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Central térmica de Cercs. Cataluña

Carbón

Carbón

El carbón es un combustible fósil, una roca sedimentaria de origen orgánico. Sus propiedades termodinámicas permiten obtener una gran cantidad de energía calorífica durante su proceso de combustión. La energía obtenida se llama energía fósil. Se presenta de color negro o marrón oscuro.

Es un rercurso natural limitado. La generación es un proceso de varios millones de años, mientras que el consumo de este recurso energético es muy rápido. Por esta razón, se considera una fuente de energía no renovable.

Su elevado poder calorífico se debe a que está formado mayoritariamente por carbono.

Los carbones se pueden clasificar por el porcentaje en carbono que contienen, que está relacionado con el porcentaje de humedad y de impurezas. Según este criterio se pueden distinguir turba, lignito, hulla y antracita.

¿Cuál es el origen del carbón?

El carbón fósil se formó a partir de partes de plantas antiguas. En gran medida, de masas de betún vertidas en la superficie del planeta, sometidas a:

  • Metamorfismo. Resultado de la bajada a grandes profundidades subterráneas.
  • Altas temperaturas.
  • Absencia de oxígeno.

Se cree que la mayor parte del carbón actual se formó durante los períodos carboníferos (hace 280 a 345 millones de años) de la Era Primaria. También en el Pérmico, Triásico y Jurásico se formaron grandes depósitos. En el Cretácico se formó lignito.

Actualmente hay formación de turba en las turberas.

El carbón de Europa, Asia, y América del Norte se formó principalmente en el carbonífero a base de vegetación tropical.

Hemisferio sur

El carbón del hemisferio sur se formó con vegetación de clima frío (tundra).

Las plantas antiguas a través de los cambios geológicos quedaron compactadas, endurecidas, alteradas químicamente. Experimentaron un proceso de metamorfosis por la alta temperatura y la presión.

Hemisferio norte

El carbón del hemisferio norte se formó en ecosistemas de humedales llamados bosques carboníferos.

Al morir las plantas y acumularse en medios acuáticos y zonas pantanosas con poco oxígeno (medios anaerobios) sufren una degradación bacteriana. Para la formación de carbón es necesario que estas condiciones tengan una duración suficientemente larga. Sin erosión en condiciones sedimentarias.

¿Qué tipos de carbón existen?

Existen muchos tipos diferentes. La clasificación del carbón se realiza según determinadas características: inflamabilidad, poder calorífico, porcentaje de materiales no combustibles y humedad.

CarbónLa clasificación más utilizada para el comercio internacional es la siguiente:

  • Antracita.
  • Bituminoso.
  • Sub-Bituminoso.
  • Lignito.

Sin embargo, la mayoría de los países productores tienen su propia clasificación. Por ejemplo, la europea. En la clasificación europea, las principales categorías de carbón se basan en el porcentaje de carbono que contienen. Estas son sus variantes:

  • Turba (50 a 55 %)
  • Lignito (55 a 75 %)
  • Carbón subbituminoso o Lignito negro
  • Hulla (75 a 90 %)
  • Antracita (90 a 95 %): el que tiene mayor proporción de carbono
  • Grafito: carbono puro. Esta variedad no se utiliza como combustible.

Antracita

La antracita es la que más se calienta. Se caracteriza por su alta densidad y brillo. Contiene 95% de carbono. Se utiliza como combustible sólido de altas calorías ( valor calorífico de 6800-8350 kcal / kg).

Tiene el mayor valor calorífico, pero es poco inflamable.

Está formado por carbón con presión y temperatura crecientes a profundidades de aproximadamente 6 km.

Carbón bituminoso

El carbón bituminoso es un carbón relativamente duro que contiene betún, entre el lignito y la antracita.

El contenido calorífico del bituminoso oscila entre los 21 a 30 millones Btu/t (24 a 35 MJ/kg).

Lignito

El lignito es un carbón mineral que se forma por compresión de la turba. La compresión la convierte en una sustancia desmenuzable. En el lignito aún se pueden reconocer restos de materia vegetal.

Es de color negro o pardo. Frecuentemente presenta una textura similar a la de la madera de la que procede.

¿Cuál es la composición del carbón?

El carbón es una roca sedimentaria compuesta por:

  • Elementos orgánicos. En una proporción mayoritaria.
  • Sustancias minerales.
  • Agua. La humedad es variable. Proviene de la que quedó atrapada en el momento de su formación.
  • Gases. Situados en poros submicroscópicos.

El elemento carbono aparece en en un porcentaje superior al 50% en peso y en un 70% en volumen.

La composición y estructura de un elemento transformado en carbón dependen del proceso particular de carbo génesis que éste ha sufrido. En este sentido, para la caracterización de un carbón se hace referencia a su composición petrográfica. La composición petrográfica es la proporción y distribución de sus respectivos macerales y minerales constituyentes.

De esta manera se distinguen, por ejemplo, los carbones húmicos, y los sapropélicos.

Los húmicos compuestos fundamentalmente de vitrinita y que dan lugar a la denominada serie ligno-hullera o natural (por pertenecer la mayoría de los carbones a ella)..

Gas metano

El metano es un gas que se encuentra en las minas de carbón y puede ser el origen de peligrosas explosiones en minas subterráneas. En este contexto específico se le suele llamar grisú.

¿Para qué se usa el carbón? Aplicaciones

El carbón se utiliza mayoritariamente en dos aplicaciones:

  • Como fuente primaria de calor en calderas industriales.
  • Para la obtención de electricidad. Centrales termoeléctricas.

El 75% del carbón mundial se utiliza para producir electricidad. La eficiencia energética global de las centrales de carbón no es muy elevada, alrededor de un 25% -27%.

También tiene otros usos más minoritarios, entre los que se encuentran, por ejemplo, los hornos de cemento y la elaboración de carbón de coque a partir de la hulla para producir acero.

Gasificación y la licuación del carbón

Dos tecnologías con grandes perspectivas de futuro son:

  • la gasificación.
  • la licuación del carbón.

La primera es más antigua. Se usaba ya en el siglo XVIII para obtener lo que entonces se llamaba gas de agua. Actualmente tiene el interés de producir combustibles gaseosos dedos de síntesis (gas natural sintético, hidrógeno, etc. ). Con estos gases se pretende que sean más fáciles de almacenar y de transportar, además de más respetuosos con el medio ambiente, que el carbón sólido.

La licuación se empezó a hacer en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial. La motivación era el deseo de no depender de los demás países para el petróleo y sus derivados. Alemania no tenía yacimientos petroleros pero sí minas de carbón.

A medida que el petróleo se agota en el mundo, esta técnica, directa o indirecta, se hace cada día más ventajosa. Además permite producir combustibles menos contaminantes. Combustibles diseñados para ser más aptos en la automoción.

El combustible líquido obtenido por la licuación de carbón tiene el doble de potencia calorífica que el carbón usado para hacerlo.

¿Qué influencia tiene el carbón con el medio ambiente?

Como otros combustibles fósiles, el carbón, al quemar, emite sobre todo al aire dióxido de carbono (CO2). El dióxido de carbono es el principal gas de efecto invernadero. Favorece el efecto invernadero. Además, su extracción hace aumentar el radón radiactivo del aire. Según como re realiza la extracción se puede contaminar el suelo y el agua para las aguas residuales no convenientemente tratadas.

Una central termoeléctrica de carbón produce también óxidos de nitrógeno (NO y NO2) y dióxido de azufre (SO2). Gases causantes de la lluvia ácida. Los óxidos de nitrógeno además son tóxicos.

El dióxido de azufre se puede reducir considerablemente mediante la desulfuración de los gases en la chimenea con caliza (CaCO3), pero entonces se producen importantes residuos de yeso y más dióxido de carbono. Este proceso no se suele hacer si no es obligado por ley, debido a su elevado coste económico.

El yeso, cenizas y otras partículas sólidas emitidas a la atmósfera se pueden reducir con filtros. La central también hace aumentar las series naturales de radiactivos atmosféricos, principalmente los de la familia del radón.

Historia del uso del carbón

Las Islas Británicas (especialmente ricas en este combustible fósil y donde se inició la revolución industrial) son el primer lugar estudiado donde se detecta el uso de este combustible fósil.

Allí, en el tercer milenio aC se ha comprobado que era un componente de piras funerarias. Hacia el año 200 aC hay evidencias, en la misma zona, de actividad comercial y de ser usado para secar cereales.

Bajo la dominación romana hay menciones del uso esporádico del carbón, pero hasta la Edad Media no adquirió importancia relevante.

Primeras extracción del mineral

El primer carbón utilizado era simplemente recogido de la playa, cuando se agotó esta fuente se tuvo que pasar a la minería. Se empezó a usar masivamente con las primeras aplicaciones de la máquina de vapor, tanto en la industria como el transporte, sobre todo en trenes y barcos. En estos casos, se convertía la energía fósil del carbón en energía mecánica.

En el siglo XX, cuando empezó a ser bastante caro, se empezó a preferir los combustibles fósiles líquidos (derivados del petróleo) para el transporte. A partir de la mitad del siglo el uso de gas natural fue aumentando a favor del petróleo y del carbón en la industria y la obtención de energía. Sin embargo, aún en el siglo XXI se usa el carbón para la obtención de energía térmica (calor) y de electricidad en calderas industriales y centrales térmicas.

Actualmente los principales problemas que presenta son la contaminación y la sostenibilidad, ya que es un recurso natural en vías de agotamiento.

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Fecha publicación: 12 de julio de 2016
Última revisión: 24 de abril de 2020