Generación mundial de electricidad en 2021 por fuente (la generación total fue de 28 petavatios-hora ) [1]
Una central eléctrica de combustibles fósiles es una central térmica que quema un combustible fósil , como carbón o gas natural , para producir electricidad . Las centrales eléctricas de combustibles fósiles cuentan con maquinaria para convertir la energía térmica de la combustión en energía mecánica , que luego acciona un generador eléctrico . El motor primario puede ser una turbina de vapor , una turbina de gas o, en plantas pequeñas, un motor de gas alternativo . Todas las plantas utilizan la energía extraída de la expansión de un gas caliente, ya sea vapor o gases de combustión. Aunque existen diferentes métodos de conversión de energía, todos los métodos de conversión de centrales térmicas tienen su eficiencia limitada por la eficiencia de Carnot y, por lo tanto, producen calor residual .
Las centrales eléctricas de combustibles fósiles proporcionan la mayor parte de la energía eléctrica utilizada en el mundo. Algunas centrales eléctricas de combustibles fósiles están diseñadas para un funcionamiento continuo como centrales eléctricas de carga base , mientras que otras se utilizan como plantas de pico . Sin embargo, a partir de la década de 2010, en muchos países las plantas diseñadas para el suministro de carga base están funcionando como generación despachable para equilibrar la creciente generación mediante energía renovable variable . [2]
En su diseño y operación se deben considerar los subproductos del funcionamiento de las centrales eléctricas de combustibles fósiles. Los gases de combustión procedentes de la combustión de combustibles fósiles contienen dióxido de carbono y vapor de agua, así como contaminantes como óxidos de nitrógeno (NO x ), óxidos de azufre (SO x ) y, en el caso de las centrales alimentadas con carbón, mercurio , trazas de otros metales, y cenizas volantes . Por lo general, todo el dióxido de carbono y parte del resto de la contaminación se descarga al aire. También se deben eliminar las cenizas residuales sólidas de las calderas de carbón.
Las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles son importantes emisores de dióxido de carbono (CO 2 ), un gas de efecto invernadero que contribuye en gran medida al calentamiento global . Los resultados de un estudio reciente [3] muestran que los ingresos netos disponibles para los accionistas de grandes empresas podrían ver una reducción significativa del pasivo por emisiones de gases de efecto invernadero relacionados únicamente con desastres naturales en los Estados Unidos provenientes de una sola central eléctrica alimentada con carbón. Sin embargo, a partir de 2015, ningún caso de este tipo ha otorgado indemnización por daños y perjuicios en los Estados Unidos. Por unidad de energía eléctrica, el lignito emite casi el doble de CO 2 que el gas natural, y el lignito emite algo menos que el lignito. A partir de 2019 [actualizar], la captura de carbono y el almacenamiento de emisiones no es económicamente viable para las centrales eléctricas de combustibles fósiles, [4] y mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 °C todavía es posible, pero sólo si no se construyen más centrales eléctricas de combustibles fósiles y se eliminan algunas de las existentes. Las centrales eléctricas se cierran anticipadamente, junto con otras medidas como la reforestación . [5] [6]
En una central eléctrica de combustibles fósiles la energía química almacenada en los combustibles fósiles como el carbón , el fueloil , el gas natural o el esquisto bituminoso y el oxígeno del aire se convierte sucesivamente en energía térmica , energía mecánica y, finalmente, energía eléctrica . Cada central eléctrica de combustibles fósiles es un sistema complejo y diseñado a medida. Se pueden construir múltiples unidades generadoras en un solo sitio para un uso más eficiente de la tierra , los recursos naturales y la mano de obra . La mayoría de las centrales térmicas del mundo utilizan combustibles fósiles, superando en número a las centrales nucleares , geotérmicas , de biomasa o de concentración solar .
La segunda ley de la termodinámica establece que cualquier ciclo de circuito cerrado sólo puede convertir una fracción del calor producido durante la combustión en trabajo mecánico . El resto del calor, llamado calor residual , debe liberarse a un ambiente más fresco durante la parte de retorno del ciclo. La fracción de calor liberada en un medio más frío debe ser igual o mayor que la relación entre las temperaturas absolutas del sistema de enfriamiento (ambiente) y la fuente de calor (horno de combustión). El aumento de la temperatura del horno mejora la eficiencia pero complica el diseño, principalmente por la selección de aleaciones utilizadas para la construcción, lo que encarece el horno. El calor residual no se puede convertir en energía mecánica sin un sistema de refrigeración más frío. Sin embargo, puede utilizarse en plantas de cogeneración para calentar edificios, producir agua caliente o calentar materiales a escala industrial, como en algunas refinerías de petróleo , plantas y plantas de síntesis química .
La eficiencia térmica típica de los generadores eléctricos a escala de servicios públicos es de alrededor del 37% para las plantas alimentadas con carbón y petróleo, [7] y del 56 al 60% (LEV) para las plantas alimentadas con gas de ciclo combinado . Las plantas diseñadas para alcanzar la máxima eficiencia mientras funcionan a su capacidad serán menos eficientes cuando funcionen fuera de diseño (es decir, temperaturas demasiado bajas) [8]
Las estaciones prácticas de combustibles fósiles que funcionan como motores térmicos no pueden exceder el límite del ciclo de Carnot para la conversión de energía térmica en trabajo útil. Las pilas de combustible no tienen los mismos límites termodinámicos al no ser motores térmicos.
La eficiencia de una planta de combustibles fósiles se puede expresar como su tasa de calor , expresada en BTU/kilovatio-hora o megajulios/kilovatio-hora.
En una central eléctrica con turbina de vapor, el combustible se quema en un horno y los gases calientes fluyen a través de una caldera. El agua se convierte en vapor en la caldera; Se pueden incluir etapas de calentamiento adicionales para sobrecalentar el vapor. El vapor caliente se envía a través de válvulas de control a una turbina. A medida que el vapor se expande y se enfría, su energía se transfiere a las palas de la turbina que hacen girar un generador. El vapor gastado tiene muy baja presión y contenido energético; este vapor de agua pasa a través de un condensador, que elimina el calor del vapor. Luego, el agua condensada se bombea a la caldera para repetir el ciclo.
Las emisiones de la caldera incluyen dióxido de carbono, óxidos de azufre y, en el caso del carbón, cenizas volantes procedentes de sustancias no combustibles contenidas en el combustible. El calor residual del condensador se transfiere al aire o, a veces, a un estanque, lago o río de refrigeración.
Un tipo de central eléctrica de combustibles fósiles utiliza una turbina de gas junto con un generador de vapor con recuperación de calor (HRSG). Se denomina central de ciclo combinado porque combina el ciclo Brayton de la turbina de gas con el ciclo Rankine del HRSG. Las turbinas funcionan con gas natural o fuel oil.
Los grupos electrógenos con motor diésel se utilizan a menudo [ cita necesaria ] para obtener energía primaria en comunidades que no están conectadas a una red eléctrica generalizada. Los sistemas de energía de emergencia (de reserva) pueden utilizar motores de combustión interna alternativos operados con fueloil o gas natural. Los generadores de reserva pueden servir como energía de emergencia para una fábrica o un centro de datos, o también pueden funcionar en paralelo con el sistema de servicios públicos local para reducir la carga de demanda máxima de energía de la empresa de servicios públicos. Los motores diésel pueden producir un par fuerte a velocidades de rotación relativamente bajas, lo que generalmente es deseable cuando se acciona un alternador , pero el combustible diésel almacenado a largo plazo puede estar sujeto a problemas resultantes de la acumulación de agua y la descomposición química . En consecuencia, los grupos electrógenos de uso poco frecuente pueden instalarse como gas natural o GLP para minimizar los requisitos de mantenimiento del sistema de combustible.
Los motores de combustión interna de encendido por chispa que funcionan con gasolina, propano o GLP se utilizan comúnmente como fuentes de energía temporales portátiles para trabajos de construcción, energía de emergencia o usos recreativos.
Los motores de combustión externa alternativos, como el motor Stirling , pueden funcionar con una variedad de combustibles fósiles, así como con combustibles renovables o calor residual industrial. Las instalaciones de motores Stirling para la producción de energía son relativamente poco comunes.
Históricamente, las primeras estaciones centrales utilizaban máquinas de vapor alternativas para impulsar los generadores. A medida que crecía el tamaño de la carga eléctrica a suministrar, las unidades alternativas se volvieron demasiado grandes y engorrosas para instalarlas de manera económica. La turbina de vapor desplazó rápidamente a todos los motores alternativos en servicio de la estación central.
El carbón es el combustible fósil más abundante del planeta, se utiliza ampliamente como fuente de energía en centrales térmicas y es un combustible relativamente barato. El carbón es un combustible impuro y produce más gases de efecto invernadero y contaminación que una cantidad equivalente de petróleo o gas natural. Por ejemplo, el funcionamiento de una central eléctrica alimentada con carbón de 1.000 MWe genera una dosis de radiación nuclear de 490 rem-persona/año, en comparación con 136 rem-persona/año, para una central nuclear equivalente que incluye extracción de uranio y funcionamiento de reactores. y eliminación de residuos. [9]
El carbón se transporta por camión de carretera , ferrocarril , barcaza , barco minero o tubería de lodo de carbón . Las estaciones generadoras adyacentes a una mina pueden recibir carbón mediante una cinta transportadora o enormes camiones con motor diesel-eléctrico . El carbón generalmente se prepara para su uso triturando el carbón en bruto en pedazos de menos de 2 pulgadas (5 cm) de tamaño.
El gas es un combustible muy común y ha reemplazado principalmente al carbón en países donde se encontró gas a finales del siglo XX o principios del XXI, como Estados Unidos y el Reino Unido. A veces, las plantas de vapor alimentadas con carbón se reacondicionan para utilizar gas natural para reducir las emisiones netas de dióxido de carbono. Las plantas que funcionan con petróleo pueden convertirse a gas natural para reducir los costos operativos.
El fueloil pesado alguna vez fue una fuente importante de energía para la generación de energía eléctrica. Después de los aumentos del precio del petróleo en la década de 1970, el petróleo fue desplazado por el carbón y más tarde por el gas natural. El aceite destilado sigue siendo importante como fuente de combustible para las centrales eléctricas con motores diésel utilizadas, especialmente en comunidades aisladas que no están interconectadas a una red. Las centrales eléctricas de turbinas de gas también pueden utilizar combustibles líquidos, especialmente para servicios de emergencia o picos. De las tres fuentes de combustibles fósiles, el petróleo tiene las ventajas de ser más fácil de transportar y manipular que el carbón sólido, y de ser más fácil de almacenar in situ que el gas natural.
La combinación de calor y energía (CHP), también conocida como cogeneración , es el uso de una central térmica para proporcionar tanto energía eléctrica como calor (este último se utiliza, por ejemplo, para fines de calefacción urbana ). Esta tecnología se practica no sólo para calefacción doméstica (baja temperatura), sino también para calor de procesos industriales, que a menudo es calor de alta temperatura. Los cálculos muestran que la calefacción urbana combinada de calor y energía (CHPDH) es el método más barato para reducir (pero no eliminar) las emisiones de carbono, si aún no se queman combustibles fósiles convencionales. [10] [ ¿ fuente poco confiable? ]
Las centrales térmicas son una de las principales fuentes artificiales de producción de gases tóxicos y material particulado . Las centrales eléctricas de combustibles fósiles provocan la emisión de contaminantes como NO x , SO x , CO 2 , CO, PM, gases orgánicos e hidrocarburos aromáticos policíclicos. [12] Las organizaciones mundiales y las agencias internacionales, como la AIE, están preocupadas por el impacto ambiental de la quema de combustibles fósiles , y del carbón en particular. La combustión de carbón es la que más contribuye a la lluvia ácida y la contaminación del aire , y se ha relacionado con el calentamiento global . Debido a la composición química del carbón, existen dificultades para eliminar las impurezas del combustible sólido antes de su combustión. Las centrales eléctricas de carbón modernas contaminan menos que los diseños más antiguos gracias a las nuevas tecnologías de " depuración " que filtran el aire de escape en las chimeneas. Sin embargo, los niveles de emisión de diversos contaminantes siguen siendo en promedio varias veces mayores que los de las centrales eléctricas de gas natural y los depuradores transfieren los contaminantes capturados a las aguas residuales, que aún requieren tratamiento para evitar la contaminación de los cuerpos de agua receptores. En estos diseños modernos, la contaminación de las centrales eléctricas de carbón proviene de la emisión al aire de gases como dióxido de carbono, óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre , así como de un volumen importante de aguas residuales que pueden contener plomo , mercurio , cadmio y cromo. , así como compuestos de arsénico , selenio y nitrógeno ( nitratos y nitritos ). [13]
La lluvia ácida es causada por la emisión de óxidos de nitrógeno y dióxido de azufre . Estos gases pueden ser sólo ligeramente ácidos en sí mismos, pero cuando reaccionan con la atmósfera, crean compuestos ácidos como el ácido sulfuroso , el ácido nítrico y el ácido sulfúrico que caen en forma de lluvia, de ahí el término lluvia ácida. En Europa y Estados Unidos, leyes de emisiones más estrictas y la disminución de las industrias pesadas han reducido los peligros ambientales asociados con este problema, lo que ha llevado a menores emisiones después de su pico en la década de 1960.
En 2008, la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA) documentó factores de emisión dependientes del combustible basados en las emisiones reales de las centrales eléctricas de la Unión Europea . [14]
La generación de electricidad utilizando combustibles basados en carbono es responsable de una gran fracción de las emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) en todo el mundo y del 34% de las emisiones de dióxido de carbono provocadas por el hombre en Estados Unidos en 2010. En Estados Unidos, el 70% de la electricidad se genera mediante la combustión de combustibles fósiles. combustibles. [dieciséis]
El carbón contiene más carbono que el petróleo o los combustibles fósiles de gas natural, lo que genera mayores volúmenes de emisiones de dióxido de carbono por unidad de electricidad generada. En 2010, el carbón contribuyó con aproximadamente el 81% de las emisiones de CO 2 provenientes de la generación y contribuyó con aproximadamente el 45% de la electricidad generada en los Estados Unidos. [17] En 2000, la intensidad de carbono ( emisiones de CO 2 ) de la combustión térmica de carbón en EE. UU. fue de 2249 lbs/MWh (1029 kg/MWh) [18] mientras que la intensidad de carbono de la generación térmica de petróleo en EE. UU. fue de 1672 lb/MWh (758 kg /MWh o 211 kg/ GJ ) [19] y la intensidad de carbono de la producción térmica de gas natural de EE. UU. fue de 1135 lb/MWh (515 kg/MWh o 143 kg/GJ). [20]
El Panel Intergubernamental sobre Cambio Climático ( IPCC ) informa que el aumento de cantidades de dióxido de carbono, gas de efecto invernadero , en la atmósfera "muy probablemente" conducirá a temperaturas promedio más altas a escala global ( calentamiento global ). Las preocupaciones sobre el potencial de tal calentamiento para cambiar el clima global llevaron a las recomendaciones del IPCC que pedían grandes recortes en las emisiones de CO 2 en todo el mundo. [21]
Las emisiones se pueden reducir con temperaturas de combustión más altas, lo que produce una producción de electricidad más eficiente dentro del ciclo. A partir de 2019, [actualizar]el precio de emitir CO 2 a la atmósfera es mucho menor que el costo de agregar captura y almacenamiento de carbono (CAC) a las centrales eléctricas de combustibles fósiles, por lo que los propietarios no lo han hecho. [4]
Las emisiones de CO 2 de una central eléctrica de combustibles fósiles se pueden estimar con la siguiente fórmula: [22]
Emisiones de CO 2 = capacidad x factor de capacidad x tasa de calor x intensidad de emisión x tiempo
donde "capacidad" es la " capacidad nominal " o la producción máxima permitida de la planta, el " factor de capacidad " o "factor de carga" es una medida de la cantidad de energía que produce una planta en comparación con la cantidad que produciría si funcionara a su capacidad nominal ininterrumpida, la tasa de calor es la energía térmica que entra/la energía eléctrica que sale, la intensidad de emisión (también llamada factor de emisión ) es el CO 2 emitido por unidad de calor generado por un combustible en particular.
A modo de ejemplo, una nueva central eléctrica supercrítica alimentada con lignito de 1.500 MW que funcione en promedio a la mitad de su capacidad podría tener emisiones anuales de CO 2 estimadas como:
= 1500MW x 0,5 x 100/40 x 101000 kg/TJ x 1 año
= 1500MJ/sx 0,5 x 2,5 x 0,101 kg/MJ x 365x24x60x60s
= 1,5x10 3 x 5x10 −1 x 2,5 x 1,01 −1 x 3,1536x10 7 kg
= 59,7x103-1-1 + 7kg
= 5,97 toneladas
Así, se estima que la central eléctrica del ejemplo emite alrededor de 6 megatoneladas de dióxido de carbono cada año. Los resultados de estimaciones similares son mapeados por organizaciones como Global Energy Monitor , Carbon Tracker y ElectricityMap.
Alternativamente, podría ser posible medir las emisiones de CO 2 (quizás indirectamente a través de otro gas) a partir de observaciones satelitales. [23]
Otro problema relacionado con la combustión del carbón es la emisión de partículas que tienen un grave impacto en la salud pública. Las centrales eléctricas eliminan las partículas de los gases de combustión mediante el uso de una cámara de bolsas o un precipitador electrostático . Varias plantas más nuevas que queman carbón utilizan un proceso diferente, el ciclo combinado de gasificación integrada, en el que el gas de síntesis se produce a partir de una reacción entre el carbón y el agua. El gas de síntesis se procesa para eliminar la mayoría de los contaminantes y luego se utiliza inicialmente para impulsar turbinas de gas. Luego, los gases de escape calientes de las turbinas de gas se utilizan para generar vapor para alimentar una turbina de vapor. Los niveles de contaminación de estas centrales son drásticamente inferiores a los de las centrales eléctricas de carbón "clásicas". [24]
Las partículas de las plantas alimentadas con carbón pueden ser dañinas y tener impactos negativos para la salud. Los estudios han demostrado que la exposición a partículas está relacionada con un aumento de la mortalidad respiratoria y cardíaca. [25] Las partículas pueden irritar las vías respiratorias pequeñas de los pulmones, lo que puede provocar mayores problemas de asma, bronquitis crónica, obstrucción de las vías respiratorias e intercambio de gases. [25]
Existen diferentes tipos de partículas, según la composición química y el tamaño. La forma dominante de partículas de las plantas alimentadas por carbón son las cenizas volantes de carbón , pero los sulfatos y nitratos secundarios también constituyen una porción importante de las partículas de las plantas alimentadas por carbón. [26] Las cenizas volantes de carbón son lo que queda después de que el carbón se ha quemado, por lo que consisten en los materiales incombustibles que se encuentran en el carbón. [27]
El tamaño y la composición química de estas partículas afectan los impactos en la salud humana. [25] [26] Actualmente, las partículas gruesas (diámetro superior a 2,5 μm) y finas (diámetro entre 0,1 μm y 2,5 μm) están reguladas, pero las partículas ultrafinas (diámetro inferior a 0,1 μm) actualmente no están reguladas, pero plantean muchos peligros. [25] Lamentablemente, aún se desconoce mucho sobre qué tipos de partículas representan el mayor daño, lo que dificulta la elaboración de una legislación adecuada para regular las partículas. [26]
Existen varios métodos para ayudar a reducir las emisiones de partículas de las plantas alimentadas con carbón. Aproximadamente el 80% de las cenizas caen en una tolva de cenizas, pero el resto de las cenizas luego son transportadas a la atmósfera para convertirse en cenizas volantes de carbón. [27] Los métodos para reducir estas emisiones de partículas incluyen:
La cámara de bolsas tiene un filtro fino que recolecta las partículas de ceniza, los precipitadores electrostáticos usan un campo eléctrico para atrapar las partículas de ceniza en placas de alto voltaje y los colectores ciclónicos usan fuerza centrífuga para atrapar las partículas en las paredes. [27] Un estudio reciente indica que las emisiones de azufre de las centrales eléctricas alimentadas con combustibles fósiles en China pueden haber causado una pausa de 10 años en el calentamiento global (1998-2008). [28]
Las centrales eléctricas que utilizan combustibles fósiles, en particular las que funcionan con carbón, son una fuente importante de aguas residuales industriales . Las corrientes de aguas residuales incluyen la desulfuración de los gases de combustión, las cenizas volantes, las cenizas de fondo y el control del mercurio de los gases de combustión. Las plantas con controles de la contaminación del aire, como depuradores húmedos, normalmente transfieren los contaminantes capturados a la corriente de aguas residuales. [13]
Los estanques de cenizas , un tipo de embalse superficial, son una tecnología de tratamiento ampliamente utilizada en las plantas alimentadas con carbón. Estos estanques utilizan la gravedad para sedimentar las partículas grandes (medidas como sólidos suspendidos totales ) de las aguas residuales de las centrales eléctricas. Esta tecnología no trata los contaminantes disueltos. Las centrales eléctricas utilizan tecnologías adicionales para controlar los contaminantes, dependiendo del flujo de residuos particular de la planta. Estos incluyen el manejo de cenizas secas, el reciclaje de cenizas en circuito cerrado, la precipitación química, el tratamiento biológico (como un proceso de lodos activados), los sistemas de membranas y los sistemas de evaporación-cristalización. En 2015, la EPA publicó una regulación de conformidad con la Ley de Agua Limpia que requiere que las plantas de energía estadounidenses utilicen una o más de estas tecnologías. [13] Los avances tecnológicos en membranas de intercambio iónico y sistemas de electrodiálisis han permitido que el tratamiento de alta eficiencia de las aguas residuales de desulfuración de gases de combustión cumpla con los límites de descarga actualizados de la EPA. [29]
El carbón es una roca sedimentaria formada principalmente a partir de materia vegetal acumulada e incluye muchos minerales y elementos inorgánicos que se depositaron junto con material orgánico durante su formación. Como el resto de la corteza terrestre , el carbón también contiene niveles bajos de uranio , torio y otros isótopos radiactivos naturales cuya liberación al medio ambiente provoca contaminación radiactiva . Si bien estas sustancias están presentes como trazas de impurezas muy pequeñas, se quema suficiente carbón como para que se liberen cantidades significativas de estas sustancias. Una central eléctrica de carbón de 1.000 MW podría tener una liberación incontrolada de hasta 5,2 toneladas métricas por año de uranio (que contiene 74 libras (34 kg) de uranio-235 ) y 12,8 toneladas métricas por año de torio. [30] En comparación, una planta nuclear de 1.000 MW generará alrededor de 30 toneladas métricas de residuos sólidos envasados de alto nivel radiactivo por año. [31] Se estima que durante 1982, la quema de carbón en Estados Unidos liberó a la atmósfera 155 veces más radiactividad incontrolada que el incidente de Three Mile Island . [32] La radiactividad colectiva resultante de todo el carbón quemado en todo el mundo entre 1937 y 2040 se estima en 2.700.000 curies o 0,101 EBq. [30] Durante el funcionamiento normal, la dosis equivalente efectiva de las plantas de carbón es 100 veces mayor que la de las plantas nucleares. [30] Sin embargo, el funcionamiento normal es una base de comparación engañosa: sólo el desastre nuclear de Chernóbil liberó, sólo en yodo-131, aproximadamente 1,76 EBq. [33] de radiactividad, un valor un orden de magnitud superior a este valor para las emisiones totales de todo el carbón quemado en un siglo, mientras que el yodo-131, la principal sustancia radiactiva que sale en situaciones de accidente, tiene una vida media de sólo 8 días.
Un estudio publicado en agosto de 2010 que examinó los datos estatales de contaminación en los Estados Unidos por las organizaciones Environmental Integrity Project , Sierra Club y Earthjustice encontró que las cenizas de carbón producidas por centrales eléctricas alimentadas con carbón vertidas en sitios en 21 estados de EE. UU. han contaminado el agua subterránea con elementos tóxicos. Los contaminantes incluyen los venenos arsénico y plomo . El estudio concluyó que el problema de la contaminación del agua causada por las cenizas de carbón es aún más extenso en los Estados Unidos de lo que se había estimado. El estudio elevó a 137 el número de sitios de agua subterránea en los Estados Unidos que están contaminados por cenizas de carbón producidas por centrales eléctricas. [34]
Se ha demostrado que el arsénico causa cáncer de piel , cáncer de vejiga y cáncer de pulmón , y el plomo daña el sistema nervioso . [35] Los contaminantes de las cenizas de carbón también están relacionados con enfermedades respiratorias y otros problemas de salud y desarrollo, y han alterado la vida acuática local. [34] Las cenizas de carbón también liberan una variedad de contaminantes tóxicos al aire cercano, lo que representa una amenaza para la salud de quienes respiran el polvo de carbón fugitivo. [35]
Los científicos del gobierno de Estados Unidos examinaron peces en 291 arroyos de todo el país para detectar contaminación por mercurio . Encontraron mercurio en todos los peces analizados, según el estudio del Departamento del Interior de Estados Unidos . Encontraron mercurio incluso en peces de cursos de agua rurales aislados. El veinticinco por ciento del pescado analizado tenía niveles de mercurio superiores a los niveles de seguridad determinados por la Agencia de Protección Ambiental de los Estados Unidos (EPA) para las personas que comen pescado con regularidad. La mayor fuente de contaminación por mercurio en los Estados Unidos son las emisiones de las centrales eléctricas alimentadas con carbón. [36]
Existen varios métodos para reducir la contaminación y reducir o eliminar las emisiones de carbono de las centrales eléctricas de combustibles fósiles. Un método rentable y utilizado con frecuencia es convertir una planta para que funcione con un combustible diferente. Esto incluye conversiones de centrales eléctricas de carbón en cultivos energéticos /biomasa o residuos [37] [38] [39] y conversiones de centrales eléctricas de gas natural en biogás o hidrógeno. [40] Las conversiones de centrales eléctricas alimentadas con carbón a centrales eléctricas alimentadas con residuos tienen un beneficio adicional porque pueden reducir los vertidos . Además, las centrales eléctricas de residuos pueden equiparse con sistemas de recuperación de materiales, lo que también es beneficioso para el medio ambiente. En algunos casos, la torrefacción de biomasa puede beneficiar a la planta de energía si los cultivos energéticos/biomasa son el material que utilizará la planta de energía convertida a combustibles fósiles. [41] Además, cuando se utilizan cultivos energéticos como combustible, y si se implementa la producción de biocarbón , la planta de energía térmica puede incluso volverse carbono negativo en lugar de solo carbono neutral. Mejorar la eficiencia energética de una central eléctrica alimentada por carbón también puede reducir las emisiones.
Además de simplemente convertirlas para que funcionen con un combustible diferente, algunas empresas también ofrecen la posibilidad de convertir las centrales eléctricas de combustibles fósiles existentes en sistemas de almacenamiento de energía en red que utilizan almacenamiento de energía térmica eléctrica (ETES) [42].
La mitigación de la contaminación por carbón es un proceso mediante el cual el carbón se lava químicamente de minerales e impurezas, a veces se gasifica , se quema y los gases de combustión resultantes se tratan con vapor, con el fin de eliminar el dióxido de azufre, y se vuelven a quemar para producir dióxido de carbono en los gases de combustión. económicamente [ cita necesaria ] recuperable y almacenable bajo tierra (el último de los cuales se denomina "captura y almacenamiento de carbono"). La industria del carbón utiliza el término "carbón limpio" para describir tecnologías diseñadas para mejorar tanto la eficiencia como la aceptabilidad ambiental de la extracción, preparación y uso del carbón, [43] pero no ha proporcionado límites cuantitativos específicos a las emisiones, particularmente al dióxido de carbono. Mientras que contaminantes como el azufre o el mercurio se pueden eliminar del carbón, el carbono no se puede eliminar de manera efectiva sin dejar de ser un combustible utilizable, y las plantas de carbón limpias sin secuestro y almacenamiento de carbono no reducen significativamente las emisiones de dióxido de carbono. James Hansen , en una carta abierta al entonces presidente estadounidense Barack Obama, abogó por una "moratoria y eliminación gradual de las centrales de carbón que no capturan ni almacenan CO 2 ". De manera similar, en su libro Storms of My Grandchildren , Hansen analiza su Declaración de Administración , cuyo primer principio requiere "una moratoria sobre las centrales eléctricas alimentadas con carbón que no capturan ni secuestran dióxido de carbono". [44]
Las centrales eléctricas alimentadas con gas también se pueden modificar para que funcionen con hidrógeno . [45] Al principio, se puede crear hidrógeno a partir de gas natural mediante reformado con vapor , como un paso hacia una economía del hidrógeno , reduciendo así eventualmente las emisiones de carbono. [46] [47]
Desde 2013, los científicos del Laboratorio de Metal Líquido de Karlsruhe (KALLA) han mejorado el proceso de conversión mediante un proceso llamado pirólisis de metano . [48] Lograron permitir que el hollín se eliminara fácilmente (el hollín es un subproducto del proceso y dañó las piezas de trabajo en el pasado -sobre todo el catalizador de níquel-hierro-cobalto-). [49] [50] El hollín (que contiene el carbono) puede almacenarse bajo tierra y no se libera a la atmósfera.
A partir de 2019, [actualizar]todavía existe la posibilidad de mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 °C si no se construyen más centrales eléctricas de combustibles fósiles y algunas de las existentes se cierran anticipadamente, junto con otras medidas como la reforestación . [5] Las alternativas a las centrales eléctricas de combustibles fósiles incluyen la energía nuclear , la energía solar , la energía geotérmica , la energía eólica , la energía hidroeléctrica , las centrales eléctricas de biomasa y otras energías renovables (ver economía sin carbono ). La mayoría de ellas son tecnologías probadas a escala industrial, pero otras aún se encuentran en forma de prototipo.
Algunos países solo incluyen el costo de producir energía eléctrica y no toman en cuenta el costo social del carbono o los costos indirectos asociados con los muchos contaminantes creados por la quema de carbón (por ejemplo, aumento de las admisiones hospitalarias debido a enfermedades respiratorias causadas por partículas finas de humo). ). [51]
Al comparar los costos de las centrales eléctricas, se acostumbra [ se necesita aclaración ] comenzar calculando el costo de la energía en las terminales del generador considerando varios factores principales. Los costos externos, como los costos de conexión y el efecto de cada planta en la red de distribución, se consideran por separado como un costo adicional al costo de energía calculado en las terminales.
Los factores iniciales considerados son:
Estos costos ocurren durante la vida útil de 30 a 50 años [ se necesita aclaración ] de las centrales eléctricas de combustibles fósiles, utilizando flujos de efectivo descontados .
