¿Es “carbón limpio” un concepto sin fundamento?

Si pudiera ofrecer un argumento para una forma de extraer
la energía almacenada en el carbón sin producir humo y partículas mientras
produciendo electricidad limpia y menos gas de efecto invernadero que un producto natural
Bloom Box a gas, ¿te ofendería?

Es posible que pueda ofrecer esa tecnología que ayudaría al mundo a alcanzar su
objetivos de remediación climática mientras se sigue usando carbón, pero los sentimientos
contra el carbón son tan fuertes, y los expertos expertos tan seguros de sí mismos y
confían en sus puntos de vista, que casi nadie está de humor para considerarlo y
escucha.

Las celdas de combustible de carbono directo son el camino genuino “SIN HIPER”
limpiar carbón

Lamentablemente, la mayor parte de lo que lleva la frase “Limpio
Carbón ”es realmente solo marketing y exageración. Limpiar un poco de azufre o mercurio del carbón no lo convierte en “carbón limpio”. La quema de carbón occidental para generar electricidad libera 100 veces la cantidad de radiación que una planta de energía nuclear en funcionamiento mientras produce una cantidad equivalente de energía. La reinyección de CO2 de la planta de carbón en los pozos requiere un poco de cuidado y revisión ambiental. La reinyección de CO2 en pozos puede funcionar en situaciones especiales, pero no debe considerarse como un enfoque general para reducir los gases de efecto invernadero debido al grave problema de la contaminación inadvertida de los recursos de agua subterránea. Sin embargo, existe al menos una tecnología de carbón que ofrece una promesa real de reducir los impactos del cambio climático por el uso del carbón y es la Celdas de combustible de carbono directo (DCFC).

Las celdas de combustible de carbono directo convierten la energía química
almacenado en carbón directamente en electricidad sin pasar por el paso intermedio de quemar el carbón. El Dr. John Cooper del Laboratorio Nacional Lawrence Livermore ha sido pionero en el desarrollo de celdas de combustible especialmente construidas que funcionan a temperaturas elevadas del orden de 700 a 750 grados C para extraer la energía química almacenada en el carbón con una eficiencia demostrada de alrededor del 80%. Esto es el doble de la eficiencia típica de las centrales eléctricas de carbón bien diseñadas que operan con eficiencias de alrededor del 40%.

Los siguientes son algunos de los beneficios clave de las celdas de combustible de carbono directo.

1) Los DCFC disminuyen las emisiones de dióxido de carbono, que son en gran parte responsables del calentamiento global.

Las celdas de combustible de carbono directo duplican la eficiencia de conversión de energía del carbón en la generación de energía eléctrica. Solo necesita producir la mitad de la cantidad de CO2 para generar una cantidad determinada de energía eléctrica.

2) El CO2 producido por los DCFC es bastante puro en comparación con los gases de escape de las centrales eléctricas de carbón. El CO2 producido por los DCFC es lo suficientemente limpio como para ser utilizado económicamente como reactivo en muchos procesos industriales. El CO2 también está bien segregado dentro de la celda de combustible, por lo que es fácil recolectar eficientemente el CO2 casi puro para permitir un uso conveniente o secuestro.

3) Los DCFC no requieren electrodos caros de metales nobles a diferencia de muchas otras tecnologías de celdas de combustible. Las celdas de combustible DCFC deben ser escalables a tamaños muy grandes sin aumentar en gran medida los costos proporcionados de generación de energía.

4) Las celdas de combustible DCFC evitan algunas de las consecuencias más molestas de la contaminación del aire por usar carbón. No hay necesidad de liberar grandes cantidades de partículas en el aire. Las celdas de combustible DCFC deberían producir significativamente menos contaminantes de azufre y mercurio en relación con las centrales eléctricas de carbón. Las celdas de combustible DCFC no distribuyen partículas que contienen contaminantes radioactivos de torio y uranio frecuentemente presentes en el carbón occidental. La salida de la celda de combustible DCFC es electricidad fácilmente utilizada, aunque puede ser necesaria una transformación de energía eléctrica de CC a CA para alimentar la electricidad a la red eléctrica.

Hasta ahora, las celdas de combustible DCFC se han demostrado en
laboratorios pero no han sido construidos para la generación de energía comercial.
El gobierno debería acelerar el desarrollo de la tecnología DCFC mediante el financiamiento de una implementación a escala industrial de las celdas de combustible DCFC alimentadas por gravedad y probadas en laboratorio diseñadas por el Dr. John Cooper. La construcción y las pruebas de funcionamiento de algunas celdas del tamaño de una planta industrial a escala deberían revelar cualquier material restante y deficiencias de electrodos que deben abordarse en el desarrollo de este enfoque prometedor para un uso más limpio de los abundantes recursos de carbón de Estados Unidos.

Las celdas de combustible de carbono directo producen la mitad de la cantidad de CO2
Green House Gas como cualquier otro enfoque para usar carbón.

Respetuosamente, Robert Steinhaus – Lawrence Livermore
Laboratorio Nacional (Retirado)

[1] – Dr. John Cooper, “Combustible directo de carbono
Celdas “https://www.llnl.gov/str/June01/…

Hay tres categorías principales de suciedad del carbón:

  1. Contaminación y alteración del ecosistema asociadas con la minería del carbón,
  2. Contaminantes “tradicionales” liberados por la combustión del carbón, que incluyen: SOx, NOx, Partículas y otros como mercurio, arsénico, etc.
  3. Emisiones de gases de efecto invernadero debido a la combustión de carbón, principalmente CO2.

Hay formas teóricas de mitigar todos estos factores, por lo que en ese sentido, el carbón “limpio” es posible. El principal problema es que es extremadamente costoso realizar estas mitigaciones, y el principal atributo del carbón es el hecho de que es relativamente económico según las leyes actuales en la mayoría de los países.

Por ejemplo, las nuevas reglas de la EPA lanzadas recientemente para controlar las emisiones de mercurio, arsénico, gas ácido, níquel, selenio y cianuro están causando que la industria de generación de energía afirme que muchas plantas de carbón serán antieconómicas si tienen que cumplir con esta contaminación más estricta normas Y esta nueva regla solo cubre algunas de las emisiones de las plantas de carbón. Ya hay requisitos en la mayoría de las jurisdicciones para controlar la cantidad de SOx, NOx y partículas liberadas de las plantas de carbón, que han generado una inversión de miles de millones de dólares en depuradores, precipitadores y otros complementos de equipos de emisiones.

Sin embargo, el término “carbón limpio”, como se usa típicamente en estos días, se refiere a capturar y secuestrar carbono (CCS) del carbón o sus productos de combustión y almacenarlo para evitar la liberación de CO2 a la atmósfera.

Las inversiones en plantas piloto para investigar las tecnologías de combustión previa y posterior están en marcha en formas relativamente pequeñas en China, Estados Unidos, Europa y Australia. Básicamente, las opciones son:

  • Precombustión:

Elimine el carbón del carbón antes de quemarlo, gasificando el carbón, eliminando el carbón y produciendo combustible de hidrógeno para la combustión. Esto requiere un proceso “frontal”, esencialmente una planta química (basada en un Ciclo Combinado de Gasificación Integrada, o IGCC), para procesar el carbón y nuevas tecnologías para quemar el hidrógeno a escala de servicio.

  • Postcombustión:

Eliminar el CO2 de los gases de escape de la combustión. Esto tiene la dificultad de lidiar con una baja concentración de CO2 en grandes volúmenes de gases de escape.

  • Combustible oxigenado:

Combustión: se está estudiando otra tecnología, que quema el carbón con oxígeno casi puro, en lugar de aire (que es principalmente nitrógeno). Esto da como resultado un CO2 más altamente concentrado en el gas de combustión, con gases más fáciles de condensar y menos gas de combustión en general, para facilitar el proceso de secuestro.

Existen varios problemas con estas tecnologías, a saber, que actualmente utilizan grandes cantidades de energía (y por lo tanto disminuyen sustancialmente la eficiencia de la planta, lo que requiere que se queme mucho más carbón), costos de capital muy altos y una combinación de tecnologías maduras e inmaduras .

Entonces, como todo lo que se extrae del suelo y se quema (es decir, petróleo y gas natural), el carbón es teóricamente capaz de ser “limpio” en las tres formas mencionadas anteriormente: es solo una cuestión de costo y eficiencia para desarrollar y aplicar la tecnología de mitigación adecuada.

Una nota especial sobre el problema del CO2: existen preocupaciones razonables sobre si el secuestro a gran escala de cantidades masivas de CO2 podría manejarse de manera segura y económica, especialmente si el consumo global de carbón continúa aumentando.

Por lo tanto, mi opinión es que el carbón “más limpio” es una necesidad, y que debe estar en el contexto de una reducción continua del porcentaje de carbón en la mezcla global de generación de energía a lo largo del tiempo. La generación de energía a carbón, a medida que se vuelve más limpia debido a reglas y políticas más restrictivas, se volverá más costosa, lo que debería contribuir a expulsarla de la cartera de generación en las próximas décadas. Los beneficios de la energía a base de carbón, a saber, la seguridad energética y la capacidad de despacho, deberán ser reemplazados por capacidades mejoradas para energías renovables intermitentes, redes inteligentes y otras capacidades.

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