carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria organógena de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno, utilizada como combustible fósil.1 La mayoría del carbón explotado se formó a partir de los vegetales que crecieron durante los períodos Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años) y Cretácico, al ser ambos períodos de gran extensión temporal y situarse gran parte de los medios sedimentarios favorables para su acumulación y conservación en latitudes intertropicales.2Es un recurso no renovable.
Formación[editar]
El carbón se origina por la descomposición de vegetalesterrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunareso marinas, de poca profundidad.45 Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.6
En las cuencas carboníferas las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.6
Si por ejemplo un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido por descenso del continente o por una transgresión marina y los restos vegetales se acumulan en la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la invasión del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.
En las cuencas hulleras se conservan tanto en el carbón como en las rocas intercaladas restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.7
Tipos[editar]
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Existen numerosas variedades de carbón, las cuales se pueden clasificar según características como:
- Humedad
- Porcentaje en materias minerales no combustibles (cenizas)
- El poder calorífico
- Inflamabilidad, en conexión con el porcentaje de elementos volátiles.
El análisis elemental es un ensayo químico que proporciona la fracción másica de cada uno de los cinco elementos que componen principalmente todos los tipos de carbón: carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H), azufre (S).
La mayoría de los países productores de carbón tienen su propia clasificación de tipos de carbón, sin embargo para el comercio internacional es la clasificación americana (ASTM) la más utilizada.
Clasificación francesa[editar]
Está basada en el porcentaje de materias volátiles y en el índice de inflación:
- Antracita, que tiene un nivel de materias volátiles inferior o igual a 8 %
- Delgados, MV de 8 a 14 %
- Cuarto-graso, (12 % > MV > 16 %)
- Semi-graso (13 % > MV > 22 %)
- Graso a llama corta (18 % > MV > 27 %)
- Graso (27 % > MV > 40 %)
- Inflamables grasos (MV > 30 %)
- Inflamables secos (MV > 34 %)
Clasificación estadounidense[editar]
Se basa en el porcentaje de materias volátiles para el carbón de máxima calidad y en el poder calorífico superior (pcs) para los otros.
| Categoría | Sub-categoría | Elementos volátiles | PCS |
|---|---|---|---|
| Antracita | Meta-Antracita | < 2 % | |
| Antracita | 2 a 8 % | ||
| Semi-Antracita | 8 a 14 % | ||
| Bituminoso | Bajo nivel volátil | 14 a 22 % | |
| Medio nivel volátil | 22 a 31 % | ||
| Alto nivel volátil A | > 31 % | > 32,6 MJ/kg | |
| Alto nivel volátil B | 30,2 a 32,6 MJ/kg | ||
| Alto nivel volátil C | 26,7 a 30,2 MJ/kg | ||
| Sub-Bituminoso | Sub-Bituminoso A | 24,4 a 26,7 MJ/kg | |
| Sub-Bituminoso B | 19,3 a 22,1 MJ/kg | ||
| Sub-Bituminoso C | 22,1 a 24,4 MJ/kg | ||
| Lignito | Lignito A | 14,6 a 19,3 MJ/kg | |
| Lignito B | < 14,6 MJ/kg |
Clasificación europea[editar]
Comprende las categorías siguientes:
- Antracita
- Carbón bituminoso
- Sub-bituminoso
- Meta-Lignito
- Orto-Lignito
Las principales categorías de carbón se basan en el porcentaje de carbono que contienen, el cual a su vez depende de la evolución geológica y biológica que ha experimentado el carbón:
- Turba (50 a 55 %): producto de la fosilización de desechos vegetales por los micro organismos en zonas húmedas y pobres en oxígeno.
- Lignito (55 a 75 %), o carbón café: de característica suave.
- Carbón sub-bituminoso o Lignito negro.
- Hulla (75 a 90 %):
- Hulla grasa o Carbón bituminoso bajo en volátiles, tipo de carbón más corriente.
- Hulla semi grasa.
- Hulla delgada, o hulla seca.
- Antracita (90 a 95 %): el que tiene mayor proporción de carbono.
- Grafito: carbono puro, no utilizado como combustible.
Reservas y Producción[editar]
Reservas mundiales[editar]
Los 948 billones de toneladas de reservas de carbón son equivalentes a 4,196 BBEP (billones de barriles equivalentes de petróleo).8
British Petroleum, en su informe de 2007, calculaba que a finales de 2006 había por 147 años de reservas, basadas en reservas "probadas". La siguiente tabla muestra solo las reservas probadas, las cuales son calculadas en los programas de exploración de las diferentes empresas mineras. Particularmente, algunas zonas inexploradas están continuamente agrandando el volumen de reservas. Proyecciones especulativas predicen que el pico del carbón global de producción se producirá alrededor de 2025, a un 30 % por encima de la producción actual, dependiendo en la tasa de producción futura.9
De todas las energías fósiles, el carbón es la que está más dispersada por todo el mundo y es producido por alrededor de 100 países. Las reservas más importantes se encuentran en Estados Unidos, Rusia, China, Australia e India.
| País | Antracita y bituminoso | Sub-bituminoso | Lignito | Total | Porcentaje |
|---|---|---|---|---|---|
 Estados Unidos | 108 501 | 98 618 | 30 176 | 237 295 | 22,6 % |
 Rusia | 49 088 | 97 472 | 10 450 | 157 010 | 14,4 % |
 China | 62 200 | 33 700 | 18 600 | 114 500 | 12,6 % |
 Australia | 37 100 | 2100 | 37 200 | 76 400 | 8,9 % |
 India | 56 100 | 0 | 4500 | 60 600 | 7,0 % |
 Alemania | 99 | 0 | 40 600 | 40 699 | 4,7 % |
 Ucrania | 15 351 | 16 577 | 1945 | 33 873 | 3,9 % |
 Kazajistán | 21 500 | 0 | 12 100 | 33600 | 3,9 % |
 Sudáfrica | 30 156 | 0 | 0 | 30 156 | 3,5 % |
 Serbia | 9 | 361 | 13 400 | 13 770 | 1,6 % |
 Colombia | 6366 | 380 | 0 | 6746 | 0,8 % |
 Canadá | 3474 | 872 | 2236 | 6528 | 0,8 % |
 Polonia | 4338 | 0 | 1371 | 5709 | 0,7 % |
 Indonesia | 1520 | 2904 | 1105 | 5529 | 0,6 % |
 Brasil | 0 | 4559 | 0 | 4559 | 0,5 % |
 Grecia | 0 | 0 | 3020 | 3020 | 0,4 % |
 Bosnia-Herzegovina | 484 | 0 | 2369 | 2853 | 0,3 % |
 Mongolia | 1170 | 0 | 1350 | 2520 | 0,3 % |
 Bulgaria | 2 | 190 | 2174 | 2366 | 0,3 % |
 Pakistán | 0 | 166 | 1904 | 2070 | 0,3 % |
 Turquía | 529 | 0 | 1814 | 2343 | 0,3 % |
 Uzbekistán | 47 | 0 | 1853 | 1900 | 0,2 % |
 Hungría | 13 | 439 | 1208 | 1660 | 0,2 % |
 Tailandia | 0 | 0 | 1239 | 1239 | 0,1 % |
 México | 860 | 300 | 51 | 1211 | 0,1 % |
 Irán | 1203 | 0 | 0 | 1203 | 0,1 % |
 Chequia | 192 | 0 | 908 | 1100 | 0,1 % |
 Kirguistán | 0 | 0 | 812 | 812 | 0,1 % |
 Albania | 0 | 0 | 794 | 794 | 0,1 % |
 Corea del norte | 300 | 300 | 0 | 600 | 0,1 % |
 Nueva Zelanda | 33 | 205 | 333-7000 | 571-15 00011 | 0,1 % |
 España | 200 | 300 | 30 | 530 | 0,1 % |
 Laos | 4 | 0 | 499 | 503 | 0,1 % |
 Zimbabue | 502 | 0 | 0 | 502 | 0,1 % |
 Argentina | 0 | 0 | 500 | 500 | 0,1 % |
| Otros | 3421 | 1346 | 846 | 5613 | 0,7 % |
| Total | 404 762 | 260 789 | 195 387 | 860 938 | 100 % |
Producción mundial[editar]
La siguiente tabla muestra la producción anual de carbón por país de 2003 a 2011.
| País | 2003 | 2004 | 2005 | 2006 | 2007 | 2008 | 2009 | 2010 | 2011 | Porcentaje | Reserva (en años) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| China | 1834,9 | 2122,6 | 2349,5 | 2528,6 | 2691,6 | 2802,0 | 2973,0 | 3235,0 | 3520,0 | 49,5 % | 35 |
| Estados Unidos | 972,3 | 1008,9 | 1026,5 | 1054,8 | 1040,2 | 1063,0 | 975,2 | 983,7 | 992,8 | 14,1 % | 239 |
| India | 375,4 | 407,7 | 428,4 | 449,2 | 478,4 | 515,9 | 556,0 | 573,8 | 588,5 | 5,6 % | 103 |
 Unión Europea | 637,2 | 627,6 | 607,4 | 595,1 | 592,3 | 563,6 | 538,4 | 535,7 | 576,1 | 4,2 % | 97 |
| Australia | 350,4 | 364,3 | 375,4 | 382,2 | 392,7 | 399,2 | 413,2 | 424,0 | 415,5 | 5,8 % | 184 |
| Rusia | 276,7 | 281,7 | 298,3 | 309,9 | 313,5 | 328,6 | 301,3 | 321,6 | 333,5 | 4,0 % | 471 |
| Indonesia | 114,3 | 132,4 | 152,7 | 193,8 | 216,9 | 240,2 | 256,2 | 275,2 | 324,9 | 5,1 % | 17 |
| Sudáfrica | 237,9 | 243,4 | 244,4 | 244,8 | 247,7 | 252,6 | 250,6 | 254,3 | 255,1 | 3,6 % | 118 |
| Alemania | 204,9 | 207,8 | 202,8 | 197,1 | 201,9 | 192,4 | 183,7 | 182,3 | 188,6 | 1,1 % | 216 |
| Polonia | 163,8 | 162,4 | 159,5 | 156,1 | 145,9 | 144,0 | 135,2 | 133,2 | 139,2 | 1,4 % | 41 |
| Kazajistán | 84,9 | 86,9 | 86,6 | 96,2 | 97,8 | 111,1 | 100,9 | 110,9 | 115,9 | 1,5 % | 290 |
| Total | 5301,3 | 5716,0 | 6035,3 | 6342,0 | 6573,3 | 6795,0 | 6880,8 | 7254,6 | 7695,4 | 100 % | 112 |
Aplicaciones[editar]
El carbón suministra el 25 % de la energía primaria consumida en el mundo, solo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40 % de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son:
- Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón.
- Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12 % de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).
- Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
- Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono.
- Acero: entre 0,2 % y 1,2 % de carbono.
- Fundición: más del 1,2 % de carbono.
- Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos.
- Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aún hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación.
- Carboquimica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo:
- Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.
Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido a la crisis del petróleo se ha vuelto a producir de manera similar la creación de petroleo sintético y en la República Popular China el proceso de Carboquímica.
El carbón es un tipo de roca formada por el elemento químico carbono mezclado con otras sustancias. Es una de las principales fuentes de energía. En 1990, por ejemplo, el carbón suministraba el 27,2% de la energía comercial del mundo.
El carbón se formó, principalmente, cuando los extensos bosques de helechos y equisetos gigantes que poblaban la Tierra hace unos 300 millones de años, en el periodo Carbonífero de la era Paleozoica, morían y quedaban sepultados en los pantanos en los que vivían. Al ser el terreno una mezcla de agua y barro muy pobre en oxígeno, no se producía la putrefacción habitual y, poco a poco, se fueron acumulando grandes cantidades de plantas muertas
Con el tiempo nuevos sedimentos cubrían la capa de plantas muertas, y por la acción combinada de la presión y la temperatura, la materia orgánica se fue convirtiendo en carbón.
Según las presiones y temperaturas que los hayan formado distinguimos distintos tipos de carbón: turba, lignito, hulla (carbón bituminoso) y antracita. Cuanto más altas son las presiones y temperaturas, se origina un carbón más compacto y rico en carbono y con mayor poder calorífico..
La turba es poco rica en carbono y muy mal combustible. El lignito viene a continuación en la escala de riqueza, pero sigue siendo mal combustible, aunque se usa en algunas centrales térmicas. La hulla es mucho más rica en carbono y tiene un alto poder calorífico por lo que es muy usada, por ejemplo en las plantas de producción de energía. Está impregnada de sustancias bituminosas de cuya destilación se obtienen interesantes hidrocarburos aromáticos y un tipo de carbón muy usado en siderurgia llamado coque, pero también contiene elevadas cantidades de azufre que son fuente muy importante de contaminación del aire. La antracita es el mejor de los carbones, muy poco contaminante y de alto poder calorífico.
Figura 7-2 > Reservas de carbón an el mundo
El carbón es el combustible fósil más abundante en el mundo. Se encuentra sobre todo en el Hemisferio Norte, porque durante el período Carbonífero los continentes que ahora están en el Hemisferio Sur, es decir Africa, América del Sur y Australia, estaban juntos formando un gran supercontinente llamado Gondwana, que estaba situado muy cerca del polo sur, con un clima poco propicio para la formación de grandes bosques. En cambio lo que ahora son Asia, Europa y América del Norte estaban situados junto al ecuador en una zona cálida, muy adecuada para el desarrollo de las grandes masas vegetales que formaron las capas de carbón.
Los mayores depósitos de carbón están en América del Norte, Rusia y China, aunque también se encuentra en cantidades considerables en algunas islas del Artico, Europa occidental, India, Africa del Sur, Australia y la zona este de América del Sur.
Con el actual ritmo de consumo se calculan reservas de carbón para algo más de 200 años, aunque si se tienen en cuenta las que no son fáciles de explotar en el momento actual, las reservas podrían llegar para otros mil años.
La minería del carbón y su combustión causan importantes problemas ambientales y tienen también consecuencias negativas para la salud humana.
Las explotaciones mineras a cielo abierto tienen un gran impacto visual y los líquidos que de ellas se desprenden suelen ser muy contaminantes. En la actualidad , en los países desarrollados, las compañías mineras están obligadas a dejar el paisaje restituido cuando han terminado su trabajo. Lo normal suele ser que conforme van dejando una zona vacía al extraer el mineral, la rellenen y reforesten para que no queden a la vista los grandes agujeros, las tierras removidas y las acumulaciones de derrubios de ganga que, hasta ahora, eran la herencia típica de toda industria minera. También es muy importante controlar y depurar el agua de lixivación, es decir el agua que, después de empapar o recorrer las acumulaciones de mineral y derrubios, sale de la zona de la mina y fluye hacia los ríos o los alrededores. Este agua va cargada de materiales muy tóxicos, como metales pesados y productos químicos usados en la minería, y es muy contaminante, por lo que debe ser controlada cuidadosamente.
En el proceso de uso del carbón también se producen importantes daños ambientales porque al quemarlo se liberan grandes cantidades de gases responsables de efectos tan nocivos como la lluvia ácida, el efecto invernadero, la formación de smog , etc. El daño que la combustión del carbón causa es mucho mayor cuando se usa combustible de mala calidad, porque las impurezas que contiene se convierten en óxidos de azufre y en otros gases tóxicos.
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