El carbón refinado es el producto de la tecnología de mejoramiento del carbón que elimina la humedad y ciertos contaminantes de los carbones de menor rango, como los carbones subbituminosos y los lignitos (marrones), lo que aumenta su valor calorífico . [1] Las tecnologías de refinación o mejoramiento del carbón son típicamente tratamientos y procesos de precombustión que alteran las características del carbón antes de que se queme. Las tecnologías de mejoramiento del carbón de precombustión tienen como objetivo aumentar la eficiencia y reducir las emisiones cuando se quema carbón. Dependiendo de la situación, la tecnología de precombustión se puede utilizar en lugar de las tecnologías de poscombustión o como complemento de ellas para controlar las emisiones de las calderas alimentadas con carbón. [2]
Un beneficio principal del carbón refinado es la capacidad de reducir el volumen neto de emisiones de carbono que actualmente emiten los generadores de energía y reduciría la cantidad de emisiones que se propone gestionar mediante metodologías emergentes de secuestro de carbono . Las tecnologías de carbón refinado se han desarrollado principalmente en los Estados Unidos . Se han investigado, desarrollado y probado varias tecnologías similares en Victoria , Australia, como la tecnología de carbón densificado ( proceso Coldry ) desarrollada para alterar los enlaces químicos del lignito para crear un producto que sea más limpio, estable (no propenso a la combustión espontánea), exportable y de valor calorífico suficientemente alto para ser un equivalente del carbón negro .
La tecnología de mejoramiento del carbón se refiere a una clase de tecnologías desarrolladas para eliminar la humedad y ciertos contaminantes de carbones de bajo rango, como el carbón subbituminoso y el lignito ( carbón pardo ), y aumentar sus valores caloríficos. Las empresas de Australia, Alemania y Estados Unidos son los principales impulsores de esta investigación, desarrollo y comercialización. [ cita requerida ]
Alrededor de 30 naciones operan colectivamente más de 1.400 centrales eléctricas de carbón pardo en todo el mundo. Las centrales eléctricas de carbón pardo que no pueden deshidratar económicamente el lignito son ineficientes y causan altos niveles de emisiones de carbono . Las centrales eléctricas de alto nivel de emisiones, en particular la central eléctrica de Hazelwood en Australia , atraen críticas ambientales. Muchas economías modernas, incluidas Grecia y Victoria (Australia), dependen en gran medida del lignito para generar electricidad. La mejora del desempeño ambiental y la necesidad de un entorno económico estable brindan incentivos para la inversión para reducir sustancialmente el impacto ambiental negativo de la quema de lignito en bruto ("tal como se extrae").
Las tecnologías de mejoramiento del carbón eliminan la humedad del carbón pardo "tal como se extrae" y transforman el rendimiento calorífico del carbón pardo en un estado de combustión "más limpio", relativamente equivalente al carbón negro de alto poder calorífico. Algunos procesos de mejoramiento del carbón dan como resultado un producto de carbón densificado que se considera un producto equivalente al carbón negro, adecuado para quemarlo en calderas de carbón negro.
El lignito de Victoria, con un contenido de humedad característico del 60% en peso, se considera el lignito más húmedo del mundo. El alto contenido de humedad es la razón principal por la que las tres principales centrales eléctricas del estado se consideran colectivamente como los emisores de carbono más contaminantes del mundo. Los estudios realizados por la Universidad de Melbourne y la Universidad de Monash confirman que cuando se elimina la humedad del lignito de Victoria, los niveles naturalmente bajos de ceniza, azufre y otros elementos lo clasifican como uno de los carbones más limpios del mundo. Una vez deshidratado, el lignito mejorado puede competir en el mercado de exportación a precios comparables a los del carbón negro.
Con la extracción de lignito en todo el mundo y el aumento de los niveles de extracción, la necesidad de tecnologías de mejora del carbón se ha vuelto más evidente. Las tecnologías ayudarán a abordar la preocupación ambiental mundial por el aumento de las emisiones derivadas de la quema de lignito y proporcionarán opciones de combustible alternativo a economías en rápido crecimiento como Vietnam , que enfrentan dificultades para competir por el carbón negro con China , India , Japón y otras naciones.
Debido a su alto contenido de humedad, todos los lignitos deben secarse antes de su combustión. Según la tecnología, el secado se logra mediante una operación discreta o como parte de un proceso. El cuadro comparativo identifica diferentes métodos de secado que se están desarrollando en diferentes países y proporciona una comparación cualitativa.
El productor más conocido de carbón refinado es una empresa con sede en Denver, Colorado, llamada Evergreen Energy Inc. La empresa cotiza en bolsa y está listada en la bolsa NYSE Arca . Según el sitio web de la empresa y su Formulario 10-K archivado en la Comisión de Bolsa y Valores de Estados Unidos, se fundó en 1984 para comercializar una tecnología de mejora del carbón desarrollada por primera vez en un laboratorio de la Universidad de Stanford por Edward Koppelman. Evergreen, anteriormente KFx Inc., tomó la "K" del nombre de Koppelman y denominó su producto de carbón refinado "K-Fuel". [ cita requerida ]
Gran parte del carbón del oeste de Estados Unidos se conoce como carbón de "rango inferior", que se incluye en las categorías de carbón "subbituminoso" y "lignito". Estos carbones tienen altos niveles de humedad y pueden contener entre un 20% y un 30% de agua. Este contenido de humedad relativamente alto en comparación con los carbones de "rango superior", como el carbón bituminoso y el antracita, hace que los carbones de rango inferior sean menos eficientes. El contenido de calor promedio del carbón subbituminoso consumido en Estados Unidos es de aproximadamente 8.500 unidades térmicas británicas (9.000 kJ) por libra. El proceso K-Fuel(R) utiliza calor y presión para eliminar aproximadamente el 30 por ciento de la humedad del carbón crudo de rango inferior y aumenta su contenido térmico a aproximadamente 11.000 Btu por libra. [1] Además de aumentar el valor calorífico del carbón, se elimina una cantidad significativa, hasta el 70 por ciento, del mercurio elemental del carbón y, debido a su mayor eficiencia, se logran menores emisiones de cloruro y óxidos de nitrógeno por kilovatio hora generado. [4]
Las ventajas del proceso de refinado del carbón son un transporte más eficiente y la capacidad de las empresas de servicios públicos de cambiar a un combustible hecho de carbón 100 por ciento refinado o una mezcla de carbón crudo y refinado para lograr menores emisiones y mayor eficiencia. [5] Una desventaja es que la industria requiere subsidios significativos. Un examen de las cifras del gobierno muestra que en 2007, por cada megavatio-hora generado, el carbón refinado recibió $29,81 en apoyo federal, la energía solar recibió $24,34, la energía eólica recibió $23,37 y la energía nuclear recibió $1,59. [6]
El productor de carbón densificado en Australia es una empresa con sede en Melbourne , Victoria, llamada Environmental Clean Technologies Limited (ECT Limited) [7]. La empresa cotiza en bolsa y figura en la Bolsa de Valores de Australia (ASX). La empresa cotizó en 2005 con el objetivo principal de comercializar la metodología de mejora del carbón del Proceso Coldry desarrollada por primera vez en el Laboratorio Químico de la Universidad de Melbourne por el Dr. BA John en la década de 1980. El nombre del proceso deriva del Grupo Calleja , que adquirió la tecnología en 1994 y desarrolló la tecnología para una demostración piloto en la mina Maddingley , Bacchus Marsh , Victoria en 2004 antes de licenciar la tecnología a ECT Limited para su comercialización posterior en 2005.
El estado de Victoria contiene aproximadamente el 25% de las reservas conocidas de lignito en el mundo. Este carbón también se encuentra entre los más húmedos del mundo, con un contenido de humedad típico de 60 por ciento de agua en peso. El alto contenido de humedad hace que el lignito de Victoria sea una fuente de combustible ineficiente y es la razón principal por la que la central eléctrica de Hazelwood en el valle de Latrobe se considera la central eléctrica de carbón más sucia del mundo. El proceso Coldry utiliza un corte mecánico a baja presión para crear una reacción exotérmica natural dentro del carbón que luego expulsa naturalmente el 80 por ciento del contenido de humedad. Luego, la humedad expulsada se captura y se recupera como agua destilada. El lignito de Victoria transformado por el proceso Coldry tiene un contenido térmico elevado de 5874 kcal/kg, que es comparable a la mayoría del carbón negro australiano de calidad de exportación.
La ventaja del Proceso Coldry es que permite a los generadores de energía cambiar a una mezcla de lignito crudo extraído y pellets de Coldry para lograr menores emisiones en las calderas ineficientes existentes, o lograr emisiones sustancialmente menores introduciendo calderas de carbón negro y utilizando pellets de carbón refinado 100% Coldry como equivalente de carbón negro. El Proceso Coldry ofrece la ventaja adicional de crear nuevas fuentes de ingresos para los generadores de energía mediante la producción de un producto que puede exportarse a otros países como reemplazo del carbón negro. A diferencia de otros procesos de carbón refinado, el Proceso Coldry es una metodología comercial que no requiere subsidios.
Evergreen Energy construyó una refinería de carbón a gran escala cerca de Gillette, Wyoming , que comenzó a funcionar a fines de 2005. Diseñada originalmente para ser una planta comercial, la instalación tuvo problemas de diseño y funcionamiento. Evergreen dejó de operar la instalación en marzo de 2008 [8] y, en su lugar, utilizó la planta como plataforma de desarrollo de procesos con su contratista de ingeniería, construcción y adquisiciones, Bechtel Power Corporation.
Evergreen ahora busca construir una refinería de carbón utilizando el diseño mejorado de Bechtel en lugares del Medio Oeste de los Estados Unidos y en Asia. [9]
El Grupo Calleja construyó una planta piloto de demostración a gran escala de 16.000 toneladas por año en el Parque Empresarial JBD en la Mina Maddingley cerca de Bacchus Marsh, Victoria, que comenzó a operar a principios de 2004. A partir de 2005, ECT Limited actualizó la instalación, agregó un proceso de recuperación de agua con financiación del Gobierno de Victoria en 2007 y operó la planta como una plataforma de desarrollo de procesos con su socio de ingeniería ARUP . En 2009, ECT Limited aseguró un acuerdo con Thang Long Investment Company (Tincom) de Vietnam para finalizar la viabilidad comercial antes de la construcción de una planta de exportación de 2 millones de toneladas anuales para 2014 y una exportación de 20 millones de toneladas anuales para 2020. ECT Limited está utilizando el diseño mejorado de ARUP para asegurar acuerdos de licencia de tecnología con proveedores de lignito en China , India , Indonesia , Polonia , Grecia y Rusia .
GBCE ha construido y ahora está operando la primera instalación de mejoramiento de carbón a escala industrial del mundo. Tiene capacidad para procesar 1 MTPA de materia prima de carbón y está ubicada en Holingol, Mongolia Interior, la región productora de lignito más grande de China. [10] El carbón es típicamente de alta humedad (35 – 40% TM) y 3200 – 3400 kcal gar. Dependiendo de los requisitos del mercado, produce carbón (gar) de 5000–5500 kcal con un contenido de humedad muy reducido (< 10% gar). La planta utiliza tecnología de mejoramiento de carbón LCP , que es un proceso pirolítico que emplea calor y presión en un ambiente libre de oxígeno para continuar el proceso de carbonización que ocurre naturalmente en la tierra. El carbón procesado por esta tecnología es hidrófobo y transportable, lo que significa que no reabsorberá humedad ni se descompondrá en polvo durante el transporte.
