Resumen de mi participación en el programa Vox Populi de la Ciencia, de Radio Bemba, 95.5Mhz, el 12 de marzo de 2008

Qué es el petróleo
Algunos de sus usos
Lo que significa para México

La base para la formación de las moléculas del petróleo es el átomo de carbono.
Su número atómico es 6 y se encuentra a temperatura ambiente en forma sólida.
Sus formas más conocidas son: diamante, grafito y en diversas presentaciones amorfas con en la ceniza.
Como compuesto químico se caracteriza por ser tetravalente, lo cual podemos imaginar como cuatro canales distintos para establecer enlaces con otros átomos. Eso se debe a que en el carbono ocurre una combinación de una clase de estados físicos que llamamos estados s con otros de nombre estados p.
El nombre de esos estados combinados es estados sp y tienen una forma alargada, lo cual significa que los electrones pueden existir en regiones parecidas a un pepino.

Cuando los estados físicos que se mezclan son los sp2, los canales de enlace disponibles son tres




Pero cuando la mezcla es el tipo de enlaces sp3, los canales disponibles son cuatro



¿Cuál de ellos se presenta? Depende de las condiciones de presión, temperatura e interacción con otros átomos que se acercan a formar un compuesto químico.

Además del monóxido de carbono y del dióxido de carbono, la forma más simple de compuesto de carbono (que aquí nos interesa) es el metano, en cuyo caso el carbono se enlaza con cuatro átomos de hidrógeno (CH4).


Otros compuestos importantes son:
El etano, con dos carbonos y seis hidrógenos C2H6., que es explosivo cuando está presente en el aire en porcentajes de 3.12 a 5%.


El butano, que es un hidrocarburo con cuatro carbonos y diez hidrógenos CH3CH2CH2CH3 . También explosivo.
H H H H
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H - C - C - C - C - H
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H H H H

El propano, con tres carbonos y ocho hidrógenos, CH3CH2CH3 . También explosivo cuando su porcentaje en el aire está entre el 2.37% y el 9.5%.
H H H
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H- C - C - C - H
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H H H

Todos estos compuestos están presentes en el petróleo crudo. Éste consta además de cadenas de carbono que tienen entre uno y 60 de estos átomos.

A temperatura y presión ambiente:
Cuando estos hidrocarburos tienen del orden de cuatro carbonos suelen ser gases.
Cuando contienen de 5 a 19 carbonos suelen ser líquidos.
Cuando contienen 20 o más, se presentan como sólidos.

Aspectos académicos involucrados
Saber qué es el petróleo y cómo se refina para controlar la industria petroquímica implica el conocimiento a fondo de temas de la física como la termodinámica, la física estadística y la mecánica cuántica aplicadas a la química en un enlace con esta última que recibe el nombre de química cuántica.
Saber cómo buscarlo implica prepararse en un área emparentada con la geología, que se llama geociencias.

Una revisión del plan de estudios de ingeniería petrolera de la UNAM, me indica que no contiene los elementos suficientes para preparar a una persona en los ramos mencionados. Cuatro o cinco años de estudio son muy pocos. Se necesitaría un conjunto de especialidades a nivel de doctorado, lo cual significa cerca de 10 años de trabajo con un estudiante que inicia a los 18 años una licenciatura, para completar su preparación a los 28. Más adelante abundaremos en datos acerca de cuánto costaría formar a mil investigadores en este tiempo.


Más detalles acerca del petróleo crudo
Se cree que el petróleo se formó a lo largo de millones de años por la descomposición de vegetación y de organismos marinos que fueron comprimidos por el peso de capas sedimentadas.

Siendo más ligero que el agua, ascendió para acercarse a la superficie hasta quedar atrapado en formaciones rocosas no porosas.

Un crudo promedio tiene 84% de carbono, 14% de hidrógeno, de 1 a 3% de azufre y menos de 1% de nitrógeno.

Se clasifican como: parafínicos, nafténicos, aromáticos o mixtos, según los porcentajes que contienen de los distintos hidrocarburos.

También se clasifican como petróleos ligeros y pesados. Los pesados no fluyen con facilidad y son más difíciles de transportar y manejar para su refinación. Contiene sulfuros, nitrógeno y metales.
Los ligeros son exactamente lo contrario.

La medida actual para el petróleo crudo es el barril, que equivale a 42 galones, o bien, a poco menos de 159 litros.

El interés principal de las grandes potencias es utilizar el petróleo crudo como combustible, principalmente para fabricar gasolinas. En la actualidad, se jactan de disponer de procesos capaces de convertir hasta el 50% de un barril de petróleo en gasolinas.

Sin embargo, quemar el petróleo es un error, pues la industria petroquímica permite extraer de el más de 4 mil sustancias diferentes que son útiles a la humanidad. Entre éstas se encuentran los plásticos, que son sustancias que no se convierten en líquidos y que en un rango de temperaturas muy amplio conservan propiedades de elasticidad y flexibilidad. Forman parte de los llamados polímeros, y reciben ese nombre porque, en esencia, los plásticos son sustancias que contienen como ingrediente principal una sustancia orgánica de masa molecular grande llamada polímero. Estos polímeros son grandes agrupaciones de monómeros unidos mediante un proceso químico llamado polimerización.

Los monómeros son moléculas formadas por cantidades muy pequeñas de átomos, pero que tienen la propiedad de unirse a otras para formar cadenas de cientos o miles de ellas para formar otras llamadas polímeros.

En general, la petroquímica es la extracción de cualquier sustancia química a partir de los combustibles fósiles, como las ya mencionados, metano, propano, butano, gasolinas, queroseno. Se puede fabricar: polietileno, pesticidas, herbicidas, fertilizantes, asfalto, los plásticos ya mencionados, entre otros.

El interés en quemar el petróleo

El poder energético de los componentes del petróleo es el interés máximo de los países desarrollados. El principal de ellos es la gasolina, que ha sido desarrollada desde un componente natural que a fines del siglo XIX se evaporaba rápidamente en el proceso de refinamiento a base de calentar el crudo para obtener queroseno.
Con el desarrollo de combustión interna en el siglo XX se mejoraron las gasolinas, creando compuestos a base de hidrocarburos del tipo de los alifáticos más hidrocarburos aromáticos como el tolueno y el benceno, más otros no aromáticos llamados iso-octanos.

La energía que pueden generar es la siguiente:

Gasolina regular
34.8 millones de joules
125,000 BTU por cada galón
Como la capacidad de enfriamiento de 10 refrigeraciones de una tonelada
Gas para autos
26.8 millones de joules
96,200 BTU por cada galón
Casi el enfriamiento de 8 refrigeraciones de una tonelada
Etanol
23.5 millones de joules


Diesel
38.6
138,700 BTU por galón
Como la capacidad de enfriamiento de más de 11 refrigeraciones de una tonelada
El gasohol
33.7
120.900 BTU por galón


Es necesario aclarar que las gasolinas de alto octanaje son menos energéticas que las de bajo octanaje. Eso les permite ser sujetas a una compresión mayor, lo cual equivale a reducir el volumen de la cámara de combustión, generando más energía, como se puede aprender en un buen curso de termodinámica estudiando algo llamado el ciclo de Carnot.

Formas de buscar petróleo

Hay cuando menos seis formas de buscar petróleo, mismas que se complementan para generar certeza en los resultados:

Aprovechar las variaciones locales de las líneas del campo magnético de la tierra usando medidores suspendidos por aeroplanos para encontrar rocas sedimentarias con propiedades magnéticas más débiles que las de otras rocas. Se llama magnetometría.

Utilizar ondas electromagnéticas y ultrasonidos que se envían hacia la tierra desde aeroplanos y se reciben los reflejos desde profundidades distintas, lo cual rebela cómo están organizadas las distintas capas terrestres. Un equipo de cómputo con software adecuado facilita una especie de fotografías tridimensionales que los especialistas pueden estudiar en busca de yacimientos. Se llama fotogrametría aérea.

Medición de la atracción gravitatoria mediante instrumentos llamados gravímetros, para detectar las variaciones locales. Su nombre es prospección gravimétrica.

Uso de un sistema de pequeños explosivos y geomicrófonos para detectar cómo se refracta y se refleja la onda sonora generada y entender el acomodo de las capas geológicas en el subsuelo. Se le llama prospección sísmica.

En particular el uso de las ondas de radio con los mismos fines de aprovechar la refracción y reflexión de ondas en las distintas capas geológicas se le llama prospección radiográfica.

Además está el muestreo directo mediante perforaciones de estudio para obtener un muestreo estratigráfico y buscar trazas de gas y de petróleo. Su nombre es prospección estratigráfica.

Un ejercicio mental para un plan de formación
de investigadores en explotación
y refinación de petróleo

Supongamos que México desea formar al menos dos centros de investigación en explotación y refinación de petróleo.

Supongamos también que se trata de dos grandes centros de 500 investigadores jóvenes cada uno, lo cual implica al menos un investigador de experiencia por cada 20 de ellos.

El primer paso podría ser la reunión de al menos 50 expertos en las áreas de matemáticas, física, química y geociencias de los grandes centros académicos más importantes. Además del Instituto Mexicano del Petróleo:
1.La Universidad Nacional Autónoma de México.
2.El Instituto Politécnico Nacional.
3.La Universidad Autónoma de México.

Desde una posición inicial en la cual se detectarían al menos 1,000 estudiantes de bachillerato con alto rendimiento académico, interés en las áreas mencionadas y disposición a invertir 10 años en su formación académica, los pasos serían:

Mantenerlos becados durante 10 años con becas del orden de 5 mil pesos para estudios de licenciatura, del orden de 8 mil pesos para estudios de maestría y al menos 11 mil pesos para estudios de doctorado.
Evitando matrículas en universidades de Estados Unidos o Canadá, cuyas colegiaturas son enormes y buscando colocar estudiantes en países como Alemania, Suecia, Rusia, entre otros, podemos pensar en una inversión mensual de 8 mil pesos mensuales a precios actuales.
Con la creación de un fideicomiso se podría establecer un fondo a ser utilizado en 10 años.
Estas mil personas recibirían una inversión del orden de 960 millones de pesos en los 10 años.

En un proceso final de captación, habría que firmar los convenios adecuados para evitar fugas de cerebros e instalar a los doctores en centros de investigación ideados por los expertos inicialmente mencionados.

El objetivo inicial sería estar en condiciones de absorber tecnología ya existente.
El segundo objetivo sería la generación de tecnología nueva para México.

Se trata de una cantidad equivalente al presupuesto de la Ciudad de Hermosillo en un año. ¿De dónde podría salir ese dinero?

La Importancia de las Políticas de
Explotación e Inversión

Acerca de la Inversión
El porcentaje de capital de empresas privadas y gobiernos tiende a que el de las primeras disminuya mientras aumenta la de los gobiernos.
Asi ocurre en naciones como Rusia, Venezuela, Noruega y los paises petroleros de los alrededores del Mar Caspio.
El caso de Mexico, en el que el gobierno busca lo contrario, es un fenomeno raro en la actualidad.

Efectos laborales y académicos directos
En la actualidad el aprovechamiento de expertos mexicanos tiende a disminuir, como se denuncia en una carta dirigida a la Columna Astillero, de Julio Hernández Lopez, en La Jornada del pasado jueves 6 de marzo. En ellas se dice que las empresas extranjeras estan llegando con su propio personal, lo cual ha ocasionado despidos de trabajadores de PEMEX en la zonda de Campeche.
Esta táctica tiene su trasfondo político, pues asi dificulta que en caso de una nacionalización se consiga seguir operando con personal de la nación, como ocurrió en 1938 con el General Lázaro Cárdenas y como sucedio en Cuba en los anos 1959 y 1960 con la industria azucarera.
En términos de desarrollo para la juventud cierra la posibilidad de desarrollo científicos y tecnicos que ya mencionamos, genera desempleo entre nuestros ingenieros químicos y la sola noticia tiende a desalentar a jovenes que pudieran desear la dedicación de 8 años a prepararse para una industria que jamás les dará empleo.


¿La tecnología es de uso exclusivo de las firmas perforadoras?
La perforación en alta mar se hace mediante plataformas petroleras que permiten ir intercalando los tubos uno por uno, colocando barrenas en la parte baja.
Estos dispositivos son rentados por empresas como Samsung Heavy Industries de Corea del sur, que las fabrica para renta o venta. Cada una tiene un costo de 730 millones de dólares, lo cual equivale a cerca de 7,400 millones de pesos.
Otra de estas empresas, pero de origen noruego, es la Odfjell, que trabaja en conexión con empresas sudcoreanas como Daewoo Shipbuilding & Marine Engineering, para la fabricación de plataformas de perforación y se las renta a empresas como Shell, Exxon, Repsol, entre otras.
Inicialmente las empresas podían perforar cerca de la costa, donde las patas de las plataformas perforadoras pudieran ser ancladas en tierra. Con el tiempo se desarrollaron plataformas flotantes que son estabilizadas mediante giróscopos y motores que accionan grandes hélices. Así mantienen estabilidad cuando hay mal tiempo.
La mayoría perforan hasta profundidades de mil metros, pero la nueva generación de plataformas lograra perforar hasta mas de 3 mil metros de profundidad.
En particular los noruegos presumen una nueva plataforma que hace lo anterior y alcanzar el lecho marino logra perforar el suelo rocoso otros 6 mil metros más, para lograr bombear petroleo por un tubo de 9 kilometros de largo.
Pertenece a Ocean Rig y la renta por 250 mil euros diarios, que son cerca de 375 mil dolares diarios.


¿De dónde podrían provenir los recursos para invertir y educar?
Por ejemplo a principios de julio de 2005, los ingresos de México por sobreprecio del barril de petróleo, es decir, ingresos superiores a los presupuestados para ese año en la cámara de diputados, era ya de 30 mil millones de pesos.
Según Roberto Jiménez y Alicia Valverde del portal Exonline.com, los excedentes petroleros en el 2007 superaron los 46 mil 653 millones de pesos, que a tipo de cambio de 11 pesos por un dólar son cerca de 4,240 millones de dólares.
Para 2008, el Periódico de México afirmaba, apenas el 28 de enero próximo pasado, que se esperaba que los ingresos por sobreprecio del petróleo, es decir, recursos no presupuestados en la cámara de diputados, sería de 8 mil 500 millones de dólares. Lo cual se traduce en el precio de 11 plataformas petroleras de alta mar. O también a 94 veces el costo de formar a mil doctores en ciencias y técnicas relacionadas a la ingeniería petrolera.

¿Es necesaria la perforación en aguas profundas ahora?
Según Redes Geo, dirigida a estudiantes de geociencias, el record de perforación en el Golfo de México pertenecía a la empresa Shell con un poso a 9,975.18 metros y hace pocos días (3 de marzo) fue superado por la empresa Weatherford International, que perfora para Chevron y Unocal. Ellos perforaron un pozo de 10,420.80 metros de profundidad.
Sin embargo, es dudoso que sea imperioso para México invertir en la búsqueda de yacimientos de petróleo en la parte central del Golfo de México, que es donde el lecho marino se encuentra a 3 mil metros de profundidad. Si bien frente a las costas de Veracruz éste se hunde rápidamente hasta alcanzar los 2 mil metros, frente a Campeche existe una enorme plataforma de lecho marino que no rebasa los 200 metros de profundidad aún cuando nos adentremos varios cientos de kilómetros alejándonos de las costas.
En este sentido, es razonable la opinión de Antonio Gershenson, quien escribió en La Jornada del domingo 2 de marzo reciente que la operación de pozos a grandes profundidades tardaría más de 10 años para entrar en fase de producción y recomienda invertir preferentemente en la franja de 200 a 500 metros de profundidad, lo cual se puede hacer con plataformas semi sumergibles.

Un mapa del fondo marino en el Golfo de México
Observando el mapa anterior apreciamos curvas de nivel del fondo marino en el Golfo de Mexico. Marcan la profundidad a 200, 1000 y 3000 metros.
Se observa que frente a las costas de Veracruz la plataforma marina se hunde rápidamente, mientras que frente a Campeche y Yucatán se aprecia un área cuya superficie es muy semejante en extensión a la del Estado de Campeche.
Lo anterior indica que hay muchas zonas, menos profundas, en las cuales conviene explorar en busca de petróleo, antes de aventurarse a hacerlo en el área del centro del Golfo, donde las profundidades son superiores a los 3000 metros.

Conclusiones
1.Es posible formar investigadores que en diez años investiguen sobre industria petroquímica, prospección y extracción de petróleo.
2.La tecnología para la perforación se renta y también se vende.
3.Las empresas petroleras no perforan ellas mismas, sino que subcontratan a empresas que lo hacen.
4.Se puede buscar petróleo en áreas menos profundas y esperar a que se abarate la tecnología necesaria para hacerlo a más de 3 mil metros de profundidad.
5.No es necesario recurrir a alianzas ni nada semejante. El sobreprecio del petróleo es suficiente para iniciar el financiamiento de los procedimientos que se requieren para encontrar nuevos yacimientos.