Carbón

El carbón o carbón mineral es una roca sedimentaria combustible de color negro o negro pardusco, formada como estratos rocosos llamados vetas de carbón. El carbón es principalmente carbono con cantidades variables de otros elementos, principalmente hidrógeno, azufre, oxígeno y nitrógeno. El carbón se forma cuando la materia vegetal muerta se descompone en turba y se convierte en carbón por el calor y la presión del entierro profundo durante millones de años. Grandes depósitos de carbón se originan en antiguos humedales, llamados bosques de carbón, que cubrieron gran parte de las áreas terrestres tropicales de la Tierra durante el Carbonífero tardío (Pennsylvanian) y el Pérmico. Sin embargo, muchos depósitos de carbón significativos son más jóvenes y se originan en las eras Mesozoica y Cenozoica.

El carbón se utiliza principalmente como combustible. Si bien el carbón se conoce y se usa desde hace miles de años, su uso estuvo limitado hasta la Revolución Industrial. Con la invención de la máquina de vapor, el consumo de carbón aumentó. En 2020, el carbón suministró alrededor de una cuarta parte de la energía primaria del mundo y más de un tercio de su electricidad. Algunos procesos industriales de fabricación de hierro y acero y otros queman carbón.

La extracción y uso del carbón provoca muertes prematuras y enfermedades. El uso de carbón daña el medio ambiente y es la mayor fuente antropogénica de dióxido de carbono que contribuye al cambio climático. La quema de carbón emitió 14 000 millones de toneladas de dióxido de carbono en 2020, lo que representa el 40 % de las emisiones totales de combustibles fósiles y más del 25 % de las emisiones globales totales de gases de efecto invernadero. Como parte de la transición energética mundial, muchos países han reducido o eliminado el uso de energía de carbón. El Secretario General de la ONU pidió a los gobiernos que dejen de construir nuevas plantas de carbón para 2020. El uso mundial de carbón alcanzó su punto máximo en 2013. Para cumplir con el objetivo del Acuerdo de París de mantener el calentamiento global por debajo de 2 °C (3,6 °F), el uso de carbón debe reducirse a la mitad de 2020 a 2030,y la eliminación gradual del carbón se acordó en el Pacto Climático de Glasgow.

El mayor consumidor e importador de carbón en 2020 fue China. China representa casi la mitad de la producción anual de carbón del mundo, seguida por India con alrededor de una décima parte. Indonesia y Australia son los países que más exportan, seguidos de Rusia.

Etimología

La palabra originalmente tomó la forma col en inglés antiguo, del protogermánico * kula (n), que a su vez se supone que proviene de la raíz protoindoeuropea * g (e) u-lo- "carbón vivo". Los cognados germánicos incluyen el frisón antiguo kole, el holandés medio cole, el kool holandés, el alto alemán antiguo chol, el alemán Kohle y el nórdico antiguo kol, y la palabra irlandesa gual también es un cognado a través de la raíz indoeuropea.

Geología

El carbón está compuesto de macerales, minerales y agua. Los fósiles y el ámbar se pueden encontrar en el carbón.

Formación

La conversión de vegetación muerta en carbón se llama carbonización. En varios momentos del pasado geológico, la Tierra tuvo bosques densos en áreas bajas de humedales. En estos humedales, el proceso de carbonización comenzó cuando la materia vegetal muerta se protegió de la biodegradación y la oxidación, generalmente con lodo o agua ácida, y se convirtió en turba. Esto atrapó el carbono en inmensas turberas que finalmente quedaron profundamente enterradas por los sedimentos. Luego, durante millones de años, el calor y la presión del enterramiento profundo provocaron la pérdida de agua, metano y dióxido de carbono y aumentaron la proporción de carbono.El grado de carbón producido dependía de la presión y temperatura máximas alcanzadas, con lignito (también llamado "carbón pardo") producido en condiciones relativamente suaves, y carbón subbituminoso, carbón bituminoso o carbón de antracita (también llamado "carbón duro" o "carbón negro") producido a su vez con el aumento de la temperatura y la presión.

De los factores involucrados en la carbonificación, la temperatura es mucho más importante que la presión o el tiempo de entierro. El carbón subbituminoso se puede formar a temperaturas tan bajas como 35 a 80 °C (95 a 176 °F), mientras que la antracita requiere una temperatura de al menos 180 a 245 °C (356 a 473 °F).

Aunque se conoce carbón de la mayoría de los períodos geológicos, el 90 % de todas las capas de carbón se depositaron en los períodos Carbonífero y Pérmico, que representan solo el 2 % de la historia geológica de la Tierra. Paradójicamente, esto fue durante la casa de hielo del Paleozoico tardío, una época de glaciación global. Sin embargo, la caída del nivel global del mar que acompañó a la glaciación expuso plataformas continentales que previamente habían estado sumergidas, a las que se sumaron amplios deltas fluviales producidos por el aumento de la erosión debido a la caída del nivel base. Estas áreas extensas de humedales proporcionaron las condiciones ideales para la formación de carbón. La rápida formación de carbón terminó con la brecha del carbón en el evento de extinción del Pérmico-Triásico, donde el carbón es raro.

La geografía favorable por sí sola no explica los extensos yacimientos carboníferos del Carbonífero. Otros factores que contribuyeron a la rápida deposición del carbón fueron los altos niveles de oxígeno, por encima del 30%, que promovieron intensos incendios forestales y la formación de carbón que era casi indigesto por los organismos en descomposición; altos niveles de dióxido de carbono que promovieron el crecimiento de las plantas; y la naturaleza de los bosques carboníferos, que incluían árboles licófitos cuyo crecimiento determinado significaba que el carbono no quedaba atrapado en el duramen de los árboles vivos durante largos períodos.

Una teoría sugería que hace unos 360 millones de años, algunas plantas desarrollaron la capacidad de producir lignina, un polímero complejo que hizo que sus tallos de celulosa fueran mucho más duros y leñosos. La capacidad de producir lignina condujo a la evolución de los primeros árboles. Pero las bacterias y los hongos no desarrollaron de inmediato la capacidad de descomponer la lignina, por lo que la madera no se descompuso por completo, sino que quedó enterrada bajo los sedimentos y finalmente se convirtió en carbón. Hace unos 300 millones de años, las setas y otros hongos desarrollaron esta capacidad, poniendo fin al principal período de formación de carbón de la historia de la Tierra. Aunque algunos autores señalaron alguna evidencia de degradación de la lignina durante el Carbonífero y sugirieron que los factores climáticos y tectónicos eran una explicación más plausible,La reconstrucción de enzimas ancestrales mediante análisis filogenético corroboró la hipótesis de que las enzimas degradantes de lignina aparecieron en hongos aproximadamente hace 200 millones de años.

Un posible factor tectónico fueron las Montañas Pangeas Centrales, una enorme cadena que se extiende a lo largo del ecuador y que alcanzó su mayor elevación cerca de esta época. El modelado climático sugiere que las Montañas Pangeas Centrales contribuyeron a la deposición de grandes cantidades de carbón a finales del Carbonífero. Las montañas crearon un área de fuertes precipitaciones durante todo el año, sin una estación seca típica de un clima monzónico. Esto es necesario para la conservación de la turba en los pantanos de carbón.

El carbón se conoce a partir de estratos precámbricos, que son anteriores a las plantas terrestres. Se presume que este carbón se originó a partir de residuos de algas.

A veces, las vetas de carbón (también conocidas como lechos de carbón) se intercalan con otros sedimentos en un ciclotema. Se cree que los ciclotems tienen su origen en los ciclos glaciales que produjeron fluctuaciones en el nivel del mar, que alternativamente expusieron y luego inundaron grandes áreas de la plataforma continental.

Química de la coalificación

El tejido leñoso de las plantas se compone principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina. La turba moderna es principalmente lignina, con un contenido de celulosa y hemicelulosa que oscila entre el 5 % y el 40 %. También están presentes varios otros compuestos orgánicos, como ceras y compuestos que contienen nitrógeno y azufre. La lignina tiene una composición en peso de aproximadamente 54 % de carbono, 6 % de hidrógeno y 30 % de oxígeno, mientras que la celulosa tiene una composición en peso de aproximadamente 44 % de carbono, 6 % de hidrógeno y 49 % de oxígeno. El carbón bituminoso tiene una composición de aproximadamente 84,4 % de carbono, 5,4 % de hidrógeno, 6,7 % de oxígeno, 1,7 % de nitrógeno y 1,8 % de azufre, en peso. Esto implica que los procesos químicos durante la carbonización deben eliminar la mayor parte del oxígeno y gran parte del hidrógeno, dejando carbono, un proceso llamado carbonización.

La carbonización procede principalmente por deshidratación, descarboxilación y desmetanización. La deshidratación elimina las moléculas de agua del carbón en proceso de maduración a través de reacciones como2 R–OH → R–O–R + H ₂ O2 R-CH2-O-CH2-R → R-CH=CH-R + H ₂ O

La descarboxilación elimina el dióxido de carbono del carbón en maduración y procede por reacción comoRCOOH → RH + _CO2

mientras que la desmetanización procede por reacción como2 R-CH ₃ → R-CH ₂ -R + CH ₄R-CH ₂ -CH ₂ -CH ₂ -R → R-CH=CH-R + CH ₄

En cada una de estas fórmulas, R representa el resto de una molécula de celulosa o lignina a la que se unen los grupos reaccionantes.

La deshidratación y la descarboxilación tienen lugar temprano en la carbonificación, mientras que la desmetanización comienza solo después de que el carbón ya ha alcanzado el rango bituminoso. El efecto de la descarboxilación es reducir el porcentaje de oxígeno, mientras que la desmetanización reduce el porcentaje de hidrógeno. La deshidratación hace ambas cosas y (junto con la desmetanización) reduce la saturación de la columna vertebral de carbono (aumentando el número de dobles enlaces entre el carbono).

A medida que avanza la carbonización, los compuestos alifáticos (compuestos de carbono caracterizados por cadenas de átomos de carbono) son reemplazados por compuestos aromáticos (compuestos de carbono caracterizados por anillos de átomos de carbono) y los anillos aromáticos comienzan a fusionarse en compuestos poliaromáticos (anillos enlazados de átomos de carbono). La estructura se parece cada vez más al grafeno, el elemento estructural del grafito.

Los cambios químicos van acompañados de cambios físicos, como la disminución del tamaño medio de los poros. Los macerales (partículas orgánicas) del lignito están compuestos de huminita, que es de aspecto terroso. A medida que el carbón madura a carbón subbituminoso, la huminita comienza a ser reemplazada por vitrinita vítrea (brillante). La maduración del carbón bituminoso se caracteriza por la bitumenización, en la que parte del carbón se convierte en betún, un gel rico en hidrocarburos. La maduración a antracita se caracteriza por la debitumenización (por desmetanización) y la tendencia creciente de la antracita a romperse con una fractura concoidea, similar a la forma en que se rompe el vidrio grueso.

Tipos

A medida que los procesos geológicos ejercen presión sobre el material biótico muerto a lo largo del tiempo, en condiciones adecuadas, su grado o rango metamórfico aumenta sucesivamente en:

• La turba, un precursor del carbón
• El lignito o lignito, el carbón de menor rango, el más nocivo para la salud, utilizado casi exclusivamente como combustible para la generación de energía eléctrica.
  • Jet, una forma compacta de lignito, a veces pulido; utilizado como piedra ornamental desde el Paleolítico Superior
• El carbón subbituminoso, cuyas propiedades oscilan entre las del lignito y las del carbón bituminoso, se utiliza principalmente como combustible para la generación de energía eléctrica a vapor.
• Carbón bituminoso, una roca sedimentaria densa, generalmente negra, pero a veces de color marrón oscuro, a menudo con bandas bien definidas de material brillante y opaco. Se utiliza principalmente como combustible en la generación de energía eléctrica a vapor y para fabricar coque. Conocido como carbón de vapor en el Reino Unido, e históricamente utilizado para generar vapor en locomotoras y barcos de vapor.
• El carbón de antracita, el rango más alto de carbón, es un carbón negro brillante y más duro que se usa principalmente para la calefacción de espacios residenciales y comerciales.
• El grafito es difícil de encender y no se usa comúnmente como combustible; se usa más en lápices o en polvo para lubricación.
• El carbón de canal (a veces llamado "carbón de vela") es una variedad de carbón de grano fino de alto rango con un contenido significativo de hidrógeno, que consiste principalmente en liptinita.

Hay varias normas internacionales para el carbón. La clasificación del carbón generalmente se basa en el contenido de volátiles. Sin embargo, la distinción más importante es entre el carbón térmico (también conocido como carbón de vapor), que se quema para generar electricidad a través del vapor; y carbón metalúrgico (también conocido como carbón de coque), que se quema a alta temperatura para fabricar acero.

La ley de Hilt es una observación geológica que (dentro de un área pequeña) cuanto más profundo se encuentra el carbón, mayor es su rango (o grado). Se aplica si el gradiente térmico es completamente vertical; sin embargo, el metamorfismo puede causar cambios laterales de rango, independientemente de la profundidad. Por ejemplo, algunas de las vetas de carbón del yacimiento de carbón de Madrid, Nuevo México, se convirtieron parcialmente en antracita por metamorfismo de contacto de un umbral ígneo, mientras que el resto de las vetas permaneció como carbón bituminoso.

Historia

El primer uso reconocido es del área de Shenyang de China, donde en el año 4000 aC los habitantes del Neolítico habían comenzado a tallar adornos de lignito negro. El carbón de la mina Fushun en el noreste de China se utilizó para fundir cobre ya en el año 1000 a. Marco Polo, el italiano que viajó a China en el siglo XIII, describió el carbón como "piedras negras... que arden como troncos", y dijo que el carbón era tan abundante que la gente podía tomar tres baños calientes a la semana. En Europa, la referencia más antigua al uso del carbón como combustible proviene del tratado geológico Sobre las piedras (pág. 16) del científico griego Teofrasto (c. 371-287 a. C.):

Entre los materiales que se cavan porque son útiles, los llamados anthrakes [carbones] son ​​de tierra, y una vez encendidos arden como el carbón [anthrakes]. Se encuentran en Liguria... y en Elis cuando uno se acerca a Olimpia por el camino de la montaña; y son usados ​​por aquellos que trabajan en metales.—  Teofrasto, Sobre las piedras (16)

El carbón de afloramiento se usó en Gran Bretaña durante la Edad del Bronce (3000-2000 a. C.), donde formó parte de las piras funerarias. En la Gran Bretaña romana, con la excepción de dos campos modernos, "los romanos explotaban carbones en todas las principales cuencas carboníferas de Inglaterra y Gales a fines del siglo II d. C.". Se han encontrado pruebas de comercio de carbón, que datan de alrededor del año 200 d. C., en el asentamiento romano de Heronbridge, cerca de Chester; y en Fenlands de East Anglia, donde el carbón de Midlands se transportaba a través de Car Dyke para usarlo en el secado de granos.Se han encontrado cenizas de carbón en los hogares de villas y fuertes romanos, particularmente en Northumberland, que datan de alrededor del año 400 d.C. En el oeste de Inglaterra, escritores contemporáneos describieron la maravilla de un brasero permanente de carbón en el altar de Minerva en Aquae Sulis (la actual Bath), aunque, de hecho, el carbón superficial fácilmente accesible de lo que se convirtió en la cuenca carbonífera de Somerset era de uso común en viviendas bastante humildes a nivel local. Se han encontrado evidencias del uso del carbón para trabajar el hierro en la ciudad durante la época romana. En Eschweiler, Renania, los romanos utilizaron depósitos de carbón bituminoso para la fundición de mineral de hierro.

No existe evidencia de que el carbón fuera de gran importancia en Gran Bretaña antes del año 1000 dC, la Alta Edad Media. El carbón pasó a denominarse "carbono marino" en el siglo XIII; el muelle donde llegó el material a Londres se conocía como Seacoal Lane, así identificado en una carta del rey Enrique III otorgada en 1253. Inicialmente, el nombre se le dio porque se encontró mucho carbón en la costa, después de haber caído de las vetas de carbón expuestas en acantilados por encima o lavado de afloramientos de carbón submarino, pero en la época de Enrique VIII, se entendió que se derivaba de la forma en que fue llevado a Londres por mar. En 1257-1259, el carbón de Newcastle upon Tyne se envió a Londres para los herreros y caleros que construyeron la Abadía de Westminster.Todavía existen Seacoal Lane y Newcastle Lane, donde se descargaba carbón en los muelles a lo largo del río Fleet.

Estas fuentes de fácil acceso se habían agotado en gran medida (o no podían satisfacer la creciente demanda) en el siglo XIII, cuando se desarrolló la extracción subterránea mediante excavación de pozos o socavones. El nombre alternativo era "pitcoal", porque provenía de las minas.

Cocinar y calentar el hogar con carbón (además de la leña o en lugar de ella) se ha hecho en varios tiempos y lugares a lo largo de la historia humana, especialmente en tiempos y lugares donde el carbón superficial estaba disponible y la leña era escasa, pero una dependencia generalizada de el carbón para hogares probablemente nunca existió hasta que se produjo un cambio de combustible de este tipo en Londres a finales del siglo XVI y principios del XVII. La historiadora Ruth Goodman ha rastreado los efectos socioeconómicos de ese cambio y su posterior difusión por toda Gran Bretaña y sugirió que su importancia en la configuración de la adopción industrial del carbón se ha subestimado anteriormente.

El desarrollo de la Revolución Industrial condujo al uso a gran escala del carbón, ya que la máquina de vapor sustituyó a la rueda hidráulica. En 1700, cinco sextos del carbón del mundo se extraía en Gran Bretaña. Gran Bretaña se habría quedado sin sitios adecuados para los molinos de agua en la década de 1830 si el carbón no hubiera estado disponible como fuente de energía. En 1947 había unos 750.000 mineros en Gran Bretaña, pero la última mina de carbón profunda del Reino Unido cerró en 2015.

Un grado entre el carbón bituminoso y la antracita se conocía una vez como "carbón de vapor", ya que se usaba ampliamente como combustible para locomotoras de vapor. En este uso especializado, a veces se le conoce como "carbón marino" en los Estados Unidos. El "carbón de vapor" pequeño, también llamado nueces de vapor pequeñas secas (o DSSN), se utilizó como combustible para calentar agua doméstica.

El carbón desempeñó un papel importante en la industria en los siglos XIX y XX. El predecesor de la Unión Europea, la Comunidad Europea del Carbón y del Acero, se basó en el comercio de este producto.

El carbón sigue llegando a las playas de todo el mundo tanto por la erosión natural de las vetas de carbón expuestas como por los derrames arrastrados por el viento de los buques de carga. Muchos hogares en tales áreas recolectan este carbón como una fuente importante, ya veces principal, de combustible para calefacción doméstica.

Intensidad de emisión

La intensidad de emisión es el gas de efecto invernadero emitido durante la vida útil de un generador por unidad de electricidad generada. La intensidad de emisión de las centrales eléctricas de carbón es alta, ya que emiten alrededor de 1000g de CO2eq por cada kWh generado, mientras que el gas natural tiene una intensidad de emisión media, alrededor de 500g CO2eq por kWh. La intensidad de emisión del carbón varía según el tipo y la tecnología del generador y supera los 1200 g por kWh en algunos países.

Densidad de energia

La densidad energética del carbón es de aproximadamente 24 megajulios por kilogramo (aproximadamente 6,7 kilovatios-hora por kg). Para una central eléctrica de carbón con una eficiencia del 40 %, se necesitan unos 325 kg (717 lb) de carbón para alimentar una bombilla de 100 W durante un año.

El 27,6% de la energía mundial fue suministrada por carbón en 2017 y Asia utilizó casi las tres cuartas partes de ella.

Química

Composición

La composición del carbón se informa ya sea como un análisis próximo (humedad, materia volátil, carbono fijo y cenizas) o como un análisis final (cenizas, carbono, hidrógeno, nitrógeno, oxígeno y azufre). La "materia volátil" no existe por sí misma (a excepción de algo de metano adsorbido), sino que designa los compuestos volátiles que se producen y eliminan al calentar el carbón. Un carbón bituminoso típico puede tener un análisis final sobre una base seca y sin cenizas de 84,4 % de carbono, 5,4 % de hidrógeno, 6,7 % de oxígeno, 1,7 % de nitrógeno y 1,8 % de azufre, en peso.

La composición de la ceniza, dada en términos de óxidos, varía:

Otros componentes menores incluyen:

Carbón coquizable y uso de coque para fundir hierro

El coque es un residuo carbonoso sólido derivado del carbón de coque (un carbón bituminoso bajo en cenizas y bajo en azufre, también conocido como carbón metalúrgico), que se utiliza en la fabricación de acero y otros productos de hierro. El coque se fabrica a partir de carbón coquizable cociéndolo en un horno sin oxígeno a temperaturas de hasta 1000 °C, eliminando los componentes volátiles y fusionando el carbono fijo y las cenizas residuales. El coque metalúrgico se utiliza como combustible y como agente reductor en la fundición de mineral de hierro en un alto horno. El monóxido de carbono producido por su combustión reduce la hematita (un óxido de hierro) a hierro.

También se produce dióxido de carbono residual ({displaystyle {ce {2Fe2O3 + 3C -> 4Fe + 3CO2}}} 4Fe + 3CO2}}}">) junto con el arrabio, que es demasiado rico en carbono disuelto, por lo que debe tratarse más para fabricar acero.

El carbón de coque debe ser bajo en cenizas, azufre y fósforo, para que estos no migren al metal. El coque debe ser lo suficientemente fuerte para resistir el peso de la sobrecarga en el alto horno, razón por la cual el carbón de coque es tan importante en la fabricación de acero utilizando la ruta convencional. El coque del carbón es gris, duro y poroso y tiene un poder calorífico de 29,6 MJ/kg. Algunos procesos de fabricación de coque producen subproductos, incluidos alquitrán de hulla, amoníaco, aceites ligeros y gas de hulla.

El coque de petróleo (petcoke) es el residuo sólido obtenido en la refinación del petróleo, que se parece al coque pero contiene demasiadas impurezas para ser útil en aplicaciones metalúrgicas.

Uso en componentes de fundición

El carbón bituminoso finamente molido, conocido en esta aplicación como carbón marino, es un componente de la arena de fundición. Mientras el metal fundido está en el molde, el carbón arde lentamente, liberando gases reductores a presión, impidiendo así que el metal penetre en los poros de la arena. También está contenido en el 'lavado de moldes', una pasta o líquido con la misma función que se aplica al molde antes de la fundición. El carbón marino se puede mezclar con el revestimiento de arcilla (el "cuerpo") que se usa para el fondo de un horno de cúpula. Cuando se calienta, el carbón se descompone y el cuerpo se vuelve ligeramente friable, lo que facilita el proceso de abrir agujeros para extraer el metal fundido.

Alternativas a la coca cola

La chatarra de acero se puede reciclar en un horno de arco eléctrico; y una alternativa a la fabricación de hierro por fundición es el hierro de reducción directa, en el que se puede utilizar cualquier combustible carbonoso para fabricar hierro esponjoso o peletizado. Para disminuir las emisiones de dióxido de carbono, se puede utilizar hidrógeno como agente reductor y biomasa o residuos como fuente de carbono. Históricamente, el carbón vegetal se ha utilizado como una alternativa al coque en un alto horno, y el hierro resultante se conoce como carbón de hierro.

Gasificación

La gasificación del carbón, como parte de una central eléctrica de carbón de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), se utiliza para producir gas de síntesis, una mezcla de gas de monóxido de carbono (CO) e hidrógeno (H ₂) para encender turbinas de gas para producir electricidad. El gas de síntesis también se puede convertir en combustibles para el transporte, como gasolina y diésel, a través del proceso Fischer-Tropsch; alternativamente, el gas de síntesis se puede convertir en metanol, que puede mezclarse directamente con el combustible o convertirse en gasolina a través del proceso de metanol a gasolina. La empresa química Sasol de Sudáfrica utilizó la gasificación combinada con la tecnología Fischer-Tropsch para fabricar productos químicos y combustibles para vehículos de motor a partir del carbón.

Durante la gasificación, el carbón se mezcla con oxígeno y vapor mientras se calienta y presuriza. Durante la reacción, las moléculas de oxígeno y agua oxidan el carbón en monóxido de carbono (CO), al mismo tiempo que liberan gas hidrógeno (H ₂). Esto solía hacerse en las minas de carbón subterráneas, y también para producir gas de la ciudad que se canalizaba a los clientes para que lo quemaran para iluminación, calefacción y cocina.3C (como carbón) + O ₂ + H ₂ O → H ₂ + 3CO

Si la refinería quiere producir gasolina, el gas de síntesis se dirige a una reacción de Fischer-Tropsch. Esto se conoce como licuefacción indirecta del carbón. Sin embargo, si el hidrógeno es el producto final deseado, el gas de síntesis se alimenta a la reacción de cambio de gas de agua, donde se libera más hidrógeno:CO + H ₂ O → CO ₂ + H ₂

Licuefacción

El carbón se puede convertir directamente en combustibles sintéticos equivalentes a la gasolina o al diésel mediante hidrogenación o carbonización. La licuefacción del carbón emite más dióxido de carbono que la producción de combustible líquido a partir del petróleo crudo. La mezcla de biomasa y el uso de CCS emitiría un poco menos que el proceso de aceite, pero a un alto costo. China Energy Investment, de propiedad estatal, opera una planta de licuefacción de carbón y planea construir 2 más.

La licuefacción del carbón también puede referirse al peligro de la carga cuando se transporta carbón.

Producción de productos químicos

Los productos químicos se han producido a partir del carbón desde la década de 1950. El carbón se puede utilizar como materia prima en la producción de una amplia gama de fertilizantes químicos y otros productos químicos. La ruta principal hacia estos productos fue la gasificación del carbón para producir gas de síntesis. Los productos químicos primarios que se producen directamente a partir del gas de síntesis incluyen metanol, hidrógeno y monóxido de carbono, que son los componentes químicos básicos a partir de los cuales se fabrica todo un espectro de productos químicos derivados, que incluyen olefinas, ácido acético, formaldehído, amoníaco, urea y otros. La versatilidad del gas de síntesis como precursor de productos químicos primarios y productos derivados de alto valor brinda la opción de usar carbón para producir una amplia gama de productos básicos. En el siglo XXI, sin embargo, el uso de metano de lecho de carbón se está volviendo más importante.

Debido a que la lista de productos químicos que se pueden fabricar a través de la gasificación del carbón, en general, también puede utilizar materias primas derivadas del gas natural y el petróleo, la industria química tiende a utilizar las materias primas que sean más rentables. Por lo tanto, el interés en usar carbón tendió a aumentar con los precios más altos del petróleo y el gas natural y durante los períodos de alto crecimiento económico mundial que podrían haber afectado la producción de petróleo y gas.

Los procesos químicos del carbón requieren cantidades sustanciales de agua. Gran parte de la producción de carbón para productos químicos se encuentra en China, donde las provincias dependientes del carbón, como Shanxi, luchan por controlar su contaminación.

Generación eléctrica

Tratamiento de precombustión

El carbón refinado es el producto de una tecnología de mejora del carbón que elimina la humedad y ciertos contaminantes de los carbones de rango inferior, como los carbones subbituminosos y de lignito (marrón). Es una forma de varios tratamientos y procesos de precombustión para el carbón que alteran las características del carbón antes de que se queme. Las mejoras en la eficiencia térmica se pueden lograr mediante un secado previo mejorado (especialmente relevante con combustibles con alto contenido de humedad, como el lignito o la biomasa). Los objetivos de las tecnologías de carbón de precombustión son aumentar la eficiencia y reducir las emisiones cuando se quema el carbón. En ocasiones, la tecnología de precombustión se puede utilizar como complemento de las tecnologías de poscombustión para controlar las emisiones de las calderas alimentadas con carbón.

Combustión de la planta de energía

El carbón quemado como combustible sólido en las centrales eléctricas de carbón para generar electricidad se denomina carbón térmico. El carbón también se utiliza para producir temperaturas muy altas a través de la combustión. Las muertes tempranas debido a la contaminación del aire se han estimado en 200 por GW-año, sin embargo, pueden ser más altas alrededor de las centrales eléctricas donde no se usan depuradores o más bajas si están lejos de las ciudades. Los esfuerzos en todo el mundo para reducir el uso de carbón han llevado a algunas regiones a cambiar a gas natural y electricidad de fuentes con menos carbono.

Cuando el carbón se usa para generar electricidad, generalmente se pulveriza y luego se quema en un horno con una caldera (ver también Caldera de carbón pulverizado). El calor del horno convierte el agua de la caldera en vapor, que luego se utiliza para hacer girar las turbinas que hacen girar los generadores y generan electricidad. La eficiencia termodinámica de este proceso varía entre un 25% y un 50% aproximadamente según el tratamiento de precombustión, la tecnología de la turbina (p. ej., generador de vapor supercrítico) y la edad de la planta.

Se han construido algunas centrales eléctricas de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC), que queman carbón de manera más eficiente. En lugar de pulverizar el carbón y quemarlo directamente como combustible en la caldera generadora de vapor, el carbón se gasifica para crear gas de síntesis, que se quema en una turbina de gas para producir electricidad (igual que se quema gas natural en una turbina). Los gases de escape calientes de la turbina se utilizan para elevar el vapor en un generador de vapor de recuperación de calor que alimenta una turbina de vapor suplementaria. La eficiencia general de la planta cuando se utiliza para proporcionar calor y energía combinados puede alcanzar hasta el 94%. Las centrales eléctricas GICC emiten menos contaminación local que las centrales convencionales alimentadas con carbón pulverizado; sin embargo, la tecnología para la captura y el almacenamiento de carbono después de la gasificación y antes de la quema ha resultado hasta ahora demasiado costosa para usarla con carbón.Otras formas de usar el carbón son como combustible de lodo de agua de carbón (CWS), que se desarrolló en la Unión Soviética, o en un ciclo de topping MHD. Sin embargo, estos no son ampliamente utilizados debido a la falta de ganancias.

En 2017 el 38% de la electricidad mundial provino del carbón, el mismo porcentaje que 30 años antes. En 2018, la capacidad instalada global fue de 2 TW (de los cuales 1 TW está en China), lo que representó el 30 % de la capacidad total de generación de electricidad. El país principal más dependiente es Sudáfrica, con más del 80% de su electricidad generada por carbón; pero China por sí sola genera más de la mitad de la electricidad generada por carbón del mundo.

El uso máximo de carbón se alcanzó en 2013. En 2018, el factor de capacidad de la central eléctrica a carbón promedió el 51%, es decir, operaron durante aproximadamente la mitad de sus horas de funcionamiento disponibles.

Industria del carbon

Minería

Anualmente se producen alrededor de 8000 Mt de carbón, de los cuales aproximadamente el 90% es hulla y el 10% lignito. A partir de 2018, poco más de la mitad proviene de minas subterráneas. Se producen más accidentes durante la minería subterránea que en la minería a cielo abierto. No todos los países publican estadísticas de accidentes mineros, por lo que las cifras mundiales son inciertas, pero se cree que la mayoría de las muertes ocurren en accidentes mineros en China: en 2017 hubo 375 muertes relacionadas con la minería del carbón en China. La mayor parte del carbón extraído es carbón térmico (también llamado carbón de vapor, ya que se usa para producir vapor para generar electricidad), pero el carbón metalúrgico (también llamado "metcoal" o "carbón de coque", ya que se usa para hacer coque para hacer hierro) representa 10 % al 15% del uso mundial de carbón.

Como mercancía negociada

China extrae casi la mitad del carbón del mundo, seguida por India con alrededor de una décima parte. Australia representa alrededor de un tercio de las exportaciones mundiales de carbón, seguida de Indonesia y Rusia; mientras que los mayores importadores son Japón e India.

El precio del carbón metalúrgico es volátil y mucho más alto que el precio del carbón térmico porque el carbón metalúrgico debe tener menos azufre y requiere más limpieza. Los contratos de futuros de carbón brindan a los productores de carbón y a la industria de energía eléctrica una herramienta importante para la cobertura y la gestión de riesgos.

En algunos países, la nueva generación eólica o solar en tierra ya cuesta menos que la energía del carbón de las plantas existentes (ver Costo de la electricidad por fuente). Sin embargo, para China esto se pronostica para principios de la década de 2020 y para el sudeste asiático no hasta finales de la década de 2020. En India, la construcción de nuevas plantas no es económica y, a pesar de estar subvencionada, las plantas existentes están perdiendo cuota de mercado frente a las energías renovables.

Las tendencias del mercado

De los países que producen carbón, China es el que más extrae, con diferencia, casi la mitad del carbón del mundo, seguido de India con menos del 10 %. China es también, con mucho, el mayor consumidor. Por lo tanto, las tendencias del mercado dependen de la política energética china. Aunque el esfuerzo por reducir la contaminación significa que la tendencia global a largo plazo es quemar menos carbón, las tendencias a corto y mediano plazo pueden diferir, en parte debido a la financiación china de nuevas centrales eléctricas de carbón en otros países.

Principales productores

Se muestran los países con una producción anual superior a 300 millones de toneladas.

Grandes consumidores

Se muestran los países con un consumo anual superior a 500 millones de toneladas. Las acciones se basan en datos expresados ​​en toneladas equivalentes de petróleo.

Principales exportadores

Los exportadores corren el riesgo de una reducción en la demanda de importaciones de India y China.

Principales importadores

Daño a la salud humana

El uso de carbón como combustible provoca enfermedades y muertes. La extracción y el procesamiento del carbón causan contaminación del aire y del agua. Las plantas que funcionan con carbón emiten óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre, contaminación por partículas y metales pesados, que afectan negativamente a la salud humana. La extracción de metano en lechos de carbón es importante para evitar accidentes mineros.

El smog mortal de Londres fue causado principalmente por el uso intensivo de carbón. Se estima que el carbón a nivel mundial causa 800.000 muertes prematuras cada año, principalmente en India y China.

La quema de carbón es un importante emisor de dióxido de azufre, que crea partículas PM2.5, la forma más peligrosa de contaminación del aire.

Las emisiones de las chimeneas de carbón causan asma, derrames cerebrales, inteligencia reducida, obstrucciones arteriales, ataques cardíacos, insuficiencia cardíaca congestiva, arritmias cardíacas, envenenamiento por mercurio, oclusión arterial y cáncer de pulmón.

Los costes sanitarios anuales en Europa derivados del uso de carbón para generar electricidad se estiman en hasta 43 000 millones de euros.

En China, las mejoras en la calidad del aire y la salud humana aumentarían con políticas climáticas más estrictas, principalmente porque la energía del país depende en gran medida del carbón. Y habría un beneficio económico neto.

Un estudio de 2017 en el Economic Journal encontró que para Gran Bretaña durante el período 1851-1860, "un aumento de una desviación estándar en el uso del carbón aumentó la mortalidad infantil entre un 6% y un 8% y que el uso industrial del carbón explica aproximadamente un tercio de la penalización por mortalidad urbana". observada durante este período".

Respirar polvo de carbón causa la neumoconiosis de los trabajadores del carbón o "pulmón negro", llamado así porque el polvo de carbón literalmente vuelve negros los pulmones de su color rosado habitual. Solo en los Estados Unidos, se estima que 1.500 ex empleados de la industria del carbón mueren cada año por los efectos de respirar el polvo de las minas de carbón.

Anualmente se producen enormes cantidades de ceniza de carbón y otros desechos. El uso de carbón genera cientos de millones de toneladas de cenizas y otros productos de desecho cada año. Estos incluyen cenizas volantes, cenizas de fondo y lodos de desulfuración de gases de combustión, que contienen mercurio, uranio, torio, arsénico y otros metales pesados, junto con no metales como el selenio.

Alrededor del 10% del carbón es ceniza: la ceniza de carbón es peligrosa y tóxica para los seres humanos y algunos otros seres vivos. La ceniza de carbón contiene los elementos radiactivos uranio y torio. Las cenizas de carbón y otros subproductos sólidos de la combustión se almacenan localmente y se escapan de diversas maneras, lo que expone a quienes viven cerca de las plantas de carbón a la radiación y los tóxicos ambientales.

Daño al medio ambiente

La extracción de carbón y el abastecimiento de carbón para las centrales eléctricas y los procesos industriales pueden causar daños ambientales importantes.

Los sistemas de agua se ven afectados por la minería del carbón. Por ejemplo, la minería afecta los niveles y la acidez de las aguas subterráneas y del nivel freático. Los derrames de cenizas volantes, como el derrame de lechada de cenizas volantes de carbón de Kingston Fossil Plant, también pueden contaminar la tierra y las vías fluviales, y destruir hogares. Las centrales eléctricas que queman carbón también consumen grandes cantidades de agua. Esto puede afectar los flujos de los ríos y tiene impactos consecuentes en otros usos de la tierra. En áreas de escasez de agua, como el desierto de Thar en Pakistán, la minería del carbón y las centrales eléctricas de carbón utilizarían cantidades significativas de agua.

Uno de los primeros impactos conocidos del carbón en el ciclo del agua fue la lluvia ácida. En 2014 se emitieron aproximadamente 100 Tg/S de dióxido de azufre (SO ₂), de los cuales más de la mitad provino de la quema de carbón. Después de la liberación, el dióxido de azufre se oxida a H ₂ SO ₄ que dispersa la radiación solar, por lo que su aumento en la atmósfera ejerce un efecto de enfriamiento sobre el clima. Esto enmascara beneficiosamente parte del calentamiento causado por el aumento de los gases de efecto invernadero. Sin embargo, el azufre se precipita de la atmósfera en forma de lluvia ácida en cuestión de semanas, mientras que el dióxido de carbono permanece en la atmósfera durante cientos de años. La liberación de SO ₂ también contribuye a la acidificación generalizada de los ecosistemas.

Las minas de carbón en desuso también pueden causar problemas. El hundimiento puede ocurrir por encima de los túneles, causando daños a la infraestructura o las tierras de cultivo. La minería del carbón también puede causar incendios de larga duración, y se ha estimado que miles de incendios de vetas de carbón están ardiendo en un momento dado. Por ejemplo, Brennender Berg ha estado ardiendo desde 1668 y sigue ardiendo en el siglo XXI.

La producción de coque a partir del carbón produce amoníaco, alquitrán de hulla y compuestos gaseosos como subproductos que, si se descargan en la tierra, el aire o las vías fluviales, pueden contaminar el medio ambiente. La acería de Whyalla es un ejemplo de una instalación de producción de coque donde se descargó amoníaco líquido al medio marino.

Fuegos subterráneos

Miles de incendios de carbón están ardiendo en todo el mundo. Los que se queman bajo tierra pueden ser difíciles de localizar y muchos no se pueden extinguir. Los incendios pueden hacer que el suelo de arriba se hunda, sus gases de combustión son peligrosos para la vida y salir a la superficie puede iniciar incendios forestales en la superficie. Las vetas de carbón pueden incendiarse por combustión espontánea o contacto con un fuego de mina o fuego superficial. Los rayos son una importante fuente de ignición. El carbón continúa ardiendo lentamente hacia la veta hasta que el oxígeno (aire) ya no puede llegar al frente de la llama. Un incendio de pasto en un área de carbón puede incendiar docenas de vetas de carbón. Los incendios de carbón en China queman aproximadamente 120 millones de toneladas de carbón al año, emitiendo 360 millones de toneladas métricas de CO ₂, que asciende al 2-3% de la producción mundial anual de CO ₂ a partir de combustibles fósiles. En Centralia, Pensilvania (un distrito ubicado en la Región del Carbón de los Estados Unidos), una veta expuesta de antracita se encendió en 1962 debido a un incendio de basura en el vertedero del distrito, ubicado en un pozo de mina a cielo abierto de antracita abandonado. Los intentos de extinguir el fuego no tuvieron éxito y continúa ardiendo bajo tierra hasta el día de hoy. Originalmente se creía que la Montaña Ardiente de Australia era un volcán, pero el humo y las cenizas provienen de un fuego de carbón que ha estado ardiendo durante unos 6.000 años.

En Kuh i Malik en el valle de Yagnob, Tayikistán, los depósitos de carbón han estado ardiendo durante miles de años, creando vastos laberintos subterráneos llenos de minerales únicos, algunos de ellos muy hermosos.

La roca de limolita rojiza que cubre muchas crestas y lomas en la cuenca del río Powder en Wyoming y en el oeste de Dakota del Norte se llama porcelanita, que se asemeja a la "escoria" volcánica o "clinker" de desechos de la quema de carbón. El clinker es una roca que ha sido fundida por la quema natural del carbón. En la cuenca del río Powder, se quemaron aproximadamente de 27 a 54 mil millones de toneladas de carbón en los últimos tres millones de años. La expedición de Lewis y Clark, así como los exploradores y colonos de la zona, informaron de incendios de carbón salvaje en la zona.

Cambio climático

El efecto más grande y de más largo plazo del uso del carbón es la liberación de dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que provoca el cambio climático. Las centrales eléctricas de carbón fueron el mayor contribuyente individual al crecimiento de las emisiones globales de CO2 _en 2018, el 40 % de las emisiones totales de combustibles fósiles y más de una cuarta parte de las emisiones totales. La minería del carbón puede emitir metano, otro gas de efecto invernadero.

En 2016, las emisiones brutas mundiales de dióxido de carbono derivadas del uso del carbón fueron de 14,5 gigatoneladas. Por cada megavatio-hora generado, la generación de energía eléctrica a carbón emite alrededor de una tonelada de dióxido de carbono, que es el doble de los aproximadamente 500 kg de dióxido de carbono emitidos por una planta eléctrica a gas natural. En 2013, el jefe de la agencia climática de la ONU aconsejó que la mayoría de las reservas de carbón del mundo deberían permanecer bajo tierra para evitar un calentamiento global catastrófico. Para mantener el calentamiento global por debajo de 1,5 °C o 2 °C, cientos, o posiblemente miles, de centrales eléctricas de carbón deberán retirarse antes de tiempo.

Mitigación de la contaminación

La mitigación de la contaminación por carbón, a veces llamada carbón limpio, es una serie de sistemas y tecnologías que buscan mitigar el impacto del carbón en la salud y el medio ambiente; en particular, la contaminación del aire de las centrales eléctricas de carbón y del carbón quemado por la industria pesada.El enfoque principal está en el dióxido de azufre (SO

₂) y los óxidos de nitrógeno (NO

_x), los gases más importantes que causaron la lluvia ácida; y partículas que causan contaminación visible del aire, enfermedades y muertes prematuras. El SO

₂ puede eliminarse mediante desulfuración de gases de combustión y el NO

₂ mediante reducción catalítica selectiva (SCR). Las partículas se pueden eliminar con precipitadores electrostáticos. Aunque quizás menos eficientes, los depuradores húmedos pueden eliminar tanto gases como partículas. La reducción de las cenizas volantes reduce las emisiones de materiales radiactivos. Las emisiones de mercurio se pueden reducir hasta en un 95%. Sin embargo, capturar las emisiones de dióxido de carbono del carbón generalmente no es económicamente viable.

Estándares

Los estándares locales de contaminación incluyen GB13223-2011 (China), India, la Directiva de Emisiones Industriales (UE) y la Ley de Aire Limpio (Estados Unidos).

Monitoreo satelital

El monitoreo satelital ahora se usa para cotejar los datos nacionales, por ejemplo, Sentinel-5 Precursor ha demostrado que el control chino del SO ₂ solo ha tenido un éxito parcial. También ha revelado que el bajo uso de tecnología como SCR ha resultado en altas emisiones de NO ₂ en Sudáfrica e India.

Centrales de ciclo combinado

Algunas centrales eléctricas de carbón de ciclo combinado de gasificación integrada (IGCC) se han construido con gasificación de carbón. Aunque queman carbón de manera más eficiente y, por lo tanto, emiten menos contaminación, la tecnología generalmente no ha demostrado ser económicamente viable para el carbón, excepto posiblemente en Japón, aunque esto es controvertido.

Captura y almacenamiento de carbono

Aunque todavía se investiga intensamente y se considera económicamente viable para algunos usos distintos al carbón; La captura y almacenamiento de carbono se ha probado en las centrales eléctricas de carbón de Petra Nova y Boundary Dam y se ha encontrado que es técnicamente factible pero no económicamente viable para su uso con carbón, debido a las reducciones en el costo de la tecnología solar fotovoltaica.

Ciencias económicas

En 2018 se invirtieron USD 80 mil millones en suministro de carbón, pero casi todo para mantener los niveles de producción en lugar de abrir nuevas minas. A largo plazo, el carbón y el petróleo podrían costarle al mundo billones de dólares al año. El carbón solo puede costar miles de millones a Australia, mientras que los costos para algunas empresas o ciudades más pequeñas podrían ser de millones de dólares. Las economías más dañadas por el carbón (a través del cambio climático) pueden ser India y EE. UU., ya que son los países con el costo social más alto del carbono. Los préstamos bancarios para financiar el carbón son un riesgo para la economía india.

China es el mayor productor de carbón del mundo. Es el mayor consumidor de energía del mundo y el carbón en China suministra el 60% de su energía primaria. Sin embargo, se estima que dos quintas partes de las centrales eléctricas de carbón de China generan pérdidas.

La contaminación del aire por el almacenamiento y manejo del carbón le cuesta a los EE. UU. casi 200 dólares por cada tonelada adicional almacenada, debido a las partículas PM2.5. La contaminación por carbón le cuesta a la UE 43 000 millones de euros al año. Las medidas para reducir la contaminación del aire benefician financieramente a las personas y las economías de países como China.

Subvenciones

Los subsidios totales ampliamente definidos para el carbón en 2015 se han estimado en alrededor de US $ 2,5 billones, alrededor del 3% del PIB mundial. A partir de 2019, los países del G20 proporcionan al menos 63 900 millones de USD de apoyo gubernamental por año para la producción de carbón, incluida la energía a base de carbón: muchos subsidios son imposibles de cuantificar, pero incluyen 27 600 millones de USD en finanzas públicas nacionales e internacionales, 15 400 millones de USD en apoyo fiscal y US$20.9 mil millones en inversiones de empresas estatales (SOE) por año. En la UE, la ayuda estatal a nuevas plantas de carbón está prohibida a partir de 2020 y a las plantas de carbón existentes a partir de 2025. A partir de 2018, el Exim Bank of China proporcionó fondos gubernamentales para nuevas plantas de energía de carbón.el Banco Japonés para la Cooperación Internacional y los bancos del sector público indio. El carbón en Kazajstán fue el principal receptor de subsidios al consumo de carbón por un total de US$2 mil millones en 2017. El carbón en Turquía se benefició de subsidios sustanciales en 2021.

Activos varados

Algunas centrales eléctricas de carbón podrían convertirse en activos varados, por ejemplo, China Energy Investment, la compañía eléctrica más grande del mundo, corre el riesgo de perder la mitad de su capital. Sin embargo, las empresas eléctricas estatales como Eskom en Sudáfrica, Perusahaan Listrik Negara en Indonesia, Sarawak Energy en Malasia, Taipower en Taiwán, EGAT en Tailandia, Vietnam Electricity y EÜAŞ en Turquía están construyendo o planificando nuevas plantas. A partir de 2021, esto puede estar contribuyendo a provocar una burbuja de carbono que podría causar inestabilidad financiera si estalla.

Política

Los países que construyen o financian nuevas centrales eléctricas de carbón, como China, India, Indonesia, Vietnam, Turquía y Bangladesh, enfrentan crecientes críticas internacionales por obstruir los objetivos del Acuerdo de París. En 2019, las naciones de las islas del Pacífico (en particular, Vanuatu y Fiji) criticaron a Australia por no reducir sus emisiones a un ritmo más rápido de lo que lo hacían, citando preocupaciones sobre la erosión y las inundaciones costeras. En mayo de 2021, los miembros del G7 acordaron poner fin al nuevo apoyo gubernamental directo para la generación de energía de carbón internacional.

Oposición al carbón

La oposición a la contaminación por carbón fue una de las principales razones por las que el movimiento ambientalista moderno comenzó en el siglo XIX.

Transición lejos del carbón

Para cumplir con los objetivos climáticos globales y proporcionar energía a aquellos que actualmente no la tienen, la energía del carbón debe reducirse de casi 10,000 TWh a menos de 2,000 TWh para 2040. La eliminación gradual del carbón tiene beneficios ambientales y para la salud a corto plazo que superan el costos, pero algunos países todavía favorecen el carbón, y hay mucho desacuerdo sobre qué tan rápido debe eliminarse. Sin embargo, muchos países, como Powering Past Coal Alliance, ya han dejado el carbón o están en proceso de transición; la transición más grande anunciada hasta ahora es Alemania, que cerrará su última central eléctrica a carbón entre 2035 y 2038.Algunos países utilizan las ideas de una "Transición Justa", por ejemplo, para utilizar algunos de los beneficios de la transición para brindar pensiones anticipadas a los mineros del carbón. Sin embargo, a las islas bajas del Pacífico les preocupa que la transición no sea lo suficientemente rápida y que se inunden por el aumento del nivel del mar; por lo que han pedido a los países de la OCDE que eliminen completamente el carbón para 2030 y a otros países para 2040. En 2020, aunque China construyó algunas plantas, a nivel mundial se retiró más energía de carbón de la que se construyó: el Secretario General de la ONU también ha dicho que los países de la OCDE deberían dejar generar electricidad a partir del carbón para 2030 y el resto del mundo para 2040. La reducción gradual del carbón se acordó en la COP26 en el Pacto Climático de Glasgow.

Pico de carbón

El pico del carbón es el pico de consumo o producción de carbón por parte de una comunidad humana. El consumo mundial de carbón alcanzó su punto máximo en 2013 y se redujo ligeramente a fines de la década de 2010. El pico de participación del carbón en la combinación energética mundial fue en 2008, cuando el carbón representó el 30% de la producción mundial de energía. La disminución en el uso del carbón se debe en gran parte a la disminución del consumo en los Estados Unidos y Europa, así como en las economías desarrolladas de Asia. En 2019, los aumentos de producción en países como China, Indonesia, India, Rusia y Australia compensaron las caídas en Estados Unidos y Europa. Sin embargo, el declive estructural del carbón continuó en la década de 2020.El pico de carbón puede ser impulsado por el pico de demanda o el pico de suministro. Históricamente, se creía ampliamente que el lado de la oferta eventualmente impulsaría el pico del carbón debido al agotamiento de las reservas de carbón. Sin embargo, desde los crecientes esfuerzos globales para limitar el cambio climático, el consumo máximo de carbón ha sido impulsado por la demanda, que se ha mantenido por debajo del consumo máximo de 2013. Esto se debe en gran parte a la rápida expansión del gas natural y las energías renovables. Muchos países se han comprometido a eliminar gradualmente el carbón, a pesar de las estimaciones que proyectan que las reservas de carbón tienen la capacidad de durar siglos con los niveles de consumo actuales. En algunos países, el consumo de carbón aún puede aumentar a principios de la década de 2020.

Cambiar a combustibles más limpios y generación de electricidad con menos carbono

La generación a carbón emite aproximadamente el doble de dióxido de carbono (alrededor de una tonelada por cada megavatio hora generado) que la electricidad generada al quemar gas natural a 500 kg de gas de efecto invernadero por megavatio hora. Además de generar electricidad, el gas natural también es popular en algunos países para calefacción y como combustible para automóviles.

El uso de carbón en el Reino Unido disminuyó como resultado del desarrollo del petróleo del Mar del Norte y la subsiguiente carrera por el gas durante la década de 1990. En Canadá, algunas centrales eléctricas de carbón, como la estación generadora de Hearn, cambiaron de carbón a gas natural. En 2017, la energía del carbón en los Estados Unidos proporcionó el 30 % de la electricidad, frente al 49 % aproximadamente en 2008, debido a los abundantes suministros de gas natural de bajo costo obtenido mediante la fracturación hidráulica de formaciones de esquisto compacto.

Regiones carboníferas en transición

Algunas regiones mineras del carbón dependen en gran medida del carbón.

Empleo

A algunos mineros del carbón les preocupa que sus trabajos se pierdan en la transición. Una transición justa desde el carbón cuenta con el apoyo del Banco Europeo para la Reconstrucción y el Desarrollo.

Biorremediación

El hongo de la podredumbre blanca Trametes versicolor puede crecer y metabolizar el carbón natural. Se ha descubierto que la bacteria Diplococcus degrada el carbón, elevando su temperatura.

Uso cultural

El carbón es el mineral estatal oficial de Kentucky y la roca estatal oficial de Utah; ambos estados de EE. UU. tienen un vínculo histórico con la minería del carbón.

Algunas culturas sostienen que los niños que se portan mal recibirán solo un trozo de carbón de Santa Claus para Navidad en sus calcetines navideños en lugar de regalos.

También es costumbre y se considera afortunado en Escocia y el norte de Inglaterra regalar carbón el día de Año Nuevo. Esto ocurre como parte de First-Footing y representa calidez para el año que viene.