Para comprender el valor de los combustibles sólo tenemos que pensar en la enorme cantidad de desplazamientos de personas y mercancías en todo el mundo. Por tierra, mar y aire. Sin combustibles es impensable el comercio, el turismo y hasta la agricultura y la ganadería modernas.
Un combustible, cualquiera que sea su origen, es una sustancia que, al reaccionar con el oxígeno (normalmente el del aire) da lugar a otras sustancias (gases de la combustión) y energía térmica. La energía térmica obtenida (calor de combustión) tiene una calidad energética (exergía) que depende de la temperatura a la que se llegue en el proceso de combustión; a mayor temperatura, más exergía (calidad).
Ese calor de la combustión es el efecto práctico que se busca. Para su análisis inicial voy a distinguir entre combustibles de origen fósil y los procedentes de la biomasa. Los primeros, el carbón mineral, el petróleo y el gas natural. Las biomasas tienen muchas variantes: desde las maderas de todo tipo hasta los biocarburantes y el biogás.
Poder calorífico
Los precios también son muy variados y no es fácil dar un criterio de comparación teniendo en cuenta la calidad energética. Lo que nos queda como criterio es el calor de combustión (también se usa el término poder calorífico, aunque el nombre correcto es “entalpía de combustión”). Hay que distinguir entre “poder calorífico superior” (PCS) y “poder calorífico inferior” (PCI), que es el que se emplea en los cálculos porque aunque el superior es el que se mide en los aparatos correspondientes (bombas calorimétricas y calorímetros de flujo) el que realmente se aprovecha es el inferior, ya que es el superior restándole el calor que se necesita para evaporar el agua que se forma en la combustión.
En general los combustibles fósiles tienen valores del orden de 10.000 kcal/kg, mientras que las biomasas se quedan por debajo de 5.000 kcal/kg. Así pues la comparación en precios la haremos en relación con la cantidad de energía térmica que puede obtenerse realmente en una combustión. Podemos utilizar la kcal pero emplearemos el kWh, ya que tenemos una clara relación y referencia con la electricidad (1 kWh = 860 kcal). En los ámbitos profesionales se utiliza mucho como unidad la termia = 1.000 kcal que se aproxima bastante al kWh. Los precios en el mercado al día de hoy son, aproximadamente, los siguientes:
- Gasolina: 16,35 c€/kWh
- Gasóleo: 12,539 c€/kWh
- Butano: 9,869 c€/kWh
- Gas natural: de 10,57 c€/kWh (cliente concreto de bajo consumo) a 5,7 c€/kWh (cliente de mayor consumo)
Biomasas sólidas:
- Hueso de aceituna: 4,09 c€/kWh
- Pellets: 5,44 c€/kWh
- Astillas (a granel): 2,47 c€/kWh
Electricidad: 20 c€/kWh
Es obvio que esos precios están normalizados a un kWh de energía térmica producida. Se puede observar cómo los combustibles obtenidos a partir de biomasas sólidas son mucho más baratos que los procedentes de combustibles fósiles. Una cuestión sugerente y de interés para los consumidores: la misma cantidad de energía térmica obtenida con combustibles siempre es más barata que si se obtiene directamente a partir de electricidad, por medio de una resistencia (en un brasero eléctrico, por ejemplo); de hecho debería ser tres veces más barata pero, como se puede observar por los datos, no es del todo así, como consecuencia de la distorsión que introducen los impuestos.
Los combustibles que usamos en las diferentes aplicaciones son, en realidad, sustancias derivadas de las materias primas originales, en unos casos mediante procesos bastante complicados y en otros, mucho más simples.
En este repaso introductorio creo conveniente aclarar que un aspecto de los combustibles que no se puede olvidar es que en las combustiones se generan gases de distinto tipo, pero aquí sólo nos fijaremos en el dióxido de carbono (CO2), principal gas de efecto invernadero. Normalmente es muy sencillo calcular la cantidad de CO2 que se produce en una combustión. De hecho daremos luego los datos correspondientes a los combustibles más habituales.
Para terminar esta introducción conviene no olvidar que en las combustiones se producen, además, otros gases que, en general, son contaminantes y provocan efectos indeseables para la salud humana.
Procesos por los que los combustibles llegan al consumidor
El primer paso es, obviamente, obtener la materia prima. Paso no siempre sencillo y, muy a menudo acompañado de fuerte contaminación en el lugar donde se extrae. Previamente se requieren trabajos de detección de las sustancias correspondientes (carbón, petróleo, gas natural). Es evidente que en unos casos las exploraciones son más complejas y difíciles que en otros; la contaminación siempre es muy alta. Dado el objetivo de este trabajo no voy a detenerme en explicar ningún caso concreto.
Una vez obtenida la materia prima (carbón, petróleo crudo, gas natural, madera, etc.) hay que transportarla al lugar donde se procesa (refinería, planta de gasificación, peletizadora, etc.), en la mayor parte de los casos a muchos kilómetros de distancia y por distintos medios (barcos, conductos, camiones).
Una vez en la “fábrica” se procede a su transformación en la sustancia que se vende en el mercado. El caso más importante en cuanto a cantidad procesada es el petróleo crudo para obtener los gases combustibles (butano, propano), las gasolinas, los gasóleos, el fuel. Se trata de grandes instalaciones industriales llamadas refinerías. La disponibilidad de refinerías de petróleo ha sido una clave muy importante en el desarrollo económico de los países. Puede darse el caso que países que no tienen petróleo (España por ejemplo) tienen muchas refinerías por lo que venden combustibles ya procesados a otros países.
Otro paso importante en el sistema de combustibles es la distribución de los productos finales. Desde flotas de camiones, gasoductos, oleoductos, hasta estaciones de servicio de combustibles adonde acuden los consumidores para adquirirlos. Todo un dispositivo muy complejo que hay que mantener económicamente, igual que en el sistema eléctrico.
Usos
Uno de los usos más importantes es para el desplazamiento de personas y mercancías mediante vehículos propulsados por motores de combustión interna. Sin duda es la principal forma de consumo y también de contaminación e interacción negativa con la naturaleza. Al día de hoy el consumo de estos llamados “derivados del petróleo” constituye el 52,4 % del consumo de combustibles en todo el mundo (3847,4 Mtep) y todos los combustibles (7.338,2 Mtep) suponen el 78,2 % de la suma de los combustibles, electricidad y renovables directas (solar térmica y biomasa de calefacción). En España esos porcentajes también son muy elevados: 41.266 ktep (67,5 %) los derivados del petróleo frente a todos los combustibles, y todos ellos (61.124 Mtep) un 75 % de la suma de combustibles, electricidad y renovables directas.
Le sigue en importancia numérica el uso de combustibles de todo tipo para producir energía térmica (calor le llama casi todo el mundo, aunque no es exactamente eso; yo prefiero llamarle “energía térmica” que es más preciso). Las formas y dispositivos concretos son muy diversos. Desde calderas de todo tipo y combustibles hasta cocinas y otros dispositivos para procesar alimentos, aclimatar espacios, hasta aporte térmico a procesos industriales. En casi todos los casos el rendimiento es muy elevado (por encima del 60 %) porque se transforma energía de bastante alta calidad en otra de menor calidad energética.
Economía de los combustibles
El establecimiento de los precios en los combustibles principales sigue el mismo esquema que los de la electricidad:
• Coste del combustible en sí mismo, sea este producido en las instalaciones españolas (refinerías sobre todo) o comprado en el extranjero (el crudo y/o los productos).
• Pagos por transporte y, sobre todo, distribución.
• Impuestos. En el caso de los combustibles es superior incluso a los de la electricidad.
Empecemos por los carburantes, sobre todo gasolina y gasóleo. ¿Cómo se forma el precio de esta auténtica droga del sistema económico? Vaya de entrada que considero que es igual de confuso e injusto que la electricidad.
A día de hoy (julio de 2018), un litro de gasolina de 95 octanos cuesta a un consumidor normal 1,349 €. Si es gasóleo ordinario, 1,249 € el litro. Traducido a un lenguaje energético eso significa 16,35 c€/kWh para la gasolina y 12,539 c€/kWh que podemos comparar con la electricidad (del orden de 20 c€/kWh).
En realidad, la electricidad debería costar tres veces más que cualquier combustible (una unidad de electricidad cuesta producirla tres unidades de energía térmica). No es así en el mercado actual porque el Estado modifica los precios a fin de obtener los mayores ingresos posibles. Cierto es que los impuestos son importantes en todos los productos energéticos pero donde más cantidad se pone en juego es en los combustibles.
Precio de los carburantes en Europa. Países más representativos, empezando por España para que sirva como referencia. Como puede observarse no es el país europeo donde son más caros los carburantes. (PAI es “precio antes de impuestos”).
Algunos detalles “curiosos”:
• Los carburantes derivados del petróleo en España no son los más caros de Europa.
• Tampoco en España se gravan más las gasolinas y los gasóleos que en otros países europeos; donde más, en Italia (gasóleo) y en Holanda (gasolina).
• En todos los casos los impuestos a las gasolinas son superiores a los de los gasóleos. Supongo que eso va a cambiar muy pronto. En España estaría muy justificado.
El que los gasóleos tengan impuestos menores (en términos relativos) que los de las gasolinas tiene una explicación. En un momento determinado se decidió promover el uso de vehículos propulsados con motores de combustión Diesel, aunque no entiendo muy bien la razón termodinámica de tal decisión. Eso propició que se difundiera por los consumidores aquello de que “cuando se hacen muchos kilómetros resulta mucho más barato el diésel que el de gasolina” y se cumplió lo que se pretendía: que se vendieran más vehículos diésel que de gasolina. Pero dio lugar (en concreto en España) a que las refinerías no pudieran producir todo el gasóleo necesario y sobrara gasolina. Esa es la razón por la que España compra gasóleo en el extranjero y vende gasolina. Es decir: sin tener petróleo vendemos mucha gasolina.
Un detalle significativo es que cuando se adquiere una cantidad de carburante se paga y nos llevamos los litros que sean en nuestro vehículo y ahí acabó la relación comercial. Igual que ocurre con las bombonas de butano o de propano.
El gas natural.
No es así con el gas natural, que a esos efectos de precio se comporta de forma más parecida a la electricidad. Tiene un componente fijo dependiendo de la potencia (cantidad disponible) que se paga se consuma o no. Un caso concreto es 0,140712 €/día
El componente de consumo se paga a 0,0151215 €/kWh. Estos datos son para un consumidor pequeño (< a 5000 kWh/año) También hay que pagar el alquiler del equipo de medida (como en la electricidad) y el IVA, que también aquí es el 21 %.
En el caso del gas natural hay una “curiosidad” más. En las estadísticas las cantidades de gas se daban en m3 normales; es decir en volumen ocupado cuando la temperatura y la presión son las “normales” (0ºC y 1 atm[i])[1].
En definitiva se copia el mismo sistema que en la electricidad, aunque realmente es diferente porque el gas natural se puede almacenar (como el propano o el butano) pero no se contempla esa opción, que sería más ventajosa para el consumidor, sobre todo el mediano y gran consumidor.
Los biocarburantes son un caso aparte. Lo normal y lo legal en España y en Europa es que se exija una mezcla con los carburantes normales. De hecho, en España el etanol y el bioetanol entra en la composición de la gasolina, y el biodiesel, en el gasóleo normal.
Los gases licuados del petróleo (butano y propano) se venden en “botellas” a alta presión para que estén en estado líquido y ocupen menos volumen. A título de curiosidad, en una bombona normal de butano hay del orden de 12,5 kg de butano. El consumidor adquiere la bombona a un precio determinado (del orden de 14 €) que varía según el mercado y que lleva incluidos los costes de todo tipo y los impuestos. El consumidor normal no se pregunta nada y adquiere el servicio que, en este caso, tiene la ventaja de que utiliza el combustible cuando quiere y si no lo consume lo guarda para cuando lo necesita. Ese hecho me parece muy importante.
Un detalle curioso que puede ser de interés en un futuro inmediato con los combustibles almacenables (todos en principio) es que se podrían utilizar para generar electricidad e incorporarla al consumo de manera complementaria con electricidad generada con módulos fotovoltaicos, por ejemplo. Eso haría a ese consumidor autosuficiente. No es tan simple como parece pero tampoco es imposible. Con eso un consumidor normal podría realizar su sueño, acariciado durante mucho tiempo, de independizarse de la red eléctrica general. Claro que, teniendo en cuenta el rendimiento de transformación de un generador normal, el kWh generado le saldría por 60 céntimos de euro (al 50 % de capacidad que tomo como valor medio); es decir, el triple de lo que le cuesta el kWh comprado a la red.
Interacción ambiental
Los aspectos ambientales del uso de combustibles son muy delicados y –de nuevo- complejos. Lo primero que hay que entender es que un combustible de origen fósil fue generado hace cientos de millones de años y el carbono que contiene en sus moléculas fue almacenado durante mucho tiempo y se ha mantenido en el pozo de petróleo, en el yacimiento de gas o en la mina de carbón y con el proceso de combustión liberamos ese carbono en forma de dióxido de carbono en muy poco tiempo.
Ese es el origen del problema: un dióxido de carbono (principal gas de efecto invernadero) que se ha ido acumulando lentamente a través de las plantas de hace cientos de millones de años ahora lo liberamos en demasiado poco tiempo, con lo cual vuelve a la atmósfera en cantidades muy grandes, modifica su composición de manera excesivamente rápida y da lugar al llamado “efecto invernadero” de la atmósfera y, como consecuencia, modifica la temperatura media del planeta, origen fundamental del cambio climático.
Por otro lado los combustibles procedentes de la biomasa también producen CO2 pero en unos periodos de tiempo tan próximos como un año o similar con lo cual se mantiene el equilibrio entre el CO2 que emiten cuando se queman y el que absorbió la planta cuando se produjo la madera (o el hueso de aceituna o la materia de que se trate).
En definitiva en el caso de los biocombustibles se produce el llamado “balance cero” en un corto periodo de tiempo mientras que en los combustibles fósiles estamos mandando a la atmósfera CO2 que se absorbió hace cientos de millones de años.
Ya en lo concreto y dado que la composición de todos los combustibles no es la misma, las emisiones tampoco lo son. Sin entrar en muchos detalles refiero a continuación las emisiones de algunos combustibles (se puede dar el dato en diferentes unidades; en este caso prefiero darlo por unidad de energía, es decir, en kgCO2/kWh:
- Carbón, 0,256 kgCO2/kWht (kilogramo de CO2 equivalente por cada kilovatio hora térmico producido)
- Gasóleo, 0,257 kgCO2/kWht
- Gasolina, 0,263 kgCO2/kWht
- Gas natural, 0,204 kgCO2/kWht
- Butano, 0,238 kgCO2/kWht
- Propano, 0,229 kgCO2/kWht
Los datos de partida están tomados de organismos oficiales (IDAE, Ministerio de Transición Ecológica, etc.).
Queda en evidencia algo que todo el mundo ya sabe: el combustible fósil que menos gases de efecto invernadero produce es el gas natural, seguido de los gases procedentes del petróleo (butano y propano). En cualquier caso, los efectos ambientales negativos más importantes son los gases de escape de los vehículos a motor. A título de curiosidad es bueno saber cuánto emitimos con nuestro vehículo particular y una aproximación a lo que emiten todos los vehículos de un país (España por ejemplo).
De los 335,662 millones de toneladas de CO2 equivalentes que se emitieron en España en el año 2015, 83,386 Mt CO2 fueron emitidos por el sistema de transporte (vehículos de motor de combustión interna). 63,861 Mt CO2 fueron responsabilidad de los vehículos diésel y 13,872 Mt CO2 de los de gasolina.
A nivel individual, en un vehículo diésel que consuma 6 litros a los 100 km genera 156,6 gramos de CO2 cada km. Es decir en un viaje de 100 km emitiría 15,66 kg de CO2. Uno de gasolina, con el mismo consumo de 6 litros/100 km emitiría 138 gCO2/km con lo que a los 100 km produciría 13,8 kg de CO2. Siguiendo con el mismo ejemplo de antes, un vehículo alimentado por gas natural licuado (GNL) produciría 9,78 kgCO2/100 km.
Estos datos, por otra parte bien conocidos, sugieren que si se quiere contribuir a la mitigación del cambio climático disminuir el número de vehículos diésel tiene su importancia. Es obvio que si en vez de ser sustituidos por vehículos de gasolina o de GNL lo fuera por un vehículo eléctrico o híbrido sería mucho mejor. Porque la electricidad que alimenta a los vehículos eléctricos en España aunque procediera de la red eléctrica general, al día de hoy emitirían mucho menos CO2 ya que la red eléctrica general en España tiene un porcentaje importante de renovables en su composición. Por supuesto si los coches eléctricos se alimentan de electricidad renovables las emisiones serían nulas.
En este apartado de medio ambiente en relación con los combustibles es necesario decir que no es solo CO2 el efecto ambiental negativo que producen. En la combustión de algunos de ellos también se producen gases de azufre relacionados con la lluvia ácida, óxidos de nitrógeno (precursor del ozono troposférico), partículas, etc.
También hay que recordar que en los diferentes procesos hasta que el combustible correspondiente llega al consumidor se producen diferentes “accidentes”: emisiones de metano en los pozos y en los oleoductos y gasoductos, tanto de gas natural como de petróleo, derrames y vertidos producidos por desastres en el mar o en tierra y un largo etc. a los que nos hemos acostumbrado y ya no son noticia.
Conclusión
Los combustibles, tanto de origen fósil como natural, son muy importantes para el bienestar de los seres humanos pero su uso implica procesos complicados y con grandes impactos ambientales que están llevando a una situación de riesgo excesivo.
Eso nos debe hacer recapacitar y buscar –rápidamente- soluciones alternativas, que no pueden ser otras que prescindir de los combustibles fósiles y recurrir a fuentes renovables de energía, incluidos los combustibles biomásicos, que tienen un impacto neto cero e, incluso negativo si cuidamos los detalles de su uso.
