"Quiero hablar de un viaje que he estado haciendo, un viaje más allá de todas las fronteras conocidas..." James Cowan: "El sueño del cartógrafo", Península, 1997.

martes, 20 de mayo de 2008

El carbón y el Medio Ambiente

Fuente:

http://www.catamutun.com/produc/carbon/ambiente.html



















Comúnmente se asocia al carbón un sucia e injustificada imagen. Pudo existir en el pasado una razón para pensar de esta manera acerca del carbón; de la revolución industrial se recuerdan áreas cubiertas por oscuras brumas. Aunque, en ese entonces, el humo era visto como un símbolo de progreso económico. Londres y otras ciudades europeas sufrieron de neblinas agravadas por la ineficiente combustión del carbón en incontables chimeneas domésticas. Hoy sin embargo, esto debe quedarse en los libros de historia. El carbón puede ser quemado limpia y efectivamente en todo el mundo, usando tecnologías que están mejorando permanentemente.

La tendencia industrial apunta hacia controles más estrictos en las emisiones, más eficiencia y automatización. Quizá la innovación más grande está en el uso de análisis instantáneos de los gases de combustión y análisis de oscurecimiento del humo, que permiten que los sofisticados controles de combustible y otros minimicen las emisiones y maximicen la eficiencia.

Las pilas o hacinamientos de carbón y los tiraderos de ceniza pueden ser importantes fuentes de polvo. No se deben permitir las pilas de ceniza seca; si se apila temporalmente la ceniza en espera de su eliminación, se debe mantener mojada. Las pilas de carbón también se deben mantener húmedas y, de ser necesario, tratarlas con un agente humectante.

En el tratamiento del ruido, se aplican los reglamentos generales para ruidos industriales. El equipo alimentado por carbón con su mayor requerimiento de exceso de aire y más manejo mecánico, tiende a ser más ruidoso que el de petróleo o gas. El ruido se puede reducir con una buena conservación y con el tamaño correcto de los componentes; pero, por lo general, es necesario poner los molinos pulverizadores dentro de un alojamiento a prueba de ruido.

En el caso del agua, no se permite que haya cenizas y polvo en el alcantarillado para agua pluvial; por tanto, es necesario ponerle a las pilas una especie de terraplén (bund). Toda el agua de lavado de pisos debe pasar a un tanque de sedimentación antes de descargarla en el alcantarillado. Los sólidos del tanque se eliminan junto con la ceniza.

Energía y Emisiones

El desarrollo del mundo moderno está basado en la disponibilidad de energía calórica, electricidad y el mejoramiento del transporte. En décadas recientes, tanto las industrias como el público han reconocido la creciente necesidad de preservación del ambiente. Se han desarrollado tecnologías para mejorar el desempeño ambiental de los procesos que usan carbón, por ejemplo, el uso de precipitadores electrostáticos y/o filtros de mangas para que las plantas no emitan humo y polvo negros.

Más recientemente, dos grandes asuntos denominados "lluvia ácida" y "efecto invernadero" son el foco de atención internacional en el tema ambiental. Los problemas ocasionados por las emisiones fueron inicialmente atenuados con la construcción de chimeneas altas para mejorar la dispersión, pero en algunas partes del mundo se hizo obvia la presencia de problemas más serios, aparentemente por las emisiones de gases tales como el óxido de azufre (SOx). El daño sufrido por los árboles y la acidificación de lagos en regiones de Europa y América, condujeron al debate de la lluvia ácida. Mucha de la culpa se le ha atribuido al carbón y otros combustibles quemados en plantas termoeléctricas, los cuales emiten SOx y oxido de nitrógeno (NOx) durante la combustión. Estos gases reaccionan químicamente con el vapor de agua y otras sustancias de la atmósfera para formar ácidos, los cuales caen con las lluvias. La industria desarrolló la opción de utilizar carbones de bajo azufre y realizó los cambios necesarios para reducir las emisiones de SOx y NOx hasta llegar a niveles tolerables de emisión. Sin embargo, también a través de estudios científicos se ha demostrado que el problema tiene otras causas de naturaleza humana y en algunos casos originados en la misma naturaleza.

Las modernas tecnologías que se desarrollan en la actualidad permiten aún mayores reducciones de emisiones durante las distintas etapas de combustión ó gasificación.

El efecto invernadero empezó a recibir especial atención desde el comienzo de los años 80. Este fenómeno natural se refiere al calentamiento de la superficie de la tierra, causado por el efecto que el vapor de agua y ciertos gases presentes en la atmósfera ejercen sobre el equilibrio de radiación en la tierra. De la radiación solar de "Onda Corta" que alcanza la tierra, casi dos terceras partes se absorben en la superficie terrestre y el resto se refleja y devuelve al espacio como radiación infrarroja de onda larga.

Ciertos gases, conocidos como gases de invernadero, absorben esta radiación de onda larga y la reflejan para calentar la superficie terrestre. Sin el efecto invernadero o de re–radiación atmosférica, la temperatura promedio de la tierra sería cerca de 330ºC más fría de lo que es actualmente y el mundo sería inhabitable. Los gases de efecto invernadero incluyen vapor de agua, dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) y, en años recientes, los halocarbonados y sus sustitutos (HFCs y PFCs), así como los hexafluoruros de azufre (SF6).

El vapor de agua es el componente más activo en la atmósfera y es responsable, en cerca del 75% del efecto invernadero natural. El papel del agua en el sistema climático es crucial y extremadamente complejo; su concentración en la atmósfera y su distribución en las nubes son principalmente determinados por las condiciones climáticas. La actividad humana ha tenido poco ó ningún efecto directo en las concentraciones atmosféricas de vapor de agua.

Existe preocupación de que el efecto invernadero está siendo alterado debido al incremento de concentraciones de gases de invernadero, como resultado de las actividades humanas. Este "Incremento del Efecto Invernadero" es también popularmente referido como "Calentamiento Global", una teoría que sugiere que el incremento del efecto invernadero conducirá a un incremento en la temperatura de la superficie de la tierra.

El incremento en los niveles de CO2 en la atmósfera puede ser atribuido a la combustión de combustibles fósiles, a la deforestación, la industria de cemento y a cambios en las prácticas de labores agrícolas. Sin embargo, el CO2 no es el único gas que contribuye al incremento del efecto invernadero. La concentración atmosférica de metano es hoy más del doble que la de hace 200 años. Este incremento es el resultado de la producción de arroz en campos pantanosos, actividades agrícolas, la disposición de desechos, la descomposición de la vegetación en represas y en menor grado, las fugas de las tuberías de gas natural y el gas que liberan las actividades de extracción de carbón.

Hay muchas fuentes de pequeñas cantidades de N2O, tanto naturales como provocadas por el hombre, las cuales son difíciles de cuantificar. La vegetación natural emana cantidades relativamente grandes de N2O, pero se estima que el incremento en la concentración de este gas proviene principalmente de la agricultura y la quema de biomasa.

La contribución del carbón al incremento del efecto invernadero producido por el CO2 es del orden de 20%; del cual la mitad proviene de la generación de electricidad. La contribución es mucho menos con respecto del CH4 y el N2O.

Deben darse todos los pasos que sean prácticos para mejorar la eficiencia de todos los procesos que involucran la combustión de combustible fósiles. Estos no solamente incluyen las tecnologías de combustión de carbón y petróleo, sino también todas las formas de transporte que utilicen combustibles fósiles, especialmente los vehículos automotores. Tales medidas, además del mejoramiento en la utilización de la energía a nivel doméstico, comercial e industrial, aseguraran que el mundo obtendrá más energía útil por unidad de combustible fósil, preservando así las valiosas reservas de todos los combustibles fósiles y reduciendo la emisiones de gases de invernadero al mismo tiempo.

Tecnologías Limpias de Carbón

Las tecnologías limpias de carbón se definen como "las tecnologías diseñadas para mejorar tanto la eficiencia como la tolerancia ambiental en la extracción, preparación y uso de carbón". Estas tecnologías reducen las emisiones, disminuyen pérdidas y aumentan la cantidad de energía aprovechada de cada tonelada de carbón.

Los programas de tecnologías limpias de carbón han sido adoptados vigorosamente por muchos países, y se gastan anualmente muchos recursos financieros en el desarrollo y utilización de estas técnicas. Las tecnologías permitirán que el uso del carbón se haga cada vez más eficientemente, al mismo tiempo que ambientalmente aceptable, puesto que éste será una fuente vital de energía en el mundo entero durante el próximo siglo.

La mayoría de las tecnologías limpias de carbón se concentran en la producción de electricidad a partir del carbón, puesto que más del 50% del carbón que se produce se utiliza para este efecto.

Las tecnologías limpias para la minería son de fácil disponibilidad. Los métodos modernos de exploración, tales como las técnicas de geofísica y sísmica, minimizan cualquier impacto ambiental, y mejoran la planeación de la mina, al reducir la incertidumbre geológica. Las tecnologías de extracción mejoradas ayudan a maximizar las eficiencias de extracción y minimizan el uso de energía. La minería del carbón puede producir emisiones de gas metano, lo cual puede ser un riesgo potencial. Se utilizan diversos métodos para desalojar el gas y en algunos casos el mismo gas es utilizado como fuente energética.

El uso de las tecnologías limpias para la preparación de carbón puede lograr reducir los contenidos de ceniza y limpiar las impurezas tales como el lodo y el azufre. Se desarrollan también nuevas tecnologías para mejorar la eficiencia y el costo de estas operaciones de limpieza, al mismo tiempo que se mejora la calidad del agua de desecho.

Emisiones Gaseosas de la Combustión de Carbón Pulverizado

La combustión de carbón pulverizado (PF) es el método más ampliamente usado para quemar carbón para generación eléctrica. En este método, el carbón es molido, pulverizado e inyectado con aire a la caldera. El carbón pulverizado tiene una gran área superficial, lo cual facilita su combustión en los quemadores. El calor generado es usado para producir vapor a altas presiones y temperaturas para activar las turbinas y generar electricidad. En la actualidad casi toda la electricidad generada en el mundo en plantas térmicas a carbón es producida usando sistemas de carbón pulverizado.

Las emisiones de la combustión de carbón pulverizado pueden ser reducidas mediante tecnologías de limpieza de los gases de combustión. Los precipitadores electrostáticos y/o filtros de manga pueden remover más del 99% de la ceniza volante de los gases de combustión. Los métodos de desulfurización de gases de combustión (FGD) pueden remover de 90 a 97% de los óxidos de azufre (SOx) de los gases y pueden convertirlos en yeso para uso en construcción.

Entre las tecnologías limpias de carbón para la combustión de carbón pulverizado que reducen emisiones de nitrógeno (NOx), se encuentran los quemadores de bajo NOx y las técnicas de requemado. Estas modifican el proceso de combustión para reducir emisiones de NOx hasta el 50% y están siendo ampliamente adoptadas, por cuanto ellas pueden ser instaladas en plantas existentes. El método de reducción catalítica selectiva de NOx, una tecnología de post combustión, puede lograr reducciones de 80 a 90%.

Sistemas de Combustión de Carbón Pulverizado

La industria se ha esforzado continuamente para incrementar las eficiencias de las plantas convencionales; por ejemplo, la eficiencia térmica promedio de las centrales de generación en los Estados Unidos se ha incrementado de un 5% en 1900 hasta casi un 35% actualmente. Las nuevas plantas de generación con sistemas de pulverización convencionales alcanzan eficiencias superiores al 40%. Las plantas modernas avanzadas utilizan aleaciones de acero, especialmente desarrolladas para alta resistencia que hacen posible el uso de vapor a condiciones supercríticas y ultra-supercríticas (presiones mayores a 248 bar y temperaturas mayores a 566° C) y pueden alcanzar, dependiendo de la localización, cerca del 45% de eficiencia. Esto conduce a una reducción en las emisiones de CO2, por cuanto se usa menos combustible por unidad de electricidad producida.

Combustión en Lecho Fluidizado (FBC)

La combustión en lecho fluidizado es un método para quemar carbón en un lecho de partículas calientes suspendidas en una corriente de gas. A una tasa de flujo suficiente, el lecho actúa como un fluido y permite una mezcla rápida de las partículas. El carbón es adicionado al lecho y la mezcla continua estimula la combustión completa y una menor temperatura que en los sistemas de combustión con carbón pulverizado. Los lechos fluidizados tienen las ventajas de producir menos NOx en el gas de salida, y debido a las menores temperaturas de combustión producen menos SOx cuando se adiciona continuamente caliza al carbón. Esta tecnología puede también usar un rango más amplio de combustibles que las tecnologías de combustibles pulverizados. Los lechos fluidizados de presión atmosférica están comercialmente disponibles en dos tipos: lecho burbujeante (conocido como combustión en lecho fluidizado atmosférico - AFBCs) y el lecho circulante (CFBCs). La eficiencia de la mayoría de los lechos fluidizados usados para la generación de electricidad es similar a la de las plantas convencionales de carbón pulverizado. Sin embargo, el uso de esta tecnología ha sido estimulada debido a su mejor desempeño ambiental. Los lechos fluidizados presurizados, los cuales pueden alcanzar eficiencias del 45%, están en etapas avanzadas de demostración. Como en las plantas de combustibles pulverizados, la utilización de condiciones de vapor más altas podría aumentar aún más la eficiencia.

Ciclo Combinado con Gasificación Integrada (IGCC)

Una alternativa a la combustión de carbón es la gasificación de carbón. Cuando el carbón entra en contacto con vapor y oxígeno, se producen reacciones termoquímicas que generan un gas combustible compuesto principalmente por monóxido de carbono e hidrógeno, el cual cuando es quemado puede ser usado para turbinas de gas. Los sistemas de generación de electricidad con ciclos combinados de gasificación integrada de carbón (IGCC) están actualmente en desarrollo y demostración. Estos sistemas permiten incrementar las eficiencias al usar el calor residual del gas para producir vapor para mover una turbina de vapor adicional a la turbina de gas. Los sistemas existentes en estado de demostración comercial buscan alcanzar eficiencias del 42% y se espera, cuando sean plenamente comerciales, que lleguen al 50%, con tecnologías y materiales actualmente en desarrollo. Los sistemas IGCC producen adicionalmente menos residuos sólidos y menos emisiones de SOx, NOx y CO2. Hasta el 99% del azufre presente en el carbón puede ser recuperado para venderse como azufre químicamente puro.

Sistemas Híbridos

Los ciclos combinados híbridos se encuentran actualmente en desarrollo. Estos combinan las mejores características de las tecnologías de gasificación y combustión, usando carbón en un proceso de dos etapas. La primera etapa gasifica la mayoría del carbón y mueve una turbina de gas, la segunda etapa quema el carbón residual (carbonizado) para producir vapor. Con estos sistemas puede ser posible alcanzar eficiencias mayores al 50%.

Adicionalmente a estas tecnologías limpias, un desarrollo que puede ser aplicado a todos los sistemas de generación es la combustión simultánea con carbón de biomasa o residuos. Esto implica quemar o gasificar dichos materiales con carbón. Entre los beneficios se incluyen la reducción en emisiones de CO2, SOx y NOx, en relación con plantas que queman únicamente carbón y la recuperación de energía útil de biomasa y residuos con alta eficiencia, evitando construir plantas con este propósito. De aquí que la industria de generación de electricidad con carbón puede apoyar las industrias de energía renovable y manejo de residuos.

Restauración

Con la tecnología actual, hoy en día es posible restaurar las tierras afectadas por la minería hasta sus condiciones originales y a menudo a condiciones mejores que las originales.

Varios años antes de la apertura de una mina, se realizan estudios exhaustivos sobre el ambiente cercano para definir las condiciones existentes e identificar sensibilidades y problemas potenciales. Los estudios consideran los impactos de la minería hacia factores tales como aguas superficiales y subterráneas, suelos, uso de tierras, vegetación natural y vida silvestre. Los resultados son luego revisados como parte del proceso orientado al otorgamiento de un permiso minero por parte de la autoridad de gobierno competente. Para cada mina se diseña y aprueba un plan detallado de rehabilitación o recuperación, para un período que cubre desde el inicio de operaciones hasta mucho después de haberse terminado la minería.

Las actividades de restauración son progresivas. Se da forma y contorno a las pilas de material estéril, se cubren con suelo orgánico, se siembran pastos y se plantan árboles en las zonas objeto de la minería. Antes y durante la minería se tiene cuidado para relocalizar corrientes, fauna nativa, sitios históricos y otros recursos de valor. Durante la extracción, las minas son operadas de manera que se minimice la contaminación por polvo o ruido y la contaminación del agua. Después de la minería la restauración puede hacer uso de las excavaciones finales para construir embalses de agua y lagos para la recreación y esparcimiento de la comunidad. Los usos de tierras rehabilitadas son variados: agricultura, bosques, recreación, construcción para industria o vivienda y habitat para vida silvestre. Muchas minas en el mundo han ganado premios en reconocimiento a la excelencia de sus actividades de restauración

La mayoría de las compañías mineras de carbón en el mundo están invirtiendo considerables cantidades de conocimiento práctico y dinero en convertir las tierras a un estado comparable o mejor al que existía antes de que la minería se iniciara.

El Carbón es Seguro

Los aspectos sobre seguridad y salud han sido desde hace mucho tiempo una preocupación importante para la industria del carbón. Los avances tecnológicos en la explotación durante este siglo han conducido a mejoras en la productividad y seguridad. Las minas de carbón hoy en día se asemejan más a fábricas altamente automatizadas que a los ambientes de producción del Siglo XIX, caracterizados por el uso intensivo de mano de obra, congestión y riesgos. La extracción moderna del carbón alcanza estándares en seguridad y salud más altos que muchas otras industrias. Por ejemplo, las estadísticas de la Oficina del Trabajo de EEUU, muestran más accidentes en actividades como aserraderos, construcción, agricultura y fabricación de muebles, que en la explotación de carbón. En Canadá, la explotación de carbón a cielo abierto es una de las industrias grandes más seguras, aún más segura que el comercio al detalle.

La seguridad es de primordial importancia para cada uno de los involucrados en la minería, para los obreros, inversionistas y finalmente para el consumidor. En muchos países, los mineros reciben regularmente cursos de entrenamiento en habilidades laborales y en seguridad. Las compañías de carbón reconocen que el entrenamiento previene accidentes y que hay una estrecha relación entre una mayor seguridad y una más alta productividad.

El carbón es un material comparativamente estable y no presenta los problemas de fugas y derrames asociados a otros combustibles fósiles tales como el gas y el petróleo. Alrededor del mundo, el carbón es transportado en barcos, desde grandes cargueros hasta pequeños barcos de cabotaje. Los accidentes que involucran el hundimiento de barcos que transportan carbón son afortunadamente escasos y en ningún caso constituye un agente contaminante.

En tierra, el transporte de carbón se hace por medio de cintas transportadoras, camiones o ferrocarriles, es esencialmente más seguro que en el caso de otros combustibles fósiles. Igualmente lo es su almacenamiento y utilización, tanto en la industria como en los hogares. El polvo de carbón que se produce en las pilas o durante su manejo, también se puede reducir al mínimo ahora gracias a un diseño apropiado de las instalaciones de manejo.

No existe una fuente de energía más segura que el carbón, cuando éste se almacena, maneja y utiliza correctamente.