Què és el carbó?

La producció d'electricitat a partir del carbó pot ser perjudicial per al medi ambient

Carbó mineral

Imatge en tagalog de Brian Patrick a Unsplash

El carbó és un combustible fòssil extret de la terra mitjançant la mineria. El seu origen prové de la descomposició de la matèria orgànica (restes d'arbres i plantes) que es va acumular sota una capa d'aigua fa milions d'anys. L'enterrament d'aquesta matèria orgànica pels dipòsits d'argila i sorra provoca un augment de la pressió i de la temperatura, que contribueix a la concentració d'àtoms de carboni i a l'expulsió d'àtoms d'oxigen i hidrogen (carbonificació).

El carbó es subdivideix segons el poder calorífic i la incidència d'impureses, sent considerat de baixa qualitat (lignit i subbituminós) i d'alta qualitat (bituminós o carbó i antracita). Segons el Servei Geològic del Brasil, el carbó es pot subdividir segons la seva qualitat, que depèn de factors com la naturalesa de la matèria orgànica que el va formar, el clima i l'evolució geològica de la zona.

Torba

L'extracció de torba es fa abans que la zona sigui drenada, la qual cosa en redueix la humitat. Sovint es diposita a l'aire lliure per perdre més humitat.

Usos: es talla en blocs i s'utilitza com a combustible en forns, plantes termoelèctriques, obtenint gas combustible, ceres, parafina, amoníac i quitrà (producte del qual es deriven olis i altres substàncies de gran utilitat per a la indústria química)

lignit

Pot presentar-se de dues formes, com a material marró o negre, i té diferents noms.

Usos: gasògens obtenint quitrà, ceres, fenols i parafines. La cendra de la combustió es pot utilitzar com a ciment puzolànic i ceràmica.

Carbó

El carbó dur es pot subdividir en dos tipus principals: carbó energètic i carbó metal·lúrgic. El primer, també anomenat carbó de vapor, es considera el més pobre i s'utilitza directament als forns, principalment a les centrals termoelèctriques. El carbó metal·lúrgic, o carbó de coc, es considera noble. El coc és un material porós, lleuger i amb una brillantor metàl·lica, utilitzat com a combustible en la metal·lúrgia (alts forns). El carbó també s'utilitza en la producció de quitrà.

antracita

Té una combustió lenta i és apte per a la calefacció de la llar. També s'utilitza en processos de tractament d'aigua.

Composició i aplicació del carbó

En qualsevol de les seves fases, el carbó es compon d'una part orgànica i una part mineral. L'orgànic està format per carboni i hidrogen i petites proporcions d'oxigen, sofre i nitrogen. El mineral està format per silicats que formen la cendra.

Com que es subdivideix en diversos tipus, els usos del carbó són molts. L'ús principal del carbó és com a font d'energia. D'acord amb la Agència Internacional de l'Energia (AIE), el carbó és responsable del 40% de la producció mundial d'energia elèctrica. El carbó també s'utilitza en el sector metal·lúrgic.

Un altre tipus de carbó vegetal que es troba a la natura és el vegetal, que es forma a partir de la carbonització de la llenya. El carbó vegetal s'utilitza freqüentment en processos industrials, però no és una font significativa per a la producció d'energia elèctrica.

Incentius per a la producció d'electricitat a partir de carbó

Encara que no sigui renovable, hi ha forts incentius per a la producció d'electricitat a partir de carbó. Els dos principals arguments a favor de la producció d'energia a partir del carbó són l'abundància de reserves, que garanteixen la seguretat del subministrament i el baix cost del mineral (en comparació amb altres combustibles fòssils) i el procés de producció.

Segons dades de l'Agència Nacional d'Energia Elèctrica (Aneel), les reserves mundials de carbó sumen 847.500 milions de tones. Aquesta quantitat seria suficient per abastir la producció actual de carbó durant un període d'aproximadament 130 anys. Un altre incentiu és que, a diferència del petroli i el gas natural, les reserves de carbó es troben en quantitats importants a 75 països, encara que aproximadament el 60% del volum total es concentra als Estats Units (28,6%), Rússia (18,5%) i la Xina. (13,5%). Brasil apareix a la 10a posició.

Els principals productors de carbó del món són la Xina i els Estats Units, segons Associació Mundial del Carbó, seguit de l'Índia, Indonèsia i Austràlia, respectivament. A més, la major part de la matriu energètica, tant a la Xina com als Estats Units, es basa en la producció d'electricitat a partir de carbó, que també és representativa a la matriu energètica d'altres països, com Alemanya, Polònia, Austràlia i Sud-àfrica. .

Tanmateix, malgrat els avantatges econòmics, la producció d'electricitat a partir de carbó mineral és una de les formes de producció d'energia més agressives des del punt de vista socioambiental. Les externalitats negatives són presents durant tot el procés de producció, des de l'extracció de carbó.

extracció de carbó

L'extracció o extracció de carbó pot ser subterrània o a cel obert. Això variarà en funció de la profunditat que es trobi el carbó.

Quan la capa que cobreix el mineral és estreta, o el sòl no és adequat (sorra o grava), l'exploració acostuma a fer-se a l'aire lliure. Si el mineral es troba en capes profundes, cal construir túnels.

Segons Aneel, la mineria a cel obert és la forma predominant d'extracció de mineral al Brasil, i també més productiva que la subterrània. Això no es correspon amb la realitat internacional, en la qual preval l'exploració per mineria subterrània, equivalent al 60% de l'extracció mundial de carbó.

El drenatge àcid de les mines i la producció de residus són impactes ambientals negatius comuns als dos tipus d'extracció.

Drenatge àcid de mines (DAM)

El drenatge àcid de la mina es realitza mitjançant bombes, que alliberen aigua sulfurosa al medi extern, produint canvis en el sòl d'ordre mineralògic (formació de nous compostos), químic (reducció del pH) i físic (baixa capacitat de retenció d'aigua i permeabilitat). ), que varien segons la geologia del terreny.

El drenatge àcid de les mines es considera un dels impactes més significatius dels processos miners en general, segons l'informe del Ministeri de Ciència i Tecnologia.

Com a conseqüència d'aquests canvis en el sòl, la qualitat de les aigües subterrànies també es veu compromesa. Es pot produir una reducció del valor del pH de l'aigua, que contribueix a la solubilització de metalls i a la contaminació de les aigües subterrànies que, en cas d'ingestió, poden afectar la salut humana.

La mitigació dels problemes químics i físics del sòl causats per la mineria és el primer pas per a la recuperació de les zones afectades.

Impactes de la mineria a cel obert

Les excavacions de grans volums de sòl rocós generen impactes ambientals visibles sobre la vegetació i la fauna, sent responsables de la degradació de grans superfícies i de la contaminació visual, sense oblidar la intensificació dels processos d'erosió. A més, l'ús de màquines i equips també genera contaminació acústica (soroll).

Impactes de la mineria subterrània

Pel que fa a la salut dels treballadors, el principal problema és la Pneumoconiosi dels treballadors del carbó (PTC). Les pneumoconiosis són malalties causades per la inhalació de partícules per sobre de la capacitat d'eliminació del sistema immunitari. És l'exposició crònica a la inhalació de pols de carbó, seguida de l'acumulació de pols als pulmons i l'alteració del teixit pulmonar.

La PTC desencadena un procés inflamatori, que pot desenvolupar una fibrosi progressiva massiva FMP, una malaltia coneguda com el "pulmó negre".

Segons l'informe del Ministeri de Sanitat, hi ha més de 2.000 casos de pneumoconiosi diagnosticats entre els carboners.

Altres impactes associats a la mineria subterrània són la baixada del nivell freàtic, que pot contribuir a l'extinció de fonts, l'impacte a la xarxa hidrològica superficial i les vibracions provocades per les explosions.

Processament de carbó vegetal

Segons l'Associació Brasilera de Carbó Mineral, el benefici és el conjunt de processos als quals el carbó brut (run-of-mine - ROM), obtingut directament de la mina, és sotmès a l'eliminació de matèria orgànica i impureses, per tal de garantir la seva qualitat. El tractament del carbó depèn de les seves propietats originals i de l'ús previst.

Segons l'informe Aneel, el processament genera residus sòlids que normalment es dipositen a la zona propera a la zona minera i s'alliberen directament a cursos d'aigua o dics de residus, creant extenses zones cobertes per un material líquid. Les substàncies tòxiques presents als residus es dilueixen en l'aigua de pluja (lixiviació), que, en forma de fluid, penetra lentament al sòl (percolació), contaminant les aigües subterrànies.

Aquests residus contenen normalment grans concentracions de pirita (sulfur de ferro - FeS2) o altres materials de sulfur, que contribueixen a la generació d'àcid sulfúric i a intensificar el procés de "drenatge àcid de la mina".

Transport

Segons Aneel, el transport és l'activitat més costosa en el procés de producció de carbó. Per aquest motiu, normalment, el carbó que es transporta és només el que té un baix contingut d'impureses, i un major valor econòmic afegit.

Quan l'ús previst del carbó és la generació d'electricitat, la central termoelèctrica es construeix als voltants de la zona minera, com passa a les cinc centrals termoelèctriques de carbó que funcionen al país.

Des del punt de vista econòmic, és més avantatjós invertir en línies de transport per distribuir l'electricitat ja produïda que en transportar carbó a llargues distàncies.

Per a distàncies curtes, el mètode més eficient és el transport de cinta transportadora. També s'utilitzen canonades, per les quals es transporta carbó, barrejat amb aigua, en forma de purins.

Generació d'energia a partir de carbó

Un cop extret del sòl, el carbó es fragmenta i s'emmagatzema en sitges. Després es transporta a una central termoelèctrica.

Segons Furnas, una central termoelèctrica es defineix com un conjunt d'obres i equipaments amb la funció de generar electricitat mitjançant un procés que convencionalment es divideix en tres etapes.

El primer pas consisteix a cremar combustible fòssil per transformar l'aigua de la caldera en vapor. En el cas del carbó, abans del procés de combustió, es transforma en pols. Això garanteix el màxim aprofitament tèrmic del procés de combustió.

El segon pas és l'ús del vapor produït a alta pressió per fer girar una turbina i accionar un generador elèctric. El pas del vapor per la turbina provoca el moviment de la turbina i també del generador, que s'acobla a la turbina, transformant l'energia mecànica en energia elèctrica.

El cicle es tanca en el tercer i últim pas, en el qual el vapor es condensa i es trasllada a un circuit de refrigeració independent, tornant a l'estat líquid, com a aigua de caldera.

L'energia generada es transporta des del generador a un transformador mitjançant cables conductors. El transformador, al seu torn, distribueix l'electricitat als centres de consum mitjançant línies de transmissió.

Emissions

Quan es crema carbó, els elements que hi conté es volatilitzen (s'evaporen) i s'emeten a l'atmosfera juntament amb part de la matèria inorgànica que s'allibera en forma de partícules de pols (cendra voladora).

aquí

El carbó és un material amb una alta concentració de carboni. Així, quan es crema, el carbó emet grans concentracions de monòxid de carboni.

El monòxid de carboni és un gas tòxic extremadament nociu per a la salut humana i que, en casos d'intoxicació aguda, pot provocar la mort. Segons la Companyia de Medi Ambient de l'Estat de São Paulo (Cetesb), la principal via d'intoxicació per monòxid de carboni és la respiratòria. Un cop inhalat, el gas és absorbit ràpidament pels pulmons i s'uneix a l'hemoglobina, impedint el transport eficient d'oxigen. Per tant, l'exposició prolongada al monòxid de carboni està relacionada amb un augment de la incidència d'infarts entre la gent gran.

A més, un cop a l'atmosfera, el monòxid de carboni es pot oxidar a diòxid de carboni.

Diòxid de carboni

El diòxid de carboni es pot emetre directament de la combustió de carbó i altres combustibles fòssils, o es pot formar a l'atmosfera a partir de reaccions químiques, per exemple, a partir de la reacció d'oxidació del monòxid de carboni.

El diòxid de carboni es considera un dels principals gasos en el procés d'intensificació de l'efecte hivernacle, associat a l'augment de l'escalfament global. I també és un dels principals tipus de gasos emesos per la combustió del carbó.

És important assenyalar que la combustió és la fase de la cadena de producció del carbó en què hi ha una major emissió de diòxid de carboni, però les fases d'emmagatzematge i emmagatzematge de residus també contribueixen a les emissions totals. No obstant això, segons l'informe del Ministeri de Ciència i Tecnologia, el desconeixement del temps d'emmagatzematge del mineral en cada cas és un factor limitant per al càlcul de les emissions totals.

Sofre

Segons l'informe de la Societat Brasilera de Planificació Energètica, de totes les emissions de les centrals termoelèctriques de carbó, la que ha causat més preocupació són les emissions de sofre. En cremar, el sofre forma una sèrie de compostos gasosos que s'alliberen a l'atmosfera si no hi ha equip per a la seva captura. D'aquests, destaca sobretot el diòxid de sofre (SO2).

El diòxid de sofre (SO2) s'oxida a l'atmosfera i forma triòxid de sofre (SO3) que, al seu torn, en unir-se a l'aigua de pluja (H2O), forma àcid sulfúric (H2SO4), donant lloc a la pluja àcida.

La pluja àcida té impactes directes sobre la vida vegetal i animal, especialment aquàtica. En els vegetals, provoca canvis en la pigmentació i formació i necrosi. En els animals, provoca la mort d'organismes com els peixos i les granotes. La pluja àcida també provoca danys als béns materials, ja que afavoreix els processos corrosius.

Segons el Ministeri de Medi Ambient, els impactes del diòxid de sofre sobre la salut humana poden estar relacionats amb l'augment de la incidència de problemes respiratoris en general i d'asma, fet que s'indica amb l'augment dels ingressos hospitalaris.

metà

El carbó té un alt contingut de metà (CH4). La combustió del carbó allibera metà a l'atmosfera, que es pot associar amb vapor d'aigua i diòxid de carboni i es considera un dels principals gasos d'efecte hivernacle.

El metà es forma a partir del procés de descomposició de la matèria orgànica. Per aquest motiu, la seva aparició s'associa amb els combustibles fòssils.

És important tenir en compte que, malgrat que el procés de combustió del carbó allibera quantitats importants de metà a l'atmosfera, les emissions de metà en el procés de producció de carbó es produeixen a partir de l'extracció de mineral, especialment a les mines subterrànies i en l'emmagatzematge de material posterior a l'extracció, com es pot veure. en l'informe del Ministeri de Ciència i Tecnologia

Òxids de nitrogen (NOx)

El carbó també té una alta concentració de nitrogen. Per tant, la combustió del carbó emet òxids de nitrogen a l'atmosfera. Els gasos de combustió solen estar formats principalment per òxid de nitrogen.Quan entra a l'atmosfera, s'oxida ràpidament a diòxid de nitrogen.

El diòxid de nitrogen, quan s'uneix a l'aigua de pluja (H2O), produeix àcid nítric (HNO3) que, com l'àcid sulfúric (H2SO4), també provoca la pluja àcida.

A més, altes concentracions de NO2 influeixen en la formació de l'ozó troposfèric i els processos de smog fotoquímica.

Partícules (PM)

Segons Cetesb, el material particulat és tot el material sòlid i líquid que roman suspès a l'atmosfera a causa de la seva petita mida. També es formen partícules a l'atmosfera a partir del diòxid de sofre (SO2) i òxids de nitrogen (NOx) esmentats.

La mida de les partícules està directament relacionada amb el potencial de causar problemes de salut.

Mercuri

A més dels gasos ja esmentats, el carbó també conté quantitats importants de mercuri, que mitjançant la combustió del mineral es volatilitza a l'atmosfera.

dilluns a EPA - Agència de Protecció del Medi Ambient Les centrals elèctriques de carbó són la major font antropogènica d'emissions de mercuri.

El mercuri volatilitzat present a l'atmosfera s'incorpora al cicle de la pluja, arribant als cossos aquàtics i provocant contaminació ambiental i danys a la vida aquàtica. La contaminació per mercuri també és un problema de salut pública, ja que el consum d'organismes aquàtics contaminats per mercuri pot provocar una intoxicació aguda i, en alguns casos, provocar la mort.