_(cropped).jpg/1280px-Figure_1-_Sample_Layout_of_Emissions_Controls_at_a_Coal_Power_Plant_(7315637538)_(cropped).jpg)
La mitigación de la contaminación por carbón , a veces denominada carbón limpio , es una serie de sistemas y tecnologías que buscan mitigar el impacto sobre la salud y el medio ambiente de la quema de carbón para obtener energía. La quema de carbón libera sustancias nocivas que contribuyen a la contaminación del aire, la lluvia ácida y las emisiones de gases de efecto invernadero . La mitigación incluye enfoques de precombustión, como la limpieza del carbón, y enfoques de poscombustión, que incluyen la desulfuración de los gases de combustión , la reducción catalítica selectiva , los precipitadores electrostáticos y la reducción de cenizas volantes . Estas medidas tienen como objetivo reducir el impacto del carbón en la salud humana y el medio ambiente.
La combustión del carbón libera al aire diversas sustancias químicas. Los principales productos son agua y dióxido de carbono, al igual que la combustión del petróleo. También se liberan dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, así como algo de mercurio. El residuo que queda después de la combustión, las cenizas de carbón, a menudo contiene arsénico, mercurio y plomo. Por último, la quema de carbón, especialmente de antracita , puede liberar materiales radiactivos. [1]
La mitigación de la contaminación generada por el carbón se puede dividir en varios enfoques distintos. La mitigación de la contaminación por carbón busca minimizar los impactos negativos de la combustión del carbón. [2]
Antes de su combustión, el carbón puede limpiarse por medios físicos y químicos.
La limpieza física del carbón generalmente implica procesos gravimétricos, a menudo junto con flotación por espuma. Dichos procesos eliminan minerales y otros componentes no combustibles del carbón, explotando su mayor densidad frente a la del carbón. Esta tecnología se practica ampliamente.
El carbón también se puede limpiar en parte mediante tratamientos químicos. El concepto es utilizar productos químicos para eliminar los componentes nocivos del carbón, dejando atrás el material combustible. Normalmente, la limpieza del carbón implica el tratamiento del carbón triturado con ácidos o bases. Esta tecnología es cara y rara vez ha pasado de la fase de demostración. Durante la Segunda Guerra Mundial , la industria alemana eliminó las cenizas del carbón mediante tratamientos con ácido fluorhídrico y reactivos relacionados. [2]
Los desechos producidos por la combustión del carbón se pueden clasificar en tres categorías: gases, partículas y sólidos (cenizas). Los productos gaseosos se pueden filtrar y lavar para minimizar la liberación de SO x, NO x y mercurio:
Los precipitadores electrostáticos eliminan las partículas. Los depuradores húmedos pueden eliminar tanto gases como partículas.
El residuo sólido, las cenizas de carbón , requiere un conjunto separado de tecnologías, pero generalmente implica su vertido en vertederos o algunos métodos de inmovilización. La reducción de las cenizas volantes reduce las emisiones de materiales radiactivos .
Se encuentran disponibles varios métodos tecnológicos diferentes para la captura de carbono:
La vigilancia por satélite se utiliza ahora para cotejar los datos nacionales; por ejemplo, Sentinel-5 Precursor ha demostrado que el control chino del SO 2 sólo ha tenido un éxito parcial. [7] También ha revelado que el bajo uso de tecnología como SCR ha resultado en altas emisiones de NO 2 en Sudáfrica y la India. [8]
Se han construido algunas centrales eléctricas de carbón de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) con gasificación de carbón . Aunque queman carbón de manera más eficiente y, por lo tanto, emiten menos contaminación, la tecnología en general no ha demostrado ser económicamente viable para el carbón, excepto posiblemente en Japón, aunque esto es controvertido. [9] [10]
Junto con la recuperación mejorada de petróleo y otras aplicaciones, la CCS a escala comercial se está probando actualmente en varios países. [ ¿por quién? ] Los sitios de CCS propuestos están sujetos a una extensa investigación y monitoreo para evitar peligros potenciales, que podrían incluir fugas de CO2 secuestrado a la atmósfera, inestabilidad geológica inducida o contaminación de fuentes de agua como océanos y acuíferos utilizados para el suministro de agua potable. A partir de 2021, el único demostrador de CCS en una planta de carbón que almacena el gas bajo tierra es parte de la central eléctrica de Boundary Dam . [ cita necesaria ]
La planta de Great Plains Synfuels respalda la viabilidad técnica del secuestro de dióxido de carbono. El dióxido de carbono procedente de la gasificación del carbón se envía a Canadá, donde se inyecta en el suelo para ayudar en la recuperación del petróleo. Una desventaja del proceso de secuestro de carbono es que es costoso en comparación con los procesos tradicionales.
Se esperaba que el proyecto IGCC del condado de Kemper , una planta de energía basada en gasificación de carbón de 582 MW , utilizara la captura previa a la combustión de CO 2 para capturar el 65 % del CO 2 que produce la planta, que se habría utilizado y secuestrado geológicamente en condiciones mejoradas. operaciones de recuperación de petróleo . [11] Sin embargo, después de muchos retrasos y un aumento de costos a $7.5 mil millones (el triple del presupuesto inicial), [12] el proyecto de gasificación de carbón fue abandonado y, a fines de 2017, Kemper está en construcción como una planta de energía de gas natural más barata . [13]
El Proyecto Integrado de Demostración de Captura y Secuestro de Carbono del Gobierno de Saskatchewan utilizará tecnología de depuración basada en aminas de poscombustión para capturar el 90% del CO 2 emitido por la Unidad 3 de la central eléctrica; este CO 2 se canalizará y utilizará para mejorar la recuperación de petróleo en los campos petrolíferos de Weyburn. [14]
Un ejemplo temprano de una planta basada en carbón que utiliza tecnología de captura de carbono (oxicombustible) es la central eléctrica Schwarze Pumpe de la compañía sueca Vattenfall ubicada en Spremberg , Alemania , construida por la firma alemana Siemens , que entró en funcionamiento en septiembre de 2008. [15] [16] La instalación captura CO 2 y los contaminantes que producen lluvia ácida, los separa y comprime el CO 2 en un líquido. Los planes son inyectar CO 2 en campos de gas natural agotados u otras formaciones geológicas. Vattenfall opina que esta tecnología no se considera una solución final para la reducción de CO 2 en la atmósfera, pero proporciona una solución alcanzable en el corto plazo, mientras que soluciones alternativas más deseables a la generación de energía se pueden hacer económicamente prácticas. [dieciséis]
Se están llevando a cabo otros ejemplos de captura de carbono por oxicombustión. Callide Power Station ha modernizado una central eléctrica existente alimentada por PC de 30 MWth para que funcione en modo oxicorte; En Ciuden, España, Endesa tiene una planta de oxicombustible de 30 MWth de nueva construcción que utiliza tecnología de combustión en lecho fluidizado circulante (CFBC). [17] El sistema de caldera de cero emisiones (ZEBS) de Babcock-ThermoEnergy se basa en la oxicombustión; Este sistema presenta una captura de carbono cercana al 100 % y, según la información de la empresa, prácticamente no emite emisiones al aire. [18]
Otras tecnologías de captura y almacenamiento de carbono incluyen aquellas que deshidratan los carbones de bajo rango. Los carbones de bajo rango suelen contener un mayor nivel de contenido de humedad, lo que a su vez contiene un menor contenido de energía por tonelada. Esto provoca una reducción de la eficiencia de combustión y un aumento de las emisiones. La reducción de la humedad del carbón antes de la combustión puede reducir las emisiones hasta en un 50 por ciento. [19] [ cita necesaria ]
A finales de los años 1980 y principios de los 1990, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) llevó a cabo proyectos llamados Iniciativa de Tecnología del Carbón Limpio y Energía Limpia del Carbón (CCPI). [20] [21]
Que la tecnología de captura y almacenamiento de carbono se adopte en todo el mundo "...dependerá menos de la ciencia que de la economía. Limpiar el carbón es muy caro". [22]
La conversión de una central eléctrica de carbón convencional se realiza inyectando CO 2 en carbonato de amonio, después de lo cual se transporta y deposita bajo tierra (preferiblemente en el suelo debajo del mar). [23] Sin embargo, este proceso de inyección es, con diferencia, el más caro. Además del coste del equipo y del carbonato de amonio, la central eléctrica de carbón también necesita utilizar el 30% del calor generado para realizar la inyección (carga parásita). Se ha realizado una instalación de prueba en la central eléctrica de carbón American Electric Power Mountaineer.
Una solución para reducir esta pérdida térmica/carga parásita es quemar la carga pulverizada con oxígeno puro en lugar de aire . [23]
Se puede hacer que las centrales eléctricas de carbón de nueva construcción utilicen inmediatamente la gasificación del carbón antes de la combustión. Esto hace que sea mucho más fácil separar el CO 2 de los gases de escape, abaratando el proceso. Este proceso de gasificación se realiza en nuevas centrales eléctricas de carbón, como la central de carbón de Tianjin , denominada " GreenGen ".
Los estándares de contaminación locales incluyen GB13223-2011 (China), India, [24] la Directiva de Emisiones Industriales (UE) y la Ley de Aire Limpio (Estados Unidos) .
Desde 2006, China emite más CO 2 que cualquier otro país . [25] [26] [27] [28] [29] Los investigadores en China se están centrando en aumentar la eficiencia de la quema de carbón para poder obtener más energía con menos carbón. [30] Se estima que las nuevas centrales eléctricas de alta eficiencia podrían reducir las emisiones de CO 2 en un 7% porque no tendrán que quemar tanto carbón para obtener la misma cantidad de energía. [30]
A partir de 2019, [update] los costos de modernizar la CCS no están claros y la economía depende en parte de cómo progresa el esquema nacional chino de comercio de carbono . [31]
La contaminación provocó más de 2,3 millones de muertes prematuras en la India en 2019, según un nuevo estudio de Lancet. Casi 1,6 millones de muertes se debieron únicamente a la contaminación del aire y más de 500.000 fueron causadas por la contaminación del agua. India ha desarrollado instrumentos y poderes regulatorios para mitigar las fuentes de contaminación, pero no existe un sistema centralizado para impulsar los esfuerzos de control de la contaminación y lograr mejoras sustanciales", dice el estudio y agrega que en el 93% del país, la cantidad de contaminación sigue muy por encima de la Salud Mundial. Directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS) [32] .
En 2014, SaskPower, una empresa de electricidad de propiedad provincial, finalizó las renovaciones de la caldera número 3 de Boundary Dam, convirtiéndola en la primera instalación de almacenamiento de captura de carbono poscombustión del mundo. [33] El proyecto de renovación acabó costando poco más de 1.200 millones de dólares y puede eliminar el CO 2 y las toxinas de hasta el 90 por ciento de los gases de combustión que emite. [33]
Tras el catastrófico fallo de la central nuclear de Fukushima I en Japón que resultó del terremoto y tsunami de Tōhoku de 2011 , y la posterior oposición pública generalizada contra la energía nuclear , las centrales eléctricas de carbón de alta energía y bajas emisiones (HELE) fueron cada vez más favorecidas por Shinzō. El gobierno liderado por Abe recuperará la capacidad energética perdida debido al cierre parcial de las centrales nucleares en Japón y reemplazará las antiguas centrales eléctricas alimentadas con carbón y petróleo, al tiempo que cumplirá los objetivos de emisiones para 2030 del Acuerdo de París . Se han planificado 45 centrales eléctricas HELE, supuestamente para emplear un ciclo integrado de pila de combustible de gasificación , un desarrollo adicional del ciclo combinado de gasificación integrada. [34] [35]
Japón había adoptado proyectos piloto anteriores sobre centrales eléctricas de carbón IGCC a principios de los años 1990 y finales de los años 2000.
En Estados Unidos, el ex presidente George W. Bush mencionó el carbón limpio en varias ocasiones, incluido su discurso sobre el estado de la Unión de 2007 . La posición de Bush era que se debían fomentar las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono como medio para reducir la dependencia del país del petróleo extranjero.
Durante la campaña presidencial estadounidense de 2008 , los candidatos John McCain y Barack Obama expresaron interés en el desarrollo de tecnologías CAC como parte de un plan energético global e integral. El desarrollo de tecnologías de mitigación de la contaminación también podría generar negocios de exportación para Estados Unidos o cualquier otro país que trabaje en ello.
La Ley Estadounidense de Reinversión y Recuperación asignó 3.400 millones de dólares para tecnologías avanzadas de captura y almacenamiento de carbono, incluidos proyectos de demostración.
La ex Secretaria de Estado Hillary Clinton ha dicho que "deberíamos esforzarnos para que la nueva generación de electricidad provenga de otras fuentes, como el carbón limpio y las energías renovables", y el ex Secretario de Energía, Dr. Steven Chu, ha dicho que "Vale absolutamente la pena invertir en captura y almacenamiento de carbono", señalando que incluso si Estados Unidos y Europa le dieran la espalda al carbón, es probable que países en desarrollo como India y China no lo hicieran.
Durante el primer debate sobre las elecciones presidenciales de Estados Unidos de 2012 , Mitt Romney expresó su apoyo al carbón limpio y afirmó que las políticas federales actuales estaban obstaculizando la industria del carbón. [36]
Durante la administración Trump, unLa Oficina de Carbón Limpio y Gestión del Carbono se creó dentro del Departamento de Energía de los Estados Unidos , pero fue abolida durante la administración Biden.
Impacto en la salud y el medio ambiente de la industria del carbón