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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, como mercurio, plomo, dióxido de azufre (SO2), óxidos de nitrógeno (NOx) y dióxido de carbono (CO2), lo que contribuye a la contaminación del aire, la lluvia ácida y las emisiones de gases de efecto invernadero . Los métodos incluyen la desulfuración de los gases de combustión , la reducción catalítica selectiva , los precipitadores electrostáticos y la reducción de cenizas volantes, centrándose en reducir las emisiones de estas sustancias nocivas. Estas medidas tienen como objetivo reducir el impacto del carbón en la salud humana y el medio ambiente.
Cuando se quema carbón, se liberan al aire diversas sustancias químicas. Estos químicos incluyen mercurio, plomo y otros metales pesados, dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno, las principales moléculas que contribuyen a la formación de la lluvia ácida. Además, una gran cantidad de (CO 2 ), el principal gas de efecto invernadero asociado con la quema de combustibles fósiles, ingresa a la atmósfera y contribuye al smog. Por último, la quema de carbón puede provocar la liberación de pequeñas cantidades de materiales radiactivos que se encuentran naturalmente en la antracita . [1]
La mitigación de la contaminación por carbón es una serie de sistemas y tecnologías que buscan mitigar el impacto ambiental y de salud del carbón (Impacto ambiental y de salud de la industria del carbón); en particular, la contaminación del aire procedente de las centrales eléctricas alimentadas con carbón y del carbón quemado por la industria pesada . Los sistemas de mitigación de la contaminación por carbón se centran principalmente en mitigar la liberación de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas que componen el smog químico, que causan contaminación visible del aire, enfermedades y muertes prematuras.
El dióxido de azufre se puede eliminar mediante desulfuración de los gases de combustión y los óxidos de nitrógeno mediante reducción catalítica selectiva (SCR). Las partículas se pueden eliminar con precipitadores electrostáticos . Aunque quizás menos eficiente [ ¿quién? ] , los depuradores húmedos pueden eliminar tanto gases como partículas. La reducción de las cenizas volantes reduce las emisiones de materiales radiactivos naturales. Las emisiones de mercurio se pueden reducir hasta en un 95%. La captura de emisiones de dióxido de carbono del carbón es un proceso en el que una corriente relativamente pura de dióxido de carbono de fuentes industriales se separa, se trata y se transporta a un lugar de almacenamiento a largo plazo. : 2221 [ cita necesaria ]
La Revolución Industrial se caracterizó por el uso de la energía del vapor, el crecimiento de las fábricas y la producción en masa de bienes manufacturados. En este caso, el carbón se convirtió en una necesidad masiva, “porque era una fuente de energía barata y abundante” [2] utilizada para impulsar máquinas de vapor, calentar edificios y generar electricidad. Al convertirse el carbón en la principal fuente de energía, hubo un aumento en el empleo de los mineros del carbón. Con este aumento en la demanda de mano de obra surgieron problemas humanitarios. En particular, “los niños eran empleados ideales porque se les podía pagar menos, a menudo eran de menor tamaño, por lo que podían realizar tareas en espacios reducidos y era menos probable que se organizaran y hicieran huelga contra sus lamentables condiciones laborales”. [3]
Los subproductos de la combustión del carbón son compuestos que se liberan a la atmósfera como resultado de la quema de carbón. El carbón incluye contaminantes como compuestos de azufre y minerales no combustibles. Cuando se quema carbón, los minerales se convierten en cenizas (es decir, partículas o PM) y el azufre forma dióxido de azufre. Dado que el aire está compuesto principalmente de nitrógeno , la combustión del carbón conduce a menudo a la producción de óxidos de nitrógeno. El dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno son las principales causas de la lluvia ácida. Durante muchos años, antes de que se entendiera ampliamente que los gases de efecto invernadero eran una amenaza, se pensó que estos subproductos eran el único inconveniente del uso del carbón. Estos subproductos siguen siendo un problema, pero se han reducido considerablemente en la mayoría de los países avanzados debido a las regulaciones de aire limpio. Es posible eliminar la mayor parte de las emisiones de dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas (PM) del proceso de quema de carbón. Por ejemplo, se utilizan diversas técnicas en una planta de preparación de carbón para reducir la cantidad de materia no combustible (es decir, cenizas) en el carbón antes de quemarlo. Durante la combustión, se utiliza la combustión en lecho fluidizado para reducir las emisiones de dióxido de azufre. Después de la quema, las partículas (es decir, cenizas y polvo) se pueden reducir utilizando un precipitador electrostático , y las emisiones de dióxido de azufre se pueden reducir aún más con la desulfuración de los gases de combustión . Las trazas de radionucleidos son más difíciles de eliminar. [ cita necesaria
Las centrales eléctricas alimentadas con carbón son la mayor fuente agregada del metal pesado tóxico mercurio : 50 toneladas por año provienen de centrales eléctricas de carbón de las 150 toneladas emitidas a nivel nacional en los EE. UU. y 5.000 toneladas a nivel mundial. Sin embargo, según el Servicio Geológico de Estados Unidos, las trazas de mercurio en los subproductos del carbón no representan una amenaza para la salud pública. Un estudio realizado en 2013 encontró que el mercurio encontrado en el pescado en el Océano Pacífico posiblemente podría estar relacionado con plantas alimentadas con carbón en Asia. [ cita necesaria ]
Un ejemplo visiblemente persistente de los efectos de la contaminación por la quema de carbón es el “smog y el hollín que tuvieron graves impactos en la salud de los residentes de los centros urbanos en crecimiento”. [4] El smog es un coloide que se forma cuando la luz solar reacciona con óxidos de nitrógeno gaseosos y al menos un compuesto orgánico volátil (COV) latente en la atmósfera. El smog suele ser visible al ojo humano y existe como un humo blanco y nebuloso que a veces causa irritación aguda de los ojos, la nariz y el sistema respiratorio. [5] Las dos fuentes principales que causan el smog son la contaminación primaria y secundaria. La contaminación primaria se emite directamente desde una fuente, como conducir un automóvil, quemar carbón, quemar combustibles fósiles, etc., mientras que la contaminación secundaria se forma en la atmósfera, como reacciones químicas naturales entre la luz solar y el ozono. Según Water and Air Pollution "El gran smog de 1952 fue causado por la producción masiva de carbón quemado, matando a 4.000 personas en Londres. Water and Air Pollution, [4] y en "1948 hubo una grave contaminación del aire industrial que creó un smog mortal que asfixió 20 personas en Donora Pennsylvania y enfermó a 7.000 personas más”. [4]
En algunos países, como en la UE, es necesario publicar las mediciones de las chimeneas de las centrales eléctricas individuales. Mientras tanto, en algunos países, como Turquía , sólo se informan al gobierno, no al público. Sin embargo, desde finales de la década de 2010 se dispone de mediciones satelitales de algunos contaminantes.
Como el carbón es principalmente carbono, su combustión produce una gran cantidad de dióxido de carbono. La AIE dijo en 2022 que "lograr una rápida reducción de las emisiones globales de carbón es el desafío central para alcanzar los objetivos climáticos internacionales". [6]
La tecnología de secuestro de carbono , para eliminar cantidades significativas de dióxido de carbono del aire, aún no se ha probado a gran escala y puede que no sea segura ni exitosa. El CO2 secuestrado puede eventualmente filtrarse a través del suelo, provocar una inestabilidad geológica inesperada o provocar la contaminación de los acuíferos utilizados para el suministro de agua potable. [ cita necesaria ] La captura y almacenamiento de carbono se aplica en grandes emisores puntuales de dióxido de carbono con el objetivo de evitar que ingrese a la atmósfera.
Dado que aproximadamente el 37% del consumo mundial de energía en 2022 provino del carbón, alcanzar los objetivos de reducción de dióxido de carbono del Acuerdo de París requerirá modificaciones en la forma en que se utiliza el carbón. [7]
Más información: Impacto ambiental y de salud de la industria del carbón
Junto con la recuperación mejorada de petróleo y otras aplicaciones, la CCS a escala comercial se está probando actualmente en los EE. UU. y otros 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.
El SO 2 se puede eliminar mediante desulfuración de los gases de combustión .
El NO 2 se puede eliminar mediante reducción catalítica selectiva (SCR).
Las partículas se pueden eliminar con precipitadores electrostáticos .
Aunque quizás sean menos eficientes que la desulfuración, la SCR y la precipitación electrostática, los depuradores húmedos pueden eliminar tanto gases como partículas.
Las emisiones de mercurio se pueden reducir hasta en un 95%. [8]
La reducción de las cenizas volantes reduce las emisiones de materiales radiactivos .
Se encuentran disponibles varios métodos tecnológicos diferentes para la captura de carbono, tal como lo exige el concepto de carbón limpio:
Se esperaba que el proyecto IGCC del condado de Kemper , una propuesta de central eléctrica 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 . [12] Sin embargo, después de muchos retrasos y un aumento de costos a $7.5 mil millones (el triple del presupuesto inicial), [13] 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 . [14]
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. [15]
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. [16] [17] La instalación captura CO 2 y lluvia ácida que produce contaminantes, 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 se pueden hacer económicamente prácticas soluciones alternativas más deseables a la generación de energía. [17]
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). [18] El sistema de calderas 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. [19]
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. [20] [ cita necesaria ]
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". [21]
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). [22] 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 . [22]
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 ".
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 . [23]
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) [24]
Desde 2019, el panorama energético en Estados Unidos ha experimentado una transformación significativa y el consumo de energía renovable superó al carbón por primera vez en más de un siglo. Este cambio es indicativo de una tendencia global más amplia hacia las fuentes de energía renovables como resultado de sus costos decrecientes y su creciente eficiencia. [25]
La caída del consumo de carbón en EE.UU. ha sido notable, disminuyendo casi un 15% respecto al año anterior. Esta disminución se atribuye en gran medida al menor uso de carbón en la generación de electricidad, a medida que se dispone de alternativas más rentables y respetuosas con el medio ambiente.
En cambio, las fuentes de energía renovables, en particular la eólica y la solar, han experimentado un crecimiento sustancial. Esto no sólo se debe a los beneficios medioambientales que ofrecen sino también a sus costes cada vez más competitivos. Los avances tecnológicos en energía renovable, junto con políticas gubernamentales de apoyo, han hecho que estas fuentes sean más accesibles y asequibles. [26]
En Australia, el entonces Primer Ministro Kevin Rudd se refirió a menudo a la captura y almacenamiento de carbono como una posible forma de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero. (El anterior Primer Ministro, John Howard, había declarado que la energía nuclear era una mejor alternativa, ya que la tecnología CAC podría no resultar económicamente viable.)
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. [27] 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. [27]
Desde 2006, China emite más CO 2 que cualquier otro país . [28] [29] [30] [31] [32] Los investigadores en China se están centrando en aumentar la eficiencia de la quema de carbón para poder obtener más energía con menos carbón. [33] 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. [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 , firmada en 2009 por el presidente Obama, 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.
Ecologistas como Dan Becker, director del Programa de Energía y Calentamiento Global del Sierra Club , cree que el término carbón limpio es engañoso: "No existe el carbón limpio y nunca lo habrá. Es un oxímoron ". La Campaña del Carbón del Sierra Club ha lanzado un sitio que refuta las declaraciones y la publicidad sobre el carbón limpio de la industria del carbón.
Las quejas se centran en los impactos ambientales de la extracción de carbón , los altos costos de secuestrar carbono y la incertidumbre sobre cómo gestionar los contaminantes y radionucleidos resultantes . En referencia al secuestro de carbono, existen preocupaciones sobre si el almacenamiento geológico de CO 2 en embalses, acuíferos, etc. , es indefinido/permanente.
El paleontólogo e influyente activista medioambiental Tim Flannery afirmó que el concepto de carbón limpio podría no ser viable en todas las zonas geográficas.
Los críticos también creen que la construcción continua de plantas alimentadas por carbón (utilicen o no técnicas de secuestro de carbono) fomenta prácticas mineras insostenibles de carbón, que pueden destruir montañas, laderas y áreas naturales. También señalan que puede requerirse una gran cantidad de energía y emitirse contaminación durante el transporte del carbón a las centrales eléctricas.
La Reality Coalition , una organización climática estadounidense sin fines de lucro compuesta por la Alianza para la Protección del Clima, el Sierra Club , la Federación Nacional de Vida Silvestre , el Consejo de Defensa de los Recursos Naturales y la Liga de Votantes por la Conservación , publicó una serie de comerciales de televisión en 2008 y 2009. Los comerciales fueron muy críticos con los intentos de mitigar la contaminación del carbón, afirmando que sin capturar las emisiones de CO 2 y almacenarlas de manera segura no se puede llamar carbón limpio .
Greenpeace es un gran opositor al concepto, porque considera que las emisiones y los desechos no se evitan sino que se transfieren de un flujo de desechos a otro. Según Phil Radford , director ejecutivo de Greenpeace USA , hablando en 2012, "incluso la industria calcula que tardará 10 o 20 años en llegar, y necesitamos soluciones antes. Necesitamos aumentar la energía renovable; el 'carbón limpio' es una distracción de eso."
A finales de los años 1980 y principios de los años 1990, el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) comenzó a llevar a cabo un programa conjunto con la industria y agencias estatales para demostrar tecnologías de carbón limpio lo suficientemente grandes para uso comercial. El programa, llamado Iniciativa de Tecnología del Carbón Limpio y Energía Limpia del Carbón (CCPI), ha tenido una serie de éxitos que han reducido las emisiones y los desechos de la generación de electricidad a base de carbón. [37] En el año 2000, la EPA y el DOE hicieron necesarios muchos sistemas básicos. El Laboratorio Nacional de Tecnología Energética ha administrado tres rondas de financiación CCPI y durante cada ronda se seleccionaron los siguientes proyectos: [38]
Estos programas han ayudado a enfrentar los desafíos regulatorios al incorporar tecnologías de control de la contaminación en una cartera de opciones rentables de cumplimiento regulatorio para centrales eléctricas de carbón convencionales y de desarrollo. Esta cartera ha posicionado a Estados Unidos como uno de los principales exportadores de tecnologías como las utilizadas para el carbón y el mercurio, y más recientemente para la captura de carbono, en consonancia con el objetivo de implementar sistemas energéticos avanzados basados en el carbón en servicios comerciales. El DOE continúa con sus programas e iniciativas a través de asociaciones regionales de secuestro, un foro de liderazgo en secuestro de carbono y el Programa central de secuestro de carbono, un programa de investigación y desarrollo de CAC. [39]
Según un informe de 1999 del subsecretario de energía fósil del Departamento de Energía de Estados Unidos, la tecnología limpia del carbón ha dado dividendos mensurables. La innovación tecnológica introducida a través del Programa CCT ahora proporciona a los consumidores energía limpia y rentable a base de carbón. [40] Para 2015, las emisiones estimadas por planta de carbón se redujeron en un 22%.
Los sitios de CCS propuestos están sujetos a una extensa investigación y monitoreo para evitar peligros potenciales, que podrían incluir fugas de CO 2 secuestrado a la atmósfera, inestabilidad geológica inducida o contaminación de fuentes de agua como océanos y acuíferos utilizados para el suministro de agua potable. [41] [42] [43] 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 . [44]