Composició del gas
Els gasos combustibles emprats normalment no són, gairebé mai, espècies químiques úniques, sinó que són formats per mescles de diversos components. Hom expressa la composició dels gasos per la proporció en què intervé cadascun dels components. El coneixement de la composició del gas i de les propietats físiques dels components permet de determinar les propietats físiques del gas. Hom classifica els gasos combustibles en tres famílies, segons llur poder calorífic i llur densitat relativa respecte a l’aire. Els gasos d’una mateixa família són intercanviables, és a dir, hom els pot emprar en un mateix cremador; per a ésser emprats, però, en un cremador dissenyat per a una altra família hom ha de modificar aquest en més o menys grau. Hom els pot classificar també segons llur origen o llur forma d’obtenció. Així, els gasos manufacturats són els que hom obté per mitjà d’un procés de transformació química. Són gasos manufacturats el gas de coqueria, el gas de ciutat, el gas natural de substitució, el gas d’aigua, etc. El gas natural és el que hom extreu dels pous naturals. Finalment, els GLP (gasos liquats del petroli) són constituïts pel propà, el butà i llurs mescles i hom els obté a les refineries de petroli. En línies generals aquesta classificació coincideix amb l’anterior. Hom pot fer una darrera classificació segons el sistema de distribució del gas; així, hom distingeix el gas canalitzat del gas embotellat, segons que sigui distribuït mitjançant una xarxa de canonades o bé contingut en recipients.
Classificació dels gasos combustibles
| primera família | gas de ciutat |
| gas de coqueria | |
| mescles d’aire i hidrocarburs de baix poder calorífic | |
| segona família | gas natural |
| gas natural de substitució | |
| mescles d’aire i hidrocarburs d’alt poder calorífic | |
| tercera família | propà |
| butà |
Composició i característiques d’alguns gasos combustibles
| gas d’aigua | gas de coqueria | gas de ciutat (de naftes) | gas natural (a Barcelona) | |
| composició (% volum) | ||||
| H2 | 50 | 52 | 59 | - |
| N2 | 5 | 9 | 10 | 1,02 |
| CO | 40 | 7 | 13 | - |
| CH4 | - | 25 | 5,1 | 87,81 |
| C2H4 | - | 1,6 | 0,9 | - |
| C2H6 | - | 0,7 | - | 10,63 |
| C3H6 | - | 0,3 | - | - |
| C6H6 | - | 0,5 | - | - |
| CO2 | 5 | 3,5 | 12 | - |
| poder calorífic (en MJ/m3) | 11,45 | 20,06 | 17,55 | 43,12 |
| densitat relativa (respecte a l’aire) | 0,545 | 0,428 | 0,591 | 0,617 |
Composició i característiques de dos GLP (propà i butà)
| Composició | propà | butà |
| C2H6 | 0,4 | 0,1 |
| C3H8 | 93 | 24,9 |
| C4H10 | 6,6 | 73 |
| C5H12 | - | 2 |
| poder calorífic (en MJ/m3) | 100 | 118 |
| densitat relativa (respecte a l'aire) | 1,6 | 2,1 |
Història del gas com a combustible
La utilització del gas, produït industrialment, com a combustible data de la darreria del segle XVIII i del començament del segle XIX, quan Philippe Lebon a França, Jan Pieter Minckelers a Holanda i William Murdock a Anglaterra iniciaren la producció de gasos combustibles per destil·lació seca de l’hulla, que hom destinà a la il·luminació (gasos d’enllumenat). La utilització del gas per a l’enllumenat públic començà, a Londres, entre el 1812 i el 1814. Poc temps després, també Alemanya (1816) i França (1818) començaren a emprar aquest sistema d’enllumenat en algunes ciutats. Però no fou fins el 1895, amb les aportacions de Carl Auer, que l’enllumenat per gas adquirí la seva màxima importància. L’aplicació del gas per a la cocció d’aliments data del 1856, i trenta anys més tard els aparells tenien ja un disseny semblant als actuals. L’escalfador d’aigua data del 1860, i el 1884 hom coneixia ja el primer sistema de calefacció central.
El primer procediment industrial per a l’obtenció del gas fou la destil·lació seca de l’hulla. No fou fins al decenni 1950-60 que s’inicià un canvi tecnològic important: la substitució de l’hulla per les naftes del petroli. A Barcelona, aquest canvi es produí el 1961. Els mètodes moderns de fabricació de gas es distingeixen per la primera matèria utilitzada i per les característiques exigides al producte final. Les plantes de fabricació són concebudes per tal de produir un gas combustible que constitueixi la base del consum o per a complementar les exigències estacionals , (consum més elevat a l’estació freda) d’un mercat normalment servit per un gas determinat.
Mètodes d'obtenció del gas
Els principals mètodes d’obtenció de gasos combustibles a partir de carbó són la coquització, la síntesi i la hidrogenació. La coquització, o destil·lació seca de l’hulla, proporciona un gas constituït per hidrogen, òxid de carboni, metà i altres hidrocarburs; com a subproductes hom obtenia el coc i el quitrà. Actualment, però, el producte principal és el coc, de gran utilització en metal·lúrgia i siderúrgia, el gas essent el subproducte de la coquització. Hom obté el gas de síntesi per reacció, en gasògens, del carbó roent amb vapor d’aigua (reacció que produeix una mescla d’hidrogen i òxids de carboni anomenada gas d’aigua) o amb un corrent d’aire (amb la qual hom obté el gas d’aire o gas pobre, mescla de nitrogen i òxids de carboni). La hidrogenació a pressions elevades del carbó finament dividit dona un gas format per hidrocarburs. A partir del petroli, és a dir, de naftes o d’altres fraccions obtingudes en refineries, hom empra el mètode de reforming o el de gasificació. Amb el reforming catalític de naftes amb vapor d’aigua, a baixa pressió o a alta, amb processos cíclics o continus, hom obté un gas de ciutat compost d’hidrogen, òxids de carboni, oxigen, nitrogen, metà i altres hidrocarburs. Amb la gasificació d’hidrocarburs per oxidació parcial hom obté un gas de característiques semblants a l’anterior. En els casos en què resulta interessant l’obtenció de gas natural sintètic (amb un alt contingut de metà), hom pot sotmetre el gas, obtingut per qualsevol dels dos mètodes anteriors, a la reacció de metanització.
El gas natural que hom troba en els jaciments pot ésser sec o humit, dolç o àcid, lleuger o pesant. En general, però, el gas que hom forneix ha d’ésser sec, dolç i lleuger. En conseqüència, hom ha de sotmetre el gas de jaciment a una sèrie de tractaments previs: assecatge o eliminació del vapor d’aigua per adsorció amb alúmina activada, rentatge amb sosa o amines per a eliminar-ne els components àcids (sulfur d’hidrogen i diòxid de carboni), i separació de l’età, propà i hidrocarburs més pesants per tal d’obtenir un gas amb un alt contingut de metà. Per al transport hom comprimeix el gas a elevades pressions i el fa circular per gasoductes fins als llocs de consum. En uns altres casos, però, hom liquida el gas refrendant-lo a —160°C, ja sigui per transportar-lo en vaixells o bé per emmagatzemar-lo.
Utilització, aplicacions, explotació i consum de gas
L’ús més estès dels gasos combustibles, canalitzats o embotellats, és el domèstic: cocció d’aliments, producció d’aigua calenta amb escalfadors instantanis i calefacció d’habitatges i locals. Hom l’empra també, dins el camp de la utilització domèstica, en màquines de rentar roba o vaixella, refrigeradors, assecadors de roba i en condicionament d’aire. Les aplicacions industrials i comercials del gas són també molt importants, tant en el camp de la calefacció com en l’alimentació d’aparells específics: cremadors, calderes, becs, etc. Ultra els avantatges del gas, davant els altres combustibles, de no contaminar l’atmosfera, la seva utilització és imprescindible quan hom necessita atmosferes controlades o flames especials (indústries del vidre, ceràmiques, metal·lúrgiques, etc).
Hom distribueix el gas per canalitzacions subterrànies que formen les xarxes de distribució. A la xarxa hom ha de mantenir una pressió adequada perquè els aparells funcionin correctament. La pressió de distribució, segons la natura del gas, pot ésser baixa, a la ratlla de 100 a 200 mm de columna d’aigua, o bé més elevada, en el qual cas cal interposar un regulador de pressió entre el punt de connexió i el punt d’utilització. El gas ha d’ésser emmagatzemat per diverses raons. El propà i el butà han d’ésser emmagatzemats en les plantes d’embotellament. En aquest cas hom empra generalment gasòmetres esfèrics a alta pressió. La fabricació del gas canalitzat exigeix la instal·lació de gasòmetres en la xarxa de distribució, de manera que absorbeixin les fluctuacions de la demanda durant el dia. Finalment, el gas natural pot ésser emmagatzemat com el gas canalitzat. En el cas, però, que hom necessiti emmagatzemar grans quantitats de gas per tal de poder regular les variacions estacionals de la demanda, ha de recórrer a mètodes especials, tals com l’emmagatzematge en estat líquid, a pressió atmosfèrica (amb la qual cosa hom aconsegueix que 500 m3 de gas restin reduïts a 1 m3 de líquid), o bé en el subsol, en formacions geològiques similars als jaciments naturals de gas o en cavitats que hom practica en estrats salins subterranis.
El gas natural esdevingué al final de la dècada del 1990 una font energètica d’implantació creixent amb la generalització de les centrals elèctriques de cicle combinat. A l’Estat espanyol, el seu pes dins de l’oferta energètica ha anat augmentant, fins a situar-se entre el 10% i el 18% de l’oferta total de fonts energètiques per a la producció d’electricitat al principi del 2005.
Els tipus de gas utilitzats com a fonts de calor i d’energia, tant per al consum domèstic com per a la indústria, inclouen el gas natural, l’anomenat gas de ciutat (d’hulla, d’aigua, etc) i els gasos liquats del petroli (butà, propà). El consum de gas natural, constituït, en un elevat percentatge, per metà, s’ha desenvolupat amb posterioritat al del petroli; ho feu ràpidament després de la Segona Guerra Mundial, i arribà, el 1971, a 1,1 bilions de m3. Després, el ritme s’ha alentit malgrat l’increment excepcional de l’URSS que l’ha portada al primer lloc mundial (35,2% el 1984). Segueix l’Amèrica del Nord amb un altre terç (33,9%), i el tercer lloc és repartit entre Europa (14,6%), l’Amèrica Llatina i Àsia. La producció mediocre de l’Orient Mitjà, i concretament dels estats del Golf Pèrsic, és explicada per l’escàs consum propi i la dificultat de muntar una estructura adequada (gasoductes, plantes de liqüefacció), que indueix a cremar el gas que surt espontàniament en l’extracció de petroli.
Per estats, els EUA en foren, fins el 1981, el primer productor i el primer consumidor. Segueixen, a gran distància de l’URSS, el Canadà, els Països Baixos i Algèria. Els jaciments saharians de Hassi R'Mel (Algèria) contenen unes de les reserves més grans del món (3,5 bilions de m3; cinquè lloc el 1984). L’explotació d’aquestes reserves, com la de les altres del Tercer Món, depenia de les possibilitats d’industrialització del país i de les possibilitats de transport vers l’Europa occidental, el Japó o els EUA, tant per via submarina com per vaixells metaners.
Fins ara, en els jaciments terrestres, la via submarina no ha prosperat gaire (n'és un exemple el gasoducte Orà-Cartagena, que havia d’abastar els Països Catalans), i la terrestre només funciona en casos excepcionals, com en el de les importacions nord-americanes del Canadà i de Mèxic, i les exportacions soviètiques, especialment cap als membres europeus del COMECON i, a través d’ells, cap a l’Europa occidental, mitjançant una xarxa de gasoductes, entre els quals es destaca, el procedent de la península de Jamal (4 608 km), dins el casquet àrtic siberià, que ha de permetre d’incrementar-ne les exportacions europees en un 70%, tot substituint bona part del petroli lliurat al COMECON. Les reserves conegudes al món eren de 96 000 km2 en començar el 1985. La participació del gas natural en l’abastament mundial d’energia continua creixent. Aquesta participació és màxima a l’Orient Mitjà (29,5%), a l’Amèrica del Nord (25%) i al COMECON (20,8%).
El 1979, en advenir la segona crisi mundial del petroli, l’Amèrica del Nord consumia la més gran part del gas natural del món (64,5%), però, el 1984, el primer lloc passà al COMECON (36,9%), davant l’Amèrica del Nord (36%), seguida de l’Europa occidental (13,8%), l’Amèrica Llatina (4,6%), l’Orient Mitjà (2,9%) i el Japó (1,9%). Comparant el consum per estats amb la producció d’uns altres, no fa estrany que una mateixa part del món sigui alhora exportadora i importadora.
El consum de gas natural a l’Estat espanyol s’inicià el 1969, amb l’entrada en funcionament de les instal·lacions construïdes al port de Barcelona per a distribuir el gas importat de Líbia a Barcelona, i la seva zona d’influència mitjançant un gasoducte a 3,5 MPa. Aquesta disponibilitat de gas natural permeté de substituir parcialment el gas manufacturat. El 1975, la terminal de Barcelona passa a ENAGAS, empresa que començà a importar gas d’Algèria i inicià la construcció de la xarxa estatal de transport a 7 MPa. El 1984 entrà en producció el jaciment de Serrablo i el 1986 el de Gaviota. Actualment, es troben en fase de projecte i construcció dues terminals addicionals, a Cartagena i Huelva, respectivament, mentre que els gasoductes estatals porten el gas des de Barcelona fins a Tarragona, Castelló, València, Saragossa, Logronyo, Vitòria, Bilbao, Burgos, Palència, Valladolid, Guadalajara, Madrid; hi ha en projecte els gasoductes de Santander-Gijón i el de Huelva-Sevilla. Amb aquests plans de gasificació, el gas manufacturat anirà essent progressivament substituït pel gas natural, tal com s’ha fet a la resta dels principals països industrialitzats del món.
El gas als Països Catalans
Als Països Catalans, la primera aplicació del gas per a l’enllumenat fou feta el 24 de juny de 1826 per Josep Roura, catedràtic de química, que instal·là un fanal de gas a l’aula de dibuix de la Llotja de Barcelona. El 1842 hom inicià l’enllumenat dels carrers de Barcelona, el 1843 a València i, posteriorment, en d’altres ciutats de l’Estat espanyol. El 1866 hom inaugurà la fàbrica de la Barceloneta. El 1914 hi havia fàbriques de gas a cada ciutat important del Principat i en algunes del País Valencià, però moltes desaparegueren, amb motiu de les dues guerres mundials, per manca de carbó. A la dècada dels cinquanta començaren a ésser utilitzats els GLP (butà i propà) i a l’inici de la dècada dels seixanta tingué lloc la renovació de la indústria del gas manufacturat, i com a matèria primera fou substituïda l’hulla per les naftes, fet que permeté un ressorgiment de les fàbriques de gas.
A la darreria dels seixanta, Catalana de Gas introduí als Països Catalans el gas natural, instal·lant una planta regasificadora del gas liquat de Líbia, que abasta el mercat industrial de Barcelona. També els anys 70-72 hom inicià un programa de conversió de les instal·lacions domèstiques de gas manufacturat a gas natural. Actualment, els gasos distribuïts als Països Catalans ho són bé en forma de gasos canalitzats (gas natural, gas manufacturat, aire propanat i l’aire metanat) o en forma embotellada o en cisternes (GLP).
A partir del 1987 hom tornà a reprendre a Barcelona el programa de conversió, per tal de substituir el gas manufacturat per gas natural. Hom preveu de realitzar aquest canvi a la resta de les actuals xarxes de distribució de gas manufacturat del país. A curt termini, doncs, pràcticament tot el gas distribuït per canonades serà gas natural, llevat d’algunes distribucions d’aire metanat i de gas de ciutat (Balears). A més a més, els plans de gasificació permetran d’abastar amb gas natural molts indrets dels Països Catalans. Així, per Catalunya és prevista la construcció de quatre gasoductes que portaran gas natural, respectivament, a Sant Sadurní-Igualada-Manresa-Vic-Lleida-Balaguer-el Rosselló; Montmeló-Hostalric-Lloret-Blanes-Canet-Maçaners-Girona-la Bisbal-Sant Feliu de Guíxols; Vila-seca-Salou-Francolí-Tortosa-Móra-Flix i Vilafranca-l’Arboç-el Vendrell. Quant a València és prevista la gasificació de les poblacions de l’entorn de Castelló, Sagunt, Vila-real, municipis de l’entorn de València, Alacant i Elx.