Menu

Central tèrmica de Cercs. Catalunya

Carbó, Origen, tipus i característiques d'aquest combustible fòssil

Carbó, Origen, tipus i característiques d'aquest combustible fòssil

El carbó és un combustible fòssil, una roca sedimentària d'origen orgànic. Les seves propietats termodinàmiques permeten obtenir una gran quantitat d' energia calorífica durant el seu procés de combustió. L'energia obtinguda es diu energia fòssil. Es presenta de color negre o marró fosc.

És un rercurso natural limitat. La generació és un procés de diversos milions d'anys, mentre que el consum d'aquest recurs energètic és molt ràpid. Per aquesta raó, es considera una font d'energia no renovable.

El seu elevat poder calorífic es deu al fet que està format majoritàriament per carboni.

Els carbons es poden classificar pel percentatge en carboni que contenen, que està relacionat amb el percentatge d'humitat i d'impureses. Segons aquest criteri es poden distingir torba, lignit, hulla i antracita.

Quin és l'origen del arbó?

El carbó fòssil es va formar a partir de parts de plantes antigues. En gran mesura, de masses de betum abocades a la superfície de la planeta, sotmeses a:

  • Metamorfisme. Resultat de la baixada a grans profunditats subterrànies.
  • Altes temperatures.
  • Absència d'oxigen.

Es creu que la major part del arbó actual es va formar durant els  períodes carbonífers (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 en les torberes.

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

Hemisferi sud

El carbó del emisferi sud es va formar amb vegetació de clima fred (tundra).

Les plantes antigues a través dels canvis geològics van quedar compactades, endurides, alterades químicament. Van experimentar un procés de metamorfosi per l'alta temperatura i la pressió.

Hemisferi nord

El carbó del emisferi nord es va formar en ecosistemes d'aiguamolls anomenats boscos carbonífers.

A l'morir les plantes i acumular-se en mitjans aquàtics i  zones pantanoses amb poc oxigen (mitjans anaerobis) pateixen una degradació bacteriana. Per a la formació de carbó cal que aquestes condicions tinguin una durada prou llarga. Sense erosió en condicions sedimentàries.

Quins tipus de carbó existeixen?

Hi ha molts tipus diferents. La classificació el carbó es realitza segons determinades característiques: inflamabilitat, poder calorífic, percentatge de materials no combustibles i humitat.

CarbóLa classificació més utilitzada per al comerç internacional és la següent:

  • Antracita.
  • Bituminós.
  • Sub-bituminós.
  • Lignit.

No obstant això, la majoria dels països productors tenen la seva pròpia classificació. Per exemple, l'europea. En la classificació europea, les principals categories de carbó es basen en el percentatge de carboni que contenen. Aquestes són les seves variants:

  • Turba (50 a 55%)
  • Lignit (55 a 75%)
  • Carbó subbituminós o Lignit negre
  • Hulla (75 a 90 %)
  • Antracita (90 a 95%): el que té major proporció de carboni
  • Grafit: carboni pur. Aquesta varietat no s'utilitza com a combustible.

Antracita

La antracita és la que més s'escalfa. Es caracteritza per la seva alta densitat i brillantor. Conté 95% de carboni. S'utilitza com a combustible sòlid d'altes calories (valor calorífic de 6800-8350 kcal / kg).

Té el major valor calorífic, però és poc inflamable.

Està format per carbó amb pressió i temperatura creixents a profunditats d'aproximadament 6 km.

Carbó bituminós

El carbó bituminós és un carbó relativament dur que conté betum, entre el lignit i l'antracita.

El contingut calorífic del ituminós oscil·la entre els 21-30.000.000 Btu / t (24 a 35 MJ / kg).

Lignit

El lignit és un carbó mineral que es forma per compressió de la torba. La compressió la converteix en una substància engrunadís. En el lignit encara es poden reconèixer restes de matèria vegetal.

És de color negre o marró. Freqüentment presenta una textura semblant a la de la fusta de la qual procedeix.

Quina és la composició del arbó?

El carbó és una roca sedimentària composta per:

  • Elements orgànics. En una proporció majoritària.
  • Substàncies minerals.
  • Aigua. La humitat és variable. Prové de la que va quedar atrapada en el moment de la seva formació.
  • Gasos. Situat en porus submicroscòpics.

L'element carboni apareix en en un percentatge superior a l'50% en pes i en un 70% en volum.

La composició i estructura d'un element transformat en carbó depenen del rocés particular de carbo gènesi que aquest ha sofert. En aquest sentit, per a la caracterització d'un carbó es fa referència a la seva composició petrogràfica. La composició petrogràfica és la proporció i distribució dels seus respectius macerales i minerals constituents.

D'aquesta manera es distingeixen, per exemple, els carbons húmics, i els sapropélicos.

Els húmics compostos fonamentalment de vitrinita i que donen lloc a l'anomenada sèrie ligno-hullera o natural (per pertànyer la majoria dels carbons a ella) ..

Gas natural

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 cridar grisú.

Per a què es fa servir el carbó? aplicacions

El carbó s'utilitza majoritàriament en dues aplicacions:

  • Com a font primària de calor en calderes industrials.
  • Per a l'obtenció d' electricitat. Centrals termoelèctriques.

El 75% del arbó mundial s'utilitza per a produir electricitat. L'eficiència energètica global de les centrals de carbó no és molt 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 del ulla per a produir acer.

Gasificació i la liquació del arbó

Dues tecnologies amb grans perspectives de futur són:

  • la gasificació.
  • la liquació del arbó.

La primera és més antiga. S'usava ja al segle XVIII per obtenir el que llavors es deia gas d'aigua. Actualment té l'interès de produir combustibles gasosos dits de síntesi (gas natural sintètic, hidrogen, etc.). Amb aquests gasos es pretén que siguin més fàcils d'emmagatzemar i de transportar, a més de més respectuosos amb el medi ambient, que el carbó sòlid.

La liquació es va començar a fer a Alemanya durant la Segona Guerra Mundial. La motivació era el desig de no dependre dels altres països per al petroli i els seus derivats. Alemanya no tenia jaciments petroliers però sí mines de carbó.

A mesura que el petroli s'esgota en el món, aquesta tècnica, directament o indirecta, es fa cada dia més avantatjosa. A més permet produir combustibles menys contaminants. Combustibles dissenyats per ser més aptes en l'automoció.

El combustible líquid obtingut per la liquació de carbó té el doble de potència calorífica que el carbó usat per fer-ho.

Quina influència té el carbó amb el medi ambient?

Com altres combustibles fòssils, el carbó, a l'cremar, emet sobretot a l'aire diòxid de carboni (CO 2 ). El diòxid de carboni és el principal gas d'efecte hivernacle. Afavoreix l'efecte hivernacle. A més, la seva extracció fa augmentar el radó radioactiu de l'aire. Segons com re realitza l'extracció es pot contaminar el sòl i l'aigua per a les aigües residuals no convenientment tractades.

Una central termoelèctrica de carbó produeix també òxids de nitrogen (NO i NO 2 ) i diòxid de sofre (SO 2 ). Gasos causants de la pluja àcida. Els òxids de nitrogen més són tòxics.

El diòxid de sofre es pot reduir considerablement mitjançant la dessulfuració dels gasos a la xemeneia amb calcària (CaCO 3 ), però llavors es produeixen importants residus de guix i més diòxid de carboni. Aquest procés no se sol fer si no és obligat per llei, degut al seu elevat cost econòmic.

El guix, cendres i altres partícules sòlides emeses a l'atmosfera es poden reduir amb filtres. La central també fa augmentar les sèries naturals de radioactius atmosfèrics, principalment els de la família del adó.

Història de l'ús del arbó

Les Illes Britàniques (especialment riques en aquest combustible fòssil i on es va iniciar la revolució industrial) són el primer lloc estudiat on es detecta l'ús d'aquest combustible fòssil.

Allà, en el tercer mil·lenni aC s'ha comprovat que era un component de pires funeràries. Cap a l'any 200 aC hi ha evidències, a la mateixa zona, d'activitat comercial i de ser usat per assecar 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.

Primeres extracció del ineral

El primer carbó utilitzat era simplement recollit de la platja, quan es va esgotar aquesta font es va haver de passar a la mineria. Es va començar a fer servir massivament amb les primeres aplicacions de la màquina de vapor, tant en la indústria com el transport, sobretot en trens i vaixells. En aquests casos, es convertia l'energia fòssil del arbó en energia mecànica.

Al segle XX, quan va començar a ser bastant car, es va començar a preferir els combustibles fòssils líquids (derivats del etroli) per al transport. A partir de la meitat de segle l'ús de gas natural va ser augmentant a favor del petroli i del carbó en la indústria i l'obtenció d'energia. No obstant això, encara en el segle XXI es fa servir el carbó per a l'obtenció d'energia tèrmica (calor) i d'electricitat en 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.

Autor:

Data de publicació: 12 de juliol de 2016
Última revisió: 24 de abril de 2020