Camino del negro al verde

Etxebeste Aduriz, Egoitz

Elhuyar Zientzia

El carbón fue, será y será una importante fuente de energía. Así aseguran los expertos que en el futuro aumentará la importancia del carbón. Pero para ello, lo primero que hay que solucionar es el principal problema del carbón: pasar de ser uno de los combustibles más sucios existentes a ser limpio: de negro a verde. Los investigadores están trabajando en ello. No es un reto fácil.
Camino del negro al verde
01/12/2007 | Etxebeste Aduriz, Egoitz | Elhuyar Zientzia Komunikazioa
(Foto: Indiana Office of Energy Defense Development)

Aunque los primeros usos del carbón son muy anteriores, el XVIII. y XIX. En el siglo XX adquirió una gran importancia. El carbón fue uno de los revolucionarios más importantes de la revolución industrial. Entonces se utilizaba para obtener energía mecánica a través de máquinas de vapor, y en el XIX. A principios del siglo XX, incluso para la extracción de gas para iluminar las ciudades. Luego llegó la era de la electricidad y cambió el uso del carbón para producir electricidad.

Thomas Edison puso en marcha la primera central térmica alimentada con carbón de Manhattan en 1882. Desde entonces, el carbón se ha utilizado principalmente para generar electricidad. En la actualidad el carbón sigue teniendo gran importancia. El 40% de la electricidad mundial se obtiene a través del carbón. Y la producción de carbón sigue creciendo año tras año, casi duplicándose en los últimos 25 años.

El carbón es imprescindible para la estabilidad económica de varios países. Combustible que está impulsando el crecimiento económico de China e India. Y EE.UU. y la Unión Europea, por ejemplo, han incluido el carbón en sus planes estratégicos como fuente de energía a considerar en el futuro.

Abundante, barato y negro

Según datos aportados por el Instituto Mundial del Carbón, las reservas conocidas suman casi mil billones de toneladas de carbón. Esto significa que hay carbón para unos 150 años. El petróleo y el gas pueden agotarse en 40 y 60 años. Por otro lado, las reservas de carbón están bastante repartidas por todo el mundo. El carbón está presente en casi todos los países, aunque las mayores reservas se encuentran en EEUU, Rusia y China. Comparando nuevamente con el petróleo y el gas, casi el 70% de ellos se encuentran en Oriente Medio.

O.T. Alken trazó esta sátira sobre la importancia que estaban adquiriendo los motores de vapor en 1831.
O.T. Alken

Teniendo en cuenta estos datos, no es de extrañar que varios países estén interesados en el carbón. De hecho, es el combustible fósil más abundante, es barato y, además, cada uno tiene en su casa.

Pero el carbón es negro

El carbón es básicamente carbono --dependiendo del tipo de carbón puede alcanzar el 70-98% de carbono-. Por ello, al quemar el carbón, el carbono se une al oxígeno, liberando CO 2 más que cualquier otro combustible. Y el CO 2 es transparente, pero sabemos de qué color tiene consecuencias…

Para generar una hora de electricidad con carbón, se emite un kilo de CO 2 (en Estados Unidos, según el MIT). La generación de la misma cantidad de electricidad a partir de gas natural supone un máximo de la mitad de la misma, mientras que la utilización de energía eólica, solar o nuclear no supone la emisión de CO 2. Así, el carbón tiene mucho que ver con el efecto invernadero, que cada año emite 10.000 millones de toneladas de CO 2 a la atmósfera. La quema de carbón es la actividad humana que más CO 2 emite tras los derivados del petróleo quemados en el transporte.

Después del carbono, el hidrógeno es el componente más importante del carbón. Pero también tiene impurezas. Por ejemplo, es habitual tener nitrógeno y azufre. En consecuencia, al quemar el carbón se emiten también óxidos de nitrógeno y azufre (NO x y SO x ) que pueden provocar lluvia ácida. Otras impurezas, como los metales pesados, se liberan como materia particulada y pueden producir smoga.

(Foto: De archivo)

Tecnologías verdes

Sin embargo, en los últimos 25 años se está haciendo un gran esfuerzo por desarrollar tecnologías limpias de carbón. Y en ese camino van los planes de EEUU y la UE. El objetivo es desarrollar estas tecnologías lo más rápido y rápido posible para que el carbón sea más verde.

El carbón se rompe y se quema en una caldera en las centrales térmicas utilizadas hasta la fecha para la generación de electricidad. El calor aportado por esta combustión convierte el agua de los tubos que rodean la caldera en vapor. Este vapor a alta presión mueve las turbinas de vapor. Finalmente, los generadores eléctricos convierten la energía mecánica de las turbinas en electricidad. En la actualidad, así se obtiene el 90% de la electricidad generada a partir del carbón.

Las tecnologías limpias de carbón permiten controlar en gran medida las partículas NO x , SO x y otras que se liberan al quemar carbón en modernas centrales. Por un lado, el carbón puede ser limpiado previamente mediante diversos procedimientos, eliminando en parte el azufre y las impurezas minerales. Esto permite reducir la ceniza a la mitad. Además, el carbón tratado de esta forma puede aumentar la eficiencia de las centrales, por lo que se debe emitir menos CO 2 que de lo contrario para obtener la misma cantidad de electricidad.

También se pueden tratar los gases de escape tras la combustión. Los filtros y precipitadores electrostáticos permiten la recogida del 99,5% de las partículas. Otros procedimientos permiten reducir los óxidos de azufre y de nitrógeno en un 99% y 80-90% respectivamente.

La reducción de emisiones de CO 2 es otra cuestión. Y ese es precisamente el mayor reto actual. Una forma de hacerlo es aumentar la eficiencia de la transformación de energía. De esta forma, a mayor eficiencia, mayor electricidad se obtiene con la misma cantidad de combustible y, en proporción, menor emisión de CO 2.

La reducción de las emisiones de CO 2 es el mayor reto de las centrales actuales.
Banjo

La eficiencia media de las centrales es del 30%. Pero a medida que la tecnología avanza la eficiencia de las centrales va en aumento. En las denominadas centrales supercríticas y ultrasupercríticas, el vapor se somete a temperaturas y presiones superiores, lo que permite una eficiencia del 40-50%.

Existen centrales de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC). En los planes de embellecimiento del carbón, se apuesta sobre todo por este tipo de centrales. En estas centrales, en lugar de quemar directamente el carbón, se gasifica primero. Para ello, el carbón es tratado con oxígeno y vapor de agua a presión. El resultado de esta reacción es una mezcla de gases compuesta principalmente por monóxido de carbono e hidrógeno: gas de síntesis.

Posteriormente, este gas de síntesis se mueve fácilmente por una turbina de gas. Sin embargo, los gases de combustión resultantes todavía tienen suficiente calor para evaporar el agua. Y ese vapor mueve otra turbina. Ambas turbinas, por tanto, funcionan en ciclo combinado para producir electricidad. De esta forma se consigue una alta eficiencia del 40-50%. Además, el gas de síntesis puede purificarse antes de ser quemado para reducir las emisiones de NO x y SO x en un 95-99%.

No obstante, el aumento de la eficiencia permite reducir las emisiones de CO 2 en un máximo de un 25-30%. Pero si se quiere recalentar el carbón, será más necesario. Las emisiones de CO 2 deben reducirse mucho más hasta su eliminación si es posible. Para lograrlo, los investigadores investigan tecnologías de captura y almacenamiento de carbono. El objetivo es capturar y almacenar CO 2 de la combustión o gasificación del carbón en lugares seguros para evitar que llegue a la atmósfera.

De hecho, la tecnología de captura de CO 2 está desarrollada y se utiliza para la industria alimentaria y química para obtener CO 2 puro. Sin embargo, para poder utilizarla en gran volumen es necesario un mayor desarrollo de esta tecnología.

Por combustión del gas de síntesis se mueve una turbina de gas.
Siemens

Es posible capturar CO 2 de los gases de escape de las centrales convencionales, por lo tanto, pero debería trabajarse con grandes volúmenes y además de ser costoso, sería necesario disponer de mucha energía. Por lo tanto, es posible que no sea rentable en este tipo de centrales. En las centrales IGCC, por el contrario, se puede recuperar el CO 2 antes de que se queme el gas de síntesis. Para ello es necesario realizar una conversión de monóxido de carbono en el gas de síntesis: con la ayuda del catalizador adecuado, el CO reacciona con el vapor de agua dando CO 2 y H 2. En este caso, el CO 2 estaría más concentrado y sería más fácil separarlo del gas de síntesis. Eliminando el CO 2 quedaría el hidrógeno que se utilizaría como combustible. Hay que tener en cuenta, por tanto, que las centrales IGCC pueden ser también una forma de obtener hidrógeno a partir del carbón.

Una vez atrapado el CO 2, hay que guardarlo en lugar seguro. Para ello, los expertos proponen comprimir y enterrar el CO 2 en rocas porosas o acuíferos salinos, por ejemplo. Según un informe del Grupo Intergubernamental sobre Cambio Climático (IPCC) del año 2005, la probabilidad de que un depósito geológico bien seleccionado conserve más del 99% del CO 2 es muy elevada durante 100 años y elevada durante 1.000 años.

Cicatrices rojas

Pero si todo esto se consigue --obtener energía de carbón sin emisión de CO 2 ni de otros contaminantes -, a este carbón verde todavía le quedarían cicatrices. La producción de carbón es una industria bastante destructiva. Por un lado, se trata de una actividad peligrosa para el ser humano que genera numerosos problemas de salud --según datos oficiales, en 2005 murieron 6.000 personas en China por motivos relacionados con las minas de carbón (enfermedades, accidentes...)-. Y por otro lado, las minas de carbón tienen un gran impacto en el medio ambiente: los bosques y las montañas quedan solos y rojos, se contaminan el agua y el aire, se emite metano (efecto invernadero)...

Es posible que también en la producción de carbón se pueda mejorar mucho. Pero, ¿realmente se puede obtener carbón verde?

Las minas de carbón tienen un gran impacto ambiental.
Convenio

Es difícil y caro atrapar el CO 2 de las centrales actuales. Y para ello habría que utilizar gran parte de la energía extraída. En las centrales IGCC, por el contrario, la central es muy cara. Sin embargo, en ellos, por el contrario, sería más rentable recoger CO 2. En cualquier caso, lo más económico será seguir emitiendo CO 2. Y mientras los números sean rojos, ¿quién empezará a atrapar carbono?

Para ello será necesario adoptar medidas que incrementen el coste de vertido de CO 2 respecto a la captura. Por ello, los expertos proponen desarrollar una normativa de carbono adecuada.

Verde, rojo o negro, parece que el carbón tan importante en el pasado vuelve a recuperarse. La tecnología puede ayudar a que el consumo de carbón no sea tan sucio. Pero habrá que ver dónde queda el carbón en ese camino de negro a verde y el color que toma.

Carbón líquido
Además de la electricidad, el carbón puede utilizarse como combustible de transporte. Y no hablamos de locomotoras antiguas.
(Foto: De archivo)
El carbón puede licuarse. Para ello existen dos formas principales. En la licuefacción directa, el carbón se disuelve y, posteriormente, los componentes son hidrogenados mediante catalizadores. En la licuefacción indirecta, por su parte, el carbón se gasifica primero y, una vez eliminadas las impurezas, se liquida mediante síntesis catalítica.
De esta forma se obtiene carbón líquido. Puede utilizarse de forma similar al petróleo para obtener combustibles u otros derivados para el transporte --plásticos, disolventes, etc.- . En definitiva, el carbón puede ser sustituto del petróleo. Y como el carbón es más barato, puede tener una gran importancia económica.
Etxebeste Aduriz, Egoitz
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2007
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Energía; Medio Ambiente
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