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Tendencias del carbón como recurso energético en Colombia y en el mundo: Aproximación




Enviado por gfranco



    1. El carbón en
      Colombia
    2. El carbón en el
      mundo
    3. ¿Qué es el
      carbón?
    4. Importancia del
      carbón como recurso
      energético
    5. Conclusiones
    6. Bibliografía

    INTRODUCCIÓN

    El objetivo de
    este trabajo es
    realizar una aproximación a la importancia y las
    tendencias del carbón como recurso energético en el
    contexto nacional e internacional. Es importante señalar
    que en el desarrollo de
    este trabajo se define en primer lugar, el desarrollo del sector
    carbonífero en Colombia, en donde se presenta la evolución del mercado del
    carbón en Colombia; el mercado internacional del
    carbón colombiano y el carbón y las exportaciones
    colombianas.

    En segundo lugar, se presenta el carbón en el
    mundo, además, de la evolución del mercado y sus
    implicaciones en el sector energético.

    En tercer lugar, se define el carbón como recurso
    energético, en donde se describe el origen del
    carbón; la clasificación; las
    características y propiedades y las tecnologías
    limpias del carbón.

    A continuación, se detalla la importancia del
    carbón como recurso energético y finalmente, se
    presentan las principales conclusiones de este trabajo, en
    torno a las
    tendencias del carbón como recurso energético en
    Colombia y en el mundo.

      1. Evolución
        del mercado del carbón en Colombia
    1. El carbón en
      Colombia
    1. En primer lugar, la aparición de los primeros
      ferrocarriles a vapor en Colombia a comienzos del siglo XX
      determinó el inicio de la explotación del
      carbón en nuestro país. Posteriormente, el
      energético comenzó a ser consumido por la
      industria
      del cemento,
      de textiles, los hornos de sal y el sector residencial, los
      cuales en conjunto con el transporte
      ferroviario representaban una demanda de
      aproximadamente 250.000 toneladas. Esta demanda era atendida
      con producción de minas explotadas en forma
      rudimentaria ubicadas en los departamentos de Cundinamarca,
      Boyacá, Antioquia y Valle. El consumo de
      carbón en el país no presentó cambios
      importantes en su estructura
      de consumo hasta antes de la mitad del siglo XX, por lo que
      el crecimiento de la producción del energético
      obedeció básicamente al comportamiento de los sectores ya
      mencionados.

      Producción nacional de
      carbón entre 1940 y 1980

       Fuente: UPME, 2001

      Seguidamente, para la desarrollo década de
      los años 50´s, el país deja de ser
      básicamente agrario para diversificarse hacia
      actividades industriales, aumentando de manera importante las
      necesidades de generación eléctrica y la
      demanda de carbón en las industrias. Es así como la construcción de la siderúrgica
      de Paz del Río en 1954 y de las termoeléctricas
      de Paipa y Yumbo en 1956 y 1958 respectivamente, lo que
      jalonó de forma significativa la expansión de
      la producción de carbón de las minas
      aledañas a estos proyectos.
      Mientras que en 1940 la producción de carbón
      del país llegó a 1´150.000 toneladas a
      mediados de los años 50 el país llegó a
      2´000.000 de toneladas.

      En tercer lugar, en la década de los
      años 60´s, el carbón se constituyó
      en fuente energética fundamental de la industria del
      cemento, y a medida que aumentaba la construcción en
      Colombia, esta actividad económica llegó a
      convertirse en uno de los principales consumidores del
      energético. Igualmente, el gran impulso de la
      industria asociada a bienes
      intermedios como el papel, caucho,
      llantas y productos
      químicos, los cuales demandaban carbón en sus
      procesos
      de producción, impulsaron la producción de
      carbón. Sin embargo, hacia los últimos
      años de la década del 60 se observa un
      estancamiento en la producción de carbón por
      efectos del desarrollo de proyectos hidroeléctricos y
      la sustitución del carbón como
      energético del sector residencial urbano
      principalmente por GLP* , electricidad
      y cocinol.

      Finalmente, hacia la década de los
      años 70´s, la crisis
      petrolera mundial – ocurrida en 1973 – motiva incrementos
      significativos en los precios
      del petróleo, golpeando al país en
      el momento en que la producción nacional de crudo
      declinaba y la demanda de electricidad aumentaba. Ante esa
      situación aparece de nuevo el carbón como
      recurso energético estratégico y se establece
      igualmente una política carbonera que permitió
      al país entrar en la era de la gran minería de carbón con
      vocación exportadora.

      La producción de carbón durante la
      década del 70 presentó tasas de crecimiento
      significativas, pasando de 2´500.000 toneladas durante
      1970 a 4´250.000 toneladas durante 1980. Esta
      producción fue destinada principalmente a la atención de la demanda nacional, ya que
      la gran minería de exportación de carbón solo
      comenzaría a operar en 1985. En los años
      70´s se consolida el sector eléctrico como uno
      de los principales consumidores de carbón,
      resaltándose la entrada en operación de las
      unidades de Paipa II y Zipa III en 1975 y 1976
      respectivamente. Igualmente continuó siendo importante
      el consumo de carbón por parte de la industria de
      cementos y de ladrillos, percibiéndose también
      un aumento en la demanda de las industrias de alimentos y
      bebidas, textil, metalurgia
      y papel. Es en ésta década cuando entra en
      funcionamiento la planta de Cartón de Colombia
      demandando cerca de 150.000 toneladas anuales.

    2. Producción
      Nacional de Carbón 1940 – 1980

      En primera instancia, en la década de los
      años 80´s, se incorporaron al sistema
      eléctrico nacional, Termo Tasajero, la unidad III de
      Paipa y Termo Guajira, la cual había sido programada
      para operar con carbón, aunque finalizó
      operando con gas
      natural.

      En segundo termino, durante esta misma década
      el consumo nacional de carbón creció a una tasa
      promedio anual del 1.6%, mucho menor al crecimiento
      económico observado para el mismo periodo (3%
      promedio anual). Mientras que en 1980 se consumieron
      4´049.000 toneladas de carbón, en 1990 la cifra
      creció a 4´777.000 toneladas. El sector que
      mayor dinamismo mostró en los consumos de
      carbón fue el de alimentos con 5.8% promedio anual,
      aunque los sectores que concentran el mayor porcentaje del
      consumo del energético, sector eléctrico y la
      industria del cemento, presentaron crecimientos del orden del
      1.1% y 1.8% respectivamente, de ahí el bajo
      crecimiento en el consumo total de carbón.

      Consumo nacional de carbón
      entre 1980 y 1994

       Fuente: UPME, 2001

      En tercer lugar, debido al racionamiento
      eléctrico de 1992 – 1993 – asociado con el
      fenómeno del niño -, los consumos de
      carbón para generación de electricidad
      alcanzaron cifras récord durante estos años,
      llegándose a consumir en 1992 cerca de 1´550.000
      toneladas y en 1993 cerca de 1´445.000 toneladas. Para
      estos mismos años el consumo total nacional de
      carbón fue de 5´562.000 toneladas y
      5´715.000 toneladas respectivamente. Lo anterior
      evidenció la relación entre los picos de la
      demanda total de carbón y los picos en los consumos
      del energético por parte del sector
      eléctrico.

      En cuarto lugar, pese a que el pico de consumo de
      carbón en el sector eléctrico se
      presentó en 1992, un incremento importante en la
      producción de cemento durante 1993 ocasionó un
      aumento igualmente significativo en el consumo del
      energético en esta industria y por consiguiente en el
      total nacional. Mientras que en 1992 la industria de cemento
      consumió 852.000 toneladas de carbón en 1993
      consumió 1´108.000 toneladas. Esta
      situación fue motivada por el notable crecimiento de
      la actividad constructora del país durante los
      primeros años de la década del 90. Si se
      analizan los consumos de carbón en la industria del
      cemento durante la década del 80 se observa que el
      aumento en el consumo de carbón en el año 1982
      esta totalmente asociado al incremento en la capacidad de
      producción de cemento del país, reflejando la
      característica de economía de escala de
      esta industria.

      Por ultimo, es básicamente la
      conjunción del racionamiento eléctrico y de los
      favorables niveles de producción de cemento en el
      país lo que hace que sean los años 1992 y 1993
      los de mayor consumo de carbón en la historia
      colombiana.

    3. Consumo nacional de
      carbón 1980 – 1994

      Inicialmente, paralelo al mercado interno de
      carbón se comienza a desarrollar en Colombia a
      comienzos de la década del 80 la gran minería
      del carbón, cuyo objetivo fundamental era el de
      alcanzar los mercados
      internacionales del recurso energético.

      En segundo lugar, entre 1982 y 1985, con la entrada
      en operación de los dos grandes proyectos mineros a
      cielo abierto de Cerrejón Central y Cerrejón
      Zona Norte, la producción total nacional y su distribución regional, se modifican de
      manera significativa. De 4.2 millones de toneladas producidas
      en 1980, se pasó a 8.8 millones de toneladas durante
      1985, sobrepasando los 10 millones en 1986, teniendo en
      cuenta lo anterior, se muestra la
      importancia de estos dos proyectos. La costa Atlántica
      pasó a producir en 1985 el 43.7% del carbón del
      país. Ya para 1995 la Costa Atlántica produce
      20 millones de toneladas, representando el 77% del total
      producido por el país en dicho año.

      En tercer lugar, en 1986 las exportaciones de
      carbón sobrepasan las 5.5 millones de toneladas, lo
      que significó un crecimiento con respecto a 1985 del
      63%. Las exportaciones los primeros cinco años de la
      década del 90 se incrementan sustancialmente, llegando
      a 19.7 millones de toneladas en 1995.

      Seguidamente, la gran minería en el
      país se consolida a comienzos de los años
      90´s con la entrada en operación de los contratos de
      las áreas carboníferas Oreganal (La Guajira) y
      La Loma y Calenturitas (Cesar), y con los procesos de
      integración minera de la región
      de La Jagua de Ibirico (Cesar), cuyo mejoramiento
      organizacional se ve reflejado en el aumento de las
      exportaciones de carbón de esta parte del país.
      Se destaca el interés de inversionistas en los
      proyectos carboníferos colombianos, como lo refleja la
      participación de RTZ (Reino Unido) con el proyecto
      Oreganal y de Drummond en el proyecto La Loma, realizando una
      importante inversión en minería e
      infraestructura.

      Producción y exportaciones
      de carbón entre 1980 y 1995

       Fuente: UPME, 2001

      Finalmente, el incremento en la producción y
      las exportaciones de carbón, debido principalmente al
      desarrollo de los anteriores proyectos, permiten que el
      carbón se sitúe durante los primeros cinco
      años de la década del 90 como el tercer rubro
      de exportaciones tradicionales, después del Café y el
      Petróleo en orden de importancia, siendo la
      Unión
      Europea y los Estados
      Unidos los principales mercados de estas exportaciones. A
      1995, las exportaciones de carbón colombiano toman el
      8.8% del mercado mundial de este
      energético.

    4. Producción y
      exportaciones de carbón 1980 – 1995

      En primera instancia, entre los años 1995 al
      2000, la producción nacional de carbón se ha
      incrementado a una tasa anual promedio del 8.3%. En el
      último año, el crecimiento fue del 16.4%
      pasando de 32.7 millones de toneladas en 1999 a 38.1 millones
      de toneladas en el 2000, como consecuencia de una mayor
      explotación de los yacimientos de los departamentos de
      La Guajira y el Cesar, carbón destinado a los mercados
      internacionales.

      Producción y exportaciones
      de carbón entre 1995 y 2000

       Fuente: UPME, 2001

      Seguidamente, mientras que en 1995 se exportaron
      18.3 millones de toneladas de carbón, en el año
      2000 se exportaron 35.6 millones de toneladas, lo que
      significó un crecimiento promedio anual del 14%. De
      ahí la importante evolución de la
      producción de este recurso energético en el
      país.

      En tercer lugar, vale la pena mencionar que la
      calidad del
      carbón colombiano y su competitividad en el mercado mundial le han
      permitido a las empresas
      mineras colocar los volúmenes de exportación
      previstos, permitiendo que el carbón sea el tercer
      producto
      de mayor importancia en las exportaciones del país,
      después del petróleo y el café y sigue
      proyectándose como un ítem de peso dentro de la
      balanza
      comercial nacional.

      Por ultimo, la producción de carbón
      para consumo doméstico (regiones carboníferas
      del interior del país) ha venido decreciendo a una
      tasa del 7% anual durante el periodo analizado, como
      consecuencia de la contracción en la demanda interna
      del energético (sector industrial).  

    5. Producción y
      Exportación Nacional de Carbón 1995 –
      2000
    6. Reservas Nacionales de
      Carbón

    Las reservas de carbón a diciembre de 2000 fueron
    de 6.655 millones de toneladas en la categoría de medidas
    (38.1 millones de toneladas menos de las registradas en 1999) y
    de 2.932 millones de toneladas en la categoría de
    indicadas. Del total de reservas medidas e indicadas el 70.1% se
    localizan en la Costa Atlántica y el 29.9% en los
    departamentos del interior del país.

    Reservas medidas e indicadas de
    carbón por zonas y por tipo de carbón ,
    2000

     Fuente: Minercol, 2001

    Durante el periodo 1995 – 2000, las cifras de
    reservas entre medidas e indicadas crecieron el 3.9%;
    variación debida a la actualización que
    MINERCOL*
    realizó en la mayoría de los departamentos
    del país. El incremento más significativo en
    términos porcentuales se dio en el departamento de Norte
    de Santander (1770%), el cual pasó de 6 millones de
    toneladas medidas en 1995 a 116 millones de toneladas en el
    año 2000. Cesar fue el departamento con mayor crecimiento
    en términos absolutos. En este departamento las cifras de
    reservas crecieron 454 millones de toneladas principalmente
    producto de la actualización geológica en el
    proyecto El Hatillo.

    Principales cuencas
    carboníferas de Colombia

     Fuente: Ingeominas, 2001

    Se estima que con el nivel actual de las reservas
    medidas, al ritmo de explotación actual (38,15 millones de
    toneladas) y una recuperación estimada del 60% del
    yacimiento (40% por perdidas de explotación y transporte),
    la relación reservas producción actual es de 104
    años.

    Las cifras de reservas de carbones coquizables en
    Colombia alcanzan en el año 1999, las 108 millones de
    toneladas en la categoría de medidas, y de 339 millones
    indicadas.

    Los carbones térmicos se encuentran
    principalmente en los departamentos de La Guajira, Cesar,
    Córdoba, Boyacá, Cundinamarca, Antioquia, Valle del
    Cauca y Cauca. Los carbones con propiedades coquizables aptos
    para usos metalúrgicos, se localizan en los departamentos
    de Cundinamarca, Boyacá, Santander y Norte de
    Santander.

    1. Inicialmente, la cantidad de carbón
      comercializado en los mercados internacionales es
      pequeña en comparación con el consumo mundial
      total, en 1999 las importaciones de carbón
      contabilizaron 548 millones de toneladas, representando el
      12% del consumo total.

      Seguidamente, de los 548.8 millones de toneladas,
      350 correspondieron al tipo térmico y 198 al tipo
      coquizable. Las exportaciones colombianas de carbón
      térmico representaron durante 1999 el 8.4% de las
      importaciones mundiales de este tipo de carbón. La
      participación de las exportaciones colombianas de
      coquizable representan tan solo el 0.24% de las
      importaciones mundiales de coquizable.

      Mercado internacional, destino
      del carbón térmico colombiano entre 1996 y
      2000

       Fuente: UPME, 2001

      En tercer lugar, en términos del mercado
      internacional, durante 1999, Europa
      importó 132.6 millones de toneladas de
      térmico y 58.5 millones de coquizable. América importó 33.6 millones
      de térmico y 21.5 de coquizable. Asia
      importó 180.9 millones de toneladas de
      térmico y 113 millones de toneladas de
      coquizable.

      En cuarto lugar, en los años recientes el
      comercio
      internacional del carbón ha estado
      caracterizado por una demanda relativamente estable para
      los carbones importados en Europa Occidental y por una
      demanda en expansión en Asia.

      A continuación, los incrementos en los
      costos de
      producción del carbón de Europa
      Occidental, combinado con una presión continua para reducir los
      subsidios a la producción de carbón, han
      conducido a reducciones sustanciales en la
      producción del energético en esta
      región, creando el potencial para incrementos
      significativos en las importaciones de carbón; sin
      embargo, el lento crecimiento económico durante los
      últimos años, aspectos ambientales e
      incrementos en la generación de electricidad con
      base en gas
      natural, nuclear y agua,
      han restringido el crecimiento en las importaciones de
      carbón.

      Finalmente, inversamente el crecimiento en la
      demanda de carbón en Japón, Corea del Sur y Taiwán,
      durante los últimos años, ha contribuido a un
      incremento en las importaciones de Asia.

    2. Mercado internacional
      del carbón colombiano
    3. El Carbón y
      las exportaciones colombianas

    En primera instancia, durante los últimos cinco
    años, las exportaciones de carbón han representado
    en promedio el 7.6% de las exportaciones totales del país,
    pasando de exportar un total de 849.10 millones de dólares
    durante 1996 a 861.2 millones de dólares durante el
    año 2000. Este crecimiento moderado durante este periodo
    obedece a la tendencia decreciente en los precios internacionales
    del carbón, ya que las exportaciones del carbón
    colombiano se incrementaron en cerca de 11 millones de toneladas
    en los últimos cinco años.

    Con respecto a su partición en el total de las
    exportaciones mineras, se tiene que el carbón
    aportó en promedio durante el quinquenio 1996 –
    2000, el 62% del valor de las
    exportaciones de este sector. Con relación a las
    exportaciones de hidrocarburos
    (incluidas las exportaciones de crudo) se tiene que el
    carbón ha representado en promedio durante los
    últimos cinco años el 30% de estas.

    El carbón y las exportaciones
    colombianas entre 1996 y 2000

     Fuente: UPME, 2001

      1. De todos los combustibles fósiles, el
        carbón es por mucho el más abundante en el
        mundo. Se ha estimado que a fines del año 2000
        existen más de 1 billón (1×1012)
        de toneladas medidas en reservas totales accesibles de
        forma económica, y mediante las tecnologías
        de explotación actualmente disponibles. De estas
        reservas aproximadamente la mitad corresponden a
        carbón de alto rango o carbón
        duro.

        Al mismo tiempo, no solamente existen grandes
        reservas, sino que también están
        geográficamente esparcidas en más de 100
        países en todos los continentes. La abundancia de
        las reservas constituye una disponibilidad de suministro
        durante mucho tiempo. A los niveles de producción
        de 1998, las reservas de carbón son suficientes
        para los próximos 250 años. La cifra
        anterior considera los recursos carboníferos que pueden
        probarse durante las exploraciones en curso, aquellos
        recursos que se vuelvan accesibles a medida que se hagan
        mejoras en las tecnologías de explotación;
        o se vuelvan comerciales por el incremento en el uso de
        carbones de bajo rango, cuya utilización no es
        actualmente rentable.

        Adicionalmente, es valido anotar que en la
        actualidad, se continúan haciendo avances
        significativos para mejorar la utilización
        eficiente del carbón, de tal manera que pueda
        obtenerse más energía útil de cada
        tonelada de carbón.

        Las relaciones actuales de reservas de
        carbón son aproximadamente 4 veces las reservas de
        petróleo. La disponibilidad de reservas abundantes
        y fácilmente accesibles también significa
        disponibilidad de energía estable para
        países tanto importadores como productores. La
        siguiente figura muestra la distribución mundial
        de las reservas de carbón duro. Nótese que
        aún cuando existen países con grandes
        reservas, éstas se encuentran dispersas en toda la
        geografía mundial.

        Distribución mundial de
        las reservas de carbón, en 1x 10 12
        ton

        Para ver el gráfico
        seleccione la opción "Descargar" del menú
        superior

        Fuente: Carbonífera de Chile,
        2002

      2. Evolución
        del mercado del carbón en el mundo
      3. El Sector
        Energético

      La demanda de energía está
      estrechamente relacionada con el crecimiento económico
      y los estándares de vida. Actualmente la demanda
      mundial de energía está incrementándose
      a una tasa promedio de 2%. Se anticipa que este incremento ha
      de continuar, y por tanto, el consumo de energía
      será el doble de 1995 en el 2030 y el triple en el
      2050. Cobran fuerza, en
      este escenario, fuentes
      energéticas tales como la biomasa (12%) y la energía
      nuclear (20%). La participación del carbón
      se proyecta cercana al 40% para el año 2100, donde el
      petróleo prácticamente habrá
      desaparecido como fuente energética.

      Los suministros adecuados de energía
      serán esenciales para que las Naciones del mundo
      mantengan su expansión industrial y económica.
      En el mundo en desarrollo, la primera señal de
      mejoramiento de los estándares de vida es la
      disponibilidad de electricidad. Inicialmente, ésta
      puede utilizarse solamente para proveer luz, pero es
      inmediatamente requerida para encender artefactos
      electrodomésticos de todo tipo para uso residencial e
      industrial. Las economías de los países en
      desarrollo, con su desarrollo industrial y el aumento en los
      estándares de vida, están consumiendo
      electricidad, a una tasa que aumenta rápidamente. En
      Indonesia, por ejemplo, la generación de
      energía se ha duplicado cada 5 años en los
      últimos 25 años y se espera que siga creciendo
      como mínimo a este ritmo.

      En la generación mundial de energía
      primaria*
      por tipo de combustible, para 1998 el carbón
      representó un 26,2%.

      Generación de
      energía primaria por tipo de combustible,
      1998
        

      Fuente: Carbonífera de Chile,2002

      A medida que el desarrollo
      económico se lleva a cabo, desde el punto de vista
      doméstico se comienza a cambiar de las fuentes
      tradicionales de energía, como la madera, a
      otras más modernas como la electricidad. En este
      contexto el carbón cumple un rol protagónico:
      para 1998 un 37% de la generación de energía
      eléctrica fue producida en base a carbón.
      Las proyecciones indican que este protagonismo debería
      mantenerse para los próximos 10 años,
      descendiendo levemente a un 34% para el año
      2010.

    1. El carbón en el mundo

      1. El carbón proviene de restos de vegetación formados en tiempos
        geológicos, que originalmente se acumularon como
        plantas en pantanos o fueron depositados
        en lagunas. La acumulación de limos y otros
        sedimentos, junto con movimientos en la corteza terrestre
        (movimientos tectónicos) enterraron estos pantanos
        y turberas, en algunos casos a una gran profundidad. A
        medida que iban quedando enterradas, las plantas fueron
        sometidas a elevadas temperaturas y presiones, las cuales
        causaron cambios físicos y químicos en la
        vegetación, transformándolas, con el correr
        de los tiempos en carbón. Inicialmente la turba,
        precursora del carbón, fue convertida en lignito
        ó carbón pardo, que son tipos de
        carbón con "madurez" orgánica baja. Luego
        de muchos millones de años, la continuidad de los
        efectos de la temperatura y presión produjo
        cambios adicionales en el lignito, incrementando
        progresivamente su madurez y transformándolo al
        rango conocido como carbones sub bituminosos.

        A medida que este proceso fue ocurriendo, una serie de
        cambios químicos y físicos provocan que el
        carbón se vuelva más duro y maduro, punto
        en el cual se le clasifica como bituminoso o
        carbón duro. Bajo las condiciones adecuadas, el
        incremento progresivo en la madurez orgánica
        continua, para finalmente formar la antracita.

        El grado de "metamorfismo o
        carbonización" a la que fue sometido el
        carbón, desde su forma de turba a antracita, tiene
        una importante relación con sus propiedades
        físicas y químicas y es lo que se conoce
        como el "rango" del carbón. Los carbones de bajo
        rango, tales como el lignito y los sub bituminosos, son
        típicamente más blandos, fácilmente
        desmenuzables, opacos y con apariencia de tierra; se caracterizan por tener altos
        niveles de humedad y bajo contenido de carbono, y por consiguiente, poca
        energía. Los carbones de alto rango son
        típicamente más duros y
        resistentes.

        El incremento en el rango está
        acompañado por un aumento en los contenidos de
        carbono y de energía del carbón, así
        como de una disminución en el nivel de humedad. La
        antracita está en el tope del rango y por tanto,
        tiene los más altos contenidos de carbono y
        energía, y los menores niveles de
        humedad.

        Los grandes depósitos de carbón
        sólo comenzaron a formarse después de la
        evolución de las plantas en el período
        Devónico, hace 400 millones de años.
        Durante el período Carbonífero (350 a 280
        millones de años) ocurrieron acumulaciones en el
        Hemisferio Norte; durante el período Permiano
        – Carbonífero (350 a 225 millones de
        años) en el Hemisferio Sur y más
        recientemente, al final del período
        Cretáceo y principios de la era Terciaria (100 a 15
        millones de años) en áreas tan diversas
        como EEUU, América del Sur, Indonesia y Nueva
        Zelanda.

        Cuanto más antiguos son estos
        depósitos y mayor su recubrimiento, la
        transformación se encuentra más avanzada, y
        la potencia será menor que al
        comienzo, esto a raíz de la compresión y de
        las pérdidas en materias
        volátiles.

      2. Origen del
        carbón

        Las variaciones en la
        edad y en la historia geológica del carbón
        ocasionan variaciones en el rango. La
        clasificación general y básica del
        carbón es por rango o categoría, desde
        turba y lignitos en el extremo inferior de la escala,
        pasando por los carbones bituminosos hasta llegar a la
        antracita en el extremo superior. Por lo general, cuanto
        más alto sea el rango del carbón, mayor
        será su edad, contenido de carbono y
        poder
        calorífico, de igual modo,
        más bajo será su contenido de hidrógeno y materias
        volátiles.

        Los distintos sistemas de clasificación de
        carbón se basan en distintas propiedades, que en
        esencia buscan determinar el poder calorífico del
        carbón. De esta forma es posible construir un
        rango de clasificación – ver siguiente figura –
        que permite identificar la génesis, edad, tipo de
        biomasa originaria, condiciones bioquímicas y
        físico – químicas que caracterizan el
        desarrollo del carbón.

        Clasificación y usos
        del carbón

        Para ver el gráfico
        seleccione la opción "Descargar" del menú
        superior

        Fuente: Carbonífera de Chile,
        2002

      3. Clasificación
      4. Características y
        propiedades
    2. ¿Qué es el
      carbón?
    1. Características
    2. El carbón tiene sus origen en restos
      vegetales depositados hace millones de años. Gracias a
      los movimientos tectónicos de la corteza terrestre y a
      las altas presiones y temperaturas sometidas, estos restos
      vegetales sufren transformaciones físicas y
      químicas, que con el transcurso del tiempo, forman al
      carbón como le conocemos.

      Uno de los principales componentes que restan valor
      al carbón y que obligan a su posterior tratamiento, lo
      constituye el contenido de cenizas. La ceniza es el material
      inorgánico e inerte que acompaña al
      carbón, su presencia por tanto, rebaja el poder
      calorífico y afecta el funcionamiento de los hornos.
      Otros elementos del carbón son el oxígeno, nitrógeno, azufre y
      gases.
      Aunque cada elemento afecta en distintas formas las
      características del carbón, en la
      práctica el elemento más importante a controlar
      es el contenido de azufre. Cuando se quema carbón, las
      emisiones de azufre corroen los tubos de las calderas y
      eventualmente escapan al medio
      ambiente.

      Las propiedades más importantes del
      carbón son su poder calorífico, es decir, la
      cantidad de calor que se libera en combustión completa por cada unidad de
      material quemado; la humedad libre e inherente, que afecta
      directamente los rendimientos de la combustión; y el
      hinchamiento, particularmente relevante en la
      coquización.

    3. Propiedades
      Básicas

    El carbón tiene grandes variaciones en sus
    propiedades físicas, las cuales influyen en la facilidad
    de su manejo. En particular, la mayoría de los carbones se
    hinchan al calentarlos y el grado de hinchamiento se denomina
    "número de hinchamiento en crisol" o "índice de
    hinchamiento libre". Lo importante de ésta
    característica es que un carbón con un
    número de hinchamiento superior a 3 ó 4
    podría ocasionar problemas con
    la combustión en rejilla, salvo que el cargador sea de un
    diseño
    especial. El número es, por supuesto, de gran importancia
    para la coquización.

    El tipo, rango e índice de hinchamiento no
    definen al carbón cabalmente para el diseño de una
    central moderna que lo utilice. Algunas propiedades son
    más importantes que otras, como se indica a
    continuación.

    1. Energía
      Específica
      : La energía específica del
      carbón también se conoce como poder
      calorífico o energía térmica. Representa
      la cantidad de calor que se libera en combustión
      completa por cada unidad de material quemado. El poder
      calorífico es una propiedad
      con grandes variantes entre los carbones, la cual puede influir
      en forma importante en los requisitos del equipo para manejo y
      pulverización, así como su almacenamiento.
    2. Humedad: El contenido de
      humedad de un carbón consta de humedad inherente y
      libre. La humedad inherente es la humedad combinada y la
      retenida en los poros del carbón, la cual es una
      función del rango o categoría del
      carbón. La humedad libre, o externa, es la existente en
      la superficie del carbón y en los intersticios entre las
      partículas y es la contribución hecha por las
      aguas de la mina o la que se agrega con el lavado,
      supresión del polvo y la lluvia. Esta última
      humedad normalmente se elimina en los procesos de desaguado y
      secado del carbón.
    3. El aumento en la humedad del carbón
      subirá la capacidad y costo del
      equipo para su manejo, almacenamiento y pulverización.
      Además, se puede necesitar equipo calefactor adicional
      para secar el carbón, según sean el grado y
      período de la desviación de un alto contenido de
      humedad en relación con la norma. Pueden aumentar las
      dificultades y costos del
      manejo del carbón y crecerán los requisitos de
      potencia. La eficiencia de
      la caldera bajará alrededor de 0,5% por cada 5% de
      incremento en el contenido de humedad del carbón. Se
      puede esperar un aumento en el factor de costo proporcional al
      incremento en el contenido de humedad.
    4. Tamaño: El
      tamaño del carbón, la distribución por
      tamaños y el tamaño máximo, son
      importantes con respecto a la abrasión y obstrucciones
      en el sistema de manejo de carbón, para las tendencias
      de combustión espontánea en las pilas, para los
      problemas de polvo y para el rendimiento del
      pulverizador.
    5. El tamaño máximo de carbón
      suministrado a los pulverizadores suele ser entre 19 y 75 mm.
      Hasta un tamaño máximo de unos 75 mm, no se
      afecta la capacidad de algunos tipos de pulverizador mientras
      que otros si muestran su sensitividad en todo momento. Los
      finos, carbón de un tamaño de 3,35 mm o menos,
      cuando están mojados, son la causa principal de
      obstrucciones, en particular cuando su contenido excede de 25%
      a 30% por masa del total de carbón. La
      distribución del tamaño de partículas o
      granulometría varía mucho según el tipo de
      carbón, método
      de extracción, limpieza del carbón, equipo para
      trituración y el grado de manejo y
      manipulación.
    6. Contenido de
      Volátiles
      : Este factor afecta la combustibilidad del
      carbón pulverizado. La finura requerida aumenta conforme
      se reduce el contenido de volátiles, lo cual da por
      resultado que se requiera un considerable aumento en la
      capacidad de los pulverizadores. Los carbones con bajo
      contenido de volátiles se inflaman con menos facilidad,
      necesitan más tiempo para la combustión y por lo
      tanto aumentan el tiempo de permanencia en el hogar y el
      volumen.
    7. Triturabilidad: La
      triturabilidad es el factor que afecta principalmente la
      capacidad del pulverizador y los costos de trituración o
      molienda. La capacidad del pulverizador no está en
      relación lineal con la triturabilidad o
      molienda.
    8. Abrasividad: Al igual que
      la triturabilidad, la abrasividad se clasifica sobre una base
      empírica. El cuarzo y las piritas – como en algunas
      de las muestras que se repartieron a los asistentes el
      día de la exposición
      – son los más
      perjudiciales. La Abrasividad del carbón afecta en forma
      principal el desgaste de los pulverizadores y de los tubos para
      el carbón pulverizado. La abrasividad no se puede
      relacionar con la triturabilidad.
    9. Combustión: El
      carbón se puede quemar con elevada eficiencia, para
      producir bajas emisiones con poco mantenimiento del hogar, pero su
      combustión es un proceso complejo. El diseño de
      los quemadores y equipo asociado requiere considerable
      experiencia; afortunadamente, hay muchas
      compañías de prestigio poseedoras de esta
      experiencia.

    El proceso básico de combustión incluye
    la formación de CO2, la formación y
    combustión subsecuente de CO2 y la
    combustión de los volátiles. Los detalles
    todavía no son bien conocidos y, en cualquier caso,
    dependen del tipo de cargador o alimentador, pero hay puntos
    importantes como el tiempo de permanencia en el hogar, la
    temperatura, cantidad y distribución del aire
    turbulencia del aire; y la distribución del combustible
    sobre o dentro del lecho o en el hogar.

    En general, los volúmenes de producción
    térmica en el hogar son menores que con petróleo
    o gas, aunque se han aumentado con el trabajo
    en nuevos diseños. Una ventaja de una menor
    producción térmica es que en ciertos casos, el
    tratamiento del agua es ligeramente menos crítico que
    para una elevada producción de calor.

    1. Tecnologías
      limpias del carbón

    Las tecnologías limpias de carbón se
    definen como "las tecnologías diseñadas para
    mejorar tanto la eficiencia como la tolerancia
    ambiental en la extracción, preparación y uso de
    carbón". Estas tecnologías reducen las emisiones,
    disminuyen pérdidas y aumentan la cantidad de
    energía aprovechada de cada tonelada de
    carbón.

    Los programas de
    tecnologías limpias de carbón han sido adoptados
    vigorosamente por muchos países, y se gastan anualmente
    muchos recursos financieros en el desarrollo y utilización
    de estas técnicas.
    Las tecnologías permitirán que el uso del
    carbón se haga cada vez más eficientemente, al
    mismo tiempo que ambientalmente aceptable, puesto que éste
    será una fuente vital de energía en el mundo entero
    durante este siglo.

    La mayoría de las tecnologías limpias de
    carbón se concentran en la producción de
    electricidad a partir del carbón, puesto que más
    del 50% del carbón que se produce se utiliza para este
    efecto.

    Las tecnologías limpias para la minería
    son de fácil disponibilidad. Los métodos
    modernos de exploración, tales como las técnicas de
    geofísica y sísmica, minimizan cualquier impacto
    ambiental, y mejoran la planeación
    de la mina, al reducir la incertidumbre geológica. Las
    tecnologías de extracción mejoradas ayudan a
    maximizar las eficiencias de extracción y minimizan el uso
    de energía. La minería subterránea del
    carbón puede producir emisiones de gas metano, lo cual
    puede ser un riesgo potencial.
    Se utilizan diversos métodos para desalojar el gas y en
    algunos casos el mismo gas es utilizado como fuente
    energética.

    El uso de las tecnologías limpias para la
    preparación de carbón puede lograr reducir los
    contenidos de ceniza y limpiar las impurezas tales como el lodo y
    el azufre. Se desarrollan también nuevas
    tecnologías para mejorar la eficiencia y el costo de
    estas operaciones de
    limpieza, al mismo tiempo que se mejora la calidad del agua de
    desecho. Dentro de estas tecnologías se pueden encontrar
    las siguientes:

    1. Emisiones Gaseosas de la
      Combustión de Carbón Pulverizado
    2. La combustión de carbón pulverizado
      (PF) es el método más ampliamente usado para
      quemar carbón para generación eléctrica.
      En este método, el carbón es molido,
      pulverizado e inyectado con aire a la caldera. El
      carbón pulverizado tiene una gran área
      superficial, lo cual facilita su combustión en los
      quemadores. El calor generado es usado para producir vapor a
      altas presiones y temperaturas para activar las turbinas y
      generar electricidad. En la actualidad casi toda la
      electricidad generada en el mundo en plantas térmicas
      a carbón es producida usando sistemas de carbón
      pulverizado.

      Las emisiones de la combustión de
      carbón pulverizado pueden ser reducidas mediante
      tecnologías de limpieza de los gases de
      combustión. Los precipitadores electrostáticos
      y / o filtros de manga pueden remover más del 99% de
      la ceniza volante de los gases de combustión. Los
      métodos de desulfurización de gases de
      combustión (FGD) pueden remover de 90 a 97% de los
      óxidos de azufre (SOx) de los gases y pueden
      convertirlos en yeso para uso en
      construcción.

      Entre las tecnologías limpias de
      carbón para la combustión de carbón
      pulverizado que reducen emisiones de nitrógeno (NOx),
      se encuentran los quemadores de bajo NOx y las
      técnicas de requemado. Estas modifican el proceso de
      combustión para reducir emisiones de NOx hasta el 50%
      y están siendo ampliamente adoptadas, por cuanto ellas
      pueden ser instaladas en plantas existentes. El método
      de reducción catalítica selectiva de NOx, una
      tecnología de post combustión,
      puede lograr reducciones de 80 a 90%.

      La industria se ha esforzado continuamente para
      incrementar las eficiencias de las plantas convencionales;
      por ejemplo, la eficiencia térmica promedio de las
      centrales de generación en los Estados Unidos se ha
      incrementado de un 5% en 1900 hasta casi un 35% actualmente.
      Las nuevas plantas de generación con sistemas de
      pulverización convencionales alcanzan eficiencias
      superiores al 40%. Las plantas modernas avanzadas utilizan
      aleaciones
      de acero,
      especialmente desarrolladas para alta resistencia que hacen posible el uso de vapor
      a condiciones supercríticas y
      ultra-supercríticas (presiones mayores a 248 bar y
      temperaturas mayores a 566° C) y pueden alcanzar,
      dependiendo de la localización geográfica,
      cerca del 45% de eficiencia. Esto conduce a una
      reducción en las emisiones de CO2, por
      cuanto se usa menos combustible por unidad de electricidad
      producida.

    3. Sistemas de Combustión de Carbón
      Pulverizado
    4. Combustión en Lecho Fluidizado
      (FBC)

    La combustión en lecho fluidizado es un
    método para quemar carbón en un lecho de
    partículas calientes suspendidas en una corriente de
    gas. A una tasa de flujo suficiente, el lecho actúa como
    un fluido y permite una mezcla rápida de las
    partículas. El carbón es adicionado al lecho y la
    mezcla continua estimula la combustión completa y una
    menor temperatura que en los sistemas de combustión con
    carbón pulverizado. Los lechos fluidizados tienen las
    ventajas de producir menos NOx en el gas de salida y debido a
    las menores temperaturas de combustión producen menos
    SOx cuando se adiciona continuamente caliza al carbón.
    Esta tecnología puede también usar un rango
    más amplio de combustibles que las tecnologías de
    combustibles pulverizados. Los lechos fluidizados de
    presión atmosférica están comercialmente
    disponibles en dos tipos: lecho burbujeante (conocido como
    combustión en lecho fluidizado atmosférico –
    AFBCs) y el lecho circulante (CFBCs). La eficiencia de la
    mayoría de los lechos fluidizados usados para la
    generación de electricidad es similar a la de las
    plantas convencionales de carbón pulverizado. Sin
    embargo, el uso de esta tecnología ha sido estimulada
    debido a su mejor desempeño ambiental. Los lechos
    fluidizados presurizados, los cuales pueden alcanzar
    eficiencias del 45%, están en etapas avanzadas de
    demostración. Como en las plantas de combustibles
    pulverizados, la utilización de condiciones de vapor
    más altas podría aumentar aún más
    la eficiencia.

    • Ciclo Combinado con
      Gasificación Integrada (IGCC)

    Una alternativa a la combustión de carbón
    es la gasificación de carbón. Cuando el
    carbón entra en contacto con vapor y oxígeno, se
    producen reacciones termoquímicas que generan un gas
    combustible compuesto principalmente por monóxido de
    carbono e hidrógeno, el cual cuando es quemado puede ser
    usado para turbinas de gas. Los sistemas de generación de
    electricidad con ciclos combinados de gasificación
    integrada de carbón (IGCC) están actualmente en
    desarrollo y demostración. Estos sistemas permiten
    incrementar las eficiencias al usar el calor residual del gas
    para producir vapor para mover una turbina de vapor adicional a
    la turbina de gas. Los sistemas existentes en estado de
    demostración comercial buscan alcanzar eficiencias del 42%
    y se espera, cuando sean plenamente comerciales, que lleguen al
    50%, con tecnologías y materiales
    actualmente en desarrollo. Los sistemas IGCC producen
    adicionalmente menos residuos
    sólidos y menos emisiones de SOx, NOx y
    CO2. Hasta el 99% del azufre presente en el
    carbón puede ser recuperado para venderse como azufre
    químicamente puro.

    • Sistemas
      Híbridos

    Los ciclos combinados híbridos se encuentran
    actualmente en desarrollo. Estos combinan las mejores
    características de las tecnologías de
    gasificación y combustión, usando carbón en
    un proceso de dos etapas. La primera etapa gasifica la
    mayoría del carbón y mueve una turbina de gas, la
    segunda etapa quema el carbón residual (carbonizado) para
    producir vapor. Con estos sistemas puede ser posible alcanzar
    eficiencias mayores al 50%.

    Adicionalmente a estas tecnologías limpias, un
    desarrollo que puede ser aplicado a todos los sistemas de
    generación es la combustión simultánea con
    carbón de biomasa o residuos. Esto implica quemar o
    gasificar dichos materiales con carbón. Entre los
    beneficios se incluyen la reducción en emisiones de
    CO2, SOx y NOx, en relación con plantas que
    queman únicamente carbón y la recuperación
    de energía útil de biomasa y residuos con alta
    eficiencia, evitando construir plantas con este propósito.
    De aquí que la industria de generación de
    electricidad con carbón puede apoyar las industrias de
    energía renovable y manejo de residuos.CONTROL PUBLI

    1. A través de la historia, los avances
      industriales y la necesidad de trabajar con metales
      duros han llevado al hombre a
      buscar fuentes de calor alternativas a la leña. En
      este contexto surge el carbón como un sustituto
      eficiente que se consolida como la principal fuente
      energética del desarrollo industrial. Aunque este
      protagonismo fue desplazado por el petróleo, la
      crisis energética de los años 70 deja de
      manifiesto la necesidad de buscar fuentes
      alternativas.

      El carbón como combustible fósil es
      el más abundante, seguro y de
      suministro garantizado en el mundo. Sus principales
      cualidades son:

      Abundante

      Las reservas de carbón son extensas y
      están presentes en muchos países; en la
      actualidad el carbón se explota en más de 50
      países.

      Seguro

      El carbón es estable y por tanto es el
      combustible fósil más seguro desde los puntos
      de vista de su transporte, almacenamiento y
      utilización.

      Suministro
      Garantizado

      La abundancia de las reservas significa que a los
      usuarios de carbón se les puede garantizar la
      seguridad de los suministros del
      recurso.

      Limpio

      Usando tecnologías disponibles – como se
      demostró en anteriormente en este trabajo -, en la
      actualidad es posible quemar carbón limpiamente en
      todo el mundo.

      Económico

      A nivel mundial, el carbón es un
      combustible competitivo para la generación de
      electricidad, sin la cual la vida en el mundo moderno
      sería virtualmente imposible. A las puertas del
      nuevo milenio, el carbón es la principal fuente de
      energía para la generación eléctrica
      en el mundo entero. Por otra parte, la generación de
      subproductos en la combustión del carbón
      ofrece un beneficio económico adicional,
      transformando un costo de movimiento en atractivos premios de
      producción.

    2. Importancia del carbón
      como recurso energético
    3. Conclusiones
    4. Las abundantes reservas de
      carbón en Colombia, sus calidades y sus bajos costos
      de producción, se constituyen en importantes
      fortalezas para asegurar un continuo desarrollo de esta
      minería en el país.
    5. Históricamente, el carbón se
      ha constituido en pieza fundamental del desarrollo industrial
      y social del país, como motor
      energético de las actividades productivas del
      país y como recurso estratégico para la
      generación de electricidad en nuestro
      país.
    6. El desarrollo de la minería del
      carbón en el país ha presentado una
      evolución favorable durante los últimos
      años como consecuencia de una mayor explotación
      de los yacimientos de los departamentos de La Guajira y el
      Cesar, carbón destinado a los mercados
      internacionales.
    7. Los diferentes acuerdos correspondientes
      al desarrollo, uso y rehabilitación de parte de la
      infraestructura de exportación de carbón en la
      Costa Atlántica, han permitido la evolución
      favorable de las exportaciones de carbón e el
      país.
    8. A diferencia de la producción para
      exportación, el consumo interno de carbón ha
      venido decreciendo durante los últimos cinco
      años a un ritmo del 7% anual. Esta reducción
      estuvo conducida principalmente por la disminución en
      la demanda del energético por parte del sector
      industrial, el cual es afectado de manera significativa por
      la crisis económica.
    9. La demanda interna de carbón
      crecerá a una tasa del 4.7% durante los
      próximos diez años. Se espera una demanda de
      5591 KTons en el año 2010, de los cuales el sector
      industrial participará con el 78% y el
      eléctrico con el 20%.
    10. En términos generales, el sector
      industrial continuará siendo el principal sector
      consumidor
      de carbón en el país. Tal dinamismo del consumo
      del carbón en el sector industrial esta sustentado
      principalmente en los precios del energético, de los
      cuales se espera presenten niveles inferiores a los de sus
      más cercanos competidores: gas natural y fuel
      oil.
    11. Los principales crecimientos en la
      capacidad de producción de Drummond, Cerrejón
      Central y Cerrejón Zona Norte, permiten estimar un
      potencial de exportaciones de carbón térmico de
      56 millones de toneladas en el 2005 y de 62 millones de
      toneladas en el largo plazo. Crecimientos sustentados en la
      expansión de la infraestructura.
    12. En términos absolutos se estima una
      producción de carbón para el año 2001 de
      44 millones de toneladas, para el 2005 de 62 millones de
      toneladas y para el 2010 de 77 millones de
      toneladas.
    13. Se espera que para los próximos
      diez años, la participación del carbón
      metalúrgico sobre el total se encuentre entre el 2.2%
      y el 2.7%., estas cifras reflejan el caso en el cual no se
      desarrollen nuevos proyectos de coquización y se
      continúe con la tendencia actual de exportación
      de carbón metalúrgico.

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    Giovanni Franco Sepúlveda

    Ingeniero de minas y metalurgia
    Candidato a Magíster en Ciencias
    Económicas
    Universidad Nacional de Colombia
    Sede Medellín

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