Debates sobre Energía en la Universidad Rey Juan Carlos (III). ¿Podemos seguir quemando Carbón?

Tercera entrega de la experiencia docente desarrollada por alumnos del Máster en Tecnología y Recursos Energéticos de la Universidad Rey Juan Carlos. En este caso se comenta el uso como fuente de energía del Carbón.

Carbón no, por favor:

Exceptuando el caso particular del CO2, el impacto ambiental de los productos de combustión de las centrales de carbón se asigna fundamentalmente a las emisiones de partículas sólidas, óxidos de nitrógeno y óxidos de azufre, y en menor proporción a los inquemados sólidos (C), gaseosos (CO), derivados halogenados e hidrocarburos.

El CO2 liberado en la combustión del carbón contribuye al incremento del efecto invernadero, influyendo directamente en el cambio climático. El dióxido de carbono tiene un contenido del 27% en carbono, lo cual quiere decir que por cada tonelada de carbón quemada en la atmósfera habrá 3,7 toneladas de dióxido de carbono.

Debido a ello se apuesta firmemente por las energías renovables (aunque no con la determinación que se debiera), por el incremento de las centrales térmicas de ciclo combinado y de las centrales de carbón avanzadas.           

A pesar del desarrollo tecnológico, la extracción del carbón sigue siendo un oficio peligroso. Cada año miles de personas son diagnosticadas de afecciones pulmonares como consecuencia de su trabajo en las minas.

El estado operativo de las centrales térmicas de carbón convencionales es una afrenta al bienestar de los seres vivos y del ecosistema.

El cambio climático es la mayor amenaza medioambiental a la que se enfrenta el planeta. Elevación del nivel del mar, derretimiento de glaciares, inundaciones masivas, declive de las tierras agrícolas, incremento de especies en extinción y pérdida de biodiversidad son sólo ejemplos de las desastrosas consecuencias que el cambio climático podría traer consigo si no se controlan las emisiones de gases de efecto invernadero, a las cuales las centrales térmicas de carbón son grandes contribuyentes.

Afortunadamente la comunidad internacional empieza a darse cuenta de la magnitud del problema y es de esperar que se empiecen a tomar medidas contra las centrales térmicas de carbón convencionales, las más contaminantes. Entre dichas medidas se encuentra la sustitución de las centrales térmicas de carbón convencionales por otro tipo de energías más limpias, o al menos algo más limpias.

El hecho de que las reservas de carbón estén repartidas por todo el mundo y sean las más abundantes dentro de los combustibles fósiles, puede provocar que se destinen recursos importantes a nuevas tecnologías de carbón, que seguirán siendo emisoras de efecto invernadero, en detrimento de las energías renovables. Según un estudio de la Unión Europea, en 2005 España dedicó cuatro veces más ayudas públicas al carbón –unos 1.100 millones de euros–, que a Investigación y Desarrollo (I+D).          

Las centrales de carbón avanzadas tratan de resolver dos problemas de las centrales de carbón convencionales: por un lado su baja eficiencia y por otro las emisiones de contaminantes. El secuestro del CO2 es todavía una quimera que pretende capturar y enterrar cantidades del orden de gigatoneladas de dióxido de carbono bajo tierra esperando que permanezca ahí para siempre. Una vez que el secuestro de CO2 a gran escala haya comenzado, la industria del carbón tendrá el salvoconducto para seguir quemando carbón con total libertad. Con gigatoneladas de dióxido de carbono enterradas en la profundidad de la tierra, cualquier fuga, y nadie se atreve a afirmar taxativamente que no vayan a producirse, podría dar lugar a un agravamiento del calentamiento del planeta.

En realidad no hay nada limpio en el denominado carbón limpio. Incluso si se opta por el secuestro de CO2 a gran escala y éste tiene éxito, el proceso de extracción del carbón en las minas y su transporte hasta el lugar de consumo seguirán afectando muy negativamente al medio ambiente.

En definitiva, cualquier solución que no apueste por las tecnologías de energías renovables simplemente retrasa el problema energético, pero no lo soluciona. Y no sólo eso, sino que además lo agrava al dilatar el plazo de implantación de un nuevo modelo energético mundial realmente sostenible.

 

[B. Cortázar, J. Aganzo]

 

El panorama energético futuro cuenta con el carbón:

En el mundo actual la seguridad de abastecimiento energético es el centro de todas las miradas. Durante los últimos años ha tenido lugar una aceleración en la demanda mundial de energía así como un aumento de los precios, ambos hechos seguramente debidos entre otros motivos a un sólido crecimiento económico mundial.

Se estima que en el período 2001-2006 la tasa mundial de crecimiento en el consumo de energías primarias pasó a ser el doble que en el lustro anterior aunque un dato a tener en cuenta es que los países de la OCDE quedan prácticamente al margen de este fenómeno debiéndose más de la mitad del crecimiento a China, y el resto a otros países (zona de Asia Pacífico, África, Oriente Medio, antigua Unión Soviética y América Central y del Sur).

De momento no contamos con fuentes de energía alternativas suficientes para sustituir la quema de combustibles fósiles, y con China e India en un proceso imparable de crecimiento económico, y gastando combustibles a un ritmo nunca visto, la explotación de combustibles fósiles es inevitable, por lo que los esfuerzos deben concentrarse en optimizar la eficiencia y rendimiento de este tipo de procesos de obtención de energía.

Los precios de los combustibles fósiles han aumentado considerablemente en los últimos cinco años: el precio del petróleo prácticamente se ha duplicado y el del gas le sigue a la zaga, siendo el del carbón el que se mantiene más estable a pesar de todo.

Todas las fuentes de energía presentan sus ventajas e inconvenientes en función de su utilización como combustible y su disponibilidad. La gran distribución y abundancia de las reservas de carbón a nivel mundial significan que este combustible puede afrontar el desafío estratégico de contar con una fuente de energía segura. Se pronostica que una vez las reservas de petróleo y gas se hayan agotado, habrá todavía grandes reservas de carbón ampliamente disponibles para satisfacer las necesidades de energía del mundo. El carbón puede también atender al desafío económico de producir energía para las industrias y hogares a un coste razonable y con la debida atención al medio ambiente.

Por otro lado, el carbón es estable al tratarse de un combustible sólido y por tanto es el combustible fósil más seguro; no necesita condiciones de seguridad especiales para su transporte, almacenamiento y utilización.

En la actualidad, el carbón ya es la principal fuente de energía para la generación eléctrica mundial (40% de la producción mundial). Suministra el 25% de la energía primaria consumida en el mundo, sólo por detrás del petróleo. El carbón es también indispensable para la producción de hierro y acero; casi el 70% de la producción de acero proviene de hierro obtenido en altos hornos, los cuales utilizan carbón y coque como agente reductor. La mayoría de las plantas de cemento del mundo son alimentadas con carbón. Por tanto, el carbón es directa ó indirectamente vital en muchos aspectos de la vida diaria en la actualidad.

Debido a la evidente problemática de emisiones contaminantes asociadas a la  utilización de carbón como combustible fósil, se han estudiado y desarrollado alternativas actuales a las centrales tradicionales. Cada sistema tiene ventajas e inconvenientes, pero todos ellos abordan preocupaciones medioambientales, por lo que se utilizan técnicas cada vez más modernas. De este modo se pretende que la utilización de carbón como combustible en centrales generadoras de electricidad, emita cada vez menos contaminantes a la atmósfera, sobretodo CO2 que es uno de los principales gases de efecto invernadero. Usando tecnologías disponibles, el carbón puede quemarse limpiamente: son las denominadas tecnologías de carbón limpio.

Uno de los procesos tecnológicos innovadores que supone una alternativa a la combustión directa del carbón es la gasificación. La tecnología de gasificación de carbón está consiguiendo en los últimos años resultados muy positivos cuando se asocia a un ciclo combinado. Este sistema se conoce con el nombre de Ciclo Combinado con Gasificación de Carbón Integrada (IGCC), que constituye una tecnología de combustión limpia de carbón con una elevada eficiencia energética (del orden del 45%).

Al mismo tiempo que se tratan de reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera mejorando la eficiencia de los procesos, están continuamente en desarrollo técnicas para recuperar el CO2 de corrientes gaseosas procedentes de la combustión, al igual que otras más novedosas para capturar el CO2 atmosférico.

Una de las soluciones más prometedoras para reducir las emisiones de CO2 a la atmósfera se trata de la captura y secuestro de CO2 en recintos geológicos a gran profundidad, simas submarinas o subsuelo marino. Están en fase de desarrollo otros procesos para convertir por medio de radiación solar o mediante el uso me microalgas, el dióxido de carbono en otros compuestos que se puedan aprovechar industrialmente.

Es cierto que la sombra del CO2 recae pesadamente sobre la explotación del carbón, el combustible fósil con menor relación H/C. A pesar de esto, el futuro próximo pasa inevitablemente por el uso del carbón como energía primaria puesto que la aceleración en la demanda de energía mundial hace absolutamente necesario su uso para la producción de electricidad, especialmente si se tiene en cuenta la incapacidad real de abastecimiento empleando únicamente energías renovables y las reticencias de los distintos países respecto al uso de energía nuclear. Gracias a la investigación y desarrollo de nuevas tecnologías el uso del carbón es cada vez más eficiente y puede existir un futuro de energía procedente del carbón más limpio.

 

[M. Fuensanta Bea, Inmaculada de Castro, Xenia Luna]

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Comentarios

Se puede obtener hidrógeno y oxígeno por electrolisis de forma barata y abundante.Se debería investigar en el fenómeno físico natural denominado termosifón. Frente a las costas asturianas existen simas marinas de 4000 mtrs de profundidad.Sumergir tubos de hormigón o acero hasta el fondo, no creo que sea algo imposible actualmente.Dos tubos de 1 metro de diametro, pueden establecer una corriente (mediante diferencia de densidades) (Tubo frio- tubo caliente) ,para obtener mediante turbina potencias de 20.000KW/h/m2 de superficie).Una plataforma marina que pueda soportar varios módulos (Tubo frio- Tubo caliente) con recuperación de energía térmica no convertida en trabajo, generaría energía electrica para consumo directo y para obtener,por medio de electrolisis hidrógeno y oxígeno para hidrógenar alquitranes destilados del carbón, y obtener gas de sintesis por oxigenación de la materia carbonosa. La hidrogenación del alquitran y su posterior tratamiento daría combustibles para la automoción y gasolinas de alto octanage para la navegación aerea.

Probablemente es que no haya entendido bien el concepto de "termosifón", pero ¿realmente se produciría una corriente por diferencia de densidades? El gradiente térmico océanico es decreciente según se desciende, lo que implica que el fondo está a una temperatura bastante inferior a la de la superficie. Con este escenario, el agua de mayor densidad se encuentra en el fondo (menor temperatura) mientras que el agua de menor densidad está en la superficie. Si conectamos con un tubo ambas alturas no se produciría movimiento alguno de corrientes de agua (ni ascendente ni descendente). Para que se produjera tendríamos que tener un gradiente de densidades invertido, por ejemplo originado por una fuente térmica.

Se trata de un sistema cerrado que trabaja con un fluido en estado liquido (CO2,por ejemplo). Las temperaturas de trabajo serán de 300ºK (tubo caliente) y 190ºK (tubo frio). El peso especifico del fluido frío es de 1500Kg/m3, mientras que en el tubo caliente el peso es de 700Kg/m3. En la parte baja del sistena una sala acorazada (414Kg/cm2 presión exterior) aloja los intercambiadores de calor y turbina. Naturalmente esta camara estará dotada ascensores y de todas las medidas de seguridad pertinentes.En la parte superior se unen las tuberias manteniendo una presión de 74Kg/cm2 para evitar la vaporización del fluido. Ademas se monta un intercambiador de calor para enfriar por medio de maquina térmica el fluido ,transformando en trabajo la energía extraida.Teóricamente el trabajo obtenido serÍa de 107.844.000KJ/ h /m2 de superficie tubo frío.La energía para su funcionamiento se extrae del mar mediante bomba de calor. Trabajo de esta bomba:14.379.200 KJ/h.¿Ciencia ficción?

Lo descrito por Paulino puede ser una sabia aplicación.

PANORAMA ENERGETICO NACIONAL

El panorama energético mundial se encamina hacia un periodo creciente de escasez que requerirá acciones específicas para abordar el reto, se trata de un desafío, con especial relevancia en el caso de España, pues dependemos energéticamente del exterior en un 78%.

Tenemos que prepararnos para una inminente escasez y riesgos de suministro que habrá que prevenir y gestionar, dependemos de un cambio tecnológico que no termina de llegar.

España es un país de la UE, en el que más crece la demanda eléctrica, con una demanda de punta que aumenta por encima de la demanda en energía, “esto es relevante porque el sistema eléctrico tiene que dimensionarse para atender las necesidades punta y no solamente para aportar la energía demandada”.

Aunque se hiciese una implantación masiva mediante “Generación eólica” y/o “Fotovoltaica”, se necesitaría disponer del correspondiente respaldo, incrementado las instalaciones de energía convencional “fósil” termoeléctrica, al estar situada la península Ibérica en zona anticiclónica y reducidas horas de sol en invierno, de igual forma como si no hubiera alternativa renovable instalada.

LA PROBLEMÁTICA DEL SISTEMA ACTUAL

En primer lugar, la sociedad española se hace cada vez más electro dependiente, derivado de los equipamientos domésticos y la climatización

En segundo lugar, para poder cumplir con el protocolo de Kyoto hay dos opciones, usar energías renovables o mejorar la eficiencia de la energía”.

En tercer lugar es que cuando se analiza con detalle la eficiencia de las tecnologías que hemos creado “es bajísima”.

Los actuales sistemas de conversión de energía en trabajo, son en si mismos, un derroche de energía.

Se ha avanzado en la técnica de construcción de turbinas, ya sean de gas o vapor, pero las primeras necesitan aporte de trabajo organizado para realizar su trabajo de expansión, y las segundas, gran cantidad de energía para evaporar el fluido de trabajo, las primeras ceden el 80% del trabajo de compresión.

Las centrales termo- nucleares expulsan a través del condensador de turbina más del 60% de la energía generada en el reactor. Las centrales térmicas que queman carbón, expulsan el 70% de la energía del carbón quemado en el horno.

Con estos sistemas, salvo el nuclear, el planeta se embriaga con gases que le impiden refrigerarse. Este no es el camino. Buscar nuevos sistemas de conversión de energía térmica en trabajo, es algo imperativo.

EL CARBÓN COMO COMBUSTIBLE.

El carbón es un combustible relativamente barato y abundante. Tiene el inconveniente de su alto porcentaje de contaminación. Un sistema que pueda convertir la energia desprendida en el horno con un elevado rendimiento (ENERGIA APORTADA-TRABAJO OBTENIDO) puede ser una solución que permitiria mantener el sistema económico actual en funcionamiento. El sistema deberá tener un rendimiento superior al 80%.De este modo se reduce en un 60% las emisiones de CO2 por cada kilowatio generado.Ademas hay que añadir que con un rendimiento elevado ,se puede emplear un 30% del trabajo obtenido en reciclar los gases sulfurosos y en capturar una buena parte del CO2,con metodos ya utilizados en alguna central térmica española.Tambien es digno de tener en cuenta, la posibilidad de obtener carburantes para la automoción, principalmente para las industrias areonáuticas, transporte por carretera, pesquera y agricultura.

Saludos

Perdonen pero he cometido un error en los cálculos. Pasando a potencias:31.360KW/h/m2 tubo frío y 4200KW/h ,potencia bomba de calor. De todos modos estos cálculos son orientativos. La potencia puede ser aumentada introduciendo mas energía en el tubo caliente , con el resultado de una expansión isotérmica.Si es adiabática el fluido se enfriará en su ascenso al pasar energía térmica a energía potencial.

Yo probaria a extraer energía de las heces de buey, son freshkisimas a temperatura ambiente.

Pero que dices, insensato, todo el mundo sabe que la combustion adiabática de las heces de buey provoca explosiones de tremendo calibre, por muy frescas que estén. Ojito.

Por favor! Eso sólo ocurre en reacciones de tipo flake. De ojito nada y a por ellas: una hez de buey bien consumida te puede dar del orden de 3 kilos de julios, asi tirando por lo bajo.

De ciencia ficcion nada, paulino. Es totalmente fierto. muuuuuuuuuuuuuuuuuuuuuu

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