos (que liberan radiación), compuestos orgánicos volátiles, benceno (un carcinógeno), tolueno, etilbenzo , xileno y otros contaminantes tóxicos del aire. Los compuestos orgánicos volátiles (COV) pueden reaccionar con la atmósfera para formar ozono a nivel del suelo, que se asocia con enfermedades respiratorias. Toulene puede causar mareos, confusión, dolores de cabeza y abortos espontáneos. El etilbenceno es un posible carcinógeno que también causa mareos, irritación ocular y pérdida auditiva. El xileno también causa mareos y dolores de cabeza y además puede ser fatal a altas concentraciones. En algunos casos, esta agua contaminada se envía a plantas de tratamiento de agua que no están equipadas para hacer frente a algunas de estas clases de contaminación. Por último, inyectar aguas residuales para su eliminación puede incluso inducir sismos.
Otras fuentes no convencionales de combustibles fósiles también pueden dañar el medio ambiente. La minería superficial de arenas bituminosas o esquistos bituminosos requiere la eliminación de toda la vegetación y deja atrás los contaminantes, provocando la pérdida de hábitat (figura\(\PageIndex{g}\)).
Transporte, Refinerías y Combustión
El gas natural se libera a la atmósfera desde minas de carbón, pozos de petróleo y gas, tanques de almacenamiento de gas natural, ductos y plantas de procesamiento. Estas fugas son la fuente de alrededor del 25% del total de las emisiones de metano de Estados Unidos, lo que se traduce en el tres por ciento del total de las emisiones de gases de efecto invernadero de Estados Unidos, Cuando se produce gas natural pero no se puede capturar y transportar económicamente, se “quema”, o se quema en sitios de pozos, lo que lo convierte en dióxido de carbono. Esto se considera más seguro y mejor que liberar metano a la atmósfera porque el dióxido de carbono es un gas de efecto invernadero menos potente que el metano. Sin embargo, cuando se quema gas natural con altas concentraciones del gas tóxico sulfuro de hidrógeno, produce dióxido de carbono, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y muchos otros compuestos (ver Contaminación del Aire para más detalles).
Las fugas también ocurren cuando usamos petroquímicos en tierra. Por ejemplo, la gasolina a veces gotea al suelo cuando las personas están llenando sus tanques de gas, cuando el aceite del motor se tira después de un cambio de aceite, o cuando el combustible se escapa de un tanque de almacenamiento con fugas. Cuando llueve, los petroquímicos derramados se lavan en la cuneta y eventualmente fluyen hacia los ríos y hacia el océano. Otra forma en que el petróleo a veces se mete en el agua es cuando se filtra combustible de lanchas a motor y motos acuáticas. Cuando ocurre una fuga en un tanque de almacenamiento o tubería, los petroquímicos también pueden entrar al suelo y el suelo debe limpiarse. Para evitar fugas de los tanques de almacenamiento subterráneos, se supone que todos los tanques enterrados deben ser reemplazados por tanques con doble revestimiento.
La refinación de petróleo emite una variedad de toxinas y es la fuente más grande de benceno (figura\(\PageIndex{g}\)). Como resultado, los residentes que viven cerca de refinerías de petróleo tienen una alta incidencia de cáncer, asma y defectos congénitos. Cuando se queman productos petroquímicos como la gasolina o el diesel, liberan una variedad de contaminantes del aire, incluyendo dióxido de carbono (una causa del cambio climático), dióxido de azufre, óxidos nitrosos, compuestos orgánicos volátiles (COV), partículas y plomo (ver Contaminación del aire para más detalles). El transporte de petróleo por barco o tronco también requiere energía en forma de combustibles fósiles, generando más contaminantes. En comparación con el petróleo y el carbón, la quema de gas natural libera la menor cantidad de contaminantes y gases de efecto invernadero.
Soluciones
La recuperación puede mitigar el daño al hábitat que resulta de la minería o extracción de combustibles fósiles. Implica restaurar la tierra hasta cierto punto después de que se complete la minería o extracción. Esto puede implicar el regreso de tierras desplazadas y cubrirlo con tierra superior, lo que protege a los organismos de metales pesados, materiales radiactivos y otras toxinas subterráneas. Adicionalmente, los ácidos, que a menudo se forman a partir de la lixiviación de sulfatos de rocas subterráneas, pueden ser neutralizados. Luego se planta vegetación, y el flujo de agua si se interrumpe se restaura un poco. Por supuesto, la intrincada topografía, red de arroyos y vegetación madura (como grandes árboles en el bosque) que pudo haber estado presente antes de la minería no se pueden recrear, pero la recuperación facilita que las especies nativas comiencen a recolonizar la zona.
Las tecnologías de carbón limpio pueden limitar la contaminación del aire liberada al quemar carbón. Algunas de estas tecnologías eliminan toxinas del carbón antes de quemarlo mientras que otras capturan toxinas que se liberan mientras se quema carbón. Por ejemplo, los depuradores de chimeneas de las centrales eléctricas limpian el dióxido de azufre, el óxido nitroso, las partículas y el mercurio del humo antes de que se libere. La captura y secuestro de carbono implica capturar el dióxido de carbono liberado y almacenarlo, pero requiere 25-40% más de energía, reduciendo la eficiencia del carbón (figura\(\PageIndex{h}\)). En este proceso, el humo de una central eléctrica de carbón pasa a través de un solvente para atrapar el dióxido de carbono, pero aún se liberan otros gases residuales en el humo. Luego se separa el dióxido de carbono del disolvente. Algunos pueden ser utilizados en la industria (como para bebidas carbonatadas o para recuperación terciaria de petróleo), y el resto es secuestrado (almacenado) bajo tierra. Tenga en cuenta que las tecnologías de carbón limpio pueden reducir la contribución del carbón al cambio climático y reducir la cantidad de toxinas que se liberan, pero no previene completamente la contaminación del aire generada por carbón (figura\(\PageIndex{i}\)).
Debido a que los combustibles fósiles no son renovables, las reservas eventualmente se agotarán y el mundo tendrá que depender plenamente de otras fuentes de energía. Los preocupados por las consecuencias ambientales y para la salud de los combustibles fósiles abogan por hacer esta transición lo antes posible. Esto se debe a que las tecnologías y prácticas discutidas anteriormente no impiden completamente que los combustibles fósiles causen daños al medio ambiente y causen riesgos para la salud de los trabajadores y el público en general. En los dos capítulos siguientes se discute la energía nuclear y las energías renovables, que son alternativas a los combustibles fósiles. Como incluso estas alternativas tienen sus desventajas, la conservación de energía (usar la energía de manera más eficiente y limitar el uso innecesario de energía) también es crítica.
Atribución
Modificado por Melissa Ha de las siguientes fuentes:
- Desafíos e impactos del uso de energía, fuentes de energía no renovables y contaminación del agua de la biología ambiental por Matthew R. Fisher (licenciado bajo CC-BY)
- Los combustibles fósiles de una introducción a la geología por Johnson et al. (licenciado bajo CC-BY-NC-SA)
- Capítulo 4: Energía no renovable de la introducción a la ciencia ambiental: 2a edición (2018) Libros de texto abiertos de ciencias biológicas de Zehnder, Caralyn; Manoylov, Kalina; Mutiti, Samuel; Mutiti, Christine; VanDevoort, Allison; y Bennett, Donna (licenciado bajo CC-BY-NC-SA) .