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Carbón

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Carbón tipo hulla.

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria organógena de color negro, muy rica en carbono y con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. Principalmente es utilizada como combustible fósil.[1]​ La mayoría del carbón explotado se formó a partir de los vegetales que crecieron durante los períodos Carbonífero (hace 359 a 299 millones de años) y Cretácico (hace 145 a 66 millones de años), al ser ambos períodos de gran extensión temporal y situarse gran parte de los medios sedimentarios favorables para su acumulación y conservación en latitudes intertropicales.[2]​ Es un recurso no renovable,[3]​ con reservas probadas de 1,160 millardos de toneladas,[4]​ equivalentes a 130 años del consumo de 2024;[5]​ tomando en consideración las reservas geológicas, podría haber 2000 años de reservas.[6]​

Formación

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Artículo principal: Carbonificación
Principales tipos de carbón

El carbón se origina por la descomposición de vegetales terrestres que se acumulan en zonas pantanosas, lagunares o marinas, de poca profundidad.[7]​[8]​ Los restos vegetales se van acumulando en el fondo de una cuenca. Quedan cubiertos de agua y, por lo tanto, protegidos del aire, que los degradaría. Comienza una lenta transformación por la acción de bacterias anaerobias, un tipo de microorganismos que no necesitan oxígeno para vivir. Con el tiempo se produce un progresivo enriquecimiento en carbono. Posteriormente pueden cubrirse con depósitos arcillosos, lo que contribuirá al mantenimiento del ambiente anaerobio, adecuado para que continúe el proceso de carbonización. Se estima que una capa de carbón de un metro de espesor proviene de la transformación por diferentes procesos durante la diagénesis de más de diez metros de limos carbonosos.[9]​

En las cuencas carboníferas, las capas de carbón están intercaladas con otras capas de rocas sedimentarias como areniscas, arcillas, conglomerados y, en algunos casos, rocas metamórficas como esquistos y pizarras. Esto se debe a la forma y el lugar donde se genera el carbón.[9]​

Si por ejemplo un gran bosque está situado cerca del litoral y el mar invade la costa, el bosque queda progresivamente sumergido por una transgresión marina, por descenso del continente o por una subida del nivel del mar, y los restos vegetales se acumulan entre los sedimentos de la plataforma litoral. Si continúa el descenso del continente o la subida del nivel del mar, el bosque queda totalmente inundado. Las zonas emergidas cercanas comienzan a erosionarse y los productos resultantes, arenas y arcillas, cubren los restos de los vegetales que se van transformando en carbón. Si se retira el mar, puede desarrollarse un nuevo bosque y comenzar otra vez el ciclo.

En las cuencas hulleras se conservan, tanto en el carbón como en las rocas intercaladas, restos y marcas de vegetales terrestres que pertenecen a especies actualmente desaparecidas. El tamaño de las plantas y la exuberancia de la vegetación permiten deducir que el clima en el que se originó el carbón era probablemente clima tropical.[10]​

Tipos

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Existen numerosas variedades de carbón, las cuales se pueden clasificar según características como:

  • Humedad
  • Porcentaje en materias minerales no combustibles (cenizas)
  • El poder calorífico
  • Inflamabilidad, en conexión con el porcentaje de elementos volátiles.

El análisis elemental es un ensayo químico que proporciona la fracción másica de cada uno de los cinco elementos que componen principalmente todos los tipos de carbón: carbono (C), nitrógeno (N), oxígeno (O), hidrógeno (H), azufre (S).

La mayoría de los países productores de carbón tienen su propia clasificación de tipos de carbón, sin embargo para el comercio internacional es la clasificación americana (ASTM) la más utilizada.

Clasificación francesa

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Está basada en el porcentaje de materias volátiles (MV) y en el índice de inflación:

  • Antracita: 0 % < MV < 8 %
  • Delgados: 8 % < MV < 14 %
  • Cuartograso: 12 % < MV < 16 %
  • Semigraso: 13 % < MV < 22 %
  • Graso a llama corta: 18 % < MV < 27 %
  • Graso: 27 % < MV < 40 %
  • Inflamables grasos: MV > 30 %
  • Inflamables secos: MV > 34 %

Clasificación estadounidense

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Se basa en el porcentaje de materias volátiles para el carbón de máxima calidad y en el poder calorífico superior (pcs) para los otros.

Categoría Sub-categoría Elementos volátiles PCS
Antracita Meta-Antracita < 2 %
Antracita 2 a 8 %
Semi-Antracita 8 a 14 %
Bituminoso Bajo nivel volátil 14 a 22 %
Medio nivel volátil 22 a 31 %
Alto nivel volátil A > 31 % > 32,6 MJ/kg
Alto nivel volátil B 30,2 a 32,6 MJ/kg
Alto nivel volátil C 26,7 a 30,2 MJ/kg
Sub-Bituminoso Sub-Bituminoso A 24,4 a 26,7 MJ/kg
Sub-Bituminoso B 19,3 a 22,1 MJ/kg
Sub-Bituminoso C 22,1 a 24,4 MJ/kg
Lignito Lignito A 14,6 a 19,3 MJ/kg
Lignito B < 14,6 MJ/kg

Clasificación europea

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Comprende las categorías siguientes:

Antracita (Ibbenbüren, Alemania).

Las principales categorías de carbón se basan en el porcentaje de carbono que contienen, el cual a su vez depende de la evolución geológica y biológica que ha experimentado el carbón:

  • Turba (50 a 55 %): producto de la fosilización de desechos vegetales por los microorganismos en zonas húmedas y pobres en oxígeno.
  • Lignito (55 a 75 %), o carbón café: de característica suave.
  • Carbón subbituminoso o Lignito negro.
  • Hulla (75 a 90 %):
    • Hulla grasa o Carbón bituminoso bajo en volátiles, tipo de carbón más corriente.
    • Hulla semigrasa.
    • Hulla delgada, o hulla seca.
  • Antracita (90 a 95 %): el que tiene mayor proporción de carbono.
  • Grafito: carbono puro, no utilizado como combustible.

Reservas y producción

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Reservas mundiales

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Artículo principal: Anexo:Reservas de carbón

Los 948 billones de toneladas de reservas de carbón son equivalentes a 4,196 BBEP (billones de barriles equivalentes de petróleo).[11]​

British Petroleum, en su informe de 2007, calculaba que a finales de 2006 había por 147 años de reservas, basadas en reservas "probadas". La siguiente tabla muestra solo las reservas probadas, las cuales son calculadas en los programas de exploración de las diferentes empresas mineras. Particularmente, algunas zonas inexploradas están continuamente agrandando el volumen de reservas. Proyecciones especulativas predicen que el pico del carbón global de producción se producirá alrededor de 2025, a un 30 % por encima de la producción actual, dependiendo en la tasa de producción futura.[12]​

De todas las energías fósiles, el carbón es la que está más dispersada por todo el mundo y es producido por alrededor de 100 países. Las reservas más importantes se encuentran en Estados Unidos, Rusia, China, Australia e India.

Reservas probadas de carbón (millones de toneladas)[13]​
País Antracita y bituminoso Sub-bituminoso Lignito Total Porcentaje
Bandera de Estados Unidos Estados Unidos 108 501 98 618 30 176 237 295 22,6 %
Bandera de Rusia Rusia 49 088 97 472 10 450 157 010 14,4 %
Bandera de la República Popular China China 62 200 33 700 18 600 114 500 12,6 %
Bandera de Australia Australia 37 100 2100 37 200 76 400 8,9 %
Bandera de la India India 56 100 0 4500 60 600 7,0 %
Bandera de Alemania Alemania 99 0 40 600 40 699 4,7 %
Bandera de Ucrania Ucrania 15 351 16 577 1945 33 873 3,9 %
Bandera de Kazajistán Kazajistán 21 500 0 12 100 33600 3,9 %
Bandera de Sudáfrica Sudáfrica 30 156 0 0 30 156 3,5 %
Bandera de Serbia Serbia 9 361 13 400 13 770 1,6 %
Bandera de Colombia Colombia 6366 380 0 6746 0,8 %
Bandera de Canadá Canadá 3474 872 2236 6528 0,8 %
Bandera de Polonia Polonia 4338 0 1371 5709 0,7 %
Bandera de Indonesia Indonesia 1520 2904 1105 5529 0,6 %
Bandera de Brasil Brasil 0 4559 0 4559 0,5 %
Bandera de Grecia Grecia 0 0 3020 3020 0,4 %
Bandera de Bosnia y Herzegovina Bosnia-Herzegovina 484 0 2369 2853 0,3 %
Bandera de Mongolia Mongolia 1170 0 1350 2520 0,3 %
Bandera de Bulgaria Bulgaria 2 190 2174 2366 0,3 %
Bandera de Pakistán Pakistán 0 166 1904 2070 0,3 %
Bandera de Turquía Turquía 529 0 1814 2343 0,3 %
Bandera de Uzbekistán Uzbekistán 47 0 1853 1900 0,2 %
Bandera de Hungría Hungría 13 439 1208 1660 0,2 %
Bandera de Tailandia Tailandia 0 0 1239 1239 0,1 %
Bandera de México México 860 300 51 1211 0,1 %
Bandera de Irán Irán 1203 0 0 1203 0,1 %
Bandera de República Checa Chequia 192 0 908 1100 0,1 %
Bandera de Kirguistán Kirguistán 0 0 812 812 0,1 %
Bandera de Albania Albania 0 0 794 794 0,1 %
Bandera de Corea del Norte Corea del Norte 300 300 0 600 0,1 %
Bandera de Nueva Zelanda Nueva Zelanda 33 205 333-7000 571-15 000[14]​ 0,1 %
Bandera de España España 200 300 30 530 0,1 %
Bandera de Laos Laos 4 0 499 503 0,1 %
Bandera de Zimbabue Zimbabue 502 0 0 502 0,1 %
Bandera de Argentina Argentina 0 0 500 500 0,1 %
Otros 3421 1346 846 5613 0,7 %
Total 404 762 260 789 195 387 860 938 100 %

Producción mundial

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Artículo principal: Anexo:Países por producción de carbón

La siguiente tabla muestra la producción anual de carbón por país de 2003 a 2011.

Producción anual de carbón por país (millones de toneladas) [15]​
País 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 Porcentaje Reserva (en años)
Bandera de la República Popular China China 1834,9 2122,6 2349,5 2528,6 2691,6 2802,0 2973,0 3235,0 3520,0 49,5 % 35
Bandera de Estados Unidos Estados Unidos 972,3 1008,9 1026,5 1054,8 1040,2 1063,0 975,2 983,7 992,8 14,1 % 239
Bandera de la India India 375,4 407,7 428,4 449,2 478,4 515,9 556,0 573,8 588,5 5,6 % 103
Bandera de Unión Europea Unión Europea 637,2 627,6 607,4 595,1 538,4 535,7 576,1 4,2 % 97
Bandera de Australia Australia 350,4 364,3 375,4 382,2 392,7 399,2 413,2 424,0 415,5 5,8 % 184
Bandera de Rusia Rusia 276,7 281,7 298,3 309,9 313,5 328,6 301,3 321,6 333,5 4,0 % 471
Bandera de Indonesia Indonesia 114,3 132,4 152,7 193,8 216,9 240,2 256,2 275,2 324,9 5,1 % 17
Bandera de Sudáfrica Sudáfrica 237,9 243,4 244,4 244,8 247,7 252,6 250,6 254,3 255,1 3,6 % 118
Bandera de Alemania Alemania 204,9 207,8 202,8 197,1 201,9 192,4 183,7 182,3 188,6 1,1 % 216
Bandera de Polonia Polonia 163,8 162,4 159,5 156,1 145,9 144,0 135,2 133,2 139,2 1,4 % 41
Bandera de Kazajistán Kazajistán 84,9 86,9 86,6 96,2 97,8 111,1 100,9 110,9 115,9 1,5 % 290
Total 5301,3 5716,0 6035,3 6342,0 6573,3 6795,0 6880,8 7254,6 7695,4 100 % 112
Mina de carbón a cielo abierto en Garzweiler, Alemania. Panorámica en alta resolución.


Aplicaciones

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Evolución del consumo mundial de carbón 1984-2004.

El carbón suministra el 25 % de la energía primaria consumida en el mundo, solo por detrás del petróleo. Además es de las primeras fuentes de energía eléctrica, con 40 % de la producción mundial (datos de 2006). Las aplicaciones principales del carbón son:

  1. Generación de energía eléctrica. Las centrales térmicas de carbón pulverizado constituyen la principal fuente mundial de energía eléctrica. En los últimos años se han desarrollado otros tipos de centrales que tratan de aumentar el rendimiento y reducir las emisiones contaminantes, entre ellas las centrales de lecho fluido a presión. Otra tecnología en auge es la de los ciclos combinados que utilizan como combustible gas de síntesis obtenido mediante la gasificación del carbón.
  2. Coque. El coque es el producto de la pirólisis del carbón en ausencia de aire. Es utilizado como combustible y reductor en distintas industrias, principalmente en los altos hornos (coque siderúrgico). Dos tercios del acero mundial se producen utilizando coque de carbón, consumiendo en ello 12 % de la producción mundial de carbón (cifras de 2003).
  3. Siderurgia. Mezclando minerales de hierro con carbón se obtiene una aleación en la que el hierro se enriquece en carbono, obteniendo mayor resistencia y elasticidad. Dependiendo de la cantidad de carbono, se obtiene:
    1. Hierro dulce: menos del 0,2 % de carbono.
    2. Acero: entre 0,2 % y 1,2 % de carbono.
    3. Fundición: más del 1,2 % de carbono.
  4. Industrias varias. Se utiliza en las fábricas que necesitan mucha energía en sus procesos, como las fábricas de cemento y de ladrillos.
  5. Uso doméstico. Históricamente el primer uso del carbón fue como combustible doméstico. Aún hoy sigue siendo usado para calefacción, principalmente en los países en vías de desarrollo, mientras que en los países desarrollados ha sido desplazados por otras fuentes más limpias de calor (gas natural, propano, butano, energía eléctrica) para rebajar el índice de contaminación.
  6. Carboquímica. La carboquímica es practicada principalmente en África del Sur y China. Mediante el proceso de gasificación se obtiene del carbón un gas llamado gas de síntesis, compuesto principalmente de hidrógeno y monóxido de carbono. El gas de síntesis es una materia prima básica que puede transformarse en numerosos productos químicos de interés como, por ejemplo:
    1. Amoniaco
    2. Metanol
    3. Gasolina y gasóleo de automoción a través del proceso Fischer-Tropsch (proceso químico para la producción de hidrocarburos líquidos a partir de gas de síntesis, CO y H2).
  7. Petróleo sintético. Mediante el proceso de licuefacción directa, el carbón puede ser transformado en un crudo similar al petróleo. La licuefacción directa fue practicada ampliamente en Alemania durante la Segunda Guerra Mundial pero en la actualidad no existe ninguna planta de escala industrial en el mundo.

Estas dos últimas aplicaciones antiguas son muy contaminantes y requieren mucha energía, desperdiciando así un tercio del balance energético global. Debido a la crisis del petróleo se ha vuelto a producir de manera similar la creación de petróleo sintético y en la República Popular China el proceso de carboquímica.

Véase también

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Referencias

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  1. ↑ Blander, M. «Calculations of the Influence of Additives on Coal Combustion Deposits» (en inglés). Argonne National Laboratory. p. 315. Archivado desde el original el 28 de mayo de 2010. Consultado el 22 de abril de 2013. 
  2. ↑ «Período Carbonífero». National Geographic. Archivado desde el original el 27 de diciembre de 2012. Consultado el 22 de abril de 2013. 
  3. ↑ «Coal» (en inglés). EPA. Consultado el 22 de abril de 2013. 
  4. ↑ https://www.eia.gov/energyexplained/coal/how-much-coal-is-left.php
  5. ↑ «World coal use to hit record high in 2024 amid climate concerns: IEA report». Deutsche Welle (en inglés). 18 de diciembre de 2024. Consultado el 21 de diciembre de 2024. «IEA's Coal 2024 report, released on Wednesday, projects coal demand will surpass 8.9 billion tonnes this year». 
  6. ↑ Otto C. Kopp (20 de diciembre de 2024). «World distribution of coal». Enciclopedia Británica (en inglés). Consultado el 21 de diciembre de 2024. «“geologic resources,” are even more difficult to estimate, but they are thought to be as much as 15 times greater than the amount of proven reserves». 
  7. ↑ «coal». Encyclopedia Britannica Academic Edition (en inglés). Consultado el 17 de octubre de 2012. 
  8. ↑ Coal Petrology, página 9.
  9. ↑ a b Taylor, Thomas N; Taylor, Edith L; Krings, Michael (2009). Paleobotany: The biology and evolution of fossil plants (en inglés). ISBN 978-0-12-373972-8. 
  10. ↑ Nevins, Stuart E. (1976). «The Origin of Coal» (en inglés). Institute for Creation Research. Consultado el 22 de abril de 2013. 
  11. ↑ «EIA International Energy Statistics: Coal: Recoverable Reserves». Archivado desde el original el 9 de enero de 2014. Consultado el 31 de mayo de 2012. 
  12. ↑ Coal: Resources and Future Production, 47 page report by Energy Watch group, 28 March 2007 (revised 10 July 2007).
  13. ↑ World Energy Council – Survey of Energy Resources 2010. (PDF) . Retrieved on 24 August 2012.
  14. ↑ Sherwood, Alan y Jock Phillips, Coal and coal mining – Coal resources (enlace roto disponible en Internet Archive; véase el historial, la primera versión y la última). Te Ara – the Encyclopedia of New Zealand, updated 2009-03-02,
  15. ↑ «BP Statistical review of world energy 2012» (XLS). British Petroleum. Consultado el 18 de agosto de 2011. 

Bibliografía

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  • Menéndez Díaz, J. Ángel (2006). «El carbón en la vida cotidiana». Oviedo (España). Archivado desde el original el 13 de diciembre de 2009. Consultado el 24 de septiembre de 2006.. 
  • Stach, E.; Mackowsky, M. TH.; Teichmüller, M.; Taylor, G. H.; Chandra, D. y Teichmüller, R., ed. (1982). Coal Petrology (en inglés) (tercera edición). Berlín, Stuttgart: Gebrüder Borntraeger. 
  • Cifras tomadas del sitio web del World Coal Institute. «Coal Facts 2005». Archivado desde el original el 18 de mayo de 2009. Consultado el 24 de septiembre de 2006.. 
  • El contenido de este artículo incorpora material de una entrada de la Enciclopedia Libre Universal, publicada en español bajo la licencia Creative Commons Compartir-Igual 3.0.
El contenido de este artículo incorpora material del sitio web El carbón en la vida cotidiana, cuyo autor, J. Ángel Menéndez Díaz, ha permitido, mediante una autorización, publicar su contenido y algunas de sus imágenes bajo licencia GFDL.

Enlaces externos

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