Combustión: la reacción clave para el desarrollo de la humanidad... que también puede llevarnos al abismo, por Tomás Unger

Hoy, el fuego sigue siendo nuestra principal fuente de energía, impulsando –por ejemplo– motores de combustión interna de vehículos y plantas térmicas. Sin embargo, no toda combustión produce llamas, y no todo material se quema de manera igual.

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Usos y tipos

La combustión es una reacción redox, es decir, de oxidación y reducción simultánea. Hay que tener claro que la oxidación es cuando un átomo pierde electrones, lo que quiebra la molécula y permite su recombinación. Por otro lado, en la reducción un átomo gana electrones, permitiendo recombinarse con otros y compartir un electrón. Estas reacciones pueden ser causadas al combinar ciertas sustancias o al aplicarles energía (de ahí los nombres ‘reactivo’ y ‘reactor’, respectivamente).

En la combustión, la reacción es detonada por el calor, que puede ser puntual, como una chispa. Pero no toda aplicación de calor resulta en combustión, como es el caso de un ladrillo de arcilla en el horno. Para que ocurra la combustión se necesitan materiales que se recombinen, liberando energía, los llamados materiales combustibles: madera, petróleo, gases como el butano y propano, entre otros. Y la manera en que se queman cae normalmente en dos categorías: combustión completa o incompleta.

La combustión completa ocurre cuando una sustancia se combina con el oxígeno sin dejar residuos. La llama producida es azulada, y las sustancias resultantes son CO2 y H2O (agua). La incompleta o parcial tiene lugar cuando falta oxígeno para convertir todo el combustible en agua y CO2. Una combustión incompleta también produce H2O y CO2, pero en menores cantidades. La llama es normalmente amarilla y produce además monóxido de carbono (CO, un gas tóxico), y hollín (residuos carbonizados de otros materiales).

Un buen combustible

Diferentes materiales se queman a diferentes temperaturas. El alcohol se quema a una temperatura mucho más baja que el propano, por lo que este último es mejor combustible para cocinar.

Con un mismo combustible, la llama amarilla en una combustión incompleta es menos caliente que la llama azulada de la combustión completa. La mayor parte del calor liberado por la combustión de un material resulta de su recombinación con oxígeno. De ahí que un fuego bien ventilado quema mejor.

Hay dos modalidades de combustión, la lenta y la rápida, que dependen del tipo de combustible y la disponibilidad de material oxidante para completar su combustión. Un ejemplo de combustión lenta es la que genera un pedazo de carbón; mientras que podemos observar la combustión rápida en una explosión, que generalmente se da por una fuente de temperatura alta y una reacción de encendido en cadena muy rápida, prácticamente instantánea.

No toda combustión requiere un detonante u otra fuente externa de calor concentrado –como un fósforo– que la encienda. Existen combustiones espontáneas, en que los materiales se consumen solos. Esto generalmente ocurre cuando la presión o cambios químicos internos generan altas temperaturas.

Contaminación

Los combustibles, especialmente los líquidos, generalmente se queman cuando están en forma de gas. Por esto, un pedazo de madera o una jarra con gasolina producen llama solo en su superficie, donde se están liberando vapores (gases combustibles) que se combinan con oxígeno.

Una de las fuentes más populares de energía es el motor de combustión interna. Carros y otros vehículos cargan el combustible de forma líquida (gas licuado, petróleo diésel o gasolina) y en los cilindros del motor inyectan una mezcla de vapor de combustible y aire (para suministrar oxígeno).

Debido a las sustancias presentes en la gasolina y el diésel, su combustión produce, además de agua y CO2, óxidos de nitrógeno, azufre y otros contaminantes. A partir de los años 70 se popularizó el uso de convertidores catalíticos, una pieza incorporada al tubo de escape que filtra y cambia químicamente la mayoría de los gases tóxicos que antes escapaban al ambiente.

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Sin embargo, los convertidores catalíticos no filtran ni cambian uno de los productos de la combustión que propicia el cambio climático: el CO2. Si bien se viene logrando cada día una mayor eficiencia en la combustión y en su uso como fuente de energía, su producción de gases de efecto invernadero es un problema serio. La solución la está dando el creciente uso de la electricidad. Estamos pasando a una era en que la energía es generada sin combustión (viento, agua, sol, geotermia). Cuán rápido logremos esa transición definirá nuestro futuro.

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