sábado, 29 de enero de 2011

El Carbón: Abundante y Contaminante

Carbón: Origen, Tipos y Aplicaciones

El carbón es un combustible fósil, resultado final de una serie de transformaciones sobre restos vegetales acumulados en lugares pantanosos, lagunas y deltas fluviales, principalmente durante el período carbonífero de la Era primaria.

Por acciones químicas diversas y variaciones de presión y temperatura a lo largo de grandes intervalos de tiempo estos vegetales se transforman en carbón en un proceso llamado carbonización. De forma resumida se puede decir que tras la fase de depósito de los vegetales comienza la acción de las bacterias anaerobias(sobre la celulosa y la lignina fundamente).

Los cambios que dan lugar a la transformación de madera en carbón son de dos tipos: químicos y estructurales. En los químicos se va desprendiendo hidrógeno y oxígeno a medida que la proporción de carbono aumenta. En algunos casos (como en la antracita) llega a constituir casi la totalidad del producto resultante.

Existen también cambios estructurales. La estructura fibrosa de la madera se transforma en estructura microcristalina distinta para cada variedad de carbón, y su color cambia de pardo a negro.

Existen cuatro tipos de carbones diferentes, debido a las distintas clases de vegetal del que proceden y sobre todo a la duración y condiciones (presión y temperatura del proceso de carbonización). Estos son:

Antracita: es un carbón duro, totalmente carbonizado. Muy compacto y brillante. Con brillo nacarado y color negro.

Hulla: es un carbón duro, totalmente carbonizado. Color negro lustroso. Brillo nacarado a bandas brillantes y mates.

Lignito: negruzco. Es un carbón blando perteneciente (como la turba) a épocas posteriores al carbonífero, por lo que no ha sufrido el proceso de carbonización completo. Tiene aspecto de madera quemada y brillo a trozos.

Turba: es el más reciente de los carbones. Es blando, de color marrón, mate, ligero de peso y en él se observan todavía restos de plantas.

La potencia calorífica de estos carbones varía de 2.000 a 7.000 kcal/kg, desde la antracita y hulla hasta lignito y turba. Asimismo, su humedad oscila del 3% hasta el 40% y las sustancias volátiles pueden ir desde el 8% hasta el 50%.

Como principal impureza tenemos el azufre (S) y el nitrógeno (N), que al quemarse el carbón se liberan en forma de SO2 y NOX para unirse posteriormente al vapor de agua y producir las lluvias ácidas.

Además está el CO2, penalizado por el protocolo de Kioto. En la actualidad hay importantes investigaciones para el secuestro del CO2 emitido mediante su bombeo a formaciones geológicas y la aplicación de sistemas de filtrado de los gases antes citados.

Las aplicaciones más importantes del carbón son:
• Como combustible doméstico e industrial.
• Como reductor en la siderurgia.
• Como combustible en las centrales térmicas.
La antracita se utiliza fundamentalmente como combustible doméstico e industrial.

La destilación seca de la hulla da lugar a cuatro fracciones: amoníaco, alquitrán, gas natural y coque. Este último (duro, resistente y poroso) se utiliza en la metalurgia del hierro y del acero (siderurgia).

El lignito se emplea fundamentalmente en las centrales térmicas para obtener de él energía eléctrica.

La turba se utiliza como combustible doméstico.


Centrales Térmicas de Carbón

Una central termoeléctrica es una instalación en donde la energía mecánica que se necesita para mover el rotor del generador, y por tanto obtener la energía eléctrica, se obtiene a partir del vapor formado al hervir el agua en una caldera.
El vapor generado tiene una gran presión, y se hace llegar a las turbinas para que en su expansión sea capaz de mover los álabes de las mismas.

Las centrales termoeléctricas consumen carbón, fuelóleo o gas natural.

En dichas centrales la energía de la combustión del carbón, fuelóleo o gas natural se emplea para hacer la transformación del agua en vapor.

Una central termoeléctrica se compone de una caldera y de una turbina que mueve el generador eléctrico. La caldera es el elemento fundamental, y en ella se produce la combustión del carbón, fuelóleo o gas.



Riesgos e Impacto Ambiental de las Centrales Termoeléctricas de Carbón

Los riesgos del empleo del carbón para producir energía eléctrica se localizan en el ciclo de la minería del carbón, en las fases de construcción y en la operación y explotación de la central:

La minería produce un elevado riesgo de enfermedades respiratorias en los trabajadores, además de enfermedades de tipo nervioso, por inhalación de polvo procedente del proceso de extracción del carbón.

La minería del carbón presenta una incidencia ambiental que puede variar según sea a cielo abierto o a través de pozos. Ambas modalidades tienen un problema en común que es el de las escombreras, cuyo control ambiental, construcción de depósitos estables y cubrimientos de éstos para evitar su disgregación, implica un aumento significativo de los costos de explotación.

Cuando la minería del carbón se realiza a través de pozos, de todos es conocida la peligrosidad y el riesgo que para la vida y salud de los mineros representa esta modalidad, y bien merece recordarse que la vida humana es, desde el punto de vista del medio ambiente, el bien superior.

• Durante la construcción los riesgos no son superiores a los de otras actividades industriales, que tienen una frecuencia de ocurrencia característica de la instalación de construcciones civiles de gran envergadura.
En ningún caso suelen ser de tipo catastrófico.

• En la fase de explotación hay riesgos para la salud de los trabajadores como son: enfermedades respiratorias por la existencia de polvo de carbón, y posible pérdida de capacidad auditiva por ruidos excesivos.

Para el público en general, el riesgo se debe a los gases de combustión (SO2, CO, NOx), hidrocarburos, materia orgánica, cenizas, metales y radionucleidos, que ocasionan enfermedades respiratorias, toxicidad y cáncer. Además, por la producción de gran contenido de cenizas, se puede producir contaminación de aguas subterráneas. Hay que señalar también las lluvias ácidas.

El impacto ambiental que producen estas centrales hay que valorarlo en el tiempo, y en su medio local, regional o global.

A corto plazo y en su entorno se produce una contaminación superficial y de aguas subterráneas, por los gases de combustión, y por las cenizas.

En el entorno regional por las emisiones de SO2 y NOx puede producirse deforestación.

De forma global y a más largo plazo, se produce un cambio en el ecosistema local, y estas centrales tienen una participación importante por el CO2 en el efecto invernadero.

También es cierto que se están desarrollando tecnologías de secuestro del carbono y limpieza de gases que disminuyen dichos efectos.


Consumo y Reservas Mundiales de Carbón

El carbón continúa teniendo una notable relevancia dentro del consumo mundial ya que actualmente cubre en torno al 25% de la demanda energética mundial, situándose todavía como la segunda fuente primaria, únicamente superada por el petróleo, pero aventajando al gas natural, a la energía nuclear y a la hidroelectricidad.

Así pues, el carbón aún ocupa hoy un lugar muy importante dentro de un sector tan fundamental para la economía mundial como es el energético. Sin embargo, este relevante papel no debe enmascarar el continuo declive que el carbón viene experimentando desde poco después de la Primera Guerra Mundial, retroceso solo interrumpido por la breve y efímera recuperación de finales de los 70 y comienzos de los 80, a causa de los dos choques petroleros.

En consecuencia, el carbón acumula dentro de la estructura energética mundial dos características de distinto signo: es muy importante por las enormes reservas disponibles, pero debe resolver su carácter contaminante y la penalización de emisiones de CO2 del protocolo de Kioto.



Los recursos estimados de carbón son ingentes. Según los más recientes cálculos del Consejo Mundial de la Energía son superiores al billón de toneladas, cantidad que se reparte casi a partes iguales entre hulla y antracita (519.700 millones de toneladas) y lignito (524.130 millones de toneladas). Para mejor valorar la magnitud de estas cifras utilizaremos el típico indicador Recursos/ Producción, que nos da el número de años durante los cuales se podría mantener una producción como la actual bajo la hipótesis de que no se descubrieran nuevos recursos. Pues bien, en el caso del carbón habría recursos para más de dos siglos y medio.



Costes
En el caso del carbón, la inversión depende del poder calorífico del combustible: cuanto mayor sea éste, la inversión será menor, aunque también hay que tener presente los costes generales de la reducción de las emisiones a la atmósfera y los correspondientes a la penalización de emisiones del protocolo de Kioto.




El Carbón en España

El Carbón en el Balance Energético español de Energías Primarias
El carbón hasta hace bien poco era la segunda energía primaria por su aportación al consumo bruto, pero ha cedido su puesto al gas.




El Carbón español: Un Combustible muy Caro que necesita Subvenciones
Los cálculos y estimaciones de nuestra riqueza carbonífera no son precisamente escasos, disponiéndose de una exhaustiva y actualizada información al respecto. Sobre esa base cabe afirmar que la disponibilidad de recursos carboníferos en España es alta en términos geológicos, cifrándose en unos 4.300 millones de toneladas. Ese total se distribuye en 2.300 millones de toneladas de hulla y antracita, 1.500 millones de lignito negro y 300 millones de lignito pardo.

Sin embargo, la evaluación económica reduce considerablemente esas cifras, situándose las reservas recuperables en 1.450 millones de toneladas (850 de hulla y antracita, 400 de lignito negro y 200 de lignito pardo). Incluso existen cálculos más pesimistas basados en las dificultades y carestía de la explotación de nuestros yacimientos.

Potencia y Consumo Eléctrico de Centrales Térmicas de Carbón en España

Potencia Eléctrica española en Régimen Ordinario: 12.000 MW con Centrales Térmicas de Carbón

La producción eléctrica de estas centrales en 2010 ha descendido según los últimos avances estadísticos de UNESA, desde un 12,6% en 2009 hasta un 8,5% en el último año, algo que ha provocado fuertes tensiones sociales en las cuencas mineras. No debemos olvidar que por normativa de la UE, las subvenciones al carbón no podrán mantenerse.

sábado, 15 de enero de 2011

Geotermia: Una Renovable Interesante y no Utilizada en España

Concepto

Geotermia es una palabra de origen griego que significa tierra (geos) y calor (thermos): El calor de la tierra. Se aplica tanto a la ciencia que estudia los fenómenos términos internos del planeta como a los procesos industriales para aprovechar dicho calor en electricidad o en calor útil para el ser humano.

El resultado de esta estructura es que el 99% de la masa de la tierra está sometida a temperaturas mayores de 1000ºC y sólo un 0,1% soporta temperaturas por debajo de 100ºC.

Los orígenes del calor interno de la tierra son:
1. Desintegración de isótopos radiactivos presentes en la corteza y en el manto. Principalemente uranio 235, uranio 238, torio 282 y potasio 40.
2. Calor inicial liberado hace 4.500 millones de años en la formación del planeta y que todavía está llegando a la superficie.
3. Movimientos diferenciales entre las diferentes capas, especialmente entre manto y núcleo.
4. Cristalización del núcleo: El núcleo externo (líquido) se cristaliza continuamente, liberando calor en la zona de transición con el núcleo interno (sólido).

Las grandes diferencias de temperatura entre el núcleo y la superficie de la tierra, originan un flujo continuo de calor, cuantificado en 42 billones de julios por segundo. Obviamente, sólo podemos aprovechar una fracción muy pequeña a día de hoy.


Aplicaciones y Tipos de Energía Geotérmica

Se establecen las cuatro categorías siguientes de energía geotérmica, en función de la temperatura del fluido geotermal:

1. Alta temperatura: Más de 150ºC
Permite transformar directamente el vapor de agua en energía eléctrica.

2. Media temperatura: Entre 90 y 150ºC.
Permite producir energía eléctrica utilizando un fluido de intercambio, que es el que alimenta a las centrales.


3. Baja temperatura: Entre 30 y 90ºC.
Su contenido de calor es insuficiente para producir energía eléctrica, pero es adecuado tanto para calefacción de edificios como para determinados procesos industriales y agrícolas.


 
4. Muy baja temperatura: Menos de 30ºC
Se puede emplear en calefacción y climatización con la ayuda de bombas de calor.
Los principales sistemas de captación son los siguientes:

Con el siguiente esquema de funcionamiento de una bomba de calor geotérmica:




La tabla siguiente resume los principales usos de la energía geotérmica en función de la temperatura:


Ventajas y Desventajas de la Energía Geotérmica

Se trata de una energía renovable, limpia, abundante y local. Su vida útil es muy elevada.
Su coste de operación y mantenimiento es bajo.
Los beneficios sobre el empleo local son elevados: Mano de obra intensiva.
Es compatible y puede funcionar de forma complementaria a otras energías renovables.
Desventaja: La inversión es algo elevada (unos 20.000 eur para climatizar) pero se puede amortizar en un periodo menor de 15 años (y mayor de cinco).


Principales Datos relativos a la Energía Geotérmica














Fuente: Guía de la Energía Geotérmica
 http://www.madrid.org/cs/Satellite?blobcol=urldata&blobheader=application%2Fpdf&blobheadername1=Content-Disposition&blobheadervalue1=filename%3DGuia+de+la+Energia+Geotermica.pdf&blobkey=id&blobtable=MungoBlobs&blobwhere=1202762551437&ssbinary=true