El combustible sólido se refiere a diversas formas de material sólido que se pueden quemar para liberar energía, proporcionando calor y luz a través del proceso de combustión . Los combustibles sólidos pueden contrastarse con los combustibles líquidos y los combustibles gaseosos . Ejemplos comunes de combustibles sólidos incluyen madera , carbón vegetal , turba , carbón , pastillas de hexamina , estiércol seco , pellets de madera , maíz , trigo , arroz , centeno y otros cereales . Los combustibles sólidos se utilizan ampliamente en cohetes como propulsores sólidos . [1] Los combustibles sólidos se han utilizado a lo largo de la historia de la humanidad para crear fuego [2] y el combustible sólido todavía se utiliza ampliamente en todo el mundo en la actualidad. [3] [4]
El combustible sólido procedente de la biomasa se considera una fuente de energía renovable que puede contribuir a los esfuerzos de mitigación del cambio climático . El combustible sólido procedente de combustibles fósiles (es decir, el carbón ) no es una energía renovable.
La biomasa que se utiliza para la producción de energía puede transformarse en combustibles sólidos, pero también en combustibles líquidos o gaseosos. [5] : 173 En comparación, el término biocombustible se utiliza hoy en día principalmente (pero no exclusivamente) para combustibles líquidos o gaseosos , utilizados para el transporte. [6]
Los combustibles en pellets se elaboran a partir de materia orgánica comprimida o biomasa. [7] Los pellets se pueden fabricar a partir de cualquiera de las cinco categorías generales de biomasa: desechos y coproductos industriales, desechos de alimentos , residuos agrícolas , cultivos energéticos y madera sin tratar . [8] Los pellets de madera son el tipo más común de combustible en pellets. [9]
El combustible de madera puede referirse a varios combustibles como leña , carbón vegetal , láminas de astillas de madera , pellets y aserrín . La forma particular utilizada depende de factores como fuente, cantidad, calidad y aplicación. En muchas zonas, la madera es la forma de combustible más fácilmente disponible y no requiere herramientas para recoger madera muerta, o requiere pocas herramientas. Hoy en día, la quema de madera es el mayor uso de energía derivada de una biomasa de combustible sólido . El combustible de madera se puede utilizar para cocinar y calentarse , y ocasionalmente para alimentar máquinas de vapor y turbinas de vapor que generan electricidad . La madera se puede utilizar en interiores, en un horno, estufa o chimenea , o al aire libre en un horno, fogata o hoguera . Como ocurre con cualquier incendio , la quema de leña genera numerosos subproductos, algunos de los cuales pueden ser útiles (calor y vapor) y otros indeseables, irritantes o peligrosos.
Cuando se cosecha de manera sostenible , la madera generalmente se considera un combustible sólido renovable ( energía renovable ). [12]
Existe un debate sobre si la quema de madera puede considerarse neutra en carbono, ya que técnicamente la madera no puede liberar más carbono del que fue secuestrado durante su crecimiento, aunque esto no tiene en cuenta otros impactos como la deforestación y la descomposición que tiene sobre la huella de carbono . [13]
El combustible de turba es una acumulación de vegetación o materia orgánica parcialmente descompuesta que puede quemarse una vez que se haya secado lo suficiente. Se utiliza ampliamente en los distritos rurales de Irlanda y Escocia , donde no existen alternativas o son caras. [ cita necesaria ] Tiene un poder calorífico relativamente bajo , incluso después del secado esencial.
El carbón es una roca sedimentaria combustible de color negro o negro parduzco que generalmente se encuentra en estratos rocosos en capas o vetas llamadas lechos de carbón o vetas de carbón. A lo largo de la historia, el carbón se ha utilizado como recurso energético, quemándose principalmente para producir electricidad y calor, y también con fines industriales, como el refinado de metales. El carbón es la mayor fuente de energía para la generación de electricidad en todo el mundo, así como una de las más grandes del mundo. La extracción de carbón, su uso en la producción de energía y sus subproductos están todos asociados con efectos ambientales y de salud . Variaciones como el carbón sin humo se pueden formar de forma natural en forma de antracita , un tipo de carbón metamorfoseado con un contenido de carbono muy alto que desprende una llama sin humo cuando se prende fuego. Es un tipo importante de combustible sin humo .
El coque es un combustible con pocas impurezas y un alto contenido en carbono , elaborado normalmente a partir de carbón . Es el material carbonoso sólido derivado de la destilación destructiva del carbón bituminoso con bajo contenido de cenizas y azufre . Los coques elaborados a partir de carbón son grises, duros y porosos . Si bien el coque se puede formar de forma natural, la forma más utilizada es artificial. La forma conocida como coque de petróleo o coque de petróleo se deriva de unidades de coquización de refinerías de petróleo u otros procesos de craqueo. [12]
Los combustibles sólidos que producen poco humo o sustancias volátiles se fabrican a partir de carbón de antracita en polvo y se suministran en forma de briquetas, normalmente para uso doméstico, ya sea en estufas o chimeneas. El combustible está reemplazando al carbón como combustible para fuegos abiertos debido a la reducción de las emisiones de partículas y su mayor eficiencia. El combustible sin humo arde a una temperatura más alta y más lentamente que un fuego de carbón. El término también incluye el carbón vegetal , elaborado mediante combustión restringida de madera seca y ampliamente utilizado en barbacoas al aire libre para cocinar alimentos a fuego abierto.
El propulsor sólido para cohetes consiste en un oxidante sólido (como el nitrato de amonio ) unido con escamas o polvos de compuestos energéticos (como el RDX ) más aglutinantes, plastificantes, estabilizadores y otros aditivos. El propulsor sólido es mucho más fácil de almacenar y manipular que el propulsor líquido. También tiene una mayor densidad de energía, por lo que no requiere un espacio tan grande para la misma cantidad de energía almacenada.
El calor disponible de cada tipo de combustible es variable y depende del contenido de carbono e hidrógeno , así como del contenido de no combustibles o cenizas y agua. Una medida del calor producido por la quema es el calor de combustión , una medida exacta generalmente determinada mediante calorimetría de bomba y que exige una combustión completa en dióxido de carbono y agua.
Los combustibles gaseosos como el metano tienen valores más altos que los combustibles sólidos como el carbón . La turba presenta el valor más bajo de todos los combustibles comunes. Así, el metano tiene un HHV (poder calorífico superior) de 55,50 MJ/kg, el valor más alto de los combustibles comunes.
El gasóleo tiene un valor HHV de 44,80 MJ/kg y el carbón antracita un valor de 32,50 MJ/kg. La leña libre de humedad y cenizas tiene un valor más bajo de 21,70 MJ/kg, mientras que la turba seca tiene el valor más bajo de todos los combustibles comunes de aproximadamente 15,00 MJ/kg.
Estos son valores algo ideales y el calor real generado por cualquier combustible dependerá de la chimenea o cámara de combustión utilizada y de su diseño, por ejemplo. Sin embargo, proporcionan una guía útil sobre el calor disponible de cualquier combustible. La madera seca tiene aproximadamente dos tercios del poder calorífico del carbón, por lo que se necesita un peso mayor para generar la misma cantidad de calor.
Los combustibles sólidos, en comparación con los combustibles líquidos o gaseosos , suelen ser más baratos, más fáciles de extraer, más estables de transportar y en muchos lugares están más fácilmente disponibles. [14] [15]
El carbón , en particular, se utiliza en la generación del 38% de la electricidad mundial porque es menos costoso que sus homólogos líquidos y gaseosos. [3]
Los combustibles sólidos requieren métodos más destructivos para extraer/quemar y, a menudo, tienen mayores emisiones de carbono, nitratos y sulfatos. Con la excepción de la madera/biomasa sostenible, el combustible sólido normalmente se considera no renovable ya que requiere miles de años para formarse. [3]
Los combustibles sólidos están compuestos de materiales orgánicos y pueden contribuir a la mala calidad del aire . La quema de combustibles sólidos libera más aerosoles orgánicos [16] que el gas licuado de petróleo y libera muchos compuestos orgánicos volátiles , que pueden contribuir a la mala calidad del aire mediante la formación de contaminantes secundarios como el ozono a nivel del suelo y aerosoles orgánicos secundarios . [17] Las emisiones de combustibles sólidos son los principales impulsores de la mala calidad del aire en regiones donde los combustibles sólidos son una fuente de combustible dominante . [18]
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Medios relacionados con los combustibles sólidos en Wikimedia Commons