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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 en la salud y el medio ambiente de la quema de carbón para generar 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, como la desulfuración de 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 diversas sustancias químicas al aire. 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, la ceniza 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 causada por el carbón puede dividirse en varios enfoques distintos. La mitigación de la contaminación causada por el 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 suele implicar procesos gravimétricos, a menudo en combinación con flotación por espuma. Dichos procesos eliminan los minerales y otros componentes no combustibles del carbón, aprovechando su mayor densidad en comparación con 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. Por lo general, la limpieza del carbón implica el tratamiento del carbón triturado con ácidos o bases. Esta tecnología es costosa 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 depurar para minimizar la liberación de SO x , NO x , mercurio:
Los precipitadores electrostáticos eliminan las partículas. Los depuradores húmedos pueden eliminar tanto gases como partículas.
El residuo sólido, la ceniza de carbón , requiere un conjunto de tecnologías aparte, pero normalmente implica el vertido en vertederos o algún método de inmovilización. La reducción de la ceniza volante reduce las emisiones de materiales radiactivos .
Existen varios métodos tecnológicos diferentes para la captura de carbono:
En la actualidad, el monitoreo satelital se utiliza para cotejar datos nacionales; por ejemplo, el Sentinel-5 Precursor ha demostrado que el control chino del SO2 ha sido sólo parcialmente exitoso. [7] También ha revelado que el bajo uso de tecnología como la SCR ha resultado en altas emisiones de NO2 en Sudáfrica y la India. [8]
Se han construido algunas centrales eléctricas de carbón con ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) que utilizan gasificación de carbón . Aunque queman carbón de manera más eficiente y, por lo tanto, emiten menos contaminación, la tecnología 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, actualmente se están probando en varios países sistemas de CCS a escala comercial. [ ¿ Quiénes los realizan? ] Los sitios propuestos para CCS están sujetos a una amplia investigación y monitoreo para evitar posibles peligros, 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 Boundary Dam . [ cita requerida ]
La planta de combustibles sintéticos de Great Plains respalda la viabilidad técnica del secuestro de dióxido de carbono. El dióxido de carbono de la gasificación del carbón se envía a Canadá, donde se inyecta en el suelo para ayudar a la recuperación de 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 de CO2 previa a la combustión para capturar el 65% del CO2 que produce la planta, que se habría utilizado y secuestrado geológicamente en operaciones mejoradas de recuperación de petróleo . [11] Sin embargo, después de muchas demoras y un aumento de costos de $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 a gas natural más económica. [13]
El Proyecto de Demostración de Captura y Secuestro Integrado de Carbono de la Presa Boundary del Gobierno de Saskatchewan utilizará tecnología de depuración basada en aminas y poscombustión para capturar el 90% del CO2 emitido por la Unidad 3 de la planta de energía; este CO2 se transportará por tuberías hasta los yacimientos petrolíferos de Weyburn y se utilizará para una mejor recuperación de petróleo en ellos. [14]
Un ejemplo temprano de una planta basada en carbón que utiliza tecnología de captura de carbono (oxi-combustible) es la central eléctrica Schwarze Pumpe de la empresa 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 CO2 y contaminantes que producen lluvia ácida, los separa y comprime el CO2 en un líquido. Los planes son inyectar el CO2 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 CO2 en la atmósfera, pero proporciona una solución alcanzable en el corto plazo mientras se pueden hacer económicamente prácticas soluciones alternativas más deseables para la generación de energía. [16]
Existen otros ejemplos de captura de carbono mediante oxicombustión. La central eléctrica de Callide ha modernizado una central eléctrica de 30 MWth alimentada por PC para que funcione en modo oxicombustión; en Ciudadela (España), Endesa ha construido una nueva planta de oxicombustión de 30 MWth 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 captura casi el 100% del carbono y, según la información de la empresa, prácticamente no produce emisiones a la atmósfera. [18]
Otras tecnologías de captura y almacenamiento de carbono incluyen aquellas que deshidratan carbones de bajo rango. Los carbones de bajo rango a menudo contienen un nivel más alto de contenido de humedad, lo que a su vez contiene un menor contenido de energía por tonelada. Esto provoca una menor 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 requerida ]
A finales de los años 1980 y principios de los años 1990, el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) llevó a cabo proyectos denominados Iniciativa de Tecnología de Carbón Limpio y Energía de Carbón Limpio (CCPI). [20] [21]
La adopción de la tecnología de captura y almacenamiento de carbono 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 convencional a carbón se realiza inyectando el CO2 en carbonato de amonio , para luego transportarlo y depositarlo bajo tierra (preferiblemente en el suelo bajo el 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 a carbón también necesita utilizar el 30% del calor generado para realizar la inyección (carga parásita). Se ha realizado una prueba en la central eléctrica a carbón Mountaineer de American Electric Power.
Una solución para reducir esta pérdida térmica/carga parásita es quemar la carga pulverizada con oxígeno puro en lugar de aire . [23]
Las nuevas centrales eléctricas de carbón pueden ser diseñadas para utilizar inmediatamente la gasificación del carbón antes de la combustión. Esto hace que sea mucho más fácil separar el CO2 de los gases de escape, lo que hace que el proceso sea más económico. Este proceso de gasificación se realiza en las nuevas centrales eléctricas de carbón, como la central de carbón de Tianjin , llamada " GreenGen ".
Las normas locales sobre contaminación incluyen GB13223-2011 (China), India, [24] la Directiva sobre emisiones industriales (UE) y la Ley de Aire Limpio (Estados Unidos) .
Desde 2006, China libera más CO2 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 plantas de energía de alta eficiencia podrían reducir la emisión de CO2 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 modernización de la CCS no están claros y la economía depende en parte de cómo avance el esquema nacional de comercio de carbono chino . [31]
Según un nuevo estudio de The Lancet, la contaminación provocó más de 2,3 millones de muertes prematuras en la India en 2019. Casi 1,6 millones de muertes se debieron solo a la contaminación del aire, y más de 500.000 fueron causadas por la contaminación del agua. La 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", afirma el estudio, que añade que en el 93% del país, la cantidad de contaminación sigue estando muy por encima de las directrices de la Organización Mundial de la Salud (OMS). [32]
En 2014, SaskPower, una empresa de servicios eléctricos de propiedad provincial, terminó las renovaciones en la caldera número 3 de Boundary Dam, convirtiéndola en la primera instalación de almacenamiento de captura de carbono postcombustión del mundo. [33] El proyecto de renovación terminó costando un poco más de 1.200 millones de dólares y puede eliminar el CO2 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 menores emisiones (HELE) fueron cada vez más favorecidas por el gobierno dirigido por Shinzō Abe para recuperar la capacidad energética perdida por el cierre parcial de las centrales nucleares en Japón y para reemplazar las antiguas centrales eléctricas de carbón y petróleo, al tiempo que se cumplen los objetivos de emisiones de 2030 del Acuerdo de París . Se han planificado 45 centrales eléctricas HELE, supuestamente para emplear un ciclo de pila de combustible de gasificación integrada , un desarrollo adicional del ciclo combinado de gasificación integrada. [34] [35]
Japón había adoptado proyectos piloto previos sobre plantas de energía a carbón IGCC a principios de la década de 1990 y finales de la década de 2000.
En Estados Unidos, el expresidente George W. Bush mencionó el carbón limpio en varias ocasiones, incluido su discurso sobre el Estado de la Unión de 2007. La postura de Bush era que se debían fomentar las tecnologías de captura y almacenamiento de carbono como un medio para reducir la dependencia del país del petróleo extranjero.
Durante la campaña presidencial estadounidense de 2008 , ambos candidatos, John McCain y Barack Obama, manifestaron su interés en el desarrollo de tecnologías de captura y almacenamiento de carbono como parte de un plan energético 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 de Reinversión y Recuperación Estadounidense 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 "debemos 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 "es absolutamente valioso invertir en la captura y almacenamiento de carbono", señalando que incluso si Estados Unidos y Europa le dieran la espalda al carbón, los países en desarrollo como India y China probablemente no lo harían.
Durante el primer debate electoral presidencial 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 Gestión del Carbono y Carbón Limpio se creó dentro del Departamento de Energía de los Estados Unidos , pero fue abolida durante la administración Biden.
Impacto de la industria del carbón en la salud y el medio ambiente