Ii. El petróleo y sus quimiderivados



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Capítulo II de

Garritz, A. y Chamizo, J.A. Del tequesquite al ADN, Colección “La ciencia para todos” No. 72, Fondo de Cultura Económica, México, 1995.


II. EL PETRÓLEO Y SUS QUIMIDERIVADOS


LA VALENTÍA DE LA EXPROPIACIÓN

HACIA 1935 operaban en México alrededor de veinte compañías petroleras, todas ellas extranjeras salvo alguna excepción. Los primeros lugares en la producción eran ocupados por subsidiarias de la Royal Dutch Shell, la Standard Oil y la Sinclair.

El primer conflicto laboral de los trabajadores con las compañías extranjeras se presentó con la huelga de 1937, una vez que se había constituido el Sindicato de Trabajadores Petroleros de la República Mexicana. Durante esos días, en que dejó de surtirse combustible a todo el país, la población adquirió conciencia plena de la importancia del petróleo. Las fábricas sin suficientes reservas comenzaron a detener actividades. Las máquinas agrícolas no tenían forma de trabajar. Las calles de la ciudad de México empezaron a verse semidesiertas. La fuerza y necesidad del energético se hicieron sentir en toda su magnitud.

Don Eduardo Suárez, quien participara en la solución del conflicto y fuera firmante del decreto expropiatorio como Secretario de Hacienda y Crédito Público, cita un dato que revela el provecho injusto que esas compañías sacaban de sus operaciones en México:

... mientras el precio en Nueva York de un barril de petróleo, en promedio, en el año de 1936, era de 3.19 dólares, la compañía mexicana de petróleo El Aguila se lo entregaba a su filial a 1.96 dólares. ¿Con qué objeto?, se preguntarán algunos. Sencillamente con el propósito de ocultar aquí las utilidades para reducir el pago del Impuesto sobre la Renta y trasladar parte de la contribución sobre utilidades a otro país. Así, revisando la contabilidad encontramos numerosas triquiñuelas.

El dictamen de la Junta Federal de Conciliación y Arbitraje en diciembre de 1937, confirmado el 1º de marzo de 1938 por la Suprema Corte, obligaba a las empresas a cubrir 26 millones de pesos a los trabajadores. Las compañías se negaron a pagar y adoptaron una posición soberbia, intransigente y retadora frente a la máxima autoridad legislativa de la nación y ante el mismo Presidente, general Lázaro Cárdenas.

A pesar de las continuas y graves amenazas, y de las presiones económicas que las empresas impusieron sobre la paridad del peso con el dólar; que entonces se mantenía en 3.60 pesos, la expropiación se anunció por todas las estaciones radiofónicas el 18 de marzo de 1938. En el decreto, el gobierno se obligaba a pagar una indemnización a las empresas.

El hondo impacto que causó sobre la opinión pública no ha tenido repetición en los años subsecuentes. Puede decirse que todo México estuvo con el gobierno frente a las compañías petroleras. Cita Eduardo Suárez:

... el 12 de abril hubo una manifestación de mujeres frente al Palacio de Bellas Artes. Miles de mujeres de todas las clases sociales, desde la más humilde hasta las aristocratizantes, fueron a entregar su contribución para pagar la deuda petrolera. Algunas entregaron joyas valiosas, y otras objetos de valor escaso. Hubo una viejecita de la clase humilde que llevó una gallina, la cual seguramente representaba una buena parte de su exiguo patrimonio. Actos ingenuos y conmovedores, pero de todos modos dan idea de lo que en momentos difíciles somos capaces de realizar los mexicanos.

EL PROBLEMA TÉCNICO DESPUÉS DE LA EXPROPIACIÓN

El 19 de marzo se presentó un problema esperado, pero no por ello menos pavoroso. Todos los técnicos de las compañías expropiadas habían abandonado el país y no existía un solo buque-tanque en nuestros puertos. En realidad, apenas se había iniciado la batalla de las empresas contra México.

El boicot establecido por las empresas extranjeras expropiadas fue de una magnitud enorme, pues pesaba una amenaza sobre todas las compañías que hubieran podido comprarnos petróleo o vendernos maquinaria, refacciones o materia prima (como el tetraetilo de plomo, que ya citamos en el capítulo anterior), indispensables para la industria petrolera.

Fue necesario un esfuerzo titánico para no dejar al país sin combustible. Los actos heroicos se dieron tanto en las fábricas como en la distribución de los productos. Afortunadamente, las dificultades técnicas fueron vencidas con gran oportunidad. Mucho tuvieron que ver en ello los profesionales de la química que habían empezado a formarse en el país desde 1916. A los 22 años de su creación, la Escuela Nacional de Ciencias Químicas empezaba a cubrir con eficiencia la necesidad de químicos e ingenieros químicos que la nueva industria nacionalizada requería.

FORMAS ALOTRÓPICAS DEL CARBONO

Un mismo elemento puede presentarse de diversas formas en la naturaleza, y no nos referimos precisamente a que pueda encontrárselo gaseoso, líquido o sólido, sino a las diferentes formas que adquiere un elemento aun en un mismo estado de agregación —por lo general el sólido—. A éstas se las denomina formas alotrópicas y este fenómeno se conoce como alotropía.

De nuestro formador de cadenas, el carbono, existen dos alótropos ampliamente conocidos: el diamante y el grafito. La existencia de ambos demuestra que las propiedades de las sustancias no dependen sólo de los átomos que las constituyen, sino también de cómo se encuentran arreglados.

El grafito de un lápiz y el diamante de una joya sólo contienen átomos de carbono, pero ¡qué diferentes son ambos sólidos! El grafito es negruzco, brillante, quebradizo y buen conductor de la electricidad, mientras que el diamante es transparente, aislante eléctrico y tan duro que permite cortar vidrio o bloques de granito. A pesar de las diferencias tan notables, si se calienta un diamante hasta 1 800°C, lentamente se convierte en grafito, que es el alótropo más estable. A la inversa, al aplicar presiones enormes, pequeñísimas muestras de grafito han podido transformarse en diamante.

Recientemente se han detectado otras dos formas alotrópicas del carbono, no tan conocidas como las anteriores: el carbón VI y los fullerenos. El primero está constituido por una larga cadena de átomos de carbono en los que se alternan triples enlaces y se lo ha encontrado en meteoritos y en almacenamientos terrestres de grafito. Por su parte, los fullerenos han sido la novedad científica de la segunda mitad de los años ochenta; su síntesis se logró en 1985 mediante la evaporación del grafito por medio de un rayo láser. Uno de los fragmentos formados tenía 60 átomos de carbono y se encontró que poseía una estructura simétrica cuasiesférica, muy parecida al balón de fútbol, con pentágonos y hexágonos alternados. Más tarde aparecieron otras moléculas con 28, 32, 50, 70, 76 y 84 carbonos. Al alótropo más abundante, el C60, se lo conoce de manera informal como futboleno, aunque formalmente todas estas formas llevan el nombre de fullerenos en honor a Buckminsterfuller, arquitecto inventor del domo geodésico, que tiene una estructura similar.



Fórmula 5. Cuatro alótropos del carbono y sus cristalinas: a) diamante; b) grafito; c) carbono VI, y d) futboleno, C60.

EL DILEMA SOBRE LA TRANSFORMACIÓN QUÍMICA DEL PETRÓLEO O SU EMPLEO COMO ENERGÉTICO

Desde que México tuvo en sus manos las decisiones sobre la industria petrolera fue factible aprovechar esta materia prima en forma más racional y eficaz. No obstante, parece que aún se debate cómo hacerlo con el mayor provecho para la nación. Leopoldo García-Colín, uno de los científicos más destacados de nuestro país; ha dicho que "la tragedia más grande que le puede ocurrir a un país productor de petróleo es pensar que éste debe destinarse esencialmente a satisfacer sus demandas energéticas".

En efecto, resulta un desperdicio no transformar los componentes del petróleo para generar otros materiales, con mucho más valor agregado. La venta masiva de petróleo crudo sin procesar sigue el esquema que caracteriza a los países subdesarrollados: exportar materia prima e importar productos elaborados. En un libro de esta misma colección, Petroquímica y sociedad, Susana Chow compara elocuentemente el aprovechamiento energético del petróleo con el de la madera:

¿Qué pensarían si se les propusiera talar todos los bosques del mundo, para transformar sólo el 7% de la madera en muebles y papel, y el resto convertirlo en leña y carbón? ¡Pues esto es lo que se está haciendo actualmente con el petróleo y el gas natural!

Ya veremos que este problema no es privativo de México. En esencia, la utilización del petróleo es de orientación energética. Este mundo nuestro es un consumidor empedernido de energía. En este sentido, urge desarrollar fuentes alternas energéticas de consumo generalizado y guardar el petróleo para emplearlo en mejores fines, ya que pronto será escaso.

A pesar de los esfuerzos ya realizados, algunos de los cuales comentamos a lo largo de este capitulo, nuestro país debería adoptar un programa más enérgico de desarrollo e investigación de la petroquímica, la ciencia de las transformaciones químicas del petróleo.

PEMEX, FRUTO DE LA EXPROPIACIÓN

PEMEX, la industria estatal del petróleo desde 1940, orienta actualmente sus recursos a cuatro zonas prioritarias:

a) Chiapas-Tabasco.

b) Sonda de Campeche

c) Paleocañón de Chicontepec

d) Cuenca de Sabinas

En la actualidad, más de la mitad de la extracción se logra en la Sonda de Campeche, en la que los pozos están montados en más de cien plataformas sobre la superficie marina. Como dato curioso, el descubrimiento de esa enorme riqueza petrolífera tuvo lugar cuando un pescador, Rudecindo Cantarell, mientras pescaba camarón, vio unas manchas aceitosas en la superficie, que provenían de una chapopotera que liberaba petróleo en el mar, a cincuenta metros de profundidad.

Las reservas probadas del petróleo mexicano ascienden a cerca de 65 mil millones de barriles, según se informó en marzo de 1993, a 55 años de la expropiación.

PEMEX es la industria más importante del país, pues su contribución a la economía es esencial. Sus autoridades han informado que el petróleo surte 90% de la energía, más de 40% de las divisas que se captan del extranjero, y aporta alrededor de 30% de los ingresos fiscales. A 55 años del decreto expropiatorio, su mayor ingreso sigue siendo, con mucho, la venta de petróleo crudo. La producción en 1992 fue de casi 2 700 000 barriles diarios (un barril equivale a 159 litros), de los cuales exportó casi 1 400 000. De dicha exportación más la de gas y productos petroquímicos, PEMEX generó ingresos por 11 700 millones de dólares, y egresos por 4 900, de tal manera que su balanza de divisas fue positiva por un total de 6 800 millones de dólares.

Desde 1992, PEMEX es un corporativo que se compone de cuatro organismos descentralizados:

PEMEX-Exploración y Producción

PEMEX-Refinación

PEMEX-Gas y Petroquímica Básica

PEMEX-Petroquímica

PEMEX cubre buena parte de la producción petroquímica mexicana. Actualmente produce 45 petroquímicos, de los cuales comercializa 35, que obtiene en 19 centros productivos. En 1992, la producción de PEMEX-Petroquímica fue de 13 700 000 toneladas, o sea, ¡unos 170 kilogramos por habitante!

LOS PRODUCTOS PETROQUÍMICOS, COMO SI FUERAN JOYAS

Imagine el lector que el carbón pudiera transformarse a bajo costo en diamante, lo cual es factible desde el punto de vista técnico, pues ambos están constituidos exclusivamente por átomos de carbono. E imagine también que ello no alterara el valor del diamante, y que México se dedicara sistemáticamente a exportar carbón para que fuera procesado por otros países para fabricar diamantes y obtener estratosféricas ganancias. ¿Habría algún argumento para hacerlo y no montar aquí inmediatamente plantas productoras de diamantes?

Algo así sucede con el petróleo. Su transformación química permite obtener una enorme diversidad de productos muy valiosos: los petroquímicos. No obstante, por diversas razones económicas, casi 1 500 000 barriles de petróleo crudo salen diariamente de nuestros puertos. ¿Puede el amable lector imaginar el diámetro de una tubería y el flujo volumétrico que son necesarios para que circulen diariamente a través de ella 240 millones de litros? Tal vez baste decir que se requeriría llenar unas ¡6 000 pipas! para contener todo este líquido. Si éste fuera el mecanismo de transporte del petróleo de exportación, estas 6 000 pipas se tendrían que llenar diario con el crudo del subsuelo, formar una fila india de 60 kilómetros de largo, y ser vertidas en los buque-tanques que viajan hacia otros países.

Resultado de la crisis económica de los años ochenta fue también la disminución de las inversiones productivas. Sin embargo, en años recientes PEMEX ha vuelto a invertir, principalmente en la instalación de plantas para reducir problemas ecológicos. Por ejemplo, PEMEX-Refinación estuvo desarrollando en 1993, 17 nuevas plantas con una inversión cercana a los 1 100 millones de dólares.

Si bien es cierto que en 1982 México llegó a depender en 77.6% de las exportaciones de crudo (que resultaba una cifra escandalosa), no obstante, debido a la caída de los precios del barril y al crecimiento de las exportaciones manufactureras, esa relación se ha modificado (71.8% en 1983, 68.6% en 1984, 68.2% en 1985, 39.3% en 1986 —al entrar México al GATT— y en la actualidad se encuentra por debajo del 30%). Afortunadamente, las exportaciones se han diversificado. Los ingresos por concepto de petróleo crudo se redujeron drásticamente de 16 600 millones de dólares en 1984, a 6 300 en 1986 y fueron de 7 400 en 1992. Tal vez ahora que se reduce la tendencia a la monoexportación sea un buen momento para procesar el crudo que somos capaces de extraer.

A continuación, como este libro pretende informar y divulgar la ciencia central y crear conciencia de su necesidad, iniciamos un somero relato sobre cómo se obtienen y para qué son útiles los materiales petroquímicos.

ORÍGENES

La palabra petróleo es una castellanización del latín petroleum (de petra piedra y oleum aceite). Nuestros antepasados aztecas y chichimecas lo conocieron y lo denominaron chappotli o chapopoctli (del náhuatl chiahuatl = grasa y poctli humo).

La formación del petróleo se entiende hoy como una serie compleja de procesos geoquímicos ocurridos a lo largo de una centena o dos de millones de años. Su origen se debe a la lenta descomposición de la materia orgánica acumulada en cuencas marinas y lacustres, en un pasado remoto. El proceso de sedimentación y enterramiento propició los procesos químicos a altas presiones y temperaturas que dieron como resultado el aceite crudo y el gas natural, dentro de un ambiente rocoso. En ocasiones, estas acumulaciones profundas de petróleo adquieren altísimas presiones y encuentran fracturas o grietas por las cuales el aceite emigra hacia la superficie.

Originalmente, en México se encontró petróleo a flor de tierra, en las llamadas chapopoteras naturales u ojos de aceite. Los usos que los nativos dieron al aceite crudo son bien conocidos. Sin embargo, es hacia fines del siglo XVII cuando la humanidad se percata de su valor real y se inicia su explotación en formas diversas y rudimentarias. El primer pozo petrolero del mundo se perforó en Estados Unidos en 1859.

A partir de esa fecha se inicia la etapa de la exploración en México. Los pioneros desarrollaron sus esfuerzos basándose en la presencia de chapopoteras, pero les faltó el equipo necesario para seguir adelante. Los ojos de aceite volvieron a llamar la atención desde el inicio del siglo XX, cuando la primera compañía extranjera compró un terreno de 118 000 hectáreas que abarcaba parte de los estados de San Luis Potosí, Tamaulipas y Veracruz. El dueño de la hacienda quería venderla "porque esos ojos de petróleo resultan un problema para la ganadería". Curiosamente, por la venta le ofrecieron el triple de la suma que pedía (300 000 pesos), por lo que accedió inmediatamente a ese "buen negocio". Desde luego, una fuerte compañía era la que había hecho esta oferta, la Huasteca Petroleum Company. En abril de 1904, después de una perforación de poco más de 500 metros, el pozo La Pez Núm. 1 lanzó el primer gran chorro de petróleo y empezó a producir unos 1 500 barriles diarios.

HIDROCARBUROS

Los componentes esenciales del petróleo son los hidrocarburos. Reciben el nombre genérico de hidrocarburos las sustancias químicas compuestas solamente por dos tipos de átomos: carbono e hidrógeno. A pesar de esta limitante, el número de los hidrocarburos existentes es enorme. Son los compuestos orgánicos más sencillos.

Debido a que están constituidos por esos dos elementos, su fórmula general puede escribirse como:

CnHm

donde los números enteros n y m representan el número de átomos de cada elemento que contiene la molécula de un hidrocarburo dado.



Los químicos pioneros del siglo pasado, basados en el análisis químico —que permite conocer los elementos presentes en un compuesto, así como la proporción en que se encuentran— fueron capaces de reconocer que el carbono tenía una capacidad de combinación de cuatro. Es decir, que en muchos compuestos de carbono este átomo se enlaza químicamente con otros cuatro átomos vecinos. En la jerga química se dice que el carbono es tetravalente, o que su valencia es cuatro.

La razón por la que existen tantos hidrocarburos es la facilidad que tienen los átomos de carbono para enlazarse entre sí, formando cadenas moleculares. De esta manera, por lo menos uno de los cuatro enlaces de cada carbono se establece con otro átomo de carbono vecino. En los hidrocarburos, el resto de los enlaces corresponde a uniones carbono-hidrógeno.

Por tratarse de un elemento excepcional que fácilmente se enlaza consigo mismo, la química del carbono merece estudio aparte: la química orgánica. El número de compuestos orgánicos conocidos es enorme (véase el cuadro 5).


CUADRO 5. Crecimiento del número de compuestos orgánicos conocidos.



 

Año

Número aproximado de compuestos

 



 

1880

12 000

 

 

1910

150 000

 

 

1940

500 000

 

 

1960

1 000 000

 

 

1970

2 000 000

 

 

1980

5 500 000

 



 

(Tomado de M. Freemantle, Chemistry in Action, Macmillan, 1987.)

 



Fórmula 6. a) Tetravalencia del carbono. Este átomo se liga con otros cuatro por medio de enlaces que apuntan hacia los vértices de un tetraedro. Se acostumbra colocar una cuña al enlace que apunta hacia fuera del plano del papel y una línea punteada para el que sale hacia atrás.

LA EXTRACCIÓN DEL PETRÓLEO CRUDO

El petróleo es una endemoniada mezcla de multitud de hidrocarburos gaseosos, líquidos y sólidos. Aunque en menor proporción, puede contener también otros compuestos con elementos diferentes del carbono e hidrógeno, tales como oxigeno (O), azufre (S), nitrógeno (N) y hasta algunos metales, como vanadio (V), níquel (Ni) o hierro (Fe).

El petróleo no existe en el interior de la corteza terrestre como en una alberca, sino que llena los poros de ciertas rocas.

Debido a la presión a la que se encuentra sometido el petróleo, en cuanto la perforación del pozo llega al manto petrolífero fluye a través de los poros de las rocas y sube por la tubería. Conforme se extrae el petróleo, la presión disminuye en el interior y, al cabo de los años, deja de fluir.

En ese momento el pozo se tapa o se intentan otros procedimientos de recuperación del petróleo, el cual aún moja todo el interior rocoso del pozo. Por ejemplo, al inyectar vapor dentro de un pozo aparentemente agotado se logra volver a levantar la presión y, como el petróleo es menos denso que el agua que se condensa, éste vuelve a fluir por la boca del pozo. En 1992, casi 30% de la producción nacional de crudo se obtuvo mediante esta técnica. Actualmente se realiza mucha investigación en esta dirección de recuperación secundaria o terciaria, como se la ha llamado.

Frecuentemente, la parte superior del entrampamiento está ocupada por los hidrocarburos gaseosos más ligeros, el denominado gas natural. La composición del gas natural es variable, pero el componente más abundante siempre es el metano (entre 70 y 90%), seguido del etano (entre 5 y 20%) y del propano (entre 5 y 1%) —véanse sus estructuras moleculares en la fórmula 6.

El aceite líquido por debajo del gas natural está formado por hidrocarburos que tienen entre 5 y 20 o más átomos de carbono. En él están disueltos otros hidrocarburos sólidos con mayor número de átomos de carbono, así como parte de los hidrocarburos gaseosos, que se disuelven debido a la alta presión del pozo. El aceite crudo tiene un color que varía entre café oscuro o verde hasta casi incoloro.



CUADRO 6. Los primeros productores mundiales de crudo en 1986.



 

País

Porcentaje del total mundial

 



 

URSS

21.3

 

 

Arabia Saudita

17.1

 

 

Estados Unidos

16.7

 

 

México

4.2

 

 

Venezuela

4.0

 



REFINACIÓN

Tal cual es, el petróleo crudo tiene poco uso. Tiene que ser refinado para obtener de él productos útiles. Como toda mezcla, sus propiedades varían de pozo en pozo. Es más preciado el petróleo que contiene una mayor proporción de hidrocarburos con pocos átomos de carbono, o crudo ligero, ya que permite obtener mayor cantidad de gasolina y de productos petroquímicos.






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