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Los astrónomos clasifican al Sol como una estrella enana amarilla, a pesar de que su diámetro es de 1.4 millones de kilómetros. Es una más de los millones de estrellas que existen en La Vía Láctea. En el núcleo del Sol, donde la temperatura alcanza los 15.5 millones de grados Celsius, se producen reacciones de fusión nuclear o termonucleares. Esa es la fuente de la energía solar. En estas reacciones el hidrógeno se transforma en helio y se desprenden colosales cantidades de energía. Una fracción de esa energía llega a la Tierra y hace crecer la biomasa, hace funcionar el ciclo hidrológico y el clima. Las manifestaciones directas e indirectas de la energía solar dan lugar a fuentes renovables de energía. Pero el sol nos dio también a los combustibles fósiles, que no son otra cosa que energía solar antigua, concentrada durante lentos procesos que demoraron millones de años. La siguiente frase de Robert Mayer sobre la energía solar, resume magistralmente lo que esa fuente de energía significa para nosotros.
“El Sol, tal como lo entiende el hombre, es un manantial inagotable de fuerza física. La corriente de esta fuerza, que se derrama también por nuestra tierra, es el resorte constantemente tenso que mantiene en movimiento el mecanismo de todas las actividades que tienen lugar en nuestro planeta (...) El mundo vegetal constituye el depósito en el que se fijan y acumulan para su utilización los raudos rayos solares del estío, fuentes de bienes económicos a los que se halla indisolublemente ligada la existencia física del género humano; todo aquel que contempla tanta riqueza, no puede menos que experimentar un vivo sentimiento de admiración”.
Los hidratos, en general, son compuestos en las moléculas de gas que están “encerradas” en una estructura cristalina. Los hidratos de metano son una manifestación inusual de los hidrocarburos en la que las moléculas de gas natural, compuesto fundamentalmente por metano, están inmersas en la estructura cristalina del hielo. Los hidratos de gas, como también se les conoce, son un portador energético fósil altamente concentrado. En cada volumen de esta sustancia hay 160 veces más metano que en un volumen similar de metano en condiciones normales de presión y temperatura. Según la organización de Estudios Geológicos de Estados Unidos (USGS, por sus siglas en inglés), el contenido de carbono de los hidratos de metano de todo el mundo es casi el doble del que hay en todas las reservas conocidas de combustibles fósiles. Solo en Canadá habría 500 billones de metros cúbicos de hidratos de metano, básicamente en el permafrost del campo de Mallik, en el delta de Mackenzie, arriba del Círculo Polar Ártico.
En 1810, Humphrey Davy y Michael Faraday obtuvieron hidratos de gas en un laboratorio. A finales de la década de los 60 fueron hallados en estado natural por la industria petrolera soviética en el campo de gas Messoyakha, en Siberia. Solo en fecha reciente se ha valorado a los hidratos de metano como una alternativa energética. Algunos entendidos afirman que explotar los yacimientos de hidratos de metano puede provocar el escape masivo de ese potente gas de efecto invernadero a la atmósfera, reforzando el calentamiento global. Los hidratos de metano son un peligro no despreciable para la vida en el planeta.
Es otro hidrocarburo que se ha formado debajo de la corteza terrestre, producto de la sedimentación de materia orgánica. Es el más limpio de los combustibles fósiles, razón por la cual se le considera como el portador energético de transición en el paso hacia un sistema energético sostenible basado en fuentes renovables de energía. El gas natural se encuentra en lo que se conoce como “bolsas de gas”, cubiertas por capas impermeables que no permiten que salga a la superficie. Se suele encontrar en dos tipos de yacimientos: no sociados y asociados. Los yacimientos no sociados son aquellos en los que exclusivamente existe gas natural, mientras que los yacimientos asociados son aquellos en los que el gas natural se “asocia” o “acompaña” al petróleo crudo en los pozos petrolíferos. Ese es el caso del gas natural que tenemos en Cuba. Por esa razón también se le conoce como gas acompañante del petróleo. En Cuba, durante un tiempo, el gas acompañante se expulsaba a la atmósfera sin aprovecharlo. A partir de la creación de la empresa mixta cubano-canadiense ENERGAS S.A., el gas acompañante de nuestros pozos de petróleo comenzó a emplearse. Una parte de este gas se emple en la generación de electricidad en unidades térmicas de ciclo combinado con turbina de gas, y la otra para la cocción doméstica beneficiando a miles de familias de la capital del país.
El gas natural es incoloro e inodoro, aunque luego de extraerlo se le añade un componente que le da un fuerte y particular olor para que se pueda determinar si se está produciendo un escape. El principal componente que forma al gas natural es el metano, con alrededor del 95%. El poder calórico del gas natural depende de su composición, y varía entre 30 MJ/m3 y 40 MJ/m3. En 2019 las reservas mundiales de gas natural ascendían a 198,8.1012 m3, según el BP Statistical Review of World Energy 2020. Rusia, Irán y Qatar concentraban en 2019 el 47.6% de las reservas mundiales de gas natural. Según British Petroleum, en 2019 existían reservas de gas natural para 48.9 años al ritmo de producción de ese año.
Las arenas petrolíferas, conocidas también como arenas bituminosas, son básicamente una mezcla de arcilla, arena, agua y una sustancia hidrocarburífera pesada muy similar al betún. Este hidrocarburo pesado es el material más importante que se extrae de las arenas petrolíferas. Al ser procesado se obtiene la materia prima necesaria para producir gasolina y otros derivados petrolíferos. Los depósitos de arenas petrolíferas se encuentran en varios países en todo el mundo. Los principales depósitos están en Venezuela y Canadá. Las operaciones con arenas bituminosas tienen importantes repercusiones negativas sobre el medio ambiente que abarcan efectos sobre el terreno, el agua y la atmósfera. En promedio, el bitumen contiene 83.2% de carbono, 10.4% de hidrógeno, 0.94% de oxígeno, 0.36% de nitrógeno y 4.8% de azufre.
Se necesita procesar unas dos toneladas de arenas petrolíferas para producir un barril de petróleo, o sea aproximadamente 1/8 de tonelada de petróleo. Gran parte de las operaciones de minería para procesar las arenas bituminosas conlleva la eliminación de la vegetación del sitio Para producir cada unidad de volumen del petróleo crudo sintético se utilizan entre 2 y 4.5 unidades de volumen de agua. A pesar del reciclaje, casi toda esa agua termina en depósitos de aguas residuales. El procesamiento de las arenas petrolíferas requiere de la utilización importantes cantidades de energía por lo que llevan asociadas grandes emisiones de dióxido de carbono.
Cuando un cuerpo se mueve con cierta velocidad respecto a otro, puede cambiar o modificar su estado o el de otros cuerpos. Por eso decimos que un cuerpo en movimiento posee energía y, a esta se le denomina energía cinética. Los cuerpos poseen energía cinética al moverse en línea recta, describir trayectorias curvas, o vibrar. El término energía cinética no solo se refiere al movimiento de los cuerpos como un todo, sino además, al movimiento de sus átomos y moléculas. Durante los siglos XVII y XVIII se discutió mucho acerca de la energía y en particular acerca de la energía cinética, aunque a decir verdad este nombre aún no se había generalizado. Thompson y Taitt escribieron en 1867: “...la fuerza viva o energía cinética de un cuerpo que se halla en movimiento es proporcional a su masa y, al mismo tiempo, al cuadrado de su velocidad”. La energía cinética se denota mediante las letras Ec y se calcula mediante la expresión matemática:
E_c=(mv^2)/2
Esta expresión sólo es válida para bajas velocidades o sea velocidades no relativistas; para las partículas que se mueven a velocidades cercanas a la velocidad de la luz, deben usarse las ecuaciones de la relatividad de Einstein.