Carbón

Fig. 1. Un trozo de antracita, el rango más alto de carbón.

El carbón es una roca formada a partir de la descomposición de la vida vegetal. Está compuesto principalmente de carbono, con muchos otros oligoelementos. La alta densidad energética del carbón y las extensas reservas que se encuentran en la naturaleza lo hacen útil como combustible para la generación de energía eléctrica en centrales eléctricas de carbón y, en algunos lugares, para la calefacción.

El carbón se considera de bajo costo porque el construir una central eléctrica de carbón, extraer carbón del suelo y quemarlo no cuesta tanto a una empresa como otros alternativas de combustible (debido a las externalidades que ignora). El carbón también es abundante ya que hay una gran reserva a nivel mundial. Esto ha llevado a la gente a quemar mucho carbón durante siglos, lo que se sigue haciendo hoy.

La formación de carbón comenzó hace varios cientos de millones de años (consulte el chronozoom) en condiciones ambientales muy diferentes a las presentes hoy dia. Las aguas ácidas retardaron la descomposición de la materia orgánica y permitieron que esta materia orgánica muerta, mayormente plancton, acumularse en capas. Luego, el material viejo fue presionado profundamente en la Tierra mientras se cubría con sedimento y finalmente se convirtió en un material marrón desmenuzable denominado turba. Esta turba contiene parte de la energía que se generó mediante la fotosíntesis cuando las plantas estaban vivas. Los procesos geológicos enterraron aún más esta turba, las altas presiones y temperaturas hicieron que el material perdiera gran parte de sus átomos de hidrógeno y oxígeno, lo que resultó en un material rico en carbono conocido como carbón. Los principales tipos de carbón incluyen antracita, lignito, carbón subbituminoso y bituminoso. El tipo de carbón depende de dónde se forma y qué tan evolucionado está, la antracita y el carbón bituminoso son los tipos de carbón más desarrollados y, por lo tanto, están compuestos casi en su totalidad por carbono.

Historia del carbón

El carbón se ha utilizado como fuente de energía durante casi 2000 años. Por ejemplo, el carbón se usó ampliamente para la calefacción doméstica a principios del siglo XVII en Inglaterra. Pero la Revolución Industrial aumentó dramáticamente la demanda de carbón. Específicamente, las mejoras de James Watt en la máquina de vapor hicieron que el carbón fuera útil para realizar trabajo. En la década de 1830, la minería del carbón era una industria en auge en el este de los Estados Unidos cuando el carbón era suministrado para la industria y locomotoras de vapor en vías ferroviarias recientemente desarrolladas. El 2010, el carbón representó el 9.2% de la producción de energía primaria de Canadá. El carbón en el mundo moderno es el combustible fósil más utilizado y abundante. La relaccion de reservas a producción del carbón es 109 años (el 2012). La cantidad total de reservas de carbón es de aproximadamente 10¹² toneladas; Estados Unidos alberga las mayores reservas de carbón individuales.

Contenido energético

La fuente de energía final del carbón es el sol porque la energía almacenada dentro de la materia vegetal muerta es la que produce carbón. El carbón se quema en presencia de oxígeno atmosférico. Este aumento de temperatura permite que se produzca una reacción química entre el combustible (carbono en el carbón) y el oxígeno de la atmósfera, que forma dióxido de carbono (CO₂). Dado que el carbón también contiene átomos de hidrógeno, la combustión formará algo de vapor de agua como producto (H₂O). La producción de CO₂ está provocando el cambio climático, sin embargo, es la producción de CO₂ lo que hace del carbón un combustible tan útil. El CO₂ representa el estado energético más bajo posible de un átomo de carbono en la atmósfera que contiene oxígeno de la Tierra, por lo tanto, la transición del combustible (carbono en el carbón) y el oxígeno atmosférico al CO₂ permite extraer la máxima cantidad de energía del combustible. El contenido de energía del carbón varía junto con su madurez (más viejo es mejor). Como se ve en la siguiente tabla, la antracita tiene el contenido de energía más alto de todos los tipos de carbón.

Tipo de carbón	Contenido energético (MJ/Kg)
Antracita	31 - 36
Bituminoso	25 - 35
Subbituminoso	19 - 30
Lignito	12 - 20

Minería de carbón

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• Minería a cielo abierto: este método permite la extracción del 60% del carbón mundial en la actualidad. Se quita una fina capa superior de roca (por lo general, unas decenas de metros) para exponer los depósitos de carbón de 50 a 100 metros de espesor. Estos depósitos de carbón se conocen como vetas de carbón. Una de las vetas de carbón más grandes del mundo se encuentra en Wyoming, en la cuenca del río Powder.
• Minería en la cima de una montaña: este método se utiliza en las montañas Apalaches del este de los Estados Unidos. Los 300 metros superiores de una montaña que contiene carbón se extraen mediante explosivos para dejar al descubierto depósitos de carbón de 50 a 100 metros de espesor. Una vez que se extrae el carbón, el exceso de escombros se deposita en los valles cercanos.
  

La minería del carbón presenta serios riesgos para la salud de los mineros directamente involucrados. Estos riesgos incluyen el pulmón negro y la enfermedad de neumoconiosis de trabajadores del carbón, que son causados ​​por la exposición prolongada al polvo de carbón. Aparte de los efectos sobre la salud humana, la minería del carbón presenta graves consecuencias para el medio ambiente. El bloqueo de arroyos, alteraciones en los flujos de agua naturales, contaminación del agua, erosión adicional y fugas de ácidos a las aguas superficiales son solo algunos de los efectos potenciales. En el año 1977, se puso en marcha la ley de recuperación y control de la minería a cielo abierto de los Estados Unidos, que ordena que la tierra minada a cielo abierto debe volver a su productividad biótica original.

Emisiones

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Como todos los combustibles fósiles, el carbón emite dióxido de carbono cuando se quema. De hecho, el carbón es responsable por las emisiones históricas mas grandes de dióxido de carbono que cualquier otro combustible. Además, la mayoría del carbón también contiene grandes cantidades de otros elementos, como azufre, mercurio y, a veces, litio. La quema de carbón también provoca la formación de NOx y SOx.

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