Las centrales térmicas de carbón siguen siendo la principal fuente de Generación Eléctrica en el mundo. Más de 38% de la electricidad se obtiene de quemar carbón, según la Agencia Internacional de la Energía.
Las primeras centrales térmicas de carbón con turbina de vapor son de principios del siglo XX, por tanto es una tecnología madura con más de 100 años de operación. Hoy en día disponemos de fuentes renovables más limpias y eficientes pero también han evolucionado las calderas y sistemas de generación basados en el carbón.
El rendimiento eléctrico medio de la mayoría de las centrales eléctricas de carbón es de un 35%. Esto significa que ese es el porcentaje de aprovechamiento de la energía contenida en el carbón.
Dicha energía se mide en Kcal/kg o en BTU/lb. La calidad estándar del carbón térmico comercializado en el mundo se basa en un poder calorífico de 6.000 kcal/kg, equivalente a 10.800 BTU/lb.
Una central térmica convencional sólo aprovechará 2.100 kcal/kg.
La mayoría de sistemas de distribución eléctrica están basados en grandes centrales de generación que necesitan transportar la energía a centenares de km. En España y Colombia calculamos unas pérdidas de energía por transporte de aproximadamente el 10%.
En consecuencia, sólo aprovechamos el 30% de la energía contenida en el carbón.
La producción de carbón, como ocurre con la de gas y petróleo, requiere de un gran esfuerzo de exploración, puesta en marcha de un proyecto minero, la adquisición de maquinaria de minería y la explotación de los yacimientos. La técnica minera puede ser de minería subterránea, en cuyo caso las explotaciones de mayor capacidad emplean rozadoras, cintas transportadoras, en otros casos se utilizan explosivos, picos y palas mecánicas para obtener una mayor producción.
En la minería a cielo abierto, se abren grandes socavones, donde se retira el material de los mantos superiores llamado estéril para llegar al yacimiento. Para ello se emplean explosivos, maquinaria pesada como retroexcavadoras y dragalinas. Posteriormente, tanto el estéril como el mineral son transportados en camiones de gran capacidad llamados dúmpers algunos de los cuales pueden transportar hasta 1000 tm por vehículo. El estéril se deposita en grandes pilas, bien para la posterior restauración de la zona o bien para su acopio permanente.
El mineral se acopia en una zona de preparación, clasificación por calidades, trituración a 50mm y lavado por inmersión para la mejora de la calidad en algunos casos. Este proceso permite la separación del mineral de la roca (estéril) en un medio denso con la intención de incrementar su poder calorífico.
Las minas de carbón que dedican su producción a la exportación, más de 1.000 Millones de toneladas al año en el mundo, necesitan trasladar dicha producción hasta una terminal marítima.
Lo hacen mediante barcazas a través de sistemas fluviales, como ocurre en el río Mississippi en USA, en los ríos de Indonesia, Vietnam y otros países productores. El carbón también viaja en tren por cientos de km en USA, Canadá, Australia, Colombia, Sudáfrica y por miles de km en Rusia.
Ya tenemos el carbón en las terminales marítimas de exportación como Puerto Bolívar, Richards Bay, Hay Point, Newcastle, Taboneo, Murmansk, entre otras. Desde allí se embarca en buques tipo Panamax (de capacidad máxima para transitar el canal de Panamá) que cargan entre 60.000 y 75.000 tm y capes (que transitan por el Cabo de Buena Esperanza) de 120.000 a 190.000 tm.
Muchos de estos barcos transportan principalmente carbón desde las terminales de carga mencionadas hasta otras terminales en Europa, Japón, China y Estados Unidos. Recorren distancias entre 4.000 millas (Atlántico) hasta más de 12.000 millas desde Indonesia a Europa.
Un barco con unas 150.000 tm de carbón desde Colombia hasta Europa puede necesitar consumir más de 1.000 tm de fuel oil para su transporte.
Una vez llegan a las terminales de destino debe descargarse, almacenarse, transportarse nuevamente por via fluvial, marítima y terrestre hasta las centrales de generación.
Todo un gigantesco esfuerzo que emplea ingentes recursos materiales y humanos para aprovechar sólo el 30% de la energía contenida en el combustible.
Si tenemos en cuenta la energía empleada en su extracción, transporte y la construcción de los medios empleados como el ferrocarril, la construcción de barcazas, buques, terminales marítimas dedicadas casi exclusivamente a este tráfico, la energía neta obtenida se reduce aún más.
Muchas veces me he preguntado si tiene sentido hacerlo así en todos los casos. Creo que necesitamos modelos más eficientes que tengan en cuenta el aprovechamiento de la energía y por supuesto las emisiones de gases contaminantes.
El carbón es la fuente de energía no renovable más abundante, con reservas que superan al gas natural y el petróleo juntos. Durante muchas décadas ha sido la fuente de generación eléctrica más económica. Ya no lo es. Hoy en día, generar con gas natural es más económico. También la energía eólica lo es y la solar, tanto la termosolar como la fotovoltaica de última generación.
Desde el diseño de una central eléctrica de carbón, su vida últil de unos 30 años, hasta su cierre pueden transcurrir 50 años.
Esto quiere decir que aún tendremos centrales de generación eléctrica de carbón por algunas décadas más, tal vez hasta la segunda mitad de siglo.
La generación con carbón es la que requiere una mayor inversión inicial y probablemente si ha dejado de ser la fuente más rentable, su desarrollo se frenará. Ya no sólo por razones ambientales sino por motivos económicos que a fin de cuentas son los que realmente cuentan. La inversión en una central de generación con carbón de 650 MW es de aproximadamente 2.000 M$, mientras que una central de ciclo combinado de gas es del 25-30% de ese importe. (Información de la US Energy Information Administration)
Los países europeos han anunciado el cierre de sus centrales de carbón. No tiene mucho mérito, no es un gran esfuerzo, teniendo en cuenta que ya están más que amortizadas. La mayoría de ellas pasan de los 35 años de operación.
Sin embargo, las centrales construidas después del año 2000, seguirán operando por unas décadas más. Desde entonces se ha duplicado la capacidad de generación con carbón en el mundo. Más de 1.000 nuevas unidades de generación entrarán en servicio durante los próximos años, la mayoría en Asia.
No todo son malas noticias, muchos nuevos proyectos han sido cancelados. Cada vez son más las entidades financieras que están retirándose de financiar la construcción de nuevas centrales de generación con carbón.
El ritmo de crecimiento en la construcción de centrales de generación con carbón se ha frenado por primera vez en 100 años y las emisiones de CO2 con origen en la generación de carbón se han estabilizado, es decir, no crecen y parece que a partir de ahora irán disminuyendo progresivamente.
Seguiremos usando carbón por bastante tiempo, no sólo para generación eléctrica sino como reductor en aplicaciones siderúrgicas y metalúrgicas. El carbón coquizable se emplea para producir coque siderúrgico y metalúrgico, necesarios para la producción de acero. El carbón de bajas cenizas se emplea para producir silicio metal, necesario para la producción de aluminio. También se utiliza para producir siliconas y polisiliconas con las que se fabrica silicio solar. También se utiliza carbón de bajas cenizas y coque metalúrgico en la producción de otras ferroaleaciones necesarias en la producción de aceros especiales. El coque de petróleo calcinado se emplea en la reducción de la bauxita para obtener aluminio.
Paradójicamente, el desarrollo de las energías renovables seguirá necesitando carbón para su desarrollo.
Los aerogeneradores están hechos en acero, aluminio, cemento y las placas fotovoltaicas contienen silicio solar. Las turbinas, las redes eléctricas, los vehículos, bicicletas, los materiales con que se fabrican los teléfonos móviles y aparatos electrónicos, prácticamente todo lo que nos rodea ha necesitado en alguna parte de su proceso de producción, carbón.
Algunas centrales térmicas de carbón consumen gases procedentes de los altos hornos. Otras centrales hacen co-combustión con biomasa, producción de agua caliente para uso industrial o de calefacción doméstica, aumentando de este modo el rendimiento energético. Cumplen con otras funciones para optimizar su operación.
Debemos cerrar muchas centrales de carbón empezando por las amortizadas y las menos eficientes. El resto deben optimizar su operación, incrementar su rendimiento, emplear última tecnología, aplicar toda la experiencia y conocimiento adquirido, incluida la captura de CO2.
En este momento es un poco difícil hacer un pronóstico sobre el impacto del efecto coronavirus en el funcionamiento de las centrales térmicas de carbón. La caída de los precios del carbón, la disminución de la demanda global y el comportamiento de los mercados añaden mucha incertidumbre al análisis.