La producción de electricidad a partir del carbón puede ser perjudicial para el medio ambiente
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El carbón mineral es un combustible fósil extraído de la tierra mediante la minería. Su origen proviene de la descomposición de materia orgánica (restos de árboles y plantas) que se acumuló bajo una capa de agua hace millones de años. El enterramiento de esta materia orgánica por depósitos de arcilla y arena provoca un aumento de presión y temperatura, lo que contribuye a la concentración de átomos de carbono y a la expulsión de átomos de oxígeno e hidrógeno (carbonificación).
El carbón mineral se subdivide según el poder calorífico y la incidencia de impurezas, considerándose de baja calidad (lignito y subbituminoso) y de alta calidad (bituminoso o carbón y antracita). Según el Servicio Geológico de Brasil, el carbón mineral se puede subdividir según su calidad, que depende de factores como la naturaleza de la materia orgánica que lo formó, el clima y la evolución geológica de la zona.
Turba
La extracción de turba se realiza antes de que se drene el área, lo que reduce su humedad. A menudo se deposita al aire libre para perder más humedad.
Usos: se corta en bloques y se utiliza como combustible en hornos, termoeléctrico, para la obtención de gas combustible, ceras, parafinas, amoniaco y alquitrán (producto del cual se derivan aceites y otras sustancias de gran uso por la industria química)
Lignito
Puede ocurrir de dos maneras, como un material marrón o negro, y recibe diferentes nombres.
Usos: gasógenos obteniendo alquitrán, ceras, fenoles y parafinas. La ceniza de la combustión se puede utilizar como cemento puzolánico y cerámica.
Carbón
El carbón se puede subdividir en dos tipos principales: carbón energético y carbón metalúrgico. El primero, también llamado carbón de vapor, es considerado el más pobre y se utiliza directamente en hornos, principalmente en plantas termoeléctricas. El carbón metalúrgico o carbón coquizable se considera noble. El coque es un material poroso, ligero y de brillo metálico, utilizado como combustible en metalurgia (altos hornos). El carbón también se utiliza en la producción de alquitrán.
Antracita
Tiene combustión lenta, estando indicado para calefacción doméstica. También se utiliza en procesos de tratamiento de agua.
Composición y aplicación del carbón mineral.
En cualquiera de sus fases, el carbón se compone de una parte orgánica y otra mineral. Lo orgánico está formado por carbono e hidrógeno y pequeñas proporciones de oxígeno, azufre y nitrógeno. El mineral se compone de silicatos que forman las cenizas.
Debido a que se subdivide en varios tipos, los usos del carbón son muchos. El principal uso del carbón mineral es como fuente de energía. Según la Agencia Internacional de Energía (AIE) , el carbón mineral es responsable del 40% de la producción eléctrica mundial. El carbón mineral también se utiliza en el sector metalúrgico.
Otro tipo de carbón vegetal que se encuentra en la naturaleza es el vegetal, que se forma a partir de la carbonización de la leña. El carbón vegetal se utiliza a menudo en procesos industriales, pero no es una fuente importante para la producción de electricidad.
Incentivos para la producción de electricidad a partir del carbón.
Aunque no es renovable, existen fuertes incentivos para la producción de electricidad a partir de carbón mineral. Los dos principales argumentos a favor de producir energía a partir del carbón mineral son la abundancia de reservas, lo que garantiza la seguridad del suministro y el bajo costo del mineral (en comparación con otros combustibles fósiles) y el proceso de producción.
Según datos de la Agencia Nacional de Energía Eléctrica (Aneel), las reservas mundiales de carbón mineral suman 847,5 mil millones de toneladas. Esta cantidad sería suficiente para abastecer la producción actual de carbón durante un período de aproximadamente 130 años. Otro incentivo es que, a diferencia del petróleo y el gas natural, las reservas de carbón mineral se encuentran en cantidades importantes en 75 países, aunque aproximadamente el 60% del volumen total se concentra en Estados Unidos (28,6%), Rusia (18, 5%) y China (13,5%). Brasil aparece en la décima posición.
Los mayores productores de carbón del mundo son China y Estados Unidos, según la Asociación Mundial del Carbón , seguidos de India, Indonesia y Australia, respectivamente. Además, la mayor parte de la matriz energética, tanto en China como en Estados Unidos, se basa en la producción de energía eléctrica a partir de carbón mineral, que también es representativa en la matriz energética de otros países, como Alemania, Polonia, Australia. y Sudáfrica.
Sin embargo, a pesar de las ventajas económicas, la producción de energía eléctrica a partir del carbón es una de las formas de producción de energía más agresivas desde el punto de vista socioambiental. Las externalidades negativas están presentes en todo el proceso de producción, desde la extracción de carbón mineral.
Minería de carbón
La extracción o extracción de carbón puede ser subterránea o al aire libre. Esto variará según la profundidad a la que se encuentre el carbón.
Cuando la capa que recubre el mineral es estrecha o el suelo no es el adecuado (arena o grava), la exploración tiende a realizarse al aire libre. Si el mineral está en capas profundas, es necesario construir túneles.
Según Aneel, la minería a cielo abierto es la forma predominante de extracción de mineral en Brasil, y también más productiva que la minería subterránea. Esto no se corresponde con la realidad internacional, en la que prima la explotación por minería subterránea, equivalente al 60% de la extracción mundial de carbón.
El drenaje ácido de la mina y la producción de relaves son impactos ambientales negativos comunes a ambos tipos de extracción.
Drenaje ácido de minas (DAM)
El drenaje ácido de la mina se realiza mediante bombas, que liberan agua sulfurosa al ambiente externo, produciendo cambios mineralógicos (formación de nuevos compuestos), químicos (reducción de pH) y físicos (baja retención de agua y suelo) en el suelo. permeabilidad), que varían según la geología del terreno.
El drenaje ácido de la mina es considerado uno de los impactos más significativos de los procesos mineros en general, según un informe del Ministerio de Ciencia y Tecnología.
Como resultado de estos cambios en el suelo, la calidad del agua subterránea también se ve comprometida. Puede haber una reducción en el valor de pH del agua, lo que contribuye a la solubilización de metales y a la contaminación de las aguas subterráneas que, en caso de ingestión, puede afectar la salud humana.
La mitigación de los problemas químicos y físicos del suelo causados por la minería es el primer paso en la recuperación de las áreas impactadas.
Impactos de la minería a cielo abierto
Las excavaciones de grandes volúmenes de suelo rocoso generan impactos ambientales visibles en la cobertura vegetal y faunística, siendo responsables de la degradación de grandes áreas y la contaminación visual, sin mencionar la intensificación de los procesos de erosión. Además, el uso de máquinas y equipos también genera contaminación acústica (ruido).
Impactos de la minería subterránea
En cuanto a la salud de los trabajadores, el principal problema es la neumoconiosis de los trabajadores del carbón (PTC). Las neumoconiosis son enfermedades causadas por la inhalación de partículas por encima de la capacidad de depuración del sistema inmunológico. Es la exposición crónica a la inhalación de polvo de carbón mineral, seguida de la acumulación de polvo en los pulmones y la alteración del tejido pulmonar.
La PTC desencadena un proceso inflamatorio y puede desarrollar fibrosis progresiva masiva FMP, una enfermedad conocida como "pulmón negro".
Según el informe del Ministerio de Salud, hay más de 2.000 casos de neumoconiosis diagnosticados entre los mineros del carbón.
Otros impactos asociados a la minería subterránea son el descenso del nivel freático, que puede contribuir a la extinción de fuentes, el impacto en la red hidrológica superficial y las vibraciones provocadas por las explosiones.
Procesamiento de carbón
Según la Asociación Brasileña de Carbón Mineral, la beneficiación es el conjunto de procesos a los que se somete el carbón mineral bruto de pasada (ROM), obtenido directamente de la mina, para eliminar la materia orgánica y impurezas, con el objetivo de asegurar su calidad. El tratamiento del carbón depende de sus propiedades originales y del uso previsto.
Según el informe de Aneel, el procesamiento genera residuos sólidos que normalmente se depositan en la zona cercana a la mina y se arrojan directamente a cursos de agua o en presas de relaves, creando extensas áreas cubiertas por un material líquido. Las sustancias tóxicas presentes en los relaves se diluyen en el agua de lluvia (lixiviación), que en forma de líquido penetra lentamente en el suelo (percolación), contaminando las aguas subterráneas.
Estos relaves suelen contener grandes concentraciones de pirita (sulfuro de hierro - FeS2) u otros materiales sulfurosos, que contribuyen a la generación de ácido sulfúrico y a la intensificación del proceso de “drenaje ácido de minas”.
Transporte
Según Aneel, el transporte es la actividad más costosa en el proceso de producción de carbón mineral. Por este motivo, normalmente, el carbón que se transporta es solo el que tiene un bajo contenido de impurezas y un mayor valor económico añadido.
Cuando el uso previsto del carbón mineral es la generación de electricidad, la planta termoeléctrica se construye en las inmediaciones del área minera, como es el caso de las cinco centrales termoeléctricas de carbón que operan en el país.
Desde el punto de vista económico, es más ventajoso invertir en líneas de transmisión para distribuir la energía eléctrica ya producida, que en transportar carbón a grandes distancias.
Para distancias cortas, el método más eficiente es el uso de transportadores. También se utilizan tuberías, a través de las cuales se transporta el carbón, mezclado con agua, en forma de lodo.
Generación de energía a través del carbón
Después de ser extraído del suelo, el carbón mineral se fragmenta y se almacena en silos. Luego se transporta a una central térmica.
Según Furnas, una planta termoeléctrica se define como un conjunto de obras y equipos con la función de generar energía eléctrica a través de un proceso que convencionalmente se divide en tres etapas.
El primer paso es quemar el combustible fósil para transformar el agua de la caldera en vapor. En el caso del carbón mineral, antes del proceso de combustión, se transforma en polvo. Esto garantiza la mayor utilización térmica del proceso de cocción.
La segunda etapa es el uso de vapor producido a alta presión, para hacer girar una turbina y arrancar un generador eléctrico. El paso de vapor a través de la turbina hace que se mueva la turbina y también el generador, que se acopla a la turbina, transformando la energía mecánica en energía eléctrica.
El ciclo se cierra en la tercera y última etapa, en la que el vapor se condensa y se transfiere a un circuito de refrigeración independiente, volviendo al estado líquido, como el agua de la caldera.
La energía generada se transporta desde el generador hasta un transformador a través de cables conductores. El transformador, a su vez, distribuye energía eléctrica a los centros de consumo a través de líneas de transmisión.
Emisiones
Cuando se quema carbón, los elementos que contiene se volatilizan (evaporan) y se liberan a la atmósfera junto con parte de la materia inorgánica que se libera en forma de partículas de polvo (cenizas volantes).
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El carbón mineral es un material con una alta concentración de carbono. Por tanto, cuando se quema carbón, emite grandes concentraciones de monóxido de carbono.
El monóxido de carbono es un gas tóxico que es extremadamente nocivo para la salud humana y puede, en casos de intoxicación aguda, provocar la muerte. Según la Empresa Ambiental del Estado de São Paulo (Cetesb), la principal vía de intoxicación por monóxido de carbono es la respiratoria. Una vez inhalado, el gas es absorbido rápidamente por los pulmones y se une a la hemoglobina, lo que impide un transporte eficiente de oxígeno. Por tanto, la exposición prolongada al monóxido de carbono está relacionada con el aumento de la incidencia de infarto entre los ancianos.
Además, una vez en la atmósfera, el monóxido de carbono se puede oxidar a dióxido de carbono.
Dióxido de carbono
El dióxido de carbono puede ser emitido directamente por la combustión de carbón y otros combustibles fósiles, o puede formarse en la atmósfera a partir de reacciones químicas, por ejemplo, de la reacción de oxidación del monóxido de carbono.
El dióxido de carbono es considerado uno de los principales gases en el proceso de intensificación del efecto invernadero, asociado a un aumento del calentamiento global. Y también es uno de los principales tipos de gases emitidos por la quema de carbón.
Es importante señalar que la combustión es la fase de la cadena de producción de carbón en la que existe la mayor emisión de dióxido de carbono, pero las fases de almacenamiento y almacenamiento de relaves también contribuyen a las emisiones totales. Sin embargo, según el informe del Ministerio de Ciencia y Tecnología, el desconocimiento del tiempo de almacenamiento del mineral en cada caso es un factor limitante para el cálculo de las emisiones totales.
Azufre
Según el informe de la Sociedad Brasileña de Planificación Energética, de todas las emisiones de las centrales eléctricas de carbón, la que más preocupa es la emisión de azufre. Al quemarse, el azufre forma una serie de compuestos gaseosos que se liberan a la atmósfera si no hay equipo para su captura. De estos, destaca el dióxido de azufre (SO2).
El dióxido de azufre (SO2) se oxida en la atmósfera y forma trióxido de azufre (SO3) que, a su vez, cuando se une al agua de lluvia (H2O), forma ácido sulfúrico (H2SO4), dando lugar a lluvia ácida. .
La lluvia ácida tiene impactos directos sobre la vida vegetal y animal, especialmente la acuática. En los vegetales, provoca cambios en la pigmentación y formación y necrosis. En los animales, provoca la muerte de organismos, como peces y ranas. La lluvia ácida también daña los bienes materiales, ya que favorece los procesos corrosivos.
Según el Ministerio de Medio Ambiente, los impactos del dióxido de azufre en la salud humana pueden estar relacionados con el aumento de la incidencia de problemas respiratorios en general y asma, lo que está indicado por el aumento de ingresos hospitalarios.
Metano
El carbón mineral tiene un alto contenido de metano (CH4). La combustión de carbón mineral libera metano a la atmósfera, que puede estar asociado con vapor de agua y dióxido de carbono y se considera uno de los principales gases de efecto invernadero.
El metano se forma a partir del proceso de descomposición de la materia orgánica. Por esta razón, su aparición está asociada a los combustibles fósiles.
Es importante señalar que, a pesar de que el proceso de combustión del carbón mineral libera cantidades significativas de metano a la atmósfera, las emisiones de metano en el proceso de producción de carbón mineral ocurren desde la extracción del mineral, especialmente en minas subterráneas y en el almacenamiento de material post-minería. como se puede ver en el informe del Ministerio de Ciencia y Tecnología
Óxidos de nitrógeno (NOx)
El carbón mineral también tiene una alta concentración de nitrógeno. Por tanto, la combustión del carbón emite óxidos de nitrógeno a la atmósfera. Los gases de combustión suelen estar compuestos principalmente de óxido de nitrógeno. Cuando entra a la atmósfera, se oxida rápidamente a dióxido de nitrógeno.
El dióxido de nitrógeno, cuando se une al agua de lluvia (H2O), produce ácido nítrico (HNO3) que, como el ácido sulfúrico (H2SO4), también provoca lluvia ácida.
Además, las altas concentraciones de NO2 influyen en la formación de ozono troposférico y en los procesos de smog fotoquímico.
Material particulado (MP)
Según Cetesb, el material particulado es todo material sólido y líquido que permanece suspendido en la atmósfera debido a su pequeño tamaño. También se forman partículas en la atmósfera a partir del dióxido de azufre (SO2) y óxidos de nitrógeno (NOx) mencionados anteriormente.
El tamaño de las partículas está directamente relacionado con el potencial de causar problemas de salud.
Mercurio
Además de los gases ya mencionados, el carbón mineral también contiene cantidades importantes de mercurio, que a través de la combustión del mineral se volatiliza a la atmósfera.
Según la EPA - Agencia de Protección Ambiental, las centrales eléctricas de carbón son la mayor fuente antropogénica de emisiones de mercurio.
El mercurio volátil presente en la atmósfera se incorpora al ciclo de la lluvia, llega a los cuerpos acuáticos y genera contaminación ambiental y daños a la vida acuática. La contaminación por mercurio también es un problema de salud pública, ya que el consumo de organismos acuáticos contaminados por mercurio puede provocar una intoxicación aguda y, en algunos casos, la muerte.
