¿En qué se parece la extracción de petróleo a poner una lavadora?

¿En qué se parece la extracción de petróleo a poner una lavadora? No, no es un chiste aunque lo parezca. Las maniobras para recuperar crudo de un yacimiento y el proceso por el que lavamos la ropa en casa tienen algo en común: los surfactantes, unas sustancias cuyas propiedades lashacen perfectaspara despegar la grasa, sea la que sea.

Aunque en química y bioquímica se llaman comúnmente surfactantes, este término es un anglicismo (ya aceptado por la RAE), un acrónimo de las palabras surface active. Su equivalente en español sería tensioactivos, ya que actúan disminuyendo la tensión superficial que existe en la superficie de contacto entre dos sustancias (agua y aire o agua y aceite, por ejemplo).

La tensión superficial es una propiedad de los líquidos que hace que se comporten como si su superficie estuviese envuelta por una lámina invisible y elástica. Se origina debido a las fuerzas que afectan a las moléculas dentro del líquido: cada una de esas moléculas interacciona con las demás de la misma forma y en todas direcciones.

Sin embargo, las que están en la superficie solo interaccionan con las que tienen debajo y a los lados, pero no por encima. Por ese motivo, estas moléculas tienen más energía que sus equivalentes en el interior. Lo normal es que un sistema tienda a tener la menor energía superficial posible, y eso se consigue disminuyendo el número de moléculas situadas en la superficie.

Vídeo: Rafael Larraz, director del Centro de Investigación de Cepsa

Para lograrlo los líquidos adoptan la forma en la que menos de sus moléculas están expuestas a otros fluidos (como el aire u otros líquidos). Por esa razón el agua en el espacio flota en forma de esfera, que es la forma geométrica con menor superficie para un determinado volumen. En la Tierra actúan otras fuerzas, como la gravedad, que condicionan este fenómeno, pero la tensión superficial sigue teniendo efecto y por eso la superficie de un lago es plana o la lluvia cae en gotas.

La tensión superficial es una propiedad de los líquidos que hace que se comporten como si su superficie estuviese envuelta por una lámina invisible y elástica

Pongamos otro ejemplo: si con una pajita inyectamos aire dentro de un vaso de agua, éste subirá en forma de burbujas hasta la superficie y en unos segundos el agua habrá recuperado su superficie plana. Es por la tensión superficial, que las burbujas se aseguran de mantener el nivel de energía lo más bajo posible.

El efecto de los surfactantes

Los surfactantes (o tensioactivos) actúan sobre la tensión superficial, reduciéndola, de forma que las sustanciasaumenten su superficie con más facilidad. Si añadimos un agente surfactante al vaso de agua anterior, será más fácil aumentar la superficie del agua expuesta al aire, algo que en muchos casos ocurre en forma de espumas. ¿Cómo creían que la cerveza formaba su rica espuma? Gracias a componentes surfactantes, igual que ocurre conel pan, cuya miga es al fin y al cabo una espuma (burbujas de aire dispersas en un líquido que es la masa).

Según explica Francisco Monroy, profesor de Química Física de la Universidad Complutense, existen distintos tipos de surfactantes cuyas características moleculares varían ligeramente dando lugar a diferentes propiedades, pero el centro de su acción se basa en que éstas moléculas están formadas por dos partes distintas: una de ellas es hidrofóbica, es decir, que se siente repelida por el agua, y la otra es hidrófila (o hidrofílica), por lo que se siente atraída por el agua. “Son sustanciasambivalentes, que en este caso denominamos amfifílicas”.

Cuando estos amfifilos entran en contacto con la superficie del agua, las moléculas se alinean de forma que la parte hidrófila penetra en el agua y la parte hidrofóbica sobresale o se mantiene alejada del agua como puede. Por ejemplo, en el interior de una burbuja. Esto hace disminuir la tensión superficial, haciendo la superficie más estable.

Nuestros antepasados se dieron cuenta de que si cogían el aceite (una sustancia hidrofóbica) y lo modificaban añadiéndole sosa cáustica, éste cambiaba un poco, convirtiéndose en amfifilo, y servía para limpiar precisamente las manchas de grasa

¿Adivinan de qué productos domésticos son la base algunos tipos de surfactantes? Efectivamente: del jabón y los detergentes. Al añadirlo al agua con la que lavamos la ropa, el detergente favorece la formación de espuma. Además, su parte hidrofóbica se adhiere a la superficieotras sustancias que no son agua, como por ejemplo las manchas de grasas (aceite), despegándolas de la tela y llevándoselas como gotas estables con el agua de lavado.

“Podríamos explicar así, de forma muy simple, la invención del jabón. Nuestros antepasados se dieron cuenta de que si cogían el aceite (una sustancia hidrofóbica)y lo modificabanañadiéndole sosa cáustica, éste cambiaba un poco, convirtiéndose en amfifilo,y servía para limpiar precisamente las manchas de grasa. Esto es así porque la moléculahidrofóbica se modifica añadiéndole una cabezahidrofílica. Ellos no sabían que esto ocurría así, claro, no conocían el concepto de molécula, pero eso es al fin y al cabo un surfactante”, explica Monroy.

Detergente para despegar el petróleo de la roca

¿Y qué tiene que ver esto con la extracción de petróleo? Pues casi todo, ya que los surfactantes que utilizamos como detergentes se obtienen como productos de síntesis a partir del petróleo. Además, la extracción de petróleo en pozos muy explotados se realiza por acción detergente: esel mismo proceso, pero a nivel industrial.

“Cuando perforas por primera vez en un yacimiento de petróleo, es como descorchar una botella de champán, porque el contenido está a presión y sale disparado”, cuenta Rafael Larraz, director del Centro de Investigación de Cepsa. “Pero una vez que eso pasa, el líquido está quieto allí dentro y hay que buscar la forma de hacerlo salir”.

La forma más habitual es inyectando agua por un lado para aumentar la presión en el interior del pozo y así conseguir que el petróleo salga a la superficie. Una vez fuera, el producto se somete a distintas fases de procesamiento para separarlo en sus distintos componentes, incluida ese agua que se le inyectó para sacarlo hacia fuera.

Pero esta técnica puede ser aún más eficiente si al agua se le añaden agentes surfactantes, ya que, siguiendo el mismo principio que el detergente en la lavadora, son eficaces a la hora de despegar el petróleo de la roca. “El surfactante se pega de forma espontánea a la roca, y arranca el petróleo de las paredes, igual que lo hace el detergente con la ropa”, concluye Monroy. Además, tiene la ventaja de que los surfactantes más comunes se extraen precisamente del petróleo, después de pasarlo por varias etapas de refinado y separación de componentes, cerrando el ciclo de extracción.