Carbó

Carbó

El carbó és una roca sedimentària d'origen orgànic, de color negre o marró fosc. Es fa servir principalment com a combustible fòssil pel seu elevat poder calorífic gràcies a que té un contingut majoritari de carboni. Els carbons es poden classificar pel percentatge en carboni que contenen, que està relacionat amb el percentatge d'humitat i d'impureses, i així hom distingeix entre torba, lignit, hulla i antracita. L'antracologia és l'estudi dels carbons vegetals.

Composició

Estructura molecular d'un carbó

L'element carboni apareix en el carbó en un percentatge superior a 50% en pes i en un 70% en volum. L'aigua que conté (humitat) és variable i prové de la que va quedar atrapada en el moment de la formació del carbó.

Altres constituents del carbó són la matèria mineral (silicats diversos) i minerals carbonatats (siderita, calcita i aragonita). La pirita és un mineral amb sofre molt comú en els carbons. Hi ha petites quantitats de metalls, com el ferro, urani, cadmi i, en quantitats molt minses, or.

El metà és un gas que es troba a les mines de carbó i pot ser l'origen de perilloses explosions en mines subterrànies. En aquest context específic se li sol anomenar grisú.

Origen del carbó

El carbó es va formar a Europa a partir de falgueres i altres vegetals

Es creu que la major part del carbó actual es formà durant el carbonífer (fa 280 a 345 milions d'anys) de l'Era Primària. També en el Permià, Triàsic i Juràssic es van formar grans dipòsits. En el Cretaci es va formar lignit. Actualment hi ha formació de torba a les torberes.

El carbó d'Europa, Àsia, i Amèrica del Nord es va formar principalment en el carbonífer a base de vegetació tropical.

El carbó de l'hemisferi sud es va formar amb vegetació de clima fred (tundra). Les plantes antigues a través dels canvis geològics van quedar compactades, endurides, alterades químicament i experimentant un procés de metamorfosi per l'alta temperatura i la pressió.

El carbó de l'hemisferi nord es va formar en ecosistemes d'aiguamolls anomenats boscos carbonífers. En morir les plantes i acumular-se en medis aquàtics amb poc oxigen (medis anaerobis) pateixen una degradació bacteriana. Per a la formació de carbó cal que aquestes condicions tinguin una durada suficient de temps, i sense erosió en condicions sedimentàries.

Història

Màquina de vapor alimentada amb carbó

Les Illes britàniques (especialment riques en carbó i on es va iniciar la revolució industrial) són el primer lloc estudiat on es detecta l'ús d'aquest combustible. Allà, en el tercer mil·lenni aC s'ha comprovat que era un component de pires funeràries i cap a l'any 200 aC hi ha evidències, en la mateixa zona, d'activitat comercial i de ser usat per a dessecar cereals. Sota la dominació romana hi ha mencions de l'ús esporàdic del carbó, però fins a l'Edat Mitjana no va adquirir importància rellevant. El primer carbó utilitzat era simplement recollit de la platja, quan es va esgotar aquesta font es va haver de passar a la mineria del carbó. Es va començar a usar massivament amb les primeres aplicacions de la màquina de vapor, tant a la indústria (a Catalunya van ser especialment importants els vapors tèxtils) com al transport, sobretot a trens i vaixells. Al segle XX, quan va esdevenir prou car, hom va començar a preferir els combustibles líquids (derivats del petroli) per al transport, i a partir de la meitat del segle l'us de gas natural va anar augmentant a favor del petroli i del carbó a la indústria i a l'obtenció d'energia. Malgrat això, encara al segle XXI s'usa el carbó per a l'obtenció de calor i d'electricitat a calderes industrials i centrals tèrmiques. Actualment els principals problemes que presenta són la contaminació i la sostenibilitat, ja que és un recurs natural en vies d'esgotament.

Ús

Central termoelèctrica de carbó

Planta de gasificació del carbó

El carbó s'utilitza majoritàriament com a font primària de calor en calderes industrials i per a l'obtenció d'electricitat a les cambres de combustió de carbó (de llit fix o de llit fluid) de les centrals termoelèctriques. És, doncs, principalment un combustible, que es pot classificar dintre dels combustibles fòssils. El 75% del carbó mundial s'utilitza per a produir electricitat i a Espanya aproximadament un 35%-40% de l'electricitat es genera amb centrals tèrmiques de carbó. A Andorra (Aragó) hi ha una d'aquestes centrals, que funciona amb carbó importat. L'eficiència energètica global de les centrals de carbó no és gaire elevada, al voltant d'un 25%-27%.

També té altres usos més minoritaris, entre els quals es troben, per exemple, els forns de ciment i l'elaboració de carbó de coc a partir de la hulla per a produir acer.

Dues tecnologies amb grans perspectives de futur són la gasificació i la liquació del carbó. La primera és més antiga, s'usava ja al segle XVIII per a obtenir el que aleshores s'anomenava gas d'aigua i actualment té l'interés de produir combustibles gasosos dits de sintesi (gas natural sintètic o GNS, hidrogen, etc.), que pretenen ser més fàcils d'emmagatzemar i de transportar, a més de més respectuosos amb el medi ambient, que el carbó sòlid. La liquació del carbó es va començar a fer a Alemanya durant la Segona Guerra Mundial, per a no dependre dels altres països per al petroli i els seus derivats, ja que no tenien jaciments petroliers però sí mines de carbó. A mesura que el petroli s'esgota al món, aquesta tècnica, directa o indirecta, es fa cada dia més avantatjosa, i a més permet produir combustibles menys contaminants i dissenyats per a que siguin més aptes per a l'ús en l'automoció. El combustible líquid obtingut per la liquació de carbó té el doble de potència calorífica que el carbó usat per a fer-lo.

Medi ambient

Combustió del carbó

Com altres combustibles fòssils, el carbó, en cremar, emet sobretot a l'aire diòxid de carboni (CO₂), un contaminant atmosfèric que es considera el principal gas hivernacle. A més, a la seva extracció es fa augmentar el radó radiactiu de l'aire i, segons com es faci, es pot contaminar el sòl i l'aigua per les aigües residuals no convenientment tractades.

Una central termoelèctrica de carbó produeix també òxids de nitrogen (NO i NO₂) i diòxid de sofre (SO₂), causants de la pluja àcida. Els òxids de nitrogen a més són tòxics. El diòxid de sofre es pot reduir considerablement per mitjà de la desulfuració dels gasos a la xemeneia amb calissa (CaCO₃), però aleshores es produeixen importants residus de guix i més diòxid de carboni. Aquest procés no se sol fer si no és obligat per llei, a causa del seu elevat cost econòmic. El guix, cendres i altres partícules sòlides emesses a l'atmosfera es poden reduir amb filtres. La central també fa augmentar les sèries naturals de radiactius atmosfèrics, principalment els de la familia del radó. A Espanya el problema es veu agreujat pel fet que el carbó utilitzat és de baixa qualitat, cosa que fa que el contingut de sofre i de cendres sigui especialment elevat.

Desulfuració

Les emissions de sofre a l'atmosfera són causa de la pluja àcida.

Els majors problemes ambientals de l'us del carbó són les emissions de diòxid de carboni i les de sofre. Actualment es fan servir diverses tècniques de desulfuració (disminució del diòxid de sofre) dels gasos de combustió del carbó, que es poden classificar en dos grans tipus, la desulfuració per via humida i la desulfuració per via seca.

La desulfuració per via humida pot ser amb calissa sense recuperació; amb obtenció de guix, a la qual es produeix una oxidació forçada del sulfit de calci per a obtenir-lo; o amb recuperació del sofre (àcid sulfúric), que usa carbonat de sodi i no calissa.

La desulfuració per via seca es pot fer mitjançant l'absorcóo en sec del sofre per pulverització de carbonat de sodi o bé amb calissa, després es recull en filtres de mànigues i finalment cal extreure'n les cendres volants que també s'hi dipositen per a que siguin tractades en abocadors específics controlats. Una altra manera és el tractament amb amoníac, que reacciona amb el diòxid de sofre i produeix així sulfat amònic, que es pot utilitzat com a fertilitzant. Cal tenir en compte que aquest darrer mètode evita la contaminació de l'aire per sofre però l'ús del fertilitzant obtingut contamina el sòl, les aigües dolces i, via aquestes, el mar.

Legislació

Instal·lació d'obtenció d'electricitat per combustió de carbó, a Bèlgica.

A la Unió Europea, la directiva 88/609 del 24 de novembre de 1988 estableix uns límits màxims d'emissions atmosfèriques dels contaminants (NO_x, SO₂, partícules) generats per les instal·lacions de combustió, segons el tipus de carbó utilitzat (la Unió enten que un carbó dolent, amb poc poder calorífic, pot emetre més contaminants, per a que el rendiment econòmic no sigui excesivament baix, o que no aporti beneficis econòmics) i segons la potència tèrmica de la central. El Reial Decret espanyol 646/1991 del dia 22 d'abril de 1991 adapta la directiva europea al cas d'Espanya i proposa uns índexs (percentatges) mínims de desulfuració que han de complir obligatòriament les calderes que usen carbó barrejat amb altres combustibles i les centrals tèrmiques de carbó, i fa la diferència entre les que funcionen amb carbó espanyol de les que ho fan amb carbó importat. El límit màxim permes d'òxids de nitrogen és de 1.300 mg/M³N per a carbó que tingui poques (menys del 10%) matèries volàtils i de 650 mg/M³N per a la resta de carbons. El límit màxim d'emissions de partícules és de 50 mg/M³N per a les centrals de menys de 500 megawatts tèrmics i de 100 mg/M³N per a les de major potència.

Tradicions i cultura popular

Carbó de Nadal

Per Nadal es diu que els Reis Mags porten carbó als infants que s'han comportat malament. Actualment el carbó de Nadal està fet amb sucre i es menja com a llaminadura, també amb un alt poder energètic.

Vegeu també

• Tona equivalent de carbó
• Mineria de carbó

Enllaços externs

• L'Energia Generalitat de Catalunya: Departament d'Ensenyament i ICAEN. Edicions i Serveis Escolars Domènech SA, 1999 (català)
• L'energia dels fòssils Museu de la Ciència i la Tècnica de Catalunya 2008(català)
• World Coal Institute (anglès)
• El carbón en la vida cotidiana(castellà)
• MSNBC report on coal pollution health effects in the United States (anglès)
• Clean coal technologies (anglès)
• USDOE Hydrogen from Coal Research (anglès)
• Coal Preparation (anglès)

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Carbó