Tendencias del carbón como recurso energético en Colombia y en el mundo: Aproximación
- El carbón en
Colombia - El carbón en el
mundo - ¿Qué es el
carbón? - Importancia del
carbón como recurso
energético - Conclusiones
- Bibliografía
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.
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 1980Fuente: 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.- Producción
Nacional de Carbón 1940 – 1980En 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 1994Fuente: 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. - Consumo nacional de
carbón 1980 – 1994Inicialmente, 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 1995Fuente: 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. - Producción y
exportaciones de carbón 1980 – 1995En 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 2000Fuente: 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). - Producción y
Exportación Nacional de Carbón 1995 –
2000 - 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.
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
2000Fuente: 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.- Mercado internacional
del carbón colombiano - 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
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
tonPara ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFuente: Carbonífera de Chile,
2002- Evolución
del mercado del carbón en el mundo - 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,
1998Fuente: 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.- El carbón en el mundo
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.- Origen del
carbónLas 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 carbónPara ver el gráfico
seleccione la opción "Descargar" del menú
superiorFuente: Carbonífera de Chile,
2002 - Clasificación
- Características y
propiedades
- ¿Qué es el
carbón?
- Características
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.- 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.
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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.
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:
- Emisiones Gaseosas de la
Combustión de Carbón Pulverizado 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.- Sistemas de Combustión de Carbón
Pulverizado - 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.
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.
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
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:Las reservas de carbón son extensas y
están presentes en muchos países; en la
actualidad el carbón se explota en más de 50
países.El carbón es estable y por tanto es el
combustible fósil más seguro desde los puntos
de vista de su transporte, almacenamiento y
utilización.La abundancia de las reservas significa que a los
usuarios de carbón se les puede garantizar la
seguridad de los suministros del
recurso.Usando tecnologías disponibles – como se
demostró en anteriormente en este trabajo -, en la
actualidad es posible quemar carbón limpiamente en
todo el mundo.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.- Importancia del carbón
como recurso energético - Conclusiones
- 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. - 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. - 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. - 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. - 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. - 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%. - 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. - 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. - 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. - 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