El carbón y el cambio climático

El continuo crecimiento de la demanda energética del planeta  (un 3.4% anual) está llevando a replantearse a muchos países el volver a utilizar el carbón como una de sus principales fuentes energéticas. Según diversos estudios llevados a cabo por el World Coal Institute, se estima que para el 2030 el consumo energético sea un 80% superior al actual, estimándose que el 25% del total provendrá del carbón.

Ya en la actualidad, países como Polonia o Sudáfrica producen más del 90% de su electricidad gracias al carbón, mientras que grandes potencias como la República Popular China o los Estados Unidos de América obtienen el 78% y 50% de su energía respectivamente del carbón.

Ello se debe principalmente a su relativa abundancia, con unas reservas mundiales estimadas en unos 700 billones de toneladas métricas (lo que daría para unos 200 años al ritmo de consumo actual), y al bajo coste que implica producir energía eléctrica del carbón comparado con otras fuentes, tales como el gas natural o el petróleo.

Pero el problema al que se enfrenta el uso masivo del carbón es la contaminación. Por tanto, para conseguir que el carbón sea una fuente de energía factible, es preciso hacer de él un material sostenible; esto es, que sea capaz de satisfacer las necesidades energéticas de un modo seguro y con el menor impacto medioambiental, sin olvidarnos por supuesto de su rentabilidad económica y social. 

No tenemos más que hojear los libros de historia para comprobar como el carbón, a lo largo de la historia de su explotación y uso, ha supuesto innumerables problemas medioambientales, ya sea desde un punto de vista macroscópico como es la producción de gases de efecto invernadero, o desde un punto de vista más microscópico en la contaminación ambiental de los núcleos urbanos, siendo Londres a mediados del siglo pasado o Pekín en la actualidad lo máximos exponentes de atmósferas sucias.

Es por ello que se precisan una serie de medidas que permitan un aumento de la eficiencia de la producción energética, y una disminución de las emisiones contaminantes así como de los gases de efecto invernadero resultantes de su utilización.

En la actualidad, dependiendo de lo evolucionado –y rico- que sea un país, la eficiencia que se obtiene de la quema del carbón oscila entre el 29-39%, algo que si lo comparamos con un motor de gasolina (aproximadamente un 18%) está bastante bien, pero todavía queda lejos del 99% de eficacia de un motor eléctrico.

Por tanto, la ciencia industrial se encuentra experimentando en la creación de nuevas centrales térmicas que puedan alcanzar cotas de efectividad del 40-46% (las denominadas centrales de tecnología supercrítica) o incluso del 50-55% (las de tecnología ultrasupercríticas), aunque estas últimas sólo se encuentran siendo desarrolladas por países con una capacidad económica muy alta, tales como Alemania, Estados Unidos o Japón.

Esta mejora en la efectividad permitiría que con la misma cantidad de combustible se obteniese mayor energía, por lo que a la larga se producirían un menor número de emisiones de gases contaminantes.

Dentro del desarrollo de nuevas técnicas, encontramos también las llamadas centales de gas natural de ciclo combinado, que consisten en centrales en las que el carbón se hace reaccionar en una atmósfera formada exclusivamente por oxígeno, formando un gas resultante denominado “syngas“, el cual se utiliza como fluido para mover unas turbinas de alta velocidad que generan electricidad. Sus principales ventajas son que tienen una eficiencia próxima al 50%, y se reduce la emisión de nitratos y sulfatos en un 95-99%, gracias a que se usa el oxígeno en vez de aire corriente.

Otro método para reducir las emisiones contaminantes es la tecnología de limpieza del carbón, que consiste en como dice el propio nombre, en “lavar“ el carbón para que éste pierda sus impurezas tales como azufre, cenizas y demás. Los diversos tipos de limpieza pueden ser:

• Limpieza física: mediante separación por densidades en una cubeta con fluidos.
• Columna de flotación: método similar al anterior, pero donde el carbón está extremadamente machacado.
• Limpieza biológica: se hace uso de una serie de bacterias que se alimentan del azufre, ya sea orgánico o mineral (pirita). Pueden llegar a eliminar el 99% del azufre contenido.
• Limpieza química: mediante diversas reacciones químicas, se van eliminando las impurezas. Se puede llegar a eliminar algo más del 50% del azufre mineral.

Como vemos, existen diversos métodos para conseguir refinar el carbón y que este produzca unos residuos menos contaminantes. Pero al final seguimos encontrándonos con el mismo problema; se producen una serie de desechos.

Para solucionarlo, desde hace tiempo se viene usando una solución denominada como “secuestro del CO2“, que consiste en capturar, transportar y almacenar los gases resultantes.

La captura se puede realizar tanto en las mismas plantas energéticas como en otros procesos industriales o en producciones asociadas a gas. El momento de la captura puede ser antes, durante o después de la combustión, que es lo que se denomina captura de pre-combustión, oxi-combustión y post-combustión. Dependiendo cuando se vaya a realizar la captura, el proceso de quemado del carbón se realizará de un modo u otro, tal como podemos apreciar en la siguiente gráfica:

En la pre-combustión, el syngas producido por la gasificación del carbón es transformado mediante procesos químicos en corrientes de CO2 y H2, que son recuperadas en un 90-95%, siendo este el método más eficiente de todos.

En el caso de la oxi-combustión, la combustión se realiza mediante oxígeno en vez de aire, por lo que se evita la entrada de volátiles tales como nitrógeno o azufre. El resultante es una corriente de dióxido que potencialmente se puede capturar en su totalidad.

Por último, la post-combustión consiste en la captación del CO2 mediante métodos químicos una vez que se ha producido la combustión,

Una vez que se tiene el gas almacenado, se transporta mediante tuberías a alta presión (8 MPa) o en grandes transportes terrestres o marítimos hasta el lugar de almacenamiento.

Los lugares preferidos para almacenar estos gases son las partes profundas del océano, a más de mil metros de profundidad, donde son disueltos en el propio agua o se forman pequeños lagos del gas licuefactado. Técnicamente, como dicen los expertos, no hay límite a la cantidad de CO2 que se puede disolver en el océano, por lo que parece la solución perfecta, al menos teóricamente.

Otro lugar predilecto son las formaciones geológicas, tales como formaciones salinas, donde el gas se introduce en formaciones subterraneas en donde queda sellado por rocas impermeables.

También se suele introducir en antiguos campos petrolíferos, inyectándose en las bolsas de pretroleo ya agotadas, o en las que se encuentran en producción para ayudar a su extracción, ya que la alta presión a la que es inyectada el dióxido de carbono empuja el petroleo existente.

Por último, se puede almacenar en minas de carbón no productivas, canalizando el CO2 hasta las vetas de carbón, donde éste lo absorbe, desplazando otros gases que estén presentes, como el metano, el cual se puede recuperar y utilizar industrialmente.

La pregunta que nos tenemos que hacer ahora es, ¿son realmente seguros estos procesos? La respuesta es que “más o menos“, ya que aunque las pérdidas estimadas para los 100 años son de menos del 1% y del 3% para el milenio, existen ciertos riesgos de fugas, ya sea a nivel mundial, que provocaría una emisión importante de gases de efecto invernadero, como a nivel local, lo que puede provocar la contaminación de poblaciones locales.

Así que visto lo visto, es el momento de recapacitar sobre la ‘rentabilidad’ de dichas soluciones ante el futuro energético que nos espera, planteándonos si merece la pena llevar a cabo tal despliegue de medios y tiempo para una solución útil para un par de siglos, o si por el contrario, dicha mejora es precisa y necesaria para que esos dos siglos puedan alargase más años, permitiendo a los países que se encuentran en plena fase de desarrollo contar con una producción energética bastante más eficiente que ahora y con materias primas más baratas que las que pueden requerir otras fuentes energéticas como los paneles solares o la energía nuclear.