El carbón es una roca sedimentaria carbonosa correspondiente a una determinada calidad de carbón , intermedia entre el lignito y la antracita (80 a 90% de carbono ). De color negruzco , procede de la carbonización de organismos vegetales y, por tanto, puede utilizarse como combustible fósil .
Este combustible es empleado de la XI ª siglo y su extracción en minas hizo posible la revolución industrial en el XIX ° siglo. Desde entonces, la hulla ha sido una de las principales fuentes de energía en los países industrializados.
El nombre común de carbón generalmente se refiere a carbón duro.
El término "carbón" sería el equivalente francés del hoye o hougne valón . En la provincia de Lieja , la palabra se remonta al XI ª siglo, cuando se encuentra en las actas de la Capítulo de Saint-Lambert en 1278 y 1299 , así como los de la abadía de Val Benoît en 1281 . Según Jean Haust , la palabra "hoye" existía antes del descubrimiento del carbón y significa "fragmento, astilla, terrón" en la Lieja valona . Con el descubrimiento del carbón, se utilizó "hoye" para designar el carbón en trozos y la palabra se extendió desde 1200 al oeste y al sur de Valonia dialectal .
Según Bormans, "hoye" vendría de los derivados del verbo "schillen" (pelar), "scho, schael", y significaría "escama, terrón de tierra, esquisto". Otro posible origen de la palabra sería “Hullos” o “Hollius”, un legendario herrero de Plainevaux que descubrió el carbón en Publémont .
El desarrollo natural del carbón se obtiene a partir de la materia orgánica , la producida por los bosques tropicales del Carbonífero , incluida la producción de kerógeno . Por lo tanto, comúnmente hablamos de "bosque de carbón": es el enterramiento y la transformación de estos pantanosos paleoforestales lo que está en el origen de los depósitos de carbón.
Independientemente de su interés económico, las cuencas carboníferas proporcionan así información valiosa sobre la flora ancestral y los paisajes terrestres ancestrales.
La hulla es una cualidad específica del carbón , término genérico que abarca tres categorías de combustibles sólidos del mismo origen ( kerógeno ), pero cuyos depósitos se encuentran en diferentes etapas de transformación: turba , lignito y finalmente hulla, incluida la antracita es una prima. variedad.
Para las necesidades industriales y domésticas, un carbón se caracteriza por:
Productos | Contenido de carbono (en%) |
Valor calorífico (en kJ / kg) |
---|---|---|
Antracita | 93 - 97 | 33.500 - 34.900 |
Carbón magro y carbón antracita | 90 - 93 | 34.900 - 36.000 |
Carbón semigraso o semibituminoso | 80 - 90 | 35.000 - 37.000 |
Coquización de carbón bituminoso o aceitoso | 75 - 90 | 32.000 - 37.000 |
Flameante | 70 - 80 | 32.700 - 34.000 |
Lignito | 50 - 60 | <25 110 |
Turba | <50 | 12 555 |
Ahora existen analizadores de carbono que funcionan de forma continua.
El carbón se utiliza ya que el XI ° siglo como combustible para calentar e incluso cocinar .
Así, en la Enciclopedia o el Diccionario Razonado de Ciencias, Artes y Oficios : “El carbón vegetal de la tierra es de gran utilidad en los usos de la vida. En países donde la madera no es común, como Inglaterra y Escocia, se utiliza para calentar y cocinar alimentos; e incluso muchas personas afirman que las carnes asadas al fuego son mejores; lo cierto es que son más suculentas, porque allí el jugo está más concentrado. (…) Para salvarlo, los pobres lo reducen a un polvo grueso que mezclan con arcilla; trabajan esta mezcla, como se haría con el mortero; luego forman bolas o tipos de tortas, que se secan al sol durante el verano. Estas bolas se queman con carbón común; y cuando se enrojecen, dan durante mucho tiempo un calor suave menos áspero que el del carbón solo. (…) Varios Arts & Crafts hacen, además de eso, un uso muy grande de carbón vegetal. Los mariscales y cerrajeros, y todos los que trabajan con hierro, dan preferencia al carbón; porque se calienta más rápidamente que este último y retiene más calor durante más tiempo . En Inglaterra, se utiliza en cristalería de vidrio ordinario e incluso cristal ; es elogiado sobre todo por su uso para hornear ladrillos y tejas; Y en muchos lugares se ha utilizado con éxito para calentar hornos de cal. "
En Inglaterra, el riesgo de escasez de carbón vegetal , inicialmente utilizado en las fundiciones, obliga a la industria metalúrgica inglesa a buscar otra materia prima para su industria : el carbón y la hulla. En estado crudo, no es apto para su uso en esta industria y requiere “destilación” en retortas , agrupadas en baterías, en una planta denominada planta de coquización . El producto obtenido es coque .
La fecha de la invención del coque no se conoce realmente. El metalúrgico alemán del XIX ° siglo , Ledebur ( Adolf Ledebur ) menciona una patente de Inglés Dud Dudley en 1619 . El desarrollo actual de la producción de coque se llevará a cabo al final de la XVIII ª siglo. Fue en particular la sustitución del carbón vegetal por el coque por Abraham Darby lo que lanzó su uso industrial.
La "destilación" (de hecho, una pirólisis ) del carbón permitirá posteriormente obtener el gas de carbón para fines de iluminación . El gas de carbón contiene 50% de dihidrógeno , 32% de metano y 8% de monóxido de carbono . La propiedad del descubrimiento de gas con carburador de hidrógeno (Lebon) o luz de gas (Murdoch), o gas de carbón , (pero alumbrado de gas , gas manufacturado , gas ciudad , etc.) alrededor de 1800 fue debate en el momento. Lo comparten el francés Philippe Lebon , el inglés William Murdoch , el alemán Frédéric-Albert Winsor , el Limburger Jan Pieter Minckelers que es el único que no le ha dado consecuencias industriales. A partir de 1812 , la propagación del gas de carbón como iluminación de gas es a Londres primero a París y luego bajo el liderazgo de Frederick Albert Winsor en un momento en que se enciende nuevamente para ' petróleo ' . En el proceso, se fundaron diversas empresas con el objetivo de equipar a las grandes ciudades europeas, entre ellas la inglesa Imperial Continental Gas Association , que estará en el origen de grandes grupos energéticos modernos.
Al principio, las fábricas de gas se construyeron para producir gas de carbón (de ahí su nombre de gas manufacturado ); la reventa de coque , un subproducto de la producción de gas, es suficiente para pagar el carbón duro. En segundo lugar, el gas se suministra desde las plantas de coque . El gas se convierte en un subproducto de la fabricación de coque. Este desarrollo de las plantas de coque se vio favorecido por el auge de la carboquímica a partir de 1920 y el desarrollo de nuevos subproductos del coque: benzol , hidrógeno , etileno , etc.
Otras fuentes de suministro de energía parecen competir con la hulla. Los designamos con el criterio del carbón que es omnipresente en ese momento, un poco como en nuestro tiempo, designamos el petróleo crudo con el término "oro negro". La fórmula del "carbón blanco", por ejemplo, desarrollada en Grenoble a partir de 1878 durante las reuniones locales, luego en la feria de Lyon en 1887 por Aristide Bergès , se popularizó definitivamente durante la Exposición Universal de París en 1889 , donde de hecho la expresión popular para caracterizar energía hidráulica en todas sus formas. Nos distinguimos :
Los gases fabricados se sustituyen, para el alumbrado público por electricidad a partir de 1880 , y para sus diversos usos industriales y domésticos, incluida la calefacción y la cocina, el gas natural , especialmente a partir de la crisis de 1929 , más ampliamente desde el final de la Segunda Guerra Mundial .
La transformación del carbón en gas despierta un renovado interés con el descubrimiento en 1926 del proceso Fischer-Tropsch (que permite generar un combustible líquido sintético llamado synfuel ). Ocasionalmente apareció el término gas de síntesis o syngas (abreviatura de gas sintético ) que incluye gases fabricados y experiencias modernas para crear gas sintético. Luego, el uso del carbón se volvió marginal: a mediados de la década de 1980 , los hidrocarburos ( gas natural o cortes de petróleo ) eran la principal fuente de gas de síntesis .
El carbón se utiliza principalmente en la actualidad:
El uso de carbón en centrales térmicas es muy importante; estas plantas suministran el 40% de la producción eléctrica mundial, la mitad en Estados Unidos y Alemania . Considerado durante mucho tiempo obsoleto, el interés por el carbón regresa cuando las necesidades energéticas alcanzan las máximas capacidades de producción de petróleo o gas natural , aumentando su costo. El uso de carbón, especialmente en las centrales eléctricas, ha hecho y sigue progresando enormemente en la reducción de emisiones de contaminantes como azufre , óxidos de nitrógeno y partículas finas. Por otro lado, casi nada ha cambiado en términos de emisiones de gases de efecto invernadero . Una central eléctrica de carbón actual emite significativamente menos CO 2por kilovatio-hora producido que uno antiguo (debido a la mejor eficiencia) pero el doble que una planta de gas. Por tanto, el retorno del carbón será (y ya es) un desastre en términos de calentamiento global. El secuestro de CO 2 parece ser una solución interesante, pero no estará disponible durante muchos años.
Estados UnidosDurante la década de 1990, cuando las empresas de energía prefirieron construir plantas de energía a gas, pocas nuevas plantas de energía a carbón habían surgido en los Estados Unidos. Ahora que el precio del gas está aumentando y se está volviendo extremadamente inestable, debido a la disminución de la producción estadounidense, alrededor de 100 nuevas centrales eléctricas de carbón están en proyecto, por un total de unos 60 gigavatios, durante el período 2005-2013. Pero la mayoría de las veces se encuentran con las negativas de las poblaciones cercanas y las autoridades locales. La investigación avanza hacia un uso más ecológico del carbón y hacia la producción de combustibles sintéticos a partir del carbón. En 2003, el Departamento de Energía de EE. UU. También lanzó el programa de investigación FutureGen para cumplir con los requisitos ambientales.
porcelanaEn 2003 , la República Popular China produjo el 79% de su electricidad a partir del carbón. Beijing planea agregar alrededor de 70 nuevas centrales eléctricas de carbón por año; en 2006, se construyeron cinco centrales eléctricas de carbón por semana. Este país debería convertirse en el mayor emisor de dióxido de carbono en 2009. De hecho, la mayoría de las centrales térmicas están deterioradas y muy contaminantes, porque funcionan gracias a la técnica de pulverización de carbón. En 2007, China tenía el 13% de las reservas mundiales de carbón, o 118 mil millones de toneladas. Las empresas de carbón más importantes son Shenhua Group y Yankuang. En 2008, con 25.000 minas, el país era el principal productor mundial (2.500 millones de toneladas por año), consumidor y exportador.
AlemaniaEn Brandeburgo es una de las primeras plantas piloto, para decir "carbón limpio". Este proyecto utiliza redox , una de las formas de atrapar y secuestrar el dióxido de carbono liberado por el combustible. Las plantas de este tipo deberían convertirse en algo común en 2020.
Africa del SurQuinto productor más grande del mundo, Rainbow Nation ha demostrado en Enero de 2008las fallas en su política de carbón. Debido a la falta de centrales térmicas, no pudo satisfacer la demanda de electricidad, lo que provocó un terrible apagón.
FranciaEn algunos casos, se recupera gas natural de minería (conocido como " grisú ") que naturalmente se desgasifica de las vetas de las operaciones subterráneas abandonadas. En el norte de Francia, las instalaciones de la empresa Gazonor recuperan este grisú (excepto en los extremos este y oeste de la cuenca minera) y lo reinyectan en la red Gaz de France . También es una forma de evitar que cantidades importantes de metano (gas de efecto invernadero importante) solo lleguen a la atmósfera. European Gas Limited, en Lorena , es la única empresa en Francia que lleva a cabo investigaciones sobre la recuperación del grisú en las vetas de carbón no explotado.
Existen procesos que convierten el carbón en gas o hidrocarburos líquidos.
La gasificación del carbón consiste, con la adición de oxígeno , en transformar el carbón en gas compuesto por monóxido de carbono e hidrógeno , llamado gas de síntesis o " syngas ". Esta mezcla se quema generalmente para producir electricidad como en las centrales eléctricas de tipo IGCC . También se puede convertir en hidrocarburos líquidos como se indica a continuación.
La licuefacción del carbón, más conocida por el término anglosajón " Coal-To-Liquids " o " CTL ", consiste en la conversión del carbón en hidrocarburos líquidos similares a los combustibles de la petroquímica.
Existen dos familias de procesos:
Estas dos rutas fueron inventadas en Alemania: la ruta directa por Friedrich Bergius en 1913 , la ruta indirecta por Franz Fischer y Hans Tropsch en 1923 . Ambos procesos se aplicaron industrialmente en Alemania, especialmente durante la Segunda Guerra Mundial .
El petróleo, tan barato, y produciendo combustibles en forma algo más limpia que el carbón, reemplazó luego al carbón como materia prima.
Después de las crisis petroleras de la década de 1970, el CTL experimentó un resurgimiento del interés, lo que llevó a la creación de unidades piloto, particularmente en Estados Unidos y Japón . El nivel de los precios del petróleo en la década de 1990 hizo que estos esfuerzos se ralentizaran nuevamente. Los nuevos métodos de explotación del gas de esquisto atrapado en rocas profundas en la década de 2000 redujeron el precio del gas, lo que hizo que estas alternativas fueran aún menos atractivas.
La Sudáfrica por razones de independencia energética, sin embargo, desarrolló varias unidades. Sasol produce hoy alrededor del 30% del consumo de hidrocarburos líquidos del país a partir del carbón, por medios indirectos y síntesis de Fischer-Tropsch.
A finales de 2008, la Shenhua china puso en marcha su primera unidad de licuefacción de carbón, con proceso directo, en Mongolia Interior . Estas primeras pruebas, que duraron trece días, fueron seguidas por una segunda campaña de pruebas (iniciada enoctubre de 2009).
Los desafíos económicos de CTL son considerables. El coste de una unidad industrial es de varios miles de millones de euros. El indicador económico del costo de una unidad es el “precio equivalente del crudo”, cuyos valores comunicados por los fabricantes y en la literatura son sumamente variables: de 35 a 90 dólares el barril.
El interés fundamental del CTL es la independencia energética. De hecho, hay muchos países que son ricos en carbón y relativamente pobres en petróleo, como los tres gigantes de Estados Unidos, China e India. Es en estos países donde encontramos la mayoría de los treinta proyectos en estudio en 2008. Sin embargo, la explotación de gas de esquisto está en auge en Estados Unidos, lo que hace que esta alternativa sea menos atractiva. Además, las decisiones políticas relativas al dióxido de carbono (gases de efecto invernadero, Protocolo de Kioto , etc.) pueden constituir obstáculos para el desarrollo del CTL.
El Premio Internacional de Licuefacción de Carbón de 2010 fue otorgado al Sr. Zhang Jiming, Vicepresidente de China Shenhua Coal to Liquid & Chemical (China). El premio 2011 fue otorgado en París el3 de marzo de 2011al Sr. Rudi Heydenrich, Gerente Ejecutivo de Sasol Technology , al concluir la Conferencia Mundial CTL 2001 .
Hasta alrededor del año 2000, la producción mundial de carbón era relativamente estable en general, aumentando en los países en desarrollo, pero disminuyendo en los países occidentales ricos debido a su naturaleza contaminante y menos práctica que los combustibles gaseosos o líquidos, o debido al agotamiento de los recursos. El área minera de Nord-Pas-de-Calais operó desde 1850 hasta 1990, la parte occidental de una veta de carbón que se extiende desde Francia hasta Bélgica (que cesó sus operaciones cuando hay quince años) y Alemania (donde se espera que la explotación dure hasta 2018). No obstante, en los últimos años, la producción ha aumentado considerablemente, impulsada principalmente por China , que representó el 45% de la producción en 2005, frente al 19% en 1990.
Producción:
Estos son los ocho principales países productores de carbón en 2005, según la Agencia Internacional de Energía, producción que incluye carbón "negro" y lignito:
País | Producción de Mt | Notas |
---|---|---|
porcelana | 2226 | |
Estados Unidos | 1028 | Mayor productor hasta 1990 |
India | 430 | Carbones de baja calidad ( Arsénico , Azufre ) |
Australia ( Queensland ) | 372 | Primer exportador |
Africa del Sur | 315 | |
Rusia | 220 | |
Indonesia | 318 | Mayoría de lignito |
Polonia | 160 |
A diferencia del petróleo, el carbón se consume principalmente en los países que lo producen; sólo se exporta alrededor del 15% de la producción mundial. Los primeros son Australia (231 Mt), Indonesia, Rusia y Sudáfrica. Las exportaciones chinas han disminuido en los últimos años, y la producción, a pesar de haber aumentado un 50% en tres años, no ha podido seguir el ritmo de la demanda masiva de las centrales eléctricas chinas.
El carbón ha planteado y sigue planteando muchos problemas para el medio ambiente y la salud ambiental . Aguas arriba del sector:
Aguas abajo del sector, la industria del carbón deja muchas consecuencias:
En Francia, el Ministro de Ecología pidió en 2009 a los prefectos que pusieran en marcha medidas de vigilancia alrededor de los vertederos de residuos radiactivos, incluidos los depósitos de residuos con "radiactividad natural mejorada" ( cenizas , fosfoyeso, etc.). Este primer inventario podría orientar la estrategia del Estado sobre los riesgos asociados a las cenizas de carbón, que en 2009 todavía producían cientos de miles de toneladas al año, por 19 centrales de carbón (15 para EDF y 4 para SNET ) que en Francia compensar las necesidades que la energía nuclear no puede satisfacer durante los períodos pico. Una gran parte de los depósitos franceses se vendieron u ofrecieron para la industria de la construcción, ( movimiento de tierras / relleno de zanjas o mejoras viales, inclusión en cemento u hormigón , o como material de relleno para diversas infraestructuras viales o ferroviarias ( TGV Est por ejemplo J. Bonnemains , autor de un estudio realizado para ASN, considera que es necesario un mejor control de las cenizas de carbón, que según él requiere "la creación de una estructura externa a los productores para asegurar un seguimiento longitudinal y contradictorio".