El lignito (derivado del latín lignum que significa 'madera'), a menudo llamado carbón pardo , [1] es una roca sedimentaria blanda, marrón y combustible formada a partir de turba comprimida naturalmente . Tiene un contenido de carbono de alrededor del 25-35% [1] [2] y se considera el rango más bajo de carbón debido a su contenido de calor relativamente bajo . Cuando se extrae del suelo, contiene una cantidad muy alta de humedad , lo que explica parcialmente su bajo contenido de carbono. El lignito se extrae en todo el mundo y se utiliza casi exclusivamente como combustible para la generación de energía eléctrica a vapor .
La combustión del lignito produce menos calor que otros tipos de carbón en relación con la cantidad de dióxido de carbono y azufre que libera. Por ello, el lignito es el carbón más nocivo para la salud humana. [3] Según la fuente, el lignito puede contener diversos metales pesados tóxicos , incluidos materiales radiactivos naturales , que pueden quedar en las cenizas volantes de carbón producidas por su combustión, lo que aumenta aún más los riesgos para la salud. [4]
El lignito es de color marrón-negro y tiene un contenido de carbono de 60 a 70 por ciento en una base seca libre de cenizas. Sin embargo, su contenido de humedad inherente es a veces tan alto como 75 por ciento [1] y su contenido de cenizas varía de 6 a 19 por ciento, en comparación con 6 a 12 por ciento para el carbón bituminoso . [5] Como resultado, su contenido de carbono en la base tal como se recibe (es decir, que contiene tanto humedad inherente como materia mineral) es típicamente solo de 25 a 35 por ciento. [2]
El contenido energético del lignito oscila entre 10 y 20 MJ/kg (9–17 millones de BTU por tonelada corta ) en condiciones húmedas y sin materia mineral. El contenido energético del lignito consumido en los Estados Unidos es en promedio de 15 MJ/kg (13 millones de BTU/tonelada), en condiciones tal como se recibe. [6] El contenido energético del lignito consumido en Victoria, Australia, es en promedio de 8,6 MJ/kg (8,2 millones de BTU/tonelada) en condiciones húmedas netas. [7]
El lignito tiene un alto contenido de materia volátil, lo que hace que sea más fácil de convertir en gas y productos petrolíferos líquidos que los carbones de mayor rango. Su alto contenido de humedad y su susceptibilidad a la combustión espontánea pueden causar problemas en el transporte y el almacenamiento. Los procesos que eliminan el agua del lignito reducen el riesgo de combustión espontánea al mismo nivel que el carbón negro, aumentan el valor calorífico del lignito a un combustible equivalente al carbón negro y reducen significativamente el perfil de emisiones del lignito "densificado" a un nivel similar o mejor que la mayoría de los carbones negros. [8] Sin embargo, la eliminación de la humedad aumenta el costo del combustible de lignito final.
El lignito se degrada rápidamente cuando se expone al aire. Este proceso se denomina aflojamiento o debilitamiento . [9]
La mayor parte del lignito se utiliza para generar electricidad. [2] Sin embargo, se emplean pequeñas cantidades en la agricultura, en la industria e incluso, en forma de azabache , en joyería. Su uso histórico como combustible para calefacción doméstica ha disminuido continuamente y ahora tiene menor importancia que su uso para generar electricidad.
El lignito se encuentra a menudo en capas gruesas ubicadas cerca de la superficie, lo que hace que sea económico de extraer. Sin embargo, debido a su baja densidad energética , tendencia a desmoronarse y un contenido de humedad típicamente alto, el lignito es ineficiente para transportar y no se comercializa ampliamente en el mercado mundial en comparación con los grados de carbón más altos. [1] [7] A menudo se quema en centrales eléctricas cerca de las minas, como en Latrobe Valley de Australia y la planta Monticello de Luminant y la planta Martin Lake en Texas. Principalmente debido al alto contenido de humedad latente y la baja densidad energética del lignito, las emisiones de dióxido de carbono de las plantas tradicionales que queman lignito son generalmente mucho más altas por megavatio-hora generado que para las plantas de carbón negro comparables, siendo la planta con mayores emisiones del mundo la central eléctrica Hazelwood de Australia [10] hasta su cierre en marzo de 2017. [11] El funcionamiento de las plantas tradicionales de lignito, particularmente en combinación con la minería a cielo abierto , es políticamente polémico debido a preocupaciones ambientales. [12] [13]
La República Democrática Alemana dependió ampliamente del lignito para volverse autosuficiente energéticamente , y eventualmente obtuvo el 70% de sus requerimientos energéticos del lignito. [14] El lignito también fue una materia prima importante de la industria química a través del proceso Bergius o la síntesis Fischer-Tropsch en lugar del petróleo, [15] que tuvo que ser importado para obtener divisas fuertes luego de un cambio de política por parte de la Unión Soviética en la década de 1970, que anteriormente había entregado petróleo a precios inferiores al mercado. [16] Los científicos de Alemania del Este incluso convirtieron el lignito en coque adecuado para usos metalúrgicos ( coque de lignito de alta temperatura ) y gran parte de la red ferroviaria dependía del lignito, ya sea a través de trenes de vapor o líneas electrificadas alimentadas principalmente con energía derivada del lignito. [16] Según la siguiente tabla, Alemania del Este fue el mayor productor de lignito durante gran parte de su existencia como estado independiente.
En 2014, aproximadamente el 12 por ciento de la energía de Alemania y, específicamente, el 27 por ciento de la electricidad de Alemania provino de plantas de energía de lignito, [17] mientras que en 2014 en Grecia , el lignito proporcionó aproximadamente el 50 por ciento de sus necesidades energéticas. Alemania ha anunciado planes para eliminar gradualmente el lignito a más tardar en 2038. [18] [19] [20] [21] Grecia ha confirmado que la última planta de carbón se cerrará en 2025 después de recibir presión de la Unión Europea [22] y planea invertir fuertemente en energía renovable . [23]
El lignito se utilizaba y se utiliza como sustituto de la leña o en combinación con ella para la calefacción doméstica. Por lo general, se prensa en briquetas para ese uso. [24] [25] Debido al olor que desprende cuando se quema, el lignito se consideraba a menudo un combustible para la gente pobre en comparación con los carbones duros de mayor valor. En Alemania, las briquetas todavía están fácilmente disponibles para los consumidores finales en tiendas de artículos para el hogar y supermercados. [26] [27] [28] [29]
Un uso ambientalmente beneficioso del lignito es en la agricultura. El lignito puede tener valor como enmienda del suelo benigna para el medio ambiente , mejorando el intercambio de cationes y la disponibilidad de fósforo en los suelos al tiempo que reduce la disponibilidad de metales pesados, [30] [31] y puede ser superior a los humatos de K comerciales. [32] Las cenizas volantes de lignito producidas por la combustión de lignito en las centrales eléctricas también pueden ser valiosas como enmienda del suelo y fertilizante. [33] Sin embargo, faltan estudios rigurosos de los beneficios a largo plazo de los productos de lignito en la agricultura. [34]
El lignito también puede utilizarse para el cultivo y distribución de microbios de control biológico que eliminan las plagas de las plantas. El carbono aumenta la materia orgánica del suelo , mientras que los microbios de control biológico proporcionan una alternativa a los pesticidas químicos. [35]
La leonardita es un acondicionador de suelo rico en ácidos húmicos que se forma por oxidación natural cuando el lignito entra en contacto con el aire. [36] El proceso se puede reproducir artificialmente a gran escala. [37] El lignito xiloide (con forma de madera) menos maduro también contiene altas cantidades de ácido húmico. [38]
La reacción con amina cuaternaria forma un producto llamado lignito tratado con amina (ATL), que se utiliza en el lodo de perforación para reducir la pérdida de fluido durante la perforación. [39]
El lignito puede tener usos potenciales como adsorbente industrial . Los experimentos muestran que su adsorción de azul de metileno se encuentra dentro del rango de los carbones activados que se utilizan actualmente en la industria. [40]
El azabache es una forma de lignito que se ha utilizado como piedra preciosa. [41] Los primeros artefactos de azabache datan de 10.000 a. C. [42] y el azabache se utilizó ampliamente en collares y otros adornos en Gran Bretaña desde el Neolítico hasta el final de la Gran Bretaña romana . [43] El azabache experimentó un breve resurgimiento en la Gran Bretaña victoriana . [44]
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El lignito comienza como una acumulación de material vegetal parcialmente descompuesto, o turba. La turba se acumula más fácilmente en áreas donde hay abundante humedad, hundimiento lento de la superficie terrestre y ausencia de perturbaciones por ríos u océanos. Por lo demás, los pantanos de turba se encuentran en una amplia variedad de climas y entornos geográficos. En estas condiciones, la zona permanece saturada de agua, que cubre el material vegetal muerto y lo protege de la degradación por el oxígeno atmosférico. Las bacterias anaeróbicas pueden seguir degradando la turba, pero este proceso es lento, especialmente en agua ácida. Una vez que la turba queda sepultada por otros sedimentos, la degradación biológica prácticamente se detiene y se producen más cambios como resultado del aumento de la temperatura y la presión a causa del enterramiento. [45]
El lignito se forma a partir de turba que no ha experimentado un enterramiento profundo ni un calentamiento. Se forma a temperaturas inferiores a 100 °C (212 °F), [1] principalmente por degradación bioquímica. Esto incluye la humificación, en la que los microorganismos extraen hidrocarburos de la turba y se forman ácidos húmicos. Los ácidos húmicos hacen que el entorno sea más ácido, lo que ralentiza la tasa de descomposición bacteriana posterior. La humificación aún es incompleta en el lignito y se completa solo cuando el carbón alcanza el rango subbituminoso. [46] El cambio químico más característico en el material orgánico durante la formación del lignito es la reducción brusca del número de grupos funcionales C=O y COR. [47]
Los depósitos de lignito suelen ser más jóvenes que los carbones de rango superior, y la mayoría de ellos se formaron durante el período Terciario . [1]
El lignito se encuentra a menudo en capas gruesas ubicadas cerca de la superficie. [1] [7] Estos son económicos de extraer mediante diversas formas de minería a cielo abierto , aunque esto puede resultar en graves daños ambientales. [48] Las regulaciones en los Estados Unidos y otros países requieren que la tierra que se explota a cielo abierto debe restaurarse a su productividad original una vez que se completa la minería. [49]
La minería a cielo abierto de lignito en los Estados Unidos comienza con la perforación para determinar la extensión de los yacimientos subterráneos. La capa superficial y el subsuelo deben eliminarse adecuadamente y utilizarse para recuperar áreas previamente explotadas o almacenarse para su recuperación futura. La remoción de la capa de recubrimiento con excavadoras y camiones prepara el área para la remoción de la capa de recubrimiento con dragalinas para exponer los yacimientos de lignito. Estos se rompen utilizando tractores especialmente equipados ( desgarramiento de carbón ) y luego se cargan en camiones volcadores con cargadores frontales . [50]
Una vez que se ha eliminado el lignito, la restauración implica nivelar los escombros de la mina hasta lograr una aproximación lo más cercana posible a la superficie original del terreno (Contorno Original Aproximado o AOC). Se restauran el subsuelo y la capa superior del suelo y se vuelve a sembrar la tierra con diversas hierbas. En Dakota del Norte , se mantiene una fianza de cumplimiento contra la empresa minera durante al menos diez años después del final de las operaciones mineras para garantizar que la tierra haya sido restaurada a su plena productividad. [49] En los EE. UU., la Ley de Control y Recuperación de la Minería de Superficie de 1977 exige una fianza (no necesaria en esta forma) para la recuperación de minas . [51]
El valle de Latrobe en Victoria , Australia , contiene reservas estimadas de unos 65 mil millones de toneladas de lignito. [57] El depósito equivale al 25 por ciento de las reservas mundiales conocidas. Las vetas de carbón tienen hasta 98 m (322 pies) de espesor, y las vetas múltiples de carbón a menudo dan lugar a un espesor de lignito prácticamente continuo de hasta 230 m (755 pies). Las vetas están cubiertas por muy poca sobrecarga (de 10 a 20 m (33 a 66 pies)). [57]
Una asociación liderada por Kawasaki Heavy Industries y respaldada por los gobiernos de Japón y Australia ha comenzado a extraer hidrógeno del lignito. El hidrógeno licuado se enviará a Japón a través del transportador Suiso Frontier . [58]
Los mayores depósitos de lignito de Norteamérica son los de la Costa del Golfo y el yacimiento de lignito de Fort Union. Los primeros se encuentran en una franja que va desde Texas hasta Alabama , aproximadamente paralela a la Costa del Golfo. El yacimiento de lignito de Fort Union se extiende desde Dakota del Norte hasta Saskatchewan . Ambos son importantes fuentes comerciales de lignito. [9]
El lignito se puede separar en dos tipos: lignito xiloide o madera fósil , y lignito compacto o lignito perfecto.
Aunque el lignito xiloide puede tener a veces la tenacidad y el aspecto de la madera ordinaria, se puede observar que el tejido leñoso combustible ha experimentado una gran modificación. Es reducible a un polvo fino por trituración , y si se somete a la acción de una solución débil de potasa , produce una cantidad considerable de ácido húmico . [38] La leonardita es una forma oxidada del lignito, que también contiene altos niveles de ácido húmico. [59]
El azabache es una forma de lignito endurecido, similar a una gema , que se utiliza en diversos tipos de joyería. [41]
Alemania es el mayor productor de lignito, [60] seguido de China , Rusia y Estados Unidos . [61] El lignito representó el 8% de toda la producción de carbón de EE. UU. en 2019. [2]
Sigue siéndolo, seguido de China, Rusia y Estados Unidos. El lignito, más blando y húmedo (también llamado carbón pardo o blando), tiene un valor calorífico inferior al del carbón duro y solo se puede extraer en operaciones a cielo abierto. Cuando se quema, produce más CO2 que el carbón duro.
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