30.1.07

Biocombustibles I. ¿Qué se hace con el petróleo?


Puesto que vengo motivado de ver uno de mis últimos exámenes y no hay nada mejor que hacer hasta el almuerzo pues me dispongo a inicial lo que espero sea una serie de artículos de ámbito ingenieril-divulgativo, a petición personal del Gato, sobre el tema al que me dedico, Los Biocombustibles. Pero antes de meternos en el tema, me gustaría iniciar con una introducción a los usos químicos del petróleo, lo que se conoce como petroleoquímica.

Cerca del 90% del petróleo que se extrae se gasta en productos combustibles para multitud de aplicaciones, sin las cuales no podríamos concebir el nivel de comodidad que tenemos hoy día. Disponer de agua caliente, calefacción, medios de transporte, electricidad, agua potable, entre otros, son logros los cuales sin el petróleo no estarían hoy a nuestra disposición.
Es un desperdicio tecnológico el utilizar el petróleo como combustible primario, se espera que en menos de 50 años, el petróleo se utilice como fuente de productos base y no como combustible. Espero ver ese paso...
La industria petroleoquímica actual se basa en 7 building blocks, que llamaremos "productos base": (más referencias al articulo anterior sobre los alcanos o a la propia Wikipedia)
  1. gas de síntesis (syngas, H2+CO) obtenido del metano (CH4)
  2. etileno (eteno - C2H4)
  3. propileno (propeno - C3H8)
  4. butano (C4H10)
  5. butileno (C4H8) (un doble enlace en las posiciones 1 o 2)
  6. butadieno (C4H6) (CH2=CH-CH=CH2)
  7. BTX, se denomina a una mezcla de productos muy relacionados quimicamente como son el benceno, el tolueno (metil benceno), los xilenos (isomeros de dimetilbenceno) y el etilbenceno.
Salvo los BTX que son líquidos a temperatura ambiente y se pueden obtener del carbón además del petróleo, todos los demás son gases que se producen en las operaciones de refino y reformado del petróleo en uno de los mayores logros tecnológicos de la era moderna, las refinerías de petróleo.
Os puedo asegurar, que con estos 7 bloques, junto con el con el amoniaco (NH3) , el aire y algunas fracciones del petróleo, sintetizan la inmensa mayoría de los productos químicos orgánicos que se utilizan para las más diversas aplicaciones. Simplemente mira a tu alrededor y pregúntate por la naturaleza química de lo que rodea. Seguro que más del 75% son productos orgánicos.
Las aplicaciones de estos, en el próximo post.
Un saludo

P.D. Si, lo de los colorines en los productos es un experimento maligno y de paso un saludito a los amigos de GreenPeace (grinpis - pipi verde)

29.1.07

Homenaje a Octave Levenspiel

A petición popular, lanzo un mini-reference para ir calentando motores, que la verdad que tengo un poco abandonado el foro (lo siento GatoCuantico).
Paseando por la Wikipedia, un sano deporte que cada día práctico con más asiduidad (en inglés), y a través de link de links, llegué a la página de un viejo conocido por cualquier ingeniero químico que se halla enfrentado a la cinética química y/o los reactores químicos. Hablamos del señor Dr. Octave Levenspiel (a.k.a. Dr. Seuss of Chemical Engineering).
Este afable señor, es entre otros grandes logros, autor de los legendarios libros de texto Ingeniería de las Reacciones Químicas y El Omnilibro de los Reactores Químicos. Libros de batalla por excelencia y otros menos conocidos como "Fluidization Engineering" o "Flujo de Fluidos y Transmisión de calor" a parte de cientos de artículos y logros en el estudio de cinéticas heterogéneas y lechos fluidizados.
A parte, al Dr. Levenspiel le gusta aplicar sus conocimientos de ingeniería en otros aspectos más "recreativos". Por lo que he podido ver en su pagina web, esta preparando un libro de carácter divulgativo en que analiza algunos aspectos científicos en base a correlaciones y ajustes, tal y como lo haría un ingeniero químico. Por ejemplo, discute que la atmósfera en la época de los dinosaurios tendría que tener una presión mayor a la actual o que los dinosaurios de cuello largo deberían tener un sistema cardiovascular seccionado, todo ello aplicando los principios físicos y químicos.
Me quito el sombrero ante este gran hombre. Que además domina el español con gran pericia. Si por un casual, Dr. Levenspiel acaba leyendo este post, mi más humilde reverencia.

Saludos a todos

22.1.07

Christopher contra el creacionismo: "El curioso Incidente del Perro a Medianoche"

Christopher es un niño con necesidades especiales. Para él las cosas le pueden gustar mucho o repelerlas por completo. Le cuesta más de la cuenta entender a las personas y desenvolverse en nuevos ambientes. Pero ello no hace que tenga ideas y opiniones muy fundamentadas.

En este maravilloso libro ("El curioso incidente del perro a medianoche") de Mark Haddon, Christopher resolverá el extraño asesinato del perro de su vecina, desde su propia perspectiva, y aún tiene tiempo para otras historias. El mundo para Christopher, tiene que estar ordenado, y todo ha de tener una explicación, aunque no se haya encontrado. Así, entre la teoria de la relatividad y las hadas de Cottingley (atención, enlace magufo), encontramos preciosas perlas contra el creacionismo.

El caso es que me vienen bien para comentar este vídeo creacionista (algún día comentaré todas las mentiras y errores).

Bueno, risas aparte, Christopher usa un simple planteamiento. Si todo la gente de la tierra tirara una moneda al aire durante tiempo indefinido, y a uno le salen 5.650 caras seguidas, seguramente pensará que es especial, sin embargo habrá al menos un millón de personas tan especiales como ella... luego creo que no es cuestión de "singularidad" sino de probabilidad (Remo ya lo explicó)

En el Universo hay millones de estrellas, y millones de planeta. Si contamos con un tiempo "infinito" todo es posible, incluso la aparición de la vida. Los seres humanos nos sentimos especiales porque tenemos una capacidad cognitiva extraordinaria, pero eso no nos convierte en el destino de la evolución, tan sólo en una de las muchas formas de vida posibles. Puede haber otro millón de seres "especiales" y más si tenemos en cuenta que la evolución, una vez iniciada, no sigue procesos "aleatorios" o de puro azar: una vez sentadas las reglas del juego, las jugadas malas han sido eliminadas.

Pero Christopher también arremete contra la hipótesis de la complejidad irreductible poniendo el ejemplo del ojo. Según los creacionistas, la complejidad de determinados órganos no pueden haber sido producto de pequeños cambios, porque para qué sirve tener media ala, o medio ojo. Christopher asegura que aún teniendo medio ojo, siempre supondrá una ventaja, porque siempre es mejor ver al menos medio depredador que no verlo. Incluso tener un 1% de ojo es mejor que no tenerlos. Esto en verdad es aplicable a muchos órganos y estructuras, como las alas, siempre es mejor planear un poco que no hacerlo, aunque seamos incapaces de volar.

Bueno, esto son tan sólo dos aspectos del libro, que tiene muchos más. Mi opinión: Muy recomendable

11.1.07

Vídeo de WWF

Visto vía meneame

Oríginal vídeo de WWF sobre el calentamiento global.
Ignorar el cambio climático no va a hacer que desaparezca
Un poco catastrofista, cierto, pero no por ello deja de ser original y efectivo.



en inglés

8.1.07

etimología de la química orgánica

Los hidrocarburos son compuestos químicos compuestos por Carbono e Hidrógeno. Estos forman una cadena de carbonos. Son importantes por sus múltiples usos, como combustibles o disolventes, por ejemplo. Hay de muchos tipos, pueden ser cadenas lineales, o bien formar cadenas cerradas, incluso ambas cosas, o bien tener ramificaciones... Por ello son más difíciles de nombrar que otros compuestos más sencillos como son las sales inorgánicas. De hecho tienen su propia nomenclatura (es decir, técnicas empleadas para nombrarlas). Nomenclatura de compuestos orgánicos.

Una característica importante según las reglas de la IUPAC en su nomenclatura es el número de Carbonos que tiene (una segunda característica fundamental es la presencia de determinados grupos funcionales). En este post vamos a usar fundamentalmente los Alcanos, que son los que no tienen ningún grupo funcional y únicamente enlaces sencillos . Así si tienen 1 carbono usarán un prefijo distinto que si tiene 6.



Éste es el Hexano, que tiene 6 carbonos. Es un alcano porque todos sus enlaces son simples.



Para moléculas con más de 5 carbonos la cosa es fácil, ya que toman los prefijos griegos para los números. Así:
  • 5 Carbonos: Penta- (como por ejemplo pentano)
  • 6 Carbonos: Hexa- (como hexano)
  • 7 Carbonos: Hepta- (como Heptano)
  • 8 Carbonos: Octa- (como el Octano, ¿no os suena de la gasolina? )
  • 9 Carbonos: Nona-(como el Nonano)
...
y así sucesivamente.

Con los que tienen menos de 4 carbonos la cosa cambia, detrás de cada prefijo se esconde una pequeña historia.

Así, por ejemplo, con 4 carbonos, el prefijo usado es But (nuestro alcano sería el Butano, que es precisamente el gas que usamos en las cocinas y que, al menos en España, se vende en bombonas).
Pues bien, el origen de Butano proviene de la mantequilla. Y ¿qué tiene que ver la bombona de butano con la mantequilla? Muy sencillo. La raíz But- del Butano procede de ácido butírico, cuyo nombre fué acuñado por Eugene Chevreul (enlace en inglés) para designar a un ácido graso de la mantequilla . Mantequilla en latín se dice butyrum, de ahí el nombre . Por cierto, a este hombre le debemos más que la simpre relación entre la mantequilla y el naranja butanito, os recomiendo la lectura de su biografía.

Para los 3 carbonos usamos la raíz Prop- como en el Propano. El propano también se usa como combustible. Otra vez esta raíz procede de otro ácido orgánico, el ácido propiónico. El ácido propiónico fué sintetizado por Johann Gottilieb en 1844, pero su nombre se lo dió Jean-Baptiste Dumas (Dumas demostró que los riñones servían para eliminar urea e incluso fue ministro). Dumas observó que este ácido se comportaba como un ácido graso, si se añadía al agua no se mezclaba formando una película en su superficie. Pero este compuesto era muy pequeño para ser ácido graso (normalmente formado por muchos carbonos) así que lo llamó protopion (proto- primer, -pion: grasa) por ser el ácido graso más pequeño.

Para los 2 carbonos usamos la raíz Et- como en etano, o como etanol. El etanol (o alcohol etílico) es un viejo amigo del hombre, ya que es el componente fundamental de las bebidas alcohólicas. Esta raíz hay que buscarlo en Ethyl (inglés), que proviene del griego Ether+hyle (producto del éter). Sobre el orígen de esta raíz no he encontrado gran cosa (agradezco aportaciones). El éter era una sustancia empleada para explicar determinados fenómenos físicos, como la propagación de la luz en el vacío. Según esta teoría, el éter llenaba el espacio como un fluido. El experimento de experimento de Michelson-Morley puso fín a esta teoría sentando las bases de lo que sería la teoría de la relatividad. Pero es curioso que aún permanezcan restos de esa teoría en la nomenclatura química (tanto en esta raíz como en el éter)

Por último, para 1 Carbono, la raíz usada es Met-, como en Metano. El Metano es el hidrocarburo más sencillo. Está presente en el gas natural y es el principal componente del biogas. También es un muy importante gas de efecto invernadero, siendo sus principales fuentes los pantanos y las vacas (concretamente sus ventosidades). Dentro de este grupo también nos encontramos con el Metanol o alcohol metílico. El Metanol es un componente minoritario del vino, es muy tóxico, y es responsable de la resaca. Este producto se lleva usando desde época de los egipcios, que lo empleaban para el embalsamiento. Los primeros en describir el metanol fueron Jean-Baptiste Dumas otra vez y Eugene Peligot, y le pusieron el nombre de "metileno" que significa producto de árboles (meth + hyle) , ya que se destila de la madera. De ahí salió la raíz met-.

Ruego que disculpen posibles equivocaciones y ambigüedades. Prometo ir corrigiéndolo y mejorando.

El Gato Cuántico

Corrección: el metanol no es el responsable de las resacas, pero sí de otras cosas peores, ya que es muy tóxico (ver comentarios)

Referencias:
la siempre útil Wikipedia
Lenguaje, ciencia e historia: una introducción histórica a la terminología química. Antonio García Belmar y Jose Ramón Bertolomeu Sánchez

con la colaboración de Chemist


2.1.07

El ciclo del Carbono

Ya hemos hablado alguna vez del problema del sumidero perdido del carbono y los problemas que conlleva su detección (lógico, si fuera fácil encontrarlo no seguiría perdido). Muchos científicos están empleando numerosos esfuerzos en determinar cuál es, por dónde se pierde ese carbono, ya que es un elemento clave para hacer balances, y sobre todo para predecir su capacidad de adaptación a los cambios.

Antes de nada vamos a ver qué es esto de fuentes y sumideros. Imaginemos a la atmósfera como un lavabo, bañera o cualquier otro depósito. El lavabo tiene un grifo y un desagüe. Si abrimos el grifo más que el desagüe el lavabo se nos llena, si abrimos el desagüe mas que el grifo el lavabo se nos vacía. Si el grifo y la bañera están igual de abiertos, entonces la cantidad de agua no varía y se mantiene constante. Así ocurre en la atmósfera con el CO2 (lo mismo que con muchos otros compuestos), tiene unas entradas (como la respiración de los seres vivos, la quema de combustibles fósiles o la degradación de la hojarasca) y unas salidas (la fotosíntesis, la transformación en otras sustancias o la dilución en el mar). A estas entradas es lo que se le llaman fuentes, y a esas salidas sumideros.

Otra cosa que es interesante, es que esos grifos y desagües están muchas veces conectados. Si abrimos mucho el grifo, el desagüe se abrirá también mucho y podrá hacerse cargo de ese incremento de agua (imagina que el desagüe tiene un sensor de presión, y cuanto más agua haya encima, más se abrirá). Un caso como este lo encontramos por ejemplo en los bosques tropicales. Si un árbol se cae empezará a producir Co2 al degradarse y al perderse fotosíntesis, pero también se liberarán nutrientes y quedará un hueco por el que pasará la luz, las plantitas que habían debajo de ese árbol podrán crecer rápidamente, aprovechándome de ese Co2, nutrientes y luz, hasta ocupar el hueco dejado por el árbol viejo y fotosintetizando como antes. A esto es lo que se le llama Retroalimentación o Feed-Back Negativo. Son muy importantes porque sin ellos la concentración de Carbono en la atmósfera (y de muchas otras sustancias) sería mucho mayor y mucho más variable.

Pero también hay un feed-back positivo. Imaginaos que el sensor de llenado está conectado al grifo y no al desagüe. Cuanto más abramos el grifo, más se llenará y por lo tanto más se abrirá el grifo... y así sucesivamente. Por ejemplo, en los suelos siberianos, congelados todo el año, tienen mucha materia orgánica ya que por las bajas temperaturas no se pueden degradar. La temperatura en Siberia está aumentando, por lo que estos suelos están empezando a descongelarse y a emitir Co2 (además de metano), por lo que suben la temperatura, se descongela mas suelo... Son especialmente peligrosos porque generalmente están controladitos, hasta que se alcanzan unos determinados valores. Entonces el sistema se dispara y se hace difícil de controlar.

Por regla general, son estos feed-backs los que controlan la concentración a nivel global. A veces aumenta un poco la concentración, pero se activan esos desagües y entonces se reduce la concentración. Hasta aquí perfecto. El problema está en que esos equibrios no son infalibles y sobrepasadas ciertas cantidades todo se nos descontrola.

Antes de que hubiera seres humanos la naturaleza también tenía sus entradas y sus salidas. Entre unas y otras el cotarro se nos mantenía estable. Pero llegó la revolución industrial y la necesidad de buscar energía. Los combustibles fósiles es precisamente eso, un excedente de energía en forma de biomasa, que se almacenó bajo tierra. Al extraerlo volvemos a introducir esa energía en circulación, además del carbono “en la que estaba empaquetado”. La demanda energética esta creciendo año a año. Cada vez somos mas gente y somos más sofisticados. Por lo que hace falta extraer mas y mas carbono para meterlo en la atmósfera.

Los sumideros naturales se están quedando pequeños, por lo que se está acumulando en la atmósfera. El Co2, y más a las concentraciones a las que está, no es tóxico, pero puede tener otras consecuencias . Una de ellas es que al disolverse en agua se convierte en un ácido (débil, pero ácido), esto hace por ejemplo que el agua de lluvia, al tener mas Co2, es más ácida y colabora disolviendo roca caliza, agrandando cuevas y sobre todo liberando más Co2. El efecto más famoso es que al ser un gas de efecto invernadero contribuye al calentamiento global. Al incrementarse las temperaturas los ecosistemas cambian modificando esos sumideros. Muchos de ellos los tenemos estudiado (como en Siberia con los suelos congelados), otros no sabemos sus efectos.

Aquí es donde entramos en el problema del Sumidero perdido. Como hemos dicho todo es cuestión de entradas y salidas. Los científicos han estado años estimando qué cantidades de Carbono se emiten o se secuestran por distintas fuentes.

Además, tiene que responder a una sencilla ecuación:

LO QUE ENTRA – LO QUE SALE = LO QUE SE ACUMULA

O lo que es lo mismo

LO QUE ENTRA - LO QUE SE ACUMULA = LO QUE SALE

Aquí surge el problema, ya que la ecuación no se cumple. Hay 2 millones de toneladas al año menos de las que se esperan. Es una cantidad significativa como para que sean errores de cálculo, por lo tanto es como si hubiera un sumidero aun no descubierto que se hace cago de 2 millones de toneladas de Carbono al año (casi nada). Es lo que se conoce como Sumidero Perdido.

Este sumidero puede ser en verdad tres cosas, atendiendo a los tres componentes de la ecuación:

- La estimación de las entradas es mayor que las entradas reales

- La estimación de la salida es menor que las salidas reales

- La concentración de la atmósfera está mal.

Este tercer punto es el menos probable, ya que la medida de Co2 se puede hacer desde el salón de tu casa prácticamente, y la verdad, la atmósfera está demasiado bien estudiada como para haber anomalías de este tamaño. Por lo tanto pueden ser alguna de las otras dos posibilidades.

Da lo mismo que sea uno u lo otro, porque a efectos prácticos actúa como sumidero. La importancia de encontrarlo reside en conocerlo, y así saber cómo gestionarlo. Ya sabemos cómo se plantan árboles para disminuir la concentración de Co2, pero, ¿cómo abrir más este desagüe? ¿cuál es su capacidad? ¿ podemos usarlo para satisfacer nuestras demandas energéticas?