¿Qué es la generación de energía con carbón?
El carbón es un combustible fósil producido por plantas previamente muertas conservadas en ecosistemas de agua y sedimentos. Las plantas muertas en este entorno pueden evitar la oxidación y la biodegradación, por lo que el carbono que contiene puede fijarse. El carbón es una roca de color negro o marrón oscuro que se quema con facilidad. Es una roca sedimentaria pero no demasiado dura. El lignito, por ejemplo, puede considerarse una roca metamórfica porque ha estado sometida a altas temperaturas y presiones desde que se formó. Los principales componentes del carbón son el carbono y el hidrógeno, con pequeñas cantidades de otros elementos, sobre todo azufre. El carbón es el combustible más utilizado en la industria mundial de generación de energía y la mayor fuente de emisiones de dióxido de carbono. Por supuesto, también es un importante culpable del cambio climático y el calentamiento global. En términos de emisiones de dióxido de carbono, el carbón emite un poco más que el petróleo y aproximadamente el doble que el gas natural. El carbón se extrae de minas de carbón subterráneas, ya sea a gran profundidad o a cielo abierto (minería a cielo abierto).
Central eléctrica de carbón
El carbón se utiliza principalmente como combustible sólido para la generación de energía y genera calor mediante la combustión. Fuente del consumo anual mundial de carbón: WER, 2006; Wikipedia, 2007. Alrededor de 6,2 mil millones de toneladas, alrededor del 75% de las cuales se utilizan para generar energía. En 2007, la producción de carbón de China fue de 2.850 millones de toneladas y la producción de carbón de la India fue de aproximadamente 536,7 millones de toneladas. El 68,7% de la electricidad de China provino de la generación de energía con carbón. Estados Unidos consume 1.053 millones de toneladas de carbón cada año, el 90% de las cuales se utiliza para generar energía. En 2007, la producción mundial total de carbón fue de 6.810 millones de toneladas. Cuando se utiliza carbón para generar electricidad, primero se debe triturar hasta convertirlo en polvo y luego quemarlo en la caldera. El calor generado en el horno calienta el agua de la caldera hasta convertirla en vapor, que luego se utiliza para impulsar un generador de turbina para generar electricidad. La eficiencia termodinámica de este proceso ha mejorado enormemente en los últimos años. La tecnología estándar de turbinas de vapor está lejos de ser satisfactoria. En el proceso anterior, la eficiencia termodinámica sólo alcanza el 35%, lo que significa que el 65% del calor del carbón quemado se emite al medio ambiente: se desperdicia. Las centrales eléctricas de carbón más antiguas son menos eficientes térmicamente y desperdician más energía térmica.
En teoría, los aumentos de temperatura y presión pueden conducir a una mayor eficiencia termodinámica, por lo que la aparición del concepto de turbina supercrítica demuestra una caldera de temperatura extremadamente alta con una eficiencia termodinámica de hasta el 46%. Otra forma eficiente de utilizar el carbón son los generadores de ciclo combinado, conocidos como calor y energía combinados, y un generador de ciclo superior MHD. Alrededor del 40% de la electricidad mundial se genera quemando carbón. La cantidad total de esta roca sedimentaria (carbón) que se puede extraer con la tecnología existente se puede utilizar durante más de 300 años con los niveles de consumo actuales, incluidos los tipos de carbón con alta contaminación y baja intensidad energética (como el lignito y el carbón bituminoso). Dentro de unas décadas, la producción mundial de carbón alcanzará su máximo.
Una forma más eficiente energéticamente de generar electricidad a partir de carbón es utilizar pilas de combustible de monóxido o pilas de combustible de carbonato fundido (o cualquier pila basada en la conversión de iones de oxígeno, que, cuando queman oxígeno, no hay diferencia entre el combustible de la batería). Usando estos métodos, la eficiencia termodinámica puede alcanzar del 60% al 85% (generación directa de energía + turbina de vapor de calor residual). Actualmente, esta tecnología de pilas de combustible sólo puede utilizar combustibles gaseosos y son muy sensibles al envenenamiento por azufre. Hasta que no se logre un éxito comercial a gran escala con el carbón, esta tecnología por sí sola no será suficiente. A medida que avanzaba la investigación y el desarrollo de combustibles gaseosos, surgió la opinión de que el polvo de carbón podría transportarse utilizando nitrógeno como portador. Otra visión es gasificar el carbón con agua, en la que la introducción de oxígeno en el lado del combustible del electrolito puede reducir el voltaje en el lado del combustible, pero también puede simplificar en gran medida la recuperación de carbono.