Autor: Israel Carreira Barral

En octubre de 1956 se estrenó en Estados Unidos la película Gigante, dirigida por George Stevens y protagonizada por Elizabeth Taylor, Rock Hudson y James Dean. Se trata del último filme de Dean, que murió en un accidente de coche un año antes.1

Recuerdo que tras ver Gigante por primera vez (ha llovido mucho desde entonces) una secuencia, tal vez una de las más memorables de la cinta, se reproducía en mi mente de forma incesante: aquella en que Jett Rink, el personaje interpretado por Dean, descubre petróleo en Pequeña Reata, una porción de tierra dentro del rancho de Jordan Bick Benedict Jr. (a quien da vida Hudson) que Jett había heredado tras la muerte de la hermana de Bick, Luz Benedict, encarnada por la actriz Mercedes McCambridge. La imagen de Jett cubierto de petróleo, que inmediatamente acude a casa de los Bennedict y les dice que él será más rico que ellos, se quedó inevitablemente grabada en mi memoria (figura 1).

Figura 1. Jett Rink (James Dean) y Leslie Lynnton (Elizabeth Taylor), poco después de que Jett descubriera un pozo petrolífero en Pequeña Reata.[2]

La alegría desbordante de Jett tras el hallazgo estaba justificada, pero el petróleo como tal, el crudo, no tiene uso comercial. Es necesario someterlo a diferentes procesos para generar productos aprovechables, tanto desde el punto de vista industrial como doméstico, lo que se conoce como refinado. El líquido extraído de los yacimientos petrolíferos, que se encuentran tanto bajo la superficie terrestre como en cuencas marinas, es una mezcla compleja de hidrocarburos (es decir, moléculas que contienen carbono e hidrógeno) y el objetivo del refinado es separar esos componentes en fracciones y transformar algunos de ellos en otros, como veremos más adelante.

El petróleo es como un cocido gallego, con su lacón, su costilla, su tocino, su chorizo, sus grelos, sus garbanzos, sus patatas y su caldo; cada ingrediente posee unas características, unas propiedades que lo diferencian de los demás. En el caso del crudo, ¿qué propiedad permite separar unos ingredientes de otros? El punto de ebullición, es decir, la temperatura necesaria para transformar un líquido en su vapor o, dicho de otra manera, la temperatura a la que hierve un líquido. El agua, por ejemplo, hierve a 100 °C a una atmósfera de presión.

El punto de ebullición de un hidrocarburo depende principalmente de su tamaño, que está relacionado con el número de átomos de carbono que posee (figura 2). Cuantos menos átomos de carbono tenga menor será el calor que haya que aplicar para alcanzar el punto de ebullición, y al revés. Esto se debe a que las interacciones intermoleculares (es decir, las uniones de una molécula con otras) que hay que vencer para convertir un líquido en vapor son más débiles cuanto más pequeño es el hidrocarburo. Esto se traduce en que moléculas como etano, propano y butano, con dos, tres y cuatro átomos de carbono, respectivamente, sean gases a temperatura ambiente, mientras que pentano, hexano y heptano, con cinco, seis y siete átomos de carbono, son líquidos (figura 2).

Figura 2. Interacciones entre moléculas de propano, débiles, y de hexano, fuertes.

La técnica más habitual para separar los componentes de una mezcla líquida es la destilación. En la destilación simple, que enseñamos a los alumnos del primer curso del Grado en Química, se calienta dicha mezcla y, cuando la temperatura de la misma alcanza el punto de ebullición del componente más volátil (es decir, aquel con el punto de ebullición más bajo), este comienza a convertirse en vapor, mientras que los otros integrantes de la mezcla permanecen en estado líquido. El vapor se dirige a un refrigerante, por el que circula agua fría, y condensa, es decir, se transforma en líquido. Se recoge esta fracción (el destilado) y continúa el proceso con el/los componente/s menos volátil/es.

Un ejemplo de destilación simple se encuentra en el siguiente vídeo, en el que se parte de una mezcla de agua y acetona (la segunda hierve a 56 °C a una atmósfera de presión.3 Es el componente más volátil de la mezcla y, en consecuencia, el que hierve en primer lugar): https://www.youtube.com/watch?v=pJ2jm2J41bw4

Figura 3. Torre de destilación fraccionada, en la que se separan grupos de hidrocarburos con puntos de ebullición parecidos.[5]

Para que una destilación simple sea eficaz los puntos de ebullición de los líquidos que forman la mezcla deben ser claramente diferentes; en caso contrario las fracciones recogidas pueden estar contaminadas con otros componentes. Esto no es posible en el caso del petróleo, ya que muchos de los hidrocarburos que lo constituyen tienen puntos de ebullición similares.

¿Qué se hace en este caso? Se recurre a la destilación fraccionada. Con esta técnica se separan fracciones de hidrocarburos que hierven a temperaturas parecidas. Imagina una torre (se llama torre o columna de destilación; figura 3). El crudo, en su mayoría en forma de vapor, entra en la torre, en la que existe un gradiente de temperatura, lo que significa que esta varía según la zona de la columna. En su base la temperatura es de más de 370°C y disminuye progresivamente a lo largo de la torre hasta alcanzar su punto más elevado, que está más fresquito.6 Así, los vapores de los componentes más ligeros de la mezcla, con menos átomos de carbono y por tanto menores puntos de ebullición, ascienden por la columna hasta llegar al pináculo, en el que condensan (algunos, como propano o butano, no condensan, pues son gases a temperatura ambiente), y a esa altura se recoge un destilado. Cuanto mayor es el tamaño de las moléculas mayor es la temperatura necesaria para que hiervan esos componentes y, por tanto, alcanzan una altura cada vez menor en la torre. Las fracciones que se recogen habitualmente en una columna de destilación son las siguientes (figura 3):7

  1. Fracción 1 (punto de ebullición menor de 40 °C): gases, con entre uno y cuatro átomos de carbono (metano, etano, propano y butano). Se conocen como gases de refinería y tienen aplicación doméstica.
  2. Fracción 2 (punto de ebullición: 20-70 °C): gasolinas. Se utilizan como combustible en vehículos dotados de motores de gasolina.
  3. Fracción 3 (punto de ebullición: 70-160 °C): naftas. Son la fuente de otros combustibles, obtenidos a través del craqueo, como veremos, y también se emplean como punto de partida en la fabricación de polímeros (plásticos).
  4. Fracción 4 (punto de ebullición: 160-250 °C): queroseno. Es el combustible de los aviones y de algunos cohetes; también se usa en lámparas.
  5. Fracción 5 (punto de ebullición: 250-350 °C): diésel. Se emplea como combustible en vehículos dotados de motores de gasóleo/diésel.
  6. Fracción 6 (punto de ebullición: 300-370 °C): fuelóleo (combustible de buques y centrales eléctricas); lubricantes y ceras.
  7. Fracción 7 (punto de ebullición: más de 370 °C): asfaltos. Se usan para pavimentar carreteras y como revestimiento de tejados.

Figura 4. El craqueo del dodecano puede originar octano (alcano) y buteno (alqueno). Fíjate que el número de átomos de carbono (12) e hidrógeno (26) antes y después del craqueo es el mismo.[8]

En resumen, el petróleo es como el cerdo: se aprovecha todo. Sin embargo, algunas de estas fracciones no se pueden utilizar como combustibles (especialmente las formadas por los hidrocarburos de mayor tamaño), que son los productos más demandados de todos los que hemos comentado. ¡La química al rescate! Existe un proceso químico llamado craqueo que permite transformar las moléculas grandes en otras más pequeñas.8

Es como si cortáramos una manzana en gajos. Sin embargo, esos gajos no son iguales. El craqueo lleva a la formación de alcanos y alquenos (figura 4). Los primeros son hidrocarburos saturados (es decir, solo contienen enlaces carbono-carbono simples), mientras que los segundos son insaturados (presentan al menos un doble enlace carbono-carbono). Es posible que los términos saturado e insaturado te resulten familiares, pues son los que se utilizan para hablar de las grasas que consumimos, y hacen referencia, como acabamos de decir, a la naturaleza de los enlaces carbono-carbono de las moléculas que forman esas grasas.

El craqueo se puede hacer a lo bestia (térmico) o con sentidiño (catalítico).8 El primero se lleva a cabo en condiciones drásticas de presión y temperatura (750 °C y 70 atmósferas de presión, es decir, ¡70 veces la presión atmosférica!), mientras que el segundo se realiza en condiciones más suaves, gracias a una mezcla de óxidos de silicio y aluminio que actúa como catalizador. Actualmente el último es el preferido a escala industrial, ya que permite obtener hidrocarburos de entre cinco y diez átomos de carbono (gasolinas).9

Figura 5. Refinería de Repsol en A Coruña.[10]

Esto es sólo una parte del refinado, el proceso que permite transformar el crudo en productos útiles. Las refinerías son complejos industriales enormes, casi ciudades (figura 5), donde todo debe funcionar según lo previsto para seguir proporcionando a los ciudadanos productos que a día de hoy son esenciales y, también, para evitar accidentes.

Bibliografía: