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Carbón

El carbón es una roca sedimentaria combustible de color negro o marrón-negro , formada como estratos de roca llamados vetas de carbón . El carbón es principalmente carbono con cantidades variables de otros elementos , principalmente hidrógeno , azufre , oxígeno y nitrógeno . [1] El carbón se forma cuando la materia vegetal muerta se descompone en turba y se convierte en carbón por el calor y la presión de un entierro profundo durante millones de años. [2] Vastos depósitos de carbón se originan en antiguos humedales, llamadosBosques de carbón: que cubrieron gran parte de las áreas terrestres tropicales de la Tierra durante el Carbonífero tardío ( Pensilvania ) y el Pérmico . [3] [4] Sin embargo, muchos depósitos de carbón importantes son más jóvenes que este y se originan en las eras Mesozoica y Cenozoica .

Carbón
Roca sedimentaria
Carbón bituminoso.jpg
Carbón bituminoso
Composición
Primariocarbón
Secundario
  • hidrógeno
  • azufre
  • oxígeno
  • nitrógeno
Lignito (carbón marrón)
Antracita (carbón duro)

El carbón se utiliza principalmente como combustible. Si bien el carbón se conoce y se utiliza desde hace miles de años, su uso estaba limitado antes de la Revolución Industrial . Con la invención de la máquina de vapor aumentó el consumo de carbón. A partir de 2016, el carbón sigue siendo un combustible importante, ya que suministró aproximadamente una cuarta parte de la energía primaria del mundo y dos quintas partes de la electricidad . [5] Algunos procesos de fabricación de hierro y acero y otros procesos industriales queman carbón.

La extracción y uso de carbón causa muchas muertes prematuras y muchas enfermedades. [6] La industria del carbón daña el medio ambiente , incluso por el cambio climático, ya que es la mayor fuente antropogénica de dióxido de carbono , 14,4 gigatoneladas (Gt) en 2018, [7] que representa el 40% de las emisiones totales de combustibles fósiles [8] y más del 25% del total de las emisiones globales de gases de efecto invernadero . [9] Como parte de la transición energética mundial, muchos países han reducido o eliminado su uso de la energía del carbón, y el Secretario General de la ONU ha pedido a los gobiernos que dejen de construir nuevas plantas de carbón para 2020. [10] El uso de carbón alcanzó su punto máximo en 2013 [11] pero para cumplir el objetivo del Acuerdo de París de mantener el calentamiento global muy por debajo de los 2 ° C (3,6 ° F), el uso de carbón debe reducirse a la mitad de 2020 a 2030. [12]

El mayor consumidor e importador de carbón es China . China extrae casi la mitad del carbón del mundo, seguida de India con aproximadamente una décima parte. Australia representa alrededor de un tercio de las exportaciones mundiales de carbón, seguida de Indonesia y Rusia . [13]

Etimología

La palabra originalmente tomó la forma col en inglés antiguo , del protogermánico * kula ( n ), que a su vez se supone que proviene de la raíz protoindoeuropea * g ( e ) u-lo- "carbón vivo". [14] Los cognados germánicos incluyen el viejo frisón kole , el holandés medio cole , el holandés kool , el viejo alto alemán chol , el alemán Kohle y el antiguo nórdico kol , y la palabra irlandesa gual también es un afín a través de la raíz indoeuropea . [14]

Geología

El carbón está compuesto por macerales , minerales y agua. [15] Se pueden encontrar fósiles y ámbar en el carbón.

Formación

Ejemplo de estructura química del carbón

La conversión de vegetación muerta en carbón se llama coalificación . En diversas épocas del pasado geológico, la Tierra tenía densos bosques [16] en zonas de humedales bajas. En estos humedales, el proceso de coalificación comenzó cuando la materia vegetal muerta se protegió de la biodegradación y oxidación , generalmente mediante lodo o agua ácida, y se convirtió en turba . Esto atrapó el carbono en inmensas turberas que finalmente quedaron profundamente enterradas por sedimentos. Luego, durante millones de años, el calor y la presión de los entierros profundos causaron la pérdida de agua, metano y dióxido de carbono y aumentaron la proporción de carbono. [15] El grado de carbón producido dependía de la presión máxima y temperatura alcanzada, con lignito (también llamado "carbón marrón") producido en condiciones relativamente suaves, y carbón sub-bituminoso , carbón bituminoso , o antracita (también llamado "hulla "o" carbón negro ") producido a su vez al aumentar la temperatura y la presión. [2] [17]

De los factores involucrados en la coalificación, la temperatura es mucho más importante que la presión o el tiempo de enterramiento. [18] El carbón subbituminoso se puede formar a temperaturas tan bajas como 35 a 80 ° C (95 a 176 ° F) mientras que la antracita requiere una temperatura de al menos 180 a 245 ° C (356 a 473 ° F). [19]

Aunque el carbón se conoce de la mayoría de los períodos geológicos, el 90% de todos los lechos de carbón se depositaron en los períodos Carbonífero y Pérmico , que representan solo el 2% de la historia geológica de la Tierra. [20] Paradójicamente, esto fue durante la nevera del Paleozoico tardío , una época de glaciación global . Sin embargo, la caída del nivel del mar global que acompañó a la glaciación expuso las plataformas continentales que anteriormente habían estado sumergidas, a las que se agregaron los amplios deltas de los ríos producidos por el aumento de la erosión debido a la caída del nivel base . Estas extensas áreas de humedales proporcionaron las condiciones ideales para la formación de carbón. [21] La rápida formación de carbón terminó con la brecha del carbón en el evento de extinción Pérmico-Triásico , donde el carbón es raro. [22]

La geografía favorable por sí sola no explica los extensos lechos de carbón del Carbonífero. [23] Otros factores que contribuyeron a la rápida deposición del carbón fueron los altos niveles de oxígeno , por encima del 30%, que promovieron incendios forestales intensos y la formación de carbón que era casi indigerible por los organismos en descomposición; altos niveles de dióxido de carbono que promovieron el crecimiento de las plantas; y la naturaleza de los bosques carboníferos, que incluían árboles licófitos cuyo crecimiento determinado significaba que el carbono no estaba atrapado en el duramen de los árboles vivos durante largos períodos. [24]

Una teoría sugirió que hace unos 360 millones de años, algunas plantas desarrollaron la capacidad de producir lignina , un polímero complejo que hacía que sus tallos de celulosa fueran mucho más duros y leñosos. La capacidad de producir lignina condujo a la evolución de los primeros árboles . Pero las bacterias y los hongos no desarrollaron de inmediato la capacidad de descomponer la lignina, por lo que la madera no se descompuso por completo, sino que quedó enterrada bajo sedimentos y finalmente se convirtió en carbón. Hace unos 300 millones de años, los hongos y otros hongos desarrollaron esta capacidad, poniendo fin al período principal de formación de carbón de la historia de la tierra. [25] Sin embargo, un estudio de 2016 refutó en gran medida esta idea, al encontrar una amplia evidencia de la degradación de la lignina durante el Carbonífero, y que los cambios en la abundancia de lignina no tuvieron ningún impacto en la formación de carbón. Sugirieron que los factores climáticos y tectónicos eran una explicación más plausible. [26]

Un factor tectónico probable fueron las Montañas Pangean centrales , una enorme cordillera que corre a lo largo del ecuador y que alcanzó su mayor elevación cerca de esta época. Los modelos climáticos sugieren que las montañas Pangean Central contribuyeron a la deposición de grandes cantidades de carbón en el Carbonífero tardío. Las montañas crearon un área de fuertes precipitaciones durante todo el año, sin una estación seca típica de un clima monzónico . Esto es necesario para la conservación de la turba en los pantanos de carbón. [27]

El carbón se conoce de los estratos precámbricos , que son anteriores a las plantas terrestres. Se presume que este carbón se originó a partir de residuos de algas. [28] [29]

A veces, las vetas de carbón (también conocidas como capas de carbón) se intercalan con otros sedimentos en una ciclotema . Se cree que las ciclotemas tienen su origen en ciclos glaciares que produjeron fluctuaciones en el nivel del mar , que alternativamente expusieron y luego inundaron grandes áreas de la plataforma continental. [30]

Química de la coalificación

La turba moderna es principalmente lignina. El componente de celulosa y hemicelulosa varía del 5% al ​​40%. También están presentes varios otros compuestos orgánicos, como ceras y compuestos que contienen nitrógeno y azufre. [31] Las ligninas son polímeros de monolignol , una familia de alcoholes cuya característica común es un anillo de benceno con una cadena lateral de alcohol alílico . Estos están reticulados por cadenas de carbohidratos para formar la lignina, que tiene una composición general aproximada (C 31 H 34 O 11 ) n [32] La celulosa es un polímero de glucosa con la fórmula aproximada (C 6 H 10 O 5 ) n. [33] La lignina tiene una composición en peso de aproximadamente 54% de carbono, 6% de hidrógeno y 30% de oxígeno, mientras que la celulosa tiene una composición en peso de aproximadamente 44% de carbono, 6% de hidrógeno y 49% de oxígeno. El carbón bituminoso tiene una composición de aproximadamente 84,4% de carbono, 5,4% de hidrógeno, 6,7% de oxígeno, 1,7% de nitrógeno y 1,8% de azufre, en peso. [34] Esto implica que los procesos químicos durante la coalificación deben eliminar la mayor parte del oxígeno y gran parte del hidrógeno, dejando carbono, un proceso llamado carbonización . [35]

La carbonización procede principalmente por deshidratación , descarboxilación y desmetanización. La deshidratación elimina las moléculas de agua del carbón en proceso de maduración mediante reacciones como [36]

2 R – OH → R – O – R + H 2 O
2 R-CH2-O-CH2-R → R-CH = CH-R + H 2 O

La descarboxilación elimina el dióxido de carbono del carbón en maduración y procede por reacciones como [36]

RCOOH → RH + CO 2

mientras que la desmetanización procede por reacción como

2 R-CH 3 → R-CH 2 -R + CH 4

En cada una de estas fórmulas, R representa el resto de una molécula de celulosa o lignina a la que se unen los grupos reactivos.

La deshidratación y descarboxilación tienen lugar al principio de la coalificación, mientras que la desmetanización comienza solo después de que el carbón ya ha alcanzado el rango bituminoso. [37] El efecto de la descarboxilación es reducir el porcentaje de oxígeno, mientras que la desmetanización reduce el porcentaje de hidrógeno. La deshidratación hace ambas cosas y también reduce la saturación de la columna vertebral del carbono (aumentando el número de dobles enlaces entre el carbono).

A medida que avanza la carbonización, los compuestos alifáticos ( compuestos de carbono caracterizados por cadenas de átomos de carbono) son reemplazados por compuestos aromáticos ( compuestos de carbono caracterizados por anillos de átomos de carbono) y los anillos aromáticos comienzan a fusionarse en compuestos poliaromáticos (anillos enlazados de átomos de carbono). [38] La estructura se parece cada vez más al grafeno , el elemento estructural del grafito.

Los cambios químicos van acompañados de cambios físicos, como la disminución del tamaño medio de los poros. [39] Los macerales (partículas orgánicas) del lignito están compuestos de huminita , que tiene un aspecto terroso. A medida que el carbón madura y se convierte en carbón subbituminoso, la huminita comienza a ser reemplazada por vitrinita vítrea (brillante) . [40] La maduración del carbón bituminoso se caracteriza por la bitumenización , en la que parte del carbón se convierte en bitumen , un gel rico en hidrocarburos. [41] La maduración a antracita se caracteriza por la debitumenización (por desmetanización) y la creciente tendencia de la antracita a romperse con una fractura concoidea , similar a la forma en que se rompe el vidrio grueso. [42]

Tipos

Exposición costera de Point Aconi Seam en Nueva Escocia
Sistema de clasificación del carbón utilizado por el Servicio Geológico de los Estados Unidos

A medida que los procesos geológicos ejercen presión sobre el material biótico muerto a lo largo del tiempo, en condiciones adecuadas, su grado o rango metamórfico aumenta sucesivamente a:

  • Turba , precursora del carbón
  • Lignito , o carbón marrón, el rango más bajo de carbón, el más dañino para la salud, [43] utilizado casi exclusivamente como combustible para la generación de energía eléctrica.
    • Jet , una forma compacta de lignito, a veces pulido; utilizado como piedra ornamental desde el Paleolítico Superior
  • El carbón subbituminoso , cuyas propiedades oscilan entre las del lignito y las del carbón bituminoso, se utiliza principalmente como combustible para la generación de energía eléctrica a vapor.
  • Carbón bituminoso , una densa roca sedimentaria, generalmente negra, pero a veces de color marrón oscuro, a menudo con bandas bien definidas de material brillante y opaco. Se utiliza principalmente como combustible en la generación de energía eléctrica a vapor y para fabricar coque . Conocido como carbón de vapor en el Reino Unido e históricamente utilizado para generar vapor en locomotoras de vapor y barcos.
  • La antracita , el rango más alto de carbón, es un carbón negro brillante más duro que se utiliza principalmente para la calefacción de espacios residenciales y comerciales .
  • El grafito es difícil de encender y no se usa comúnmente como combustible; se usa más en lápices o en polvo para lubricar .

El carbón de canal (a veces llamado "carbón de vela") es una variedad de carbón de grano fino de alto rango con un contenido significativo de hidrógeno, que consiste principalmente en liptinita .

Existen varios estándares internacionales para el carbón. [44] La clasificación del carbón se basa generalmente en el contenido de volátiles . Sin embargo, la distinción más importante es entre carbón térmico (también conocido como carbón de vapor), que se quema para generar electricidad a través del vapor; y carbón metalúrgico (también conocido como carbón coquizable), que se quema a alta temperatura para fabricar acero .

La ley de Hilt es una observación geológica de que (dentro de un área pequeña) cuanto más profundo se encuentra el carbón, mayor es su rango (o grado). Se aplica si el gradiente térmico es completamente vertical; sin embargo, el metamorfismo puede causar cambios laterales de rango, independientemente de la profundidad. Por ejemplo, algunas de las vetas de carbón del campo de carbón de Madrid, Nuevo México se convirtieron parcialmente en antracita por metamorfismo de contacto de un umbral ígneo, mientras que el resto de las vetas permaneció como carbón bituminoso. [45]

Historia

Mineros de carbón chinos en una ilustración de la enciclopedia Tiangong Kaiwu , publicada en 1637

El primer uso reconocido es el del área de Shenyang de China, donde hacia el 4000 a. C. los habitantes del Neolítico habían comenzado a tallar adornos de lignito negro. [46] El carbón de la mina Fushun en el noreste de China se utilizó para fundir cobre ya en el año 1000 a. C. [47] Marco Polo , el italiano que viajó a China en el siglo XIII, describió el carbón como "piedras negras ... que arden como troncos", y dijo que el carbón era tan abundante que la gente podía tomar tres baños calientes a la semana. [48] En Europa, la primera referencia al uso del carbón como combustible proviene del tratado geológico Sobre piedras (Lap. 16) del científico griego Teofrasto (c. 371-287 a. C.): [49] [50]

Entre los materiales que se excavan por su utilidad, los conocidos como antrakes [carbones] están hechos de tierra y, una vez prendidos, arden como carbón [antrakes]. Se encuentran en Liguria ... y en Elis cuando uno se acerca a Olimpia por la carretera de montaña; y son utilizados por quienes trabajan en metales.

-  Teofrasto, Sobre piedras (16) [51]

El carbón de afloramiento se utilizó en Gran Bretaña durante la Edad del Bronce (3000-2000 aC), donde formó parte de piras funerarias . [52] [53] En la Gran Bretaña romana , con la excepción de dos campos modernos, "los romanos explotaban el carbón en todas las principales yacimientos de carbón de Inglaterra y Gales a finales del siglo II d. C." [54] La evidencia del comercio de carbón, fechado alrededor de 200 dC, se ha encontrado en el asentamiento romano en Heronbridge , cerca de Chester ; y en Fenlands de East Anglia , donde el carbón de Midlands se transportaba a través del Car Dyke para su uso en el secado de granos. [55] Se han encontrado cenizas de carbón en los hogares de villas y fortalezas romanas , particularmente en Northumberland , que datan de alrededor del 400 dC. En el oeste de Inglaterra, los escritores contemporáneos describieron la maravilla de un brasero permanente de carbón en el altar de Minerva en Aquae Sulis ( baño de hoy en día ), aunque de hecho el carbón de superficie de fácil acceso de lo que se convirtió en el campo de carbón de Somerset era de uso común en viviendas bastante humildes a nivel local. [56] Se han encontrado pruebas del uso del carbón para el trabajo del hierro en la ciudad durante el período romano. [57] En Eschweiler , Renania , los romanos utilizaron depósitos de carbón bituminoso para la fundición de mineral de hierro . [54]

Minero de carbón en Gran Bretaña, 1942

No existe evidencia de que el producto fuera de gran importancia en Gran Bretaña antes del año 1000 d.C., la Alta Edad Media . [58] El carbón pasó a denominarse "leña marina" en el siglo XIII; El muelle donde llegaba el material a Londres se conocía como Seacoal Lane, así identificado en una carta del rey Enrique III otorgada en 1253. [59] Inicialmente, el nombre se le dio porque se encontró mucho carbón en la orilla, habiendo caído de los expuestos. vetas de carbón en los acantilados o lavadas de afloramientos de carbón submarinos, [58] pero en la época de Enrique VIII , se entendía que derivaba de la forma en que se transportaba a Londres por mar. [60] En 1257–1259, el carbón de Newcastle upon Tyne se envió a Londres para los herreros y cal- quemadores que construyen la Abadía de Westminster . [58] Seacoal Lane y Newcastle Lane, donde se descargaba carbón en los muelles a lo largo del río Fleet , todavía existen. [61]

Estas fuentes de fácil acceso se habían agotado en gran medida (o no pudieron satisfacer la creciente demanda) en el siglo XIII, cuando se desarrolló la extracción subterránea mediante la minería de pozos o los túneles . [52] El nombre alternativo era "carbón vegetal", porque provenía de las minas. El desarrollo de la Revolución Industrial condujo al uso a gran escala del carbón, ya que la máquina de vapor reemplazó a la rueda hidráulica . En 1700, cinco sextos del carbón del mundo se extraía en Gran Bretaña. Gran Bretaña se habría quedado sin sitios adecuados para los molinos de agua en la década de 1830 si el carbón no hubiera estado disponible como fuente de energía. [62] En 1947 había unos 750.000 mineros en Gran Bretaña [63] pero la última mina de carbón profunda en el Reino Unido cerró en 2015. [64]

Un grado entre carbón bituminoso y antracita se conocía una vez como "carbón de vapor", ya que se usaba ampliamente como combustible para locomotoras de vapor . En este uso especializado, a veces se lo conoce como "carbón marino" en los Estados Unidos. [65] Un pequeño "carbón de vapor", también llamado nueces de vapor pequeñas secas (o DSSN), se usaba como combustible para calentar agua doméstica .

El carbón jugó un papel importante en la industria en los siglos XIX y XX. El antecesor de la Unión Europea , la Comunidad Europea del Carbón y del Acero , se basó en el comercio de este producto básico. [66]

El carbón continúa llegando a las playas de todo el mundo tanto por la erosión natural de las vetas de carbón expuestas como por los derrames azotados por el viento de los buques de carga. Muchos hogares en tales áreas recolectan este carbón como una fuente importante, y a veces primaria, de combustible para calefacción doméstica. [67]

Intensidad de emisión

La intensidad de emisión es el gas de efecto invernadero emitido durante la vida útil de un generador por unidad de electricidad generada. La intensidad de emisión de las centrales eléctricas de carbón es alta, ya que emiten alrededor de 1000g de CO2eq por cada kWh generado, mientras que el gas natural tiene una intensidad de emisión media en torno a 500g de CO2eq por kWh. La intensidad de las emisiones de carbón varía según el tipo y la tecnología del generador y supera los 1200 g por kWh en algunos países. [68]

Densidad de energia

La densidad energética del carbón es de aproximadamente 24 megajulios por kilogramo [69] (aproximadamente 6,7 kilovatios-hora por kg). Para una planta de energía de carbón con una eficiencia del 40%, se estima que se necesitan 325 kg (717 lb) de carbón para alimentar una bombilla de 100 W durante un año. [70]

El 27,6% de la energía mundial fue suministrada por carbón en 2017 y Asia utilizó casi las tres cuartas partes. [71]

Química

Composición

La composición del carbón se informa como un análisis aproximado (humedad, materia volátil, carbono fijo y cenizas) o un análisis final (cenizas, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre). La "materia volátil" no existe por sí misma (a excepción de algo de metano adsorbido), pero designa los compuestos volátiles que se producen y eliminan al calentar el carbón. Un carbón bituminoso típico puede tener un análisis final sobre una base seca y sin cenizas de 84,4% de carbono, 5,4% de hidrógeno, 6,7% de oxígeno, 1,7% de nitrógeno y 1,8% de azufre, en peso. [34]

La composición de las cenizas, expresada en óxidos, varía: [34]

Composición de cenizas, porcentaje en peso
SiO
2		20-40
Alabama
2O
3		10-35
Fe
2O
3		5-35
CaO1-20
MgO0,3-4
TiO
2		0,5-2,5
N / A
2O & K
2O		1-4
ENTONCES
3		0,1-12 [72]

Otros componentes menores incluyen:

Contenido medio
SustanciaContenido
Mercurio (Hg)0,10 ± 0,01  ppm [73]
Arsénico (As)1,4–71 ppm [74]
Selenio (Se)3 ppm [75]

Coquización de carbón y uso de coque para fundir hierro.

Horno de coque en una planta de combustible sin humo en Gales , Reino Unido

El coque es un residuo carbonoso sólido derivado del carbón coquizable (un carbón bituminoso bajo en cenizas y azufre, también conocido como carbón metalúrgico ), que se utiliza en la fabricación de acero y otros productos de hierro. [76] El coque se fabrica a partir de carbón coquizable horneado en un horno sin oxígeno a temperaturas de hasta 1000 ° C, eliminando los componentes volátiles y fusionando el carbono fijo y la ceniza residual. El coque metalúrgico se utiliza como combustible y como agente reductor en la fundición de mineral de hierro en un alto horno . [77] El monóxido de carbono producido por su combustión reduce la hematita (un óxido de hierro ) a hierro .

También se produce dióxido de carbono residual ( 2 Fe 2 O 3 + 3 C ⟶ 4 Fe + 3 CO 2 {\ Displaystyle {\ ce {2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2}}} {\displaystyle {\ce {2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2}}}) junto con arrabio , que es demasiado rico en carbono disuelto, por lo que debe tratarse más para fabricar acero.

El carbón de coque debe tener un bajo contenido de cenizas, azufre y fósforo , para que estos no migren al metal. [76] El coque debe ser lo suficientemente fuerte para resistir el peso de la sobrecarga en el alto horno, razón por la cual el carbón coquizable es tan importante en la fabricación de acero mediante la ruta convencional. El coque de carbón es gris, duro y poroso y tiene un poder calorífico de 29,6 MJ / kg. Algunos procesos de producción de coque producen subproductos, incluidos el alquitrán de hulla , el amoníaco , los aceites ligeros y el gas de carbón .

El coque de petróleo ( coque de petróleo ) es el residuo sólido obtenido en el refinado de petróleo , que se parece al coque pero contiene demasiadas impurezas para ser útil en aplicaciones metalúrgicas.

Uso en componentes de fundición

El carbón bituminoso finamente molido, conocido en esta aplicación como carbón marino, es un componente de la arena de fundición . Mientras el metal fundido está en el molde , el carbón se quema lentamente, liberando gases reductores a presión y evitando así que el metal penetre en los poros de la arena. También está contenido en 'mold wash', una pasta o líquido con la misma función que se aplica al molde antes de la colada. [78] El carbón marino se puede mezclar con el revestimiento de arcilla (el "cuerpo") utilizado para el fondo de un horno de cúpula . Cuando se calienta, el carbón se descompone y la masa se vuelve ligeramente friable, lo que facilita el proceso de romper los agujeros abiertos para golpear el metal fundido. [79]

Alternativas a la coca

La chatarra de acero se puede reciclar en un horno de arco eléctrico ; y una alternativa a la fabricación de hierro mediante fundición es el hierro de reducción directa , en el que cualquier combustible carbonoso se puede utilizar para hacer una esponja o hierro granulado. Para reducir las emisiones de dióxido de carbono, se puede utilizar hidrógeno como agente reductor [80] y biomasa o residuos como fuente de carbono. [81] Históricamente, el carbón vegetal se ha utilizado como una alternativa al coque en un alto horno, y el hierro resultante se conoce como carbón vegetal .

Gasificación

La gasificación de carbón, como parte de una central eléctrica de carbón de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), se utiliza para producir gas de síntesis , una mezcla de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H 2 ) para encender turbinas de gas para producir electricidad. El gas de síntesis también se puede convertir en combustibles para el transporte, como gasolina y diesel , mediante el proceso Fischer-Tropsch ; alternativamente, el gas de síntesis se puede convertir en metanol , que se puede mezclar en combustible directamente o convertir en gasolina a través del proceso de metanol a gasolina. [82] La gasificación combinada con la tecnología Fischer-Tropsch fue utilizada por la empresa química Sasol de Sudáfrica para fabricar productos químicos y combustibles para vehículos de motor a partir del carbón. [83]

Durante la gasificación, el carbón se mezcla con oxígeno y vapor al mismo tiempo que se calienta y presuriza. Durante la reacción, las moléculas de oxígeno y agua oxidan el carbón en monóxido de carbono (CO), mientras que también liberan gas hidrógeno (H 2 ). Esto solía hacerse en minas de carbón subterráneas, y también para producir gas de la ciudad que se canalizaba a los clientes para quemarlo para iluminación, calefacción y cocción.

3C ( como carbón ) + O 2 + H 2 O → H 2 + 3CO

Si el refinador desea producir gasolina, el gas de síntesis se envía a una reacción de Fischer-Tropsch. Esto se conoce como licuefacción indirecta de carbón. Sin embargo, si el hidrógeno es el producto final deseado, el gas de síntesis se alimenta a la reacción de cambio de gas de agua , donde se libera más hidrógeno:

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Licuefacción

El carbón se puede convertir directamente en combustibles sintéticos equivalentes a gasolina o diesel mediante hidrogenación o carbonización . [84] La licuefacción del carbón emite más dióxido de carbono que la producción de combustible líquido a partir del petróleo crudo . Mezclar biomasa y usar CCS emitiría un poco menos que el proceso de petróleo, pero a un costo elevado. [85] China Energy Investment, de propiedad estatal, gestiona una planta de licuefacción de carbón y tiene previsto construir 2 más. [86]

La licuefacción del carbón también puede referirse al peligro de la carga cuando se transporta carbón. [87]

Producción de químicos

Producción de productos químicos a partir del carbón.

Se han producido productos químicos a partir del carbón desde la década de 1950. El carbón se puede utilizar como materia prima en la producción de una amplia gama de fertilizantes químicos y otros productos químicos. La ruta principal hacia estos productos era la gasificación del carbón para producir gas de síntesis . Los productos químicos primarios que se producen directamente a partir del gas de síntesis incluyen metanol , hidrógeno y monóxido de carbono , que son los componentes químicos a partir de los cuales se fabrica un espectro completo de productos químicos derivados, que incluyen olefinas , ácido acético , formaldehído , amoníaco , urea y otros. La versatilidad del gas de síntesis como precursor de productos químicos primarios y productos derivados de alto valor ofrece la opción de utilizar carbón para producir una amplia gama de productos básicos. En el siglo XXI, sin embargo, el uso de metano de capas de carbón se está volviendo más importante. [88]

Debido a que la lista de productos químicos que se pueden fabricar mediante la gasificación del carbón también puede, en general, utilizar materias primas derivadas del gas natural y el petróleo , la industria química tiende a utilizar las materias primas más rentables. Por lo tanto, el interés en el uso de carbón tendió a aumentar debido a los precios más altos del petróleo y el gas natural y durante los períodos de alto crecimiento económico mundial que podrían haber afectado la producción de petróleo y gas.

Los procesos de carbón para químicos requieren cantidades sustanciales de agua. [89] Gran parte de la producción de carbón a productos químicos se encuentra en China [90] [91] donde las provincias dependientes del carbón como Shanxi están luchando por controlar su contaminación. [92]

Generación eléctrica

Tratamiento de precombustión

El carbón refinado es el producto de una tecnología de mejora del carbón que elimina la humedad y ciertos contaminantes de los carbones de rango inferior, como los carbones subbituminosos y de lignito (marrón). Es una forma de varios tratamientos y procesos de precombustión para el carbón que alteran las características del carbón antes de que se queme. Las mejoras de la eficiencia térmica se pueden lograr mediante un presecado mejorado (especialmente relevante con combustibles con alto contenido de humedad, como el lignito o la biomasa). [93] Los objetivos de las tecnologías de precombustión del carbón son aumentar la eficiencia y reducir las emisiones cuando se quema el carbón. La tecnología de precombustión a veces se puede utilizar como complemento de las tecnologías de poscombustión para controlar las emisiones de las calderas de carbón.

Combustión de centrales eléctricas

Planta de energía Castle Gate cerca de Helper, Utah , EE. UU.
Vagones de carbón
Excavadora empujando carbón en Ljubljana Power Station

El carbón quemado como combustible sólido en las centrales eléctricas de carbón para generar electricidad se llama carbón térmico. El carbón también se usa para producir temperaturas muy altas por combustión. Las muertes tempranas debidas a la contaminación del aire se han estimado en 200 por GW-año, sin embargo, pueden ser más altas alrededor de las plantas de energía donde no se usan depuradores o más bajas si están lejos de las ciudades. [94] Los esfuerzos realizados en todo el mundo para reducir el uso de carbón han llevado a algunas regiones a cambiar al gas natural y la electricidad de fuentes con menos carbono.

Cuando se usa carbón para la generación de electricidad , generalmente se pulveriza y luego se quema en un horno con una caldera . [95] El calor del horno convierte el agua de la caldera en vapor , que luego se utiliza para hacer girar turbinas que hacen girar generadores y generan electricidad. [96] La eficiencia termodinámica de este proceso varía entre aproximadamente el 25% y el 50%, según el tratamiento de precombustión, la tecnología de la turbina (por ejemplo, el generador de vapor supercrítico ) y la edad de la planta. [97] [98]

Se han construido algunas centrales eléctricas de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), que queman carbón de manera más eficiente. En lugar de pulverizar el carbón y quemarlo directamente como combustible en la caldera generadora de vapor, el carbón se gasifica para crear gas de síntesis , que se quema en una turbina de gas para producir electricidad (al igual que el gas natural se quema en una turbina). Los gases de escape calientes de la turbina se utilizan para generar vapor en un generador de vapor de recuperación de calor que alimenta una turbina de vapor suplementaria . La eficiencia general de la planta cuando se utiliza para proporcionar calor y energía combinados puede alcanzar hasta el 94%. [99] Las centrales eléctricas IGCC emiten menos contaminación local que las centrales convencionales alimentadas con carbón pulverizado; sin embargo, la tecnología para la captura y el almacenamiento de carbono después de la gasificación y antes de la quema ha resultado ser demasiado cara para usar con carbón. [100] Otras formas de utilizar el carbón son como combustible en suspensión de agua y carbón (CWS), que se desarrolló en la Unión Soviética , o en un ciclo de cobertura MHD . Sin embargo, estos no se utilizan ampliamente debido a la falta de beneficios.

En 2017, el 38% de la electricidad mundial provino del carbón, el mismo porcentaje que 30 años antes. [101] En 2018, la capacidad instalada mundial fue de 2 TW (de los cuales 1 TW se encuentra en China), lo que representa el 30% de la capacidad total de generación de electricidad. [102] El país principal más dependiente es Sudáfrica, con más del 80% de su electricidad generada por carbón. [103]

El uso máximo de carbón se alcanzó en 2013. [104] En 2018, el factor de capacidad de las centrales eléctricas de carbón promedió el 51%, es decir, operaron aproximadamente la mitad de sus horas de funcionamiento disponibles. [105]

Industria del carbon

Minería

Aproximadamente 8000 Mt de carbón se producen anualmente, aproximadamente el 90% de los cuales son hulla y el 10% de lignito. A partir de 2018[actualizar]poco más de la mitad proviene de minas subterráneas. [106] Se producen más accidentes durante la minería subterránea que en la minería a cielo abierto. No todos los países publican estadísticas de accidentes de minería, por lo que las cifras mundiales son inciertas, pero se cree que la mayoría de las muertes ocurren en accidentes de minería de carbón en China : en 2017 hubo 375 muertes relacionadas con la minería de carbón en China. [107] La mayor parte del carbón extraído es carbón térmico (también llamado carbón de vapor, ya que se usa para producir vapor para generar electricidad), pero carbón metalúrgico (también llamado "metcoal" o "carbón coquizable", ya que se usa para hacer coque para hacer hierro) representa del 10% al 15% del uso mundial de carbón. [108]

Como mercancía negociada

Muelles de carbón extensos vistos en Toledo, Ohio , 1895

China extrae casi la mitad del carbón del mundo, seguida de India con aproximadamente una décima parte. [109] Australia representa alrededor de un tercio de las exportaciones mundiales de carbón, seguida de Indonesia y Rusia ; mientras que los mayores importadores son Japón e India.

El precio del carbón metalúrgico es volátil [110] y mucho más alto que el precio del carbón térmico porque el carbón metalúrgico debe ser más bajo en azufre y requiere más limpieza. [111] Los contratos de futuros de carbón proporcionan a los productores de carbón ya la industria de la energía eléctrica una herramienta importante para la cobertura y la gestión de riesgos .

En algunos países, la nueva generación eólica o solar en tierra ya cuesta menos que la energía a base de carbón de las plantas existentes (consulte Costo de la electricidad por fuente ). [112] [113] Sin embargo, para China esto se prevé para principios de la década de 2020 [114] y para el sudeste de Asia no hasta finales de la década de 2020. [115] En la India, la construcción de nuevas plantas no es rentable y, a pesar de estar subvencionada, las plantas existentes están perdiendo cuota de mercado debido a las energías renovables. [116]

Las tendencias del mercado

De los países que producen carbón, China es el que más extrae con mucho, casi la mitad del carbón del mundo, seguido de menos del 10% por India. China también es, con mucho, el mayor consumidor. Por tanto, las tendencias del mercado dependen de la política energética china . [117] Aunque el esfuerzo por reducir la contaminación significa que la tendencia global a largo plazo es quemar menos carbón, las tendencias a corto y medio plazo pueden diferir, en parte debido al financiamiento chino de nuevas centrales eléctricas de carbón en otros países. [102]

Principales productores

Producción de carbón por región

Se muestran los países con una producción anual superior a 300 millones de toneladas.

Producción de carbón por país y año (millones de toneladas) [118] [109] [119] [13]
País 2000 2005 2010 2015 2017 Compartir (2017)
porcelana 1,384 2,350 3235 3.747 3,523 46%
India 335 429 574 678 716 9%
Estados Unidos 974 1.027 984 813 702 9%
Australia 314 375 424 485 481 6%
Indonesia 77 152 275 392 461 6%
Rusia 262 298 322 373 411 5%
Resto del mundo 1380 1404 1441 1374 1433 19%
Total mundial 4.726 6.035 7.255 7.862 7.727 100%

Grandes consumidores

Se muestran los países con un consumo anual superior a 500 millones de toneladas. Las acciones se basan en datos expresados ​​en toneladas equivalentes de petróleo.

Consumo de carbón por país y año (millones de toneladas) [120] [121]
País 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Cuota
porcelana 2.691 2.892 3.352 3.677 4.538 4.678 4.539 3.970 carbón + 441 coque metálico = 4.4113,784 carbón + 430 met coque = 4,214 51%
India 582 640 655 715 841 837 880 890 carbón + 33 met coque = 923 877 carbón + 37 coque metálico = 914 11%
Estados Unidos 1.017 904 951 910 889 924 918 724 carbón + 12 met coque = 736 663 carbón + 10 met coque = 673 9%
Total mundial 7.636 7,699 8.137 8,640 8,901 9.013 8,907 7893 carbón + 668 coque metálico = 8561 7.606 carbón + 655 coque metálico = 8261 100%

Exportadores importantes

Exportaciones de carbón por país y año (millones de toneladas) [122]
País 2018
Indonesia 472
Australia 426
Rusia 231
Estados Unidos 115
Colombia 92
Sudáfrica 88
Mongolia 39
Canadá 37
Mozambique dieciséis

Los exportadores corren el riesgo de una reducción de la demanda de importaciones de India y China. [123]

Importadores importantes

Importaciones de carbón por país y año (millones de toneladas) [124] [125]
País 2018
porcelana 281
India 223
Japón 189
Corea del Sur 149
Taiwán 76
Alemania 44
Países Bajos 44
pavo 38
Malasia 34
Tailandia 25

Daño a la salud humana

El uso de carbón como combustible causa problemas de salud y muertes. [126] La extracción y el procesamiento de carbón contaminan el aire y el agua. [127] Las plantas de carbón emiten óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, contaminación por partículas y metales pesados, que afectan negativamente a la salud humana. [127] La extracción de metano en capas de carbón es importante para evitar accidentes mineros.

El mortífero smog de Londres fue causado principalmente por el uso intensivo de carbón. A nivel mundial, se estima que el carbón causa 800.000 muertes prematuras cada año, [128] principalmente en India [129] y China. [130] [131] [132]

La quema de carbón es un importante emisor de dióxido de azufre , que crea partículas PM2.5 , la forma más peligrosa de contaminación del aire. [133]

Las emisiones de las chimeneas de carbón causan asma , derrames cerebrales , inteligencia reducida , obstrucciones arteriales , ataques cardíacos , insuficiencia cardíaca congestiva , arritmias cardíacas , intoxicación por mercurio , oclusión arterial y cáncer de pulmón . [134] [135]

Los costes sanitarios anuales en Europa derivados del uso de carbón para generar electricidad se estiman en hasta 43 000 millones de euros. [136]

En China, las mejoras en la calidad del aire y la salud humana aumentarían con políticas climáticas más estrictas, principalmente porque la energía del país depende en gran medida del carbón. Y habría un beneficio económico neto. [137]

Un estudio de 2017 en el Economic Journal encontró que para Gran Bretaña durante el período 1851-1860, "un aumento de una desviación estándar en el uso de carbón aumentó la mortalidad infantil entre un 6% y un 8% y que el uso de carbón industrial explica aproximadamente un tercio de la penalización por mortalidad urbana observado durante este período ". [138]

La inhalación de polvo de carbón causa la neumoconiosis de los trabajadores del carbón, que se conoce coloquialmente como "pulmón negro", así llamado porque el polvo de carbón literalmente hace que los pulmones se vuelvan negros de su color rosado habitual. [139] Solo en los Estados Unidos, se estima que 1.500 ex empleados de la industria del carbón mueren cada año por los efectos de respirar el polvo de las minas de carbón. [140]

Anualmente se producen enormes cantidades de cenizas de carbón y otros desechos. El uso de carbón genera cientos de millones de toneladas de cenizas y otros productos de desecho cada año. Estos incluyen cenizas volantes , cenizas de fondo y lodos de desulfuración de gases de combustión , que contienen mercurio , uranio , torio , arsénico y otros metales pesados , junto con no metales como el selenio . [141]

Alrededor del 10% del carbón es ceniza: [142] la ceniza de carbón es peligrosa y tóxica para los seres humanos y algunos otros seres vivos. [143] La ceniza de carbón contiene los elementos radiactivos uranio y torio . Las cenizas de carbón y otros subproductos sólidos de la combustión se almacenan localmente y escapan de diversas formas que exponen a las personas que viven cerca de las plantas de carbón a la radiación y los tóxicos ambientales. [144]

Daño al medio ambiente

Fotografía aérea del sitio del derrame de lechada de cenizas volantes de carbón de la planta de Kingston tomada el día después del evento

La extracción de carbón y el abastecimiento de carbón de las centrales eléctricas y los procesos industriales pueden causar importantes daños ambientales. [145]

Los sistemas de agua se ven afectados por la minería del carbón. [146] Por ejemplo, la minería afecta los niveles y la acidez de las aguas subterráneas y del nivel freático . Los derrames de cenizas volantes, como el derrame de lechada de cenizas volantes de carbón de la Planta Fósil de Kingston , también pueden contaminar la tierra y las vías fluviales, y destruir hogares. Las centrales eléctricas que queman carbón también consumen grandes cantidades de agua. Esto puede afectar los caudales de los ríos y tiene impactos consecuentes en otros usos de la tierra. En áreas de escasez de agua , como el desierto de Thar en Pakistán , la minería de carbón y las centrales eléctricas de carbón utilizarían cantidades significativas de agua. [147]

Uno de los primeros impactos conocidos del carbón en el ciclo del agua fue la lluvia ácida . En 2014 se liberaron aproximadamente 100 Tg / S de dióxido de azufre (SO 2 ), más de la mitad de los cuales provino de la quema de carbón. [148] Después de su liberación, el dióxido de azufre se oxida a H 2 SO 4 que dispersa la radiación solar, por lo que su aumento en la atmósfera ejerce un efecto de enfriamiento en el clima. Esto enmascara beneficiosamente parte del calentamiento causado por el aumento de los gases de efecto invernadero. Sin embargo, el azufre se precipita de la atmósfera en forma de lluvia ácida en cuestión de semanas, [149] mientras que el dióxido de carbono permanece en la atmósfera durante cientos de años. La liberación de SO 2 también contribuye a la acidificación generalizada de los ecosistemas. [150]

Las minas de carbón en desuso también pueden causar problemas. El hundimiento puede ocurrir por encima de los túneles, causando daños a la infraestructura o las tierras de cultivo. La minería del carbón también puede causar incendios de larga duración, y se ha estimado que miles de incendios de vetas de carbón están ardiendo en un momento dado. [151] Por ejemplo, Brennender Berg ha estado ardiendo desde 1668 y todavía está ardiendo en el siglo XXI. [152]

La producción de coque a partir del carbón produce amoníaco , alquitrán de hulla y compuestos gaseosos como subproductos que, si se descargan en la tierra, el aire o las vías fluviales, pueden contaminar el medio ambiente. [153] La acería de Whyalla es un ejemplo de una instalación de producción de coque en la que se descargaba amoníaco líquido al medio marino. [154]

Incendios subterráneos

Miles de incendios de carbón arden en todo el mundo. [155] Los que se queman bajo tierra pueden ser difíciles de localizar y muchos no se pueden extinguir. Los incendios pueden hacer que el suelo de arriba se hunda, sus gases de combustión son peligrosos para la vida y salir a la superficie puede iniciar incendios forestales en la superficie . Las vetas de carbón pueden incendiarse por combustión espontánea o por contacto con el fuego de una mina o de superficie. Los rayos son una fuente importante de ignición. El carbón continúa volviendo a arder lentamente en la veta hasta que el oxígeno (aire) ya no puede llegar al frente de la llama. Un incendio de pasto en un área de carbón puede incendiar docenas de vetas de carbón. [156] [157] Los incendios de carbón en China queman aproximadamente 120 millones de toneladas de carbón al año, emitiendo 360 millones de toneladas métricas de CO 2 , lo que equivale al 2-3% de la producción mundial anual de CO 2 a partir de combustibles fósiles . [158] [159] En Centralia, Pennsylvania (una ciudad situada en la región del carbón de los Estados Unidos), un expuesta la vena de antracita encendido en 1962 debido a un incendio de basura en el vertedero ciudad, que se encuentra en una abandonada antracita mina a cielo abierto en boxes . Los intentos de extinguir el fuego no tuvieron éxito y continúa ardiendo bajo tierra hasta el día de hoy . Originalmente se creía que la Montaña Ardiente de Australia era un volcán, pero el humo y las cenizas provienen de un fuego de carbón que ha estado ardiendo durante unos 6.000 años. [160]

En Kuh i Malik en el valle de Yagnob , Tayikistán , los depósitos de carbón se han estado quemando durante miles de años, creando vastos laberintos subterráneos llenos de minerales únicos, algunos de ellos muy hermosos.

La roca de limolita rojiza que cubre muchas crestas y montículos en la cuenca del río Powder en Wyoming y en el oeste de Dakota del Norte se llama porcelanita , que se asemeja al "clinker" de desechos de la quema de carbón o la " escoria " volcánica . [161] El clinker es una roca que ha sido fusionada por la combustión natural del carbón. En la cuenca del río Powder, aproximadamente de 27 a 54 mil millones de toneladas de carbón se quemaron en los últimos tres millones de años. [162] Los incendios de carbón salvaje en el área fueron reportados por la Expedición Lewis y Clark , así como por los exploradores y colonos en el área. [163]

Cambio climático

El efecto más grande y a más largo plazo del uso del carbón es la liberación de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que causa el cambio climático . Las centrales eléctricas de carbón fueron el factor que más contribuyó al crecimiento de las emisiones mundiales de CO 2 en 2018, [164] el 40% de las emisiones totales de combustibles fósiles [8] y más de una cuarta parte de las emisiones totales. [165] [nota 1] La minería del carbón puede emitir metano, otro gas de efecto invernadero. [166] [167]

En 2016, las emisiones mundiales brutas de dióxido de carbono derivadas del uso de carbón fueron de 14,5 gigatoneladas. [168] Por cada megavatio-hora generado, la generación de energía eléctrica a carbón emite alrededor de una tonelada de dióxido de carbono, que es el doble de los aproximadamente 500 kg de dióxido de carbono liberados por una planta eléctrica alimentada con gas natural . [169] En 2013, el jefe de la agencia climática de la ONU aconsejó que la mayoría de las reservas de carbón del mundo deberían dejarse en el suelo para evitar un calentamiento global catastrófico. [170] Para mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 ° C o 2 ° C, será necesario retirar anticipadamente cientos, o posiblemente miles, de centrales eléctricas de carbón. [171]

Mitigación de la contaminación

Controles de emisiones en una central eléctrica de carbón

La mitigación de la contaminación del carbón , a veces llamada carbón limpio, es una serie de sistemas y tecnologías que buscan mitigar el impacto ambiental y de salud del carbón ; [172] en particular la contaminación atmosférica de las centrales eléctricas de carbón y del carbón quemado por la industria pesada .

El foco principal es el dióxido de azufre (SO 2) y los óxidos de nitrógeno (NO x) , los gases más importantes que causaron la lluvia ácida ; y partículas que causan contaminación visible del aire, enfermedades y muertes prematuras. El SO 2 se puede eliminar mediante la desulfuración de los gases de combustión y el NO 2 mediante la reducción catalítica selectiva (SCR). Las partículas se pueden eliminar con precipitadores electrostáticos . Aunque quizás sean menos eficientes, los depuradores húmedos pueden eliminar tanto los gases como las partículas. La reducción de las cenizas volantes reduce las emisiones de materiales radiactivos . Las emisiones de mercurio se pueden reducir hasta en un 95%. [173] Sin embargo, la captura de las emisiones de dióxido de carbono del carbón generalmente no es económicamente viable.

Estándares

Los estándares de contaminación locales incluyen GB13223-2011 (China), India, [174] la Directiva de Emisiones Industriales (UE) y la Ley de Aire Limpio (Estados Unidos) .

Monitoreo satelital

El monitoreo satelital ahora se usa para verificar datos nacionales, por ejemplo, Sentinel-5 Precursor ha demostrado que el control chino de SO 2 solo ha tenido un éxito parcial. [175] También ha revelado que el escaso uso de tecnología como la SCR ha provocado elevadas emisiones de NO 2 en Sudáfrica y la India. [176]

Centrales eléctricas de ciclo combinado

Algunas centrales eléctricas de carbón de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) se han construido con gasificación de carbón . Aunque queman carbón de manera más eficiente y, por lo tanto, emiten menos contaminación, la tecnología generalmente no ha demostrado ser económicamente viable para el carbón, excepto posiblemente en Japón, aunque esto es controvertido. [177] [178]

Captura y almacenamiento de carbono

Aunque todavía se está investigando intensamente y se considera económicamente viable para algunos usos distintos al carbón; La captura y almacenamiento de carbono se ha probado en las plantas de energía de carbón de Petra Nova y Boundary Dam y se ha descubierto que es técnicamente factible pero no económicamente viable para su uso con carbón, debido a las reducciones en el costo de la tecnología solar fotovoltaica. [179]

Ciencias económicas

En 2018, se invirtieron 80 mil millones de dólares en suministro de carbón, pero casi todo para mantener los niveles de producción en lugar de abrir nuevas minas. [180] A largo plazo, el carbón y el petróleo podrían costar al mundo billones de dólares por año. [181] [182] El carbón por sí solo puede costar miles de millones a Australia, [183] mientras que los costos para algunas empresas o ciudades más pequeñas podrían ser de millones de dólares. [184] Las economías más dañadas por el carbón (a través del cambio climático) pueden ser India y Estados Unidos, ya que son los países con el mayor costo social del carbono . [185] Los préstamos bancarios para financiar el carbón son un riesgo para la economía india. [129]

China es el mayor productor de carbón del mundo. Es el mayor consumidor de energía del mundo y el carbón en China suministra el 60% de su energía primaria. Sin embargo, se estima que dos quintas partes de las centrales eléctricas de carbón de China generan pérdidas. [114]

La contaminación del aire por el almacenamiento y la manipulación del carbón le cuesta a EE. UU. Casi 200 dólares por cada tonelada extra almacenada, debido al PM2.5. [186] La contaminación por carbón cuesta a la UE 43 000 millones de euros cada año. [187] Las medidas para reducir la contaminación del aire benefician a las personas desde el punto de vista financiero y las economías de países [188] [189] como China. [190]

Subvenciones

Los subsidios totales definidos en términos generales para el carbón en 2015 se han estimado en alrededor de US $ 2,5 billones, alrededor del 3% del PIB mundial . [191] A partir de 2019[actualizar] Los países del G20 proporcionan al menos 63.900 millones de dólares EE.UU. [164] de apoyo gubernamental al año para la producción de carbón, incluida la energía a partir de carbón: muchas subvenciones son imposibles de cuantificar [192], pero incluyen 27.600 millones de dólares EE.UU. en finanzas públicas nacionales e internacionales. 15.400 millones de dólares en apoyo fiscal y 20.900 millones de dólares en inversiones de empresas de propiedad estatal (EPE) por año. [164] En la UE, las ayudas estatales a las nuevas centrales eléctricas de carbón están prohibidas a partir de 2020 y a las centrales eléctricas de carbón existentes a partir de 2025. [193] Sin embargo, la financiación gubernamental para nuevas centrales eléctricas de carbón se está proporcionando a través del Exim Bank of China , [ 194] el Banco Japonés de Cooperación Internacional y los bancos del sector público de la India. [195] El carbón en Kazajstán fue el principal receptor de subvenciones al consumo de carbón por un total de 2.000 millones de dólares EE.UU. en 2017. [196] El carbón en Turquía se benefició de subvenciones sustanciales.

Activos varados

Algunas centrales eléctricas de carbón podrían convertirse en activos varados , por ejemplo, China Energy Investment , la compañía eléctrica más grande del mundo, corre el riesgo de perder la mitad de su capital. [114] Sin embargo, empresas eléctricas estatales como Eskom en Sudáfrica, Perusahaan Listrik Negara en Indonesia, Sarawak Energy en Malasia, Taipower en Taiwán, EGAT en Tailandia, Vietnam Electricity y EÜAŞ en Turquía están construyendo o planificando nuevas plantas. [194] A partir de 2019[actualizar]esto puede estar contribuyendo a causar una burbuja de carbono que podría causar inestabilidad financiera si estalla. [197]

Política

Los países que construyen o financian nuevas centrales eléctricas de carbón, como China, India y Japón, enfrentan crecientes críticas internacionales por obstruir los objetivos del Acuerdo de París . [102] En 2019, las naciones de las islas del Pacífico (en particular Vanuatu y Fiji ) criticaron a Australia por no reducir sus emisiones a un ritmo más rápido de lo que lo estaban, citando preocupaciones sobre las inundaciones costeras y la erosión. [198]

Corrupción

Las denuncias de corrupción se están investigando en India [199] y China. [200]

Oposición al carbón

Protestando por los daños a la Gran Barrera de Coral causados ​​por el cambio climático en Australia
Casas en los árboles para protestar por la tala de parte del bosque de Hambach para la mina a cielo abierto de Hambach en Alemania: después de lo cual se suspendió la tala en 2018

La oposición a la contaminación del carbón fue una de las principales razones por las que el movimiento ecologista moderno comenzó en el siglo XIX.

Transición lejos del carbón

Para cumplir los objetivos climáticos globales y proporcionar energía a quienes no la tienen actualmente, la energía del carbón debe reducirse de casi 10.000 TWh a menos de 2.000 TWh para 2040. [201] La eliminación gradual del carbón tiene beneficios para la salud y el medio ambiente a corto plazo. que superan los costos, [202] pero algunos países todavía prefieren el carbón, [203] y hay mucho desacuerdo sobre la rapidez con la que debería eliminarse gradualmente. [204] [205] Sin embargo, muchos países, como Powering Past Coal Alliance , ya han abandonado el carbón o lo están haciendo; [206] la transición más grande anunciada hasta ahora es Alemania, que cerrará su última central eléctrica de carbón entre 2035 y 2038. [207] Algunos países utilizan las ideas de una " transición justa ", por ejemplo, para utilizar algunas de los beneficios de la transición para proporcionar pensiones anticipadas a los mineros del carbón. [208] Sin embargo, a las islas bajas del Pacífico les preocupa que la transición no sea lo suficientemente rápida y que sean inundadas por el aumento del nivel del mar ; por lo que han pedido a los países de la OCDE que eliminen por completo el carbón para 2030 y a otros países para 2040. [198] En 2020, aunque China construyó algunas plantas, a nivel mundial se retiró más energía de carbón que se construyó: el Secretario General de la ONU también ha dicho que la OCDE los países deben dejar de generar electricidad a partir del carbón para 2030 y el resto del mundo para 2040. [209]

Carbón pico

Una mina de carbón en Wyoming , Estados Unidos. Estados Unidos tiene las mayores reservas de carbón del mundo.

El pico de carbón es el pico de consumo o producción de carbón de una comunidad humana. El consumo mundial de carbón alcanzó su punto máximo en 2013 y había caído ligeramente a fines de la década de 2010. [210] [211] El pico de participación del carbón en la combinación energética mundial fue en 2008, cuando el carbón representó el 30% de la producción mundial de energía. [210] La disminución en el uso de carbón se debe en gran medida a la disminución del consumo en los Estados Unidos y Europa, así como en las economías desarrolladas de Asia. [210] En 2019, la producción aumenta en los países; como China, Indonesia, India, Rusia y Australia; igualó las caídas en los Estados Unidos y Europa, [211] pero el declive estructural del carbón continuó en la década de 2020. [212]

El pico de carbón puede estar impulsado por la demanda máxima o la oferta máxima. Históricamente, se creía ampliamente que el lado de la oferta eventualmente impulsaría el pico de carbón debido al agotamiento de las reservas de carbón . Sin embargo, desde los crecientes esfuerzos mundiales para limitar el cambio climático , el pico de carbón ha sido impulsado por la demanda, que se ha mantenido por debajo del pico de consumo de 2013. [210] Esto se debe en gran parte a la rápida expansión del gas natural y las energías renovables. [210] Muchos países se han comprometido a eliminar el carbón , a pesar de las estimaciones que proyectan que las reservas de carbón tengan la capacidad de durar siglos a los niveles de consumo actuales. En algunos países [ ¿cuáles? ] el consumo de carbón aún puede aumentar a principios de la década de 2020. [213]

Cambiar a combustibles más limpios y generación de electricidad con menos carbono

La generación a carbón produce aproximadamente el doble de dióxido de carbono (alrededor de una tonelada por cada megavatio hora generado) que la electricidad generada al quemar gas natural a 500 kg de gas de efecto invernadero por megavatio hora. [214] Además de generar electricidad, el gas natural también es popular en algunos países para calefacción y como combustible para automóviles .

El uso de carbón en el Reino Unido disminuyó como resultado del desarrollo del petróleo del Mar del Norte y la posterior caída del gas durante la década de 1990. En Canadá, algunas centrales eléctricas de carbón , como la estación generadora de Hearn , cambiaron de carbón a gas natural. En 2017, la energía del carbón en los Estados Unidos proporcionó el 30% de la electricidad, frente al 49% aproximadamente en 2008, [215] [216] [217] debido a los abundantes suministros de gas natural de bajo costo obtenido por fracturación hidráulica de formaciones de lutitas compactas. . [218]

Regiones de carbón en transición

Algunas regiones mineras de carbón dependen en gran medida del carbón. [219]

Empleo

A algunos mineros del carbón les preocupa que sus trabajos se pierdan en la transición. [220] El Banco Europeo de Reconstrucción y Desarrollo apoya una transición justa del carbón . [221]

Biorremediación

El hongo de pudrición blanca Trametes versicolor puede crecer y metabolizar el carbón natural. [222] Se ha descubierto que la bacteria Diplococcus degrada el carbón, elevando su temperatura. [223]

Uso cultural

El carbón es el mineral oficial del estado de Kentucky [224] y la roca oficial del estado de Utah ; [225] Ambos estados de EE. UU. Tienen un vínculo histórico con la minería del carbón.

Algunas culturas sostienen que los niños que se portan mal recibirán solo un trozo de carbón de Santa Claus para Navidad en sus medias navideñas en lugar de regalos.

También es costumbre y se considera afortunado en Escocia y el norte de Inglaterra regalar carbón el día de Año Nuevo . Esto ocurre como parte de First-Footing y representa calidez para el próximo año.

Ver también

  • iconPortal de energía
  • Biochar  : residuo negro ligero, hecho de carbón y cenizas, después de la pirólisis de biomasa
  • Carboquímica
  • Mitigación de la contaminación del carbón  - Serie de sistemas y tecnologías para mitigar la contaminación asociada con la quema de carbón.
  • Ensayo de carbón
  • Mezcla de carbón
  • Homogeneización de carbón
  • Medidas del carbón (unidad estratigráfica)
  • Eliminación de carbón
  • Alquitrán de hulla
  • Problemas medioambientales con el carbón
  • Combustión en lecho fluidizado
  • Combustible fósil  : combustible formado por procesos naturales.
  • Eliminación de combustibles fósiles  : detener la quema de carbón, petróleo y gas
  • Gytta
  • Principales regiones productoras de carbón
  • Minería de remoción de cumbres
  • La cuestión del carbón
  • Tonstein  : una roca sedimentaria compacta y dura que se compone principalmente de caolinita o, con menos frecuencia, de otros minerales arcillosos.
  • Asociación Mundial del Carbón

Referencias

  1. ^ Blander, M. "Cálculos de la influencia de los aditivos en los depósitos de combustión de carbón" (PDF) . Laboratorio Nacional Argonne. pag. 315. Archivado desde el original (PDF) el 28 de mayo de 2010 . Consultado el 17 de diciembre de 2011 .
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Fuentes

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Notas

  1. ^ 14,4 gigatoneladas de carbón / 50 gigatoneladas en total

Otras lecturas

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  • Freese, Barbara (2003). Carbón: una historia humana . Libros de pingüinos. ISBN 978-0-7382-0400-0. OCLC  51449422 .

enlaces externos

  • Transiciones de carbón
  • Asociación Mundial del Carbón
  • Carbón - Agencia Internacional de Energía
  • Coal Online - Agencia Internacional de Energía
  • Investigación del carbón en el Laboratorio Nacional de Tecnología Energética
  • CarbónSalida
  • Asociación europea para el carbón y el lignito
  • Revista de noticias e industria del carbón
  • Rastreador global de plantas de carbón
  • Centro de Investigación sobre Energía y Aire Limpio
  • ‹Ver Tfd›"Carbón"  . Encyclopædia Britannica . 6 (11ª ed.). 1911. págs. 574–93.
  • "Carbón"  . Nueva Enciclopedia Internacional . 1905.
  • "Carbón"  . Nueva enciclopedia de Collier . 1921.

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