El combustible sólido se refiere a varias formas de material sólido que se puede quemar para liberar energía, proporcionando calor y luz a través del proceso de combustión . Los combustibles sólidos se pueden contrastar con los combustibles líquidos y los combustibles gaseosos . Los ejemplos comunes de combustibles sólidos incluyen madera , carbón vegetal , turba , carbón , tabletas de combustible de hexamina , estiércol seco , pellets de madera , maíz , trigo , arroz , centeno y otros granos . Los combustibles sólidos se utilizan ampliamente en cohetería 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 usa ampliamente en todo el mundo en la actualidad. [3] [4]
El combustible sólido de biomasa se considera una fuente de energía renovable que puede contribuir a los esfuerzos de mitigación del cambio climático . El combustible sólido de combustibles fósiles (es decir, el carbón ) no es una energía renovable.
La biomasa que se utiliza para la producción de energía se puede procesar para obtener combustibles sólidos, pero también líquidos o gaseosos. [5] : 173 En comparación, el término biocombustible se utiliza hoy en día principalmente (pero no exclusivamente) para los combustibles líquidos o gaseosos utilizados para el transporte. [6]
Los pellets combustibles se fabrican 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: residuos industriales y coproductos, residuos alimentarios , residuos agrícolas , cultivos energéticos y madera sin tratar . [8] Los pellets de madera son el tipo más común de combustible de pellets. [9]
El término combustible de madera puede referirse a varios combustibles, como leña , carbón , láminas de virutas de madera , pellets y aserrín . La forma particular utilizada depende de factores como la fuente, la cantidad, la calidad y la aplicación. En muchas áreas, la madera es la forma de combustible más fácilmente disponible, ya que no requiere herramientas en el caso de recoger madera muerta, o 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 calentar , y ocasionalmente para alimentar motores 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 . Al igual que con cualquier fuego , la quema de combustible de madera crea numerosos subproductos, algunos de los cuales pueden ser útiles (calor y vapor), y otros que son indeseables, irritantes o peligrosos.
Cuando se cosecha de manera sostenible, la madera suele considerarse un combustible sólido renovable ( energía renovable ). [12]
Existe un debate sobre si la quema de madera puede considerarse carbono neutral, 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 putrefacción en la huella de carbono . [13]
El combustible de turba es una acumulación de vegetación o materia orgánica parcialmente descompuesta que se puede quemar una vez que se ha secado lo suficiente. Se utiliza ampliamente en los distritos rurales de Irlanda y Escocia , donde no hay alternativas o estas son caras. [ cita requerida ] Tiene un valor calorífico relativamente bajo , incluso después de un secado esencial.
El carbón es una roca sedimentaria combustible de color negro o marrón-negro 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 la producción de electricidad y calor, y también se utiliza para 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 mayores del mundo. La extracción de carbón, su uso en la producción de energía y sus subproductos están 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 emite una llama sin humo cuando se enciende. Es un tipo importante de combustible sin humo .
El coque es un combustible con pocas impurezas y un alto contenido de carbono , que generalmente se obtiene a partir del carbón . Es el material carbonoso sólido que se obtiene de la destilación destructiva de carbón bituminoso con bajo contenido de cenizas y azufre . Los coques hechos a partir del carbón son grises, duros y porosos . Si bien el coque se puede formar de forma natural, la forma que se utiliza comúnmente es la artificial. La forma conocida como coque de petróleo o pet coke se deriva de las 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 antracita en polvo y se suministran en forma de briquetas, generalmente para uso doméstico, ya sea en estufas o chimeneas abiertas. 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 se quema a una temperatura más alta y más lentamente que un fuego de carbón. El término también incluye el carbón vegetal , elaborado mediante la combustión restringida de madera seca y ampliamente utilizado en barbacoas al aire libre para cocinar alimentos en un fuego abierto.
El combustible sólido para cohetes consiste en un oxidante sólido (como el nitrato de amonio ) unido con copos o polvos de compuestos energéticos (como el RDX ) más aglutinantes, plastificantes, estabilizadores y otros aditivos. El combustible sólido es mucho más fácil de almacenar y manipular que el combustible líquido. También tiene una mayor densidad energética, 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 incombustibles o de cenizas y agua. Una medida del calor producido por la combustión es el calor de combustión , una medida exacta que se determina generalmente mediante calorimetría de bomba y que exige una combustión completa hasta 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. Por lo tanto, el metano tiene un valor calorífico superior (HHV) de 55,50 MJ/kg, el valor más alto de los combustibles comunes.
El combustible diésel tiene un valor HHV de 44,80 MJ/kg y el carbón antracita un valor de 32,50 MJ/kg. La leña sin humedad ni 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, aproximadamente 15,00 MJ/kg.
Estos son valores más o menos 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, brindan una guía útil sobre el calor disponible a partir de cualquier combustible. La madera seca tiene aproximadamente dos tercios del valor calorífico del carbón, por lo que se necesita un mayor peso 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 para transportar y en muchos lugares están más fácilmente disponibles. [14]
El carbón , en particular, se utiliza en la generación del 38% de la electricidad mundial porque es menos costoso que sus contrapartes líquidas y gaseosas. [3]
Los combustibles sólidos requieren métodos más destructivos para su extracción y combustión y suelen tener mayores emisiones de carbono, nitratos y sulfatos. Con excepción de la madera y la biomasa sostenibles, los combustibles sólidos suelen considerarse no renovables, ya que requieren 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 aerosol orgánico [15] que el gas licuado de petróleo y libera muchos compuestos orgánicos volátiles , que pueden contribuir a la mala calidad del aire a través de la formación de contaminantes secundarios como el ozono troposférico y el aerosol orgánico secundario . [16] 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 . [17]
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