El carbón suministra en la actualidad el 39% de la electricidad de todo el mundo. La disponibilidad de unsuministro de carbón de bajo coste ha resultado de vital importancia para lograr un alto nivel de electri�caciónen todo el mundo. Fotografía cedida por cortesía de Vattenfall.

USOS DEL CARBÓN

Historia del uso del carbónEl carbón tiene una historia larga y variada.Algunos historiadores creen que el carbóncomenzó a utilizarse comercialmente en China.Hay indicios de una mina situada en el noroeste deChina que suministr aba carbón par a fundiciones decobre y para la fabricación de monedas hacia elaño 1000 AC. Una de las primeras referenciasconocidas al carbón fue realizada por el �lósofo ycientí�co griego Aristóteles, que hacía referenciaa una roca similar al carbón vegetal. Se hanencontr ado restos de carbón entre las ruinasromanas en Inglaterr a, lo que indica que losromanos utilizaban la energía del carbón desdeantes del 400 DC. En las crónicas de la Edad Mediase habla de la extracción de carbón en Europa, eincluso del comercio internacional desde lascostas inglesas hacia Bélgica.

Fue durante la re volución industrial en los siglosXVIII y XIX cuando aumentó la demanda de carbón.Las mejor as en el motor de vapor de James Watt,patentado en 1769, fueron las responsablesprincipales del crecimiento del uso del carbón. Lahistoria de la extracción y el uso del carbón estátotalmente vinculada a la de la re voluciónindustrial: la producción de acero, el ferrocarril ylos barcos a vapor.

El carbón también se utilizó para producir gas parailuminar muchas ciudades, lo que se denominó el

“gas ciudad”. Este proceso de gasi�cación vio elcrecimiento del uso de la luz de gas en zonasmetropolitanas a comienzos del siglo XIX,especialmente en Londres. El uso del gas decarbón en la iluminación de las calles acabó siendosustituido tr as la irrupción de la er a industrial.

Con el desarrollo de la energía eléctrica en el sigloXIX, el futuro del carbón fue acercándose a lageneración de electricidad. La primera centraleléctrica de combustión de carbón real,desarrollada por Thomas Edison, entró enfuncionamiento en Nue va York en 1882,proporcionando electricidad a las lucesdomésticas.

El petróleo sustituyó al carbón como principalfuente de energía primaria en los años 60, con elrápido crecimiento del sector del transporte. Elcarbón aún sigue siendo fundamental en elconjunto energético del planeta, cubriendo el23,5% de las necesidades energéticas primariasen 2002, el 39% de la electricidad en todo elmundo, más del doble que la siguiente fuenteenergética, y un esencial 64% en la producciónmundial de acero.

¿Cómo se convierte el carbón en electricidad?La vida moderna no puede imaginarse sinelectricidad. Ilumina casas, edi�cios, calles,proporciona calor doméstico e industrial,

>> El carbón tiene muchos usos importantes en todo elmundo. Los usos más importantes son la producción deelectricidad, la producción de acero, la fabricación decemento y otros procesos industriales, así comocombustible líquido. >>

De�nición

Energía primaria es todaaquella energía consumida porusuarios �nales. Esto incluye laenergía utilizada para generarelectricidad, aunque la incluyala propia electricidad.

USOS DEL CARBÓN

CARBUNIÓN - 1

y alimenta la mayoría de los aparatos utilizados enlos hogares, o�cinas y máquinas de la industria.Mejorar el acceso a la electricidad en todo elmundo es un factor clave para disminuir lapobreza. Resulta sorprendente pensar que 1.600millones de personas en todo el mundo, el 27% dela población mundial, no tienen acceso a laelectricidad.

El carbón térmico se utiliza en las centraleseléctricas para generar electricidad. Las primerascentrales eléctricas convencionales decombustión de carbón utilizaban carbón grueso,que se quemaba en la parrilla de una caldera paragenerar vapor. En la actualidad, el carbón se mueleprimero par a conseguir un polv o �no, lo queaumenta el área de super�cie, haciendo que sequeme más rápidamente. En estos sistemas decombustión de carbón pulverizado (PCC), el carbónen polvo se insu�a a la cámar a de combustión deuna caldera en donde se quema a una altatemperatura. Los gases calientes y la energíacalorí�ca producida convierte el agua, que pasapor unos tubos que rodean la caldera, en vapor.

El vapor de alta presión es conducido hasta laturbina, que contiene miles de aspas tipopropulsor. El vapor presiona estas aspas, haciendoque el eje de la turbina gire a gran velocidad. Hayun generador montado en un extremo del eje de laturbina y consta de varias bobinas de cable. Laelectricidad se genera cuando estas bobinas giranrápidamente en un campo magnético fuerte.Después de pasar por la turbina, el vapor secondensa y regresa a la caldera para volver a sercalentado (v éase el diagr ama de la página 21).

La electricidad generada se transforma en tensiónalta, hasta 400.000 voltios, y se utiliza para unatransmisión económica y e�caz a través de laslíneas de alta tensión. Cuando está cerca de llegaral punto de consumo, como nuestros hogares, laelectricidad se tr ansforma en sistemas de tensiónde entre 100 y 250 voltios, más seguros, que seutilizan en el mercado doméstico.

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Porcentaje de electricidad generada a partir del carbón en lospaíses seleccionados (combinación de datos de los años 2003 y2002)

Fuente: IEA 2004

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Niveles de electri�cación para los países seleccionados en vías dedesarrollo, 2002 (%)

Fuente: IEA 2004

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La moderna tecnología PCC está muydesarrollada y supone más del 90% de lacapacidad de combustión de carbón en todo elmundo. Siguen realizándose mejoras en el diseñode centrales eléctricas PCC convencionales y seestán desarrollando nuevas técnicas decombustión. Estos desarrollos permiten producirmás electricidad a partir de menos cantidad decarbón; a esto se le conoce como mejora de lae�cacia térmica del las centrales de polvo decarbón. Puede encontrar información másdetallada acerca de estas tecnologías y cómomejoran el rendimiento medioambiental de lasestaciones eléctricas de combustión de carbónen la Sección 5.

Importancia de la electricidad en todo elmundoEl acceso a la energía, y especialmente a laelectricidad, es una fuerza impulsora deldesarrollo económico y social. Un acceso �able yasequible a la electricidad resulta esencial paramejorar la salud pública, proporcionar serviciosde información y educación modernos, y evitarque la gente deba dedicarse a trabajos desubsistencia, como conseguir combustible.Cerca de 2.400 millones de personas siguenutilizando los primitivos combustibles debiomasa, como la madera o el estiércol, paracocinar y calentarse. Mejorar el acceso a laelectricidad y permitir que la gente no tenga queutilizar el quemado de combustibles en suscasas tendría un enorme impacto sanitario. LaOrganización Mundial de la Salud ha estimadoque el humo producido por el quemado decombustibles sólidos en espacios cerrados es elresponsable de 1,6 millones de muertes cadaaño en los países más pobres del mundo.

Mejor ar el acceso a la energía también ayuda aldesarrollo económico:

>> Mano de obra que de otro modo estaríabuscando combustible puede ser másproductiva en el sector de la agricultura o en el

de la industria. Esto aumenta el nivel deingresos familiares, la cantidad de mano deobra y la capacidad productiva de laseconomías en desarrollo.

>> La recogida intensiva de biomasa comocombustible doméstico degrada laproductividad de la tierra agrícola en muchoscasos, debido a la desertización (al talarárboles) o al privar al suelo de nutrientes (alrecoger el estiércol animal).

>> La combustión ine�caz de combustibles noconvencionales, especialmente en casas sinchimeneas, crea complicaciones sanitarias. Elacercar las fuentes de energía modernas, comola electricidad, a los hogares, mejora la salud yla productividad.

>> La provisión de electricidad doméstica para eluso de electrodomésticos modernos, comolavadoras, e iluminación, mejora laproductividad del tr abajo doméstico y elaumento del tiempo libre.

Los cinco principalesproductores de carbón de coque (Mt)

China 159 Australia 112 Rusia 55 EEUU 40 Canadá 23

Fuente: IEA 2004

Producción mundial de acero (Mt)

1970 5951975 6441980 7171985 7191990 7701995 7521996 7501997 7991998 7771999 7892000 8482001 8502002 9022003 965

Fuente: IISI

Conversión de carbón en electricidad

Suministro de carbón

Cinta tr ansportador a

Pulverizador/Trituradora

Caldera

Sistemas de cenizas Puri�cación de agua

Pila

Electricidad

Turbina de gas

Condensador

Gener ador

Subestación/transformador

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El carbón suministra en la actualidad el 39% de laelectricidad de todo el mundo. En muchos países,este papel es mucho más rele vante. La posibilidadde un suministro de bajo coste de carbón en lospaíses desarrollados y en los que están en vías dedesarrollo ha sido vital par a lograr unos nivelesaltos de electri�cación. En China, por ejemplo,700 millones de personas se han conectado a lared eléctrica durante los últimos 15 años. El paísestá ahora electri�cado en 99%, siendo el 77%de esta electricidad producida en centraleseléctricas de combustión de carbón.

El carbón en la producción de hierro y aceroEl acero resulta esencial en la vida diaria: coches,trenes, edi�cios, barcos, puentes, neverasequipos médicos, son ejemplos de productosfabricados en acero. Resulta vital para lasmáquinas que crean casi todos los productos queutilizamos en la actualidad.

El carbón es esencial para la producción de hierroy acero; cerca del 64% de la producción de aceroen todo el mundo proviene del hierro fundido enaltos hornos que utilizan carbón. La producción

mundial de acero en crudo fue de 965 millones detoneladas en 2003, utilizando cerca de 543 Mtde carbón.

Materias primasEn los altos hornos se utiliza miner al de hierro,coque (extr aído de los carbones de coque) ypequeñas cantidades de piedra caliza. Algunoshornos utilizan carbón térmico, más barato,conocido como carbón pulverizado (PCI), con elobjetivo de reducir costes.

El mineral de hierro es un mineral que contieneóxidos de hierro. El miner al comercial suele tenerun contenido de hierro, como mínimo, del 58%. Elmineral de hierro se e xtr ae en unos 50 países; lossiete productores principales suponen el 75% dela producción mundial. Cerca del 98% del mineralde hierro se utiliza en la producción de acero.

El coque se crea a partir de los carbones de coque,que tienen ciertas propiedades físicas que hacenque se ablanden, se licuen y después se vuelvan asolidi�car en fragmentos duros pero porososcuando se calientan en ausencia de aire. Los

Coque prepa rado

Piedra calizaFundente

Mineral de hierroIncrustación +Gránulos o f ragment os

R evesti miento refra ctario refrigerad o por agua

Salida de esc orias

Cubeta pa ra esco rias

Tobera de inyecciónOrif icio de colada

Cubeta de hierro

Chorro de aire ca liente

Uso del carbón en la producción de acero

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carbones de coque deben tener también un bajonivel de azufre y fósforo, al ser relativamenteescasos, son más caros que los carbones térmicosutilizados para la generación de electricidad.

El carbón de coque se tritura y se lava. En esemomento se “puri�ca” o “carboni�ca” en una seriede hornos de coque, conocidos como baterías.Durante este proceso, los productos derivados seeliminan y se produce le coque.

Altos hornosLas materias primas: el miner al de hierro, el coquey los fundentes (minerales como la piedra calizaque se utilizan para recoger las impurezas), seintroducen en la parte superior del alto horno. Elaire se calienta a unos 1.200°C y se introduce enla chimenea a través de las toberas de la seccióninferior. El aire hace que el coque se quemeproduciendo monóxido de carbono, lo quedesencadena la reacción química. El mineral dehierro se reduce a hierro fundido al eliminar eloxígeno. Una compuerta situada en la parteinferior de la chimenea se abre periódicamentepara retirar el hierro fundido y la escoria.

Se conduce a un horno de o xígeno básico (BOF)donde se añade escoria de acero y más piedracaliza, añadiendo también oxígeno puro al 99% ala mezcla. La reacción con el oxígeno eleva latemperatura hasta los 1.700°C, oxida lasimpurezas y deja salir acero líquido casi puro. 0,63toneladas (630 kg) de coque producen 1 tonelada(1.000 kg) de acero.

Los hornos de o xígeno básico producenactualmente el 64% del acero consumido en todoel mundo. Otro 33% del acero se produce enhornos de arco eléctrico (EAF). Los EAFs seutilizan par a producir acero a partir de metalreutilizado. Si el acero está disponible, estemétodo es más barato que el del hornotr adicional. El horno de arco eléctrico se cargacon hierro y escoria de acero. Hay unoselectrodos en el horno y cuando se activan

producen un arco de electricidad. La energía delarco eleva la temperatura hasta 1.600°C,fundiendo la escoria y produciendo acero fundido.La may oría de la electricidad utilizada en un EAFproviene del carbón.

El desarrollo de la industria del acero hapermitido utilizar la tecnología de “inyección decarbón pulverizado”. Esto permite la inyeccióndirecta de carbón en el alto horno. Puedenutilizarse diferentes carbones en el PCI,incluyendo carbón térmico.

El acero es 100% reciclable, con unos 383 Mt deacero reciclado utilizado en 2003 y cerca de 400Mt en 2004. El proceso BOF utiliza hasta un 30%de acero reciclado y cerca del 90-100% se utilizaen la producción de EAF . Los subproductos delhierro y el acero también pueden reciclarse, porejemplo, las escorias pueden solidi�carse,tritur arse y usarse en combinados minerales,carreteras y cemento.

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Los diez principales países productores de acero, 2003 (Mt)

Fuente: IISI

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Licuefacción del carbónEn varios países el carbón se convierte en uncombustible líquido, a este proceso se le denominalicuefacción. El combustible líquido puedere�narse para producir combustible de transportey otros productos derivados del petróleo, comoplásticos y disolventes. Existen dos métodosprincipales de licuefacción:

>> la licuefacción directa de carbón: en la que elcarbón se convierte en combustible líquido en unúnico proceso;

>> la licuefacción indirecta de carbón: en la que elcarbón primero se gasi�ca y después seconvierte en líquido.

De este modo, el carbón puede actuar comosustituto del petróleo, un valor importante en unmundo cada vez más preocupado con la seguridadenergética. La rentabilidad de la licuefacción delcarbón depende en gran medida del precio delpetróleo, con el que, en una economía abierta demercado, debe competir . Si el precio del petróleoes alto, la licuefacción pasa a ser competitiva.

Ha habido algunos ejemplos en el pasado en losque la ausencia en un país de fuentes �ables yseguras de petróleo han forzado la producción agran escala de combustibles líquidos derivados delcarbón. Alemania produjo grandes cantidades decombustibles derivados del carbón durante laSegunda Guerra Mundial, igual que Sudáfrica entrelos años 50 y 80. Sudáfrica sigue produciendo agran escala combustibles líquidos en la actualidad.

El único proceso de licuef acción comercial decarbón el funcionamiento en todo el mundo es elproceso Sasol indirecto (Fischer-Tropsch).Suráfrica es el líder mundial en tecnologías delicuef acción de carbón. Es el país que más hainvertido en investigación y desarrollo de estastécnicas y actualmente suministra un tercio de susnecesidades nacionales de combustible líquido apartir del carbón. China también estáexperimentando un crecimiento de la licuefacción

de carbón como forma de utilizar las enormesreservas del país y reducir la dependencia delpetróleo importado.

Carbón y cementoEl cemento es un elemento fundamental en laindustria de la construcción. Mezclado con agua ygrava forma el hormigón, el elemento básico deconstrucción en la sociedad moderna. Se producenmás de 1.350 millones de toneladas de cementocada año.

El cemento se logr a mediante una mezcla decarbonato cálcico (generalmente piedra caliza),silicio, óxido férrico y alumina. Un horno de altatemper atur a, normalmente alimentado con carbón,calienta las materias primas hasta su fundiciónparcial a 1.450°C, transformándolas química yfísicamente en una sustancia denominada “clinker”.Este material gris en forma de guijarro consta decompuestos especiales que con�eren al cementosu capacidad de unión. El clinker se mezcla conyeso y tierra hasta formar un polvo �no paraproducir cemento.

El carbón se utiliza como fuente de energía para laproducción de cemento. Se necesitan gr andescantidades de energía para producir cemento. Loshornos suelen quemar carbón en forma de polvo yconsumen unos 450 g de carbón por cada 900 g decemento producido. El carbón seguirá siendo unfactor importante para la producción de cementoen los próximos años.

Los productos de combustión del carbón (CCP)también juegan un papel importante en laproducción de cemento. Los CCP son lossubproductos generados al quemar carbón en lascentrales eléctricas de combustión de carbón.Estos subproductos incluy en cenizas ensuspensión, cenizas de suelo, escoria de caldera yyeso de desulfurización de gases. Las cenizas ensuspensión, por ejemplo, pueden utilizarse parasustituir o complementar al cemento en elhormigón. El reciclaje de los productos derivados

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de la combustión del carbón resultan bene�ciosospara el medio ambiente, ya que sirven parasustituir materias primas primarias.

Otros usos del carbónOtros usuarios importantes del carbón son lasre�nerías de alumina, los fabricantes de papel y lasindustrias químicas y farmacéuticas. Algunosproductos químicos pueden producirse a partir desubproductos del carbón. La masa de carbónre�nada se utiliza en la fabricación de productosquímicos, como la creosota, la naftalina, el fenol yel benceno. El gas de amoníaco recuper ado de loshornos de coque se utiliza para fabricar sales deamoníaco, ácido nítrico y fertilizantes agrícolas.Miles de productos diferentes tienen al carbón oalguno de sus subproductos como componentes:jabón, aspirinas, disolventes, tintes, plásticos y�bras, como el rayón y el nailon.

El carbón también es parte esencial de laproducción de productos especializados:

>> Carbono activo: utilizado en �ltros de agua yaire, así como en máquinas de diálisis.

>> Fibra de carbono: un material de refuerzoextremadamente resistente y ligera utilizado enconstrucción, bicicletas de montaña y raquetasde tenis.

>> Metal de silicio: utilizado para fabricar silicios ysilanos, que a su vez se utilizan para lafabricación de lubricantes, repelentes de agua,resinas, cosméticos, champú y pasta de dientes.

Siguen desarrollándose tecnologías para mejorar el rendimientomedioambiental de las centrales eléctricas alimentadas con carbón: lacentral eléctrica alimentada con carbón de Nordjyllandsværket,Dinamarca, tiene un nivel de e�cacia del 47%. Fotografía cedida porcortesía de Elsam. Fotógrafo: Gert Jensen.

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