Dentro del abanico de fuentes de energía no renovables, encontramos los combustibles fósiles que se utilizan actualmente, como el carbón, el petróleo y el gas natural. Además, también se considera el uranio, una materia prima esencial en la producción de energía nuclear mediante la fisión. Si bien estas fuentes energéticas son consideradas convencionales en la actualidad, existen otras alternativas en estudio que podrían ser aprovechadas a gran escala, como las pizarras bituminosas y las arenas asfálticas.
Curiosamente, España cuenta con experiencia en la explotación de pizarras bituminosas. Un importante yacimiento en Puertollano (Ciudad Real) comenzó a ser explotado en los años cincuenta debido a las dificultades económicas de la época.
Los combustibles fósiles tienen su origen en la descomposición de materiales biológicos que se formaron hace aproximadamente 100 millones de años. La energía contenida en estos combustibles se encuentra en los enlaces químicos que los componen.
El carbón es el combustible fósil más abundante en términos de cantidad disponible. Se estima que las reservas económicamente explotables superan el billón de toneladas, de las cuales más del 60% se encuentran en EE.UU., ex-URSS y República Popular China.
En 1950, el carbón cubría el 60% de las necesidades energéticas a nivel mundial. En la actualidad, su participación se ha reducido a la mitad, aunque la producción absoluta sigue siendo de aproximadamente 4.000 millones de toneladas al año. Sin embargo, el uso del carbón plantea diversos problemas que aún no se han resuelto por completo. Además de las dificultades asociadas a su explotación y transporte, su combustión genera compuestos contaminantes, lo cual representa un desafío ambiental. Por estas razones, se están investigando diferentes métodos para transformar el carbón en un combustible líquido o gaseoso, con el objetivo de utilizarlo de manera más eficiente.
Los procesos de licuefacción del carbón permiten convertir su poder energético en derivados líquidos libres de cenizas, azufre y otros contaminantes. Estos derivados son más fáciles de manejar y su combustión puede ser controlada. Por otro lado, la gasificación del carbón, un proceso más drástico que la licuefacción, produce gases combustibles de composición variable que se pueden utilizar directamente o transformar en combustibles líquidos y diversos productos químicos.
El petróleo es indudablemente el combustible fósil más versátil, principalmente debido a su facilidad de transporte. Aunque se espera que su participación disminuya gradualmente, seguirá siendo la principal fuente de energía. Hasta el momento, se ha consumido aproximadamente un tercio de las 150.000 millones de toneladas descubiertas. La mayoría de las reservas sin explotar se encuentran en Oriente Medio. Además, existen otros 150.000 millones de toneladas de petróleo que no son económicamente viables en la actualidad, pero podrían extraerse mediante procesos costosos.
La variedad de productos derivados del petróleo es ampliamente conocida. El petróleo se procesa tanto en refinerías como en complejos petroquímicos, donde se utiliza como materia prima para la obtención de una amplia gama de productos importantes en nuestra vida cotidiana, como los plásticos.
El gas natural, por su parte, es un combustible limpio y conveniente con múltiples aplicaciones en diversos sectores. A nivel mundial, las reservas de gas natural son abundantes, alcanzando alrededor de 65.000 millones de toneladas equivalentes de petróleo (tep). Sin embargo, el papel futuro del gas natural como fuente de energía dependerá no solo de sus reservas, sino también de la resolución de los desafíos relacionados con su transporte y distribución desde los pozos hasta los consumidores, así como de las políticas de exportación implementadas por los países productores.
En la actualidad, la mayor parte del gas natural se transporta a través de gasoductos. En todo el mundo se han construido más de 50.000 kilómetros de tuberías con este propósito, lo que representa una infraestructura de distribución considerable para esta fuente de energía.
Existen también combustibles fósiles alternativos, como las pizarras bituminosas y las arenas asfálticas, que guardan una estrecha relación geológica con el petróleo. Sin embargo, las pizarras bituminosas son anteriores al petróleo, mientras que las arenas asfálticas son el resultado de la degradación de los crudos convencionales.
Las pizarras bituminosas son rocas ricas en querógeno, una sustancia orgánica sólida precursora del petróleo. Cuando estas rocas quedan enterradas a varios miles de metros de profundidad y se someten a temperaturas de 60 a 110 °C, el querógeno se descompone en hidrocarburos. Sin embargo, cuando las pizarras se encuentran a poca profundidad, el querógeno permanece estable y solo se pueden generar hidrocarburos a través de procesos técnicos como la pirólisis. En este sentido, las pizarras bituminosas representan una posible fuente madre de petróleo que no ha experimentado hundimientos bajo nuevas capas sedimentarias ni el consiguiente aumento de temperatura.
Por otro lado, las arenas asfálticas son yacimientos de crudo convencional que se acumulan en zonas porosas, como las arenas. En estos yacimientos, las fracciones más ligeras del petróleo se han degradado, mientras que los componentes pesados se mantienen intactos. El resultado es un alquitrán pesado, viscoso y a menudo rico en azufre atrapado en bolsas de arena, lo que le da el nombre de arena asfáltica o alquitranada.
Si bien las reservas de estos combustibles fósiles alternativos son significativas, del orden de 350.000 millones de tep, su uso actual es limitado debido a los desafíos asociados con la extracción del combustible de las rocas que lo contienen. Se han propuesto diversos sistemas de recuperación del combustible, pero las investigaciones continúan para mejorar las tecnologías existentes y desarrollar nuevas que permitan reducir los costos de producción actuales.
El uranio es el combustible esencial para la generación de energía nuclear mediante fisión. Este proceso consiste en bombardear un núcleo de uranio con neutrones, lo que provoca su división en núcleos más ligeros y genera una reacción en cadena que libera enormes cantidades de energía.
La primera reacción nuclear en cadena se produjo en Chicago (EE.UU.) en 1942. Desde entonces, se han construido, están en funcionamiento o están en proyecto más de 550 centrales nucleares, con una capacidad total de más de 400.000 MW. La demanda actual de uranio (30.000 toneladas métricas por año) es inferior a la oferta (50.000 toneladas métricas por año), situación que se mantendrá hasta casi finales de siglo, dependiendo del crecimiento de la capacidad nuclear instalada. Por lo tanto, se puede decir que las reservas de uranio garantizan suministros de materia prima energética durante los próximos 15 a 20 años, utilizando reactores térmicos convencionales. No obstante, si se continúa utilizando estos sistemas, se agotarán las reservas de esta fuente de energía en el primer cuarto del siglo XXI.
Es bien conocido que la fisión nuclear presenta incertidumbres en cuanto a su seguridad y aceptación. Incluso si no existieran estos problemas, hay razones sólidas para dudar de que la fisión nuclear pueda utilizarse a gran escala para evitar una dependencia cada vez mayor de los combustibles fósiles, al menos en las próximas décadas.
Por último, no se puede hablar de energía nuclear sin mencionar la fusión nuclear, que consiste en la unión de dos núcleos ligeros (deuterio y tritio, isótopos del hidrógeno) para formar uno más pesado (helio), liberando grandes cantidades de energía en el proceso. Es importante destacar que el deuterio se puede obtener en cantidades ilimitadas a partir del agua del mar y el tritio se obtiene mediante la irradiación de litio (un elemento muy abundante) con neutrones en un reactor de fusión. En este caso, no hay problemas de disponibilidad de combustible, lo que convierte a la fusión nuclear en una fuente de energía renovable con residuos de operación limpios.
Sin embargo, a pesar de sus beneficios, no se ha incluido la fusión nuclear en la categoría de fuentes renovables de energía, ya que la tecnología de los reactores de fusión aún no es factible y se espera que los primeros reactores comerciales estén disponibles después del año 2050. Para lograr una reacción de fusión, es necesario someter el combustible a temperaturas de varios millones de grados durante un tiempo prolongado, algo que hasta ahora solo ha logrado la naturaleza, siendo el Sol un inmenso reactor de fusión que nos brinda las denominadas energías renovables.