Solución a los desafíos del carbón

El D05 trata nuevas tecnologías para el carbón

por Adele Bassett

Cuando recarguemos nuestros futuros automóviles eléctricos, la mayor parte de nosotros quemaremos carbón para que funcionen, del mismo modo en que ya lo hacemos cada vez que usamos nuestra computadora, manipulamos el interruptor de la luz o encendemos la televisión. Casi el 50 por ciento de nuestra electricidad se genera con carbón, y se espera que esa demanda aumente un 30 por ciento para 2030.

El carbón es el otro combustible fósil, que promete reemplazar al petróleo a medida que la provisión de petróleo extranjero se reduce, y la energía solar y otras alternativas cubren parte de la futura brecha energética. Pero el carbón acarrea consigo un precio ambiental potencialmente elevado. Según el Panel intergubernamental sobre cambio climático, el mayor uso del carbón y la resultante liberación de dióxido de carbono y metano (ambos gases de efecto invernadero) han contribuido significativamente al calentamiento global y el cambio climático.

Por lo tanto, ¿cómo reconciliamos nuestra necesidad de carbón como alternativa (viable y abundante domésticamente) al petróleo con nuestra igualmente importante necesidad de usarlo de un modo sustentable que reduzca al mínimo el daño al medio ambiente?

Un siglo de normas

El Comité D05 de ASTM sobre Carbón y coque está ayudando a resolver el desafío del carbón. Durante más de 100 años, el comité ha trabajado con las industrias del carbón, los servicios públicos y el acero para brindar normas para la clasificación, muestreo y análisis del carbón. En un principio, las normas del D05 dieron como resultado beneficios tecnológicos, económicos, de productividad y de reducción de la contaminación. Pero, con la preocupación mundial por el calentamiento global, reforzada por la aprobación del Protocolo de Kioto en diciembre de 1997, el comité está estudiando ahora más de cerca el aspecto ambiental del carbón, además de las oportunidades para desarrollar normas que promocionen nuevas tecnologías para el carbón. Aquellos esfuerzos en curso se reforzaron en octubre de 2005 cuando la NESHAP (National Emission Standards for Hazardous Pollutants for Industrial, Commercial, Institutional Boilers and Process Heaters) adoptó los métodos de medición del Comité D05 para determinar el cumplimiento de los reglamentos federales relativos a las emisiones. Aún así, el trabajo continúa.

Louis Janke, presidente de Quality Associates International Ltd., Douglas, Ontario, Canadá y miembro veterano de la ASTM, explicó: "Me he dado plena cuenta de que no existe norma alguna que vaya a ser revisada o incluida en nuestros libros que no vaya a considerar la sustentabilidad, y con esto me refiero a su impacto en nuestra calidad de vida."

Medición del contenido de carbono

Un ejemplo del impacto potencialmente significativo en el medio ambiente del trabajo del Comité D05 es la norma revisada D5373, Métodos de prueba para la determinación instrumental de carbono, hidrógeno y nitrógeno en muestras de laboratorio de carbón para determinar la cantidad de carbono al igual que de nitrógeno e hidrógeno en el carbón, publicada en febrero de 2008. La norma podría afectar el análisis del carbón en el mundo y las emisiones de dióxido de carbono resultantes en caso de adoptarse universalmente. Según el Dr. John Riley, presidente del D05 y profesor emérito de la Western Kentucky University, de Bowling Green, Kentucky: "La D5373 es la mejor norma del mundo y una gran mejora respecto a su primera versión." Pero llegar a ella implicó algo de trabajo.

A mediados de los 90, los ingenieros de las plantas generadoras de electricidad a partir de la quema de carbón de todo el mundo se preguntaban por qué veían discrepancias entre sus valores térmicos predictivos (o la cantidad de electricidad que esperaban generar) y la carga real de la planta. Descubrieron que aún cuando los ingenieros de diferentes plantas hacían pruebas al mismo carbón y otros elementos, obtenían resultados diferentes. Aún más alarmante era que aquellos ingenieros también obtenían resultados diferentes cuando hacían pruebas a sustancias puras, en muestras de laboratorio especialmente preparadas para contener las mismas sustancias. Debido a que la medición del carbono en el carbón resulta esencial para predecir la cantidad de emisiones de dióxido de carbono que generará al ser quemado, había una clara necesidad de contar con una norma que diera resultados exactos y repetibles.

Janke explicó: "No pueden negociarse las normas de las emisiones si no se cuenta con una manera confiable de medirlas."

Para dar respuesta a esta necesidad, Janke organizó un estudio de control con laboratorios locales y extranjeros, y desarrollaron eventualmente la norma revisada que indica a los ingenieros de las plantas generadoras de energía a partir de carbón como utilizar la sustancias puras para calibrar sus instrumentos de análisis. De este modo, pueden determinar valores térmicos más exactos, así como también el contenido de carbono y las emisiones de dióxido de carbono, características que hacen que la norma también sea de utilidad para el gobierno y otros organismos preocupados por el impacto ambiental de la quema de carbón.

"La norma revisada nos fuerza a ser honestos con respecto a las emisiones y alienta un uso más eficiente de los carbones que son adecuados para sus productos finales," explicó Janke.

Gas natural a partir del carbón

Otra norma propuesta del D05, la WK8750, Práctica para la determinación del contenido de carbón - Método de desorción directa, trata la cantidad de gas natural, también denominada metano o gas natural no convencional, en los yacimientos de carbón. El metano, por ser un gas de efecto invernadero, contribuye 21 veces más al calentamiento global que el dióxido de carbono. También es volátil y alimenta explosiones e incendios en las minas de carbón. La WK8750 podría tener los efectos combinados de ayudar a los productores de energía a recuperar un combustible útil y abundante, controlar las emisiones de gases de efecto invernadero y tornar más seguras las operaciones en las minas de carbón.

Los yacimientos de carbón en los Estados Unidos contienen aproximadamente de 30 a 604 trillones de pies cúbicos (8.5 a 17 billones de metros cúbicos) de metano recuperable. Durante los últimos 15 a 20 años, el metano de los yacimientos de carbón ha crecido hasta llegar a un siete al diez por ciento de la producción total de gas natural en los EE.UU. y probablemente aumente, ya que los grandes yacimientos de gas natural están agotados y los productores están perforando los yacimientos de carbón de la cuenca de Powder River en Wyoming, la cuenca de San Juan en Nuevo México y Colorado, la cuenca de Warrior en Alabama y los yacimientos en las Rocallosas, la Costa del Golfo y los estados del oeste medio. En otros continentes, se sabe que China y Australia también tienen grandes reservas de metano en yacimientos de carbón.

En la actualidad, existen dos métodos para determinar la viabilidad de recuperación del metano en el lecho de carbón en una zona o región en particular. Uno es un método indirecto que hace inferencias a partir de información geológica disponible. El otro, defendido por la norma propuesta, utiliza el método de la desorción directa en el que se extrae un núcleo de carbón de un depósito y se lo coloca en un contenedor sellado. Al medir la cantidad de gas liberado por el núcleo durante un cierto período se determina la cantidad de gas natural que contiene el lecho de carbón.

Peter Warwick, geólogo investigador en el U.S. Geological Survey (Servicio Geológico de Estados Unidos), en Reston, Virginia y contacto técnico del grupo de tareas, explicó: "Al determinar por adelantado si un depósito de carbón es una fuente viable de gas natural se logra que los productores hagan un uso más eficiente de los depósitos de carbón."
Se espera tener un borrador de la norma propuesta para su revisión esta primavera. Una vez aprobada por la ASTM, se espera que la norma sea adoptada internacionalmente.

Normas para nuevas tecnologías para el carbón

En su afán de reconocer las necesidades cambiantes de la industria del carbón, el Comité D05 ha formado un grupo de planificación técnica para considerar oportunidades para normas que promuevan usos alternativos del carbón y para considerar las normas existentes de maneras diferentes.

Por ejemplo, la normas revisada D5373, explicó Janke, también podría utilizarse "como herramienta de rastreo de hidrógeno y nitrógeno para indicar si un cierto tipo de carbón es adecuado para tecnologías de carbón más avanzadas, tal como la gasificación o la licuación del carbón," en las que el carbón se procesa para convertirlo en combustibles como gasolina o diésel.

Las plantas de ciclo combinado con gasificación integrada que eliminan los materiales perjudiciales del carbón antes de quemarlo pueden requerir normas de medición nuevas. Las plantas operan más eficientemente y con menores emisiones que las plantas de energía convencionales. "Es mejor eliminar los elementos peligrosos antes de combustionarlos porque eso haría que sea más sencillo eliminarlos o convertirlos a una forma que podría tener algún otro uso," explicó Jay Albert, director técnico en Parr Instrument Co., Moline, Illinois y miembro del grupo que está trabajando en la WK8750. "Si establecemos como extraer elementos peligrosos en el momento más adecuado en el ciclo de producción de la energía, el impacto ambiental puede ser mucho menor."

También hay oportunidades de desarrollar nuevas normas en áreas en las que el carbón se mezcla con otros combustibles tal como la biomasa, el biodiésel y los combustibles de biomasa en briquetas. Por ejemplo, una organización China envió recientemente un borrador de una nueva norma para hacer pruebas a briquetas fijadoras de azufre para calefacción y cocción domésticas. Las briquetas, compuestas de carbón con alto contenido de azufre, material vegetal y madera y un agente fijador del azufre, evitan que el azufre se transforme en dióxido de azufre cuando se quema, reduciendo así el impacto ambiental perjudicial de la lluvia ácida.

Hacer carbón limpio

Pero ¿realmente alguna vez podrá ser en realidad ecológico el carbón o pensar en "carbón limpio" es verdaderamente un oximoron?

James Lupens, ex-presidente del D05 y actual director de ASTM, jefe de proyecto en U.S. Coal Assessment, U.S. Geological Survey (Servicio Geológico de Estados Unidos) en Reston, Virginia, indicó: "La utilización del carbón se está tornando más limpia a cada momento, pero no hay nada gratis. Aún sigue siendo un combustible fósil."

Janke cree que las industrias que queman carbón "harán reformas en cuanto a la capacidad de generación. Se volverán mas limpias y más eficientes, utilizando menos carbón para generar más energía. Pero el verdadero desafío será utilizar las emisiones de dióxido de carbono de manera positiva."

Para Riley, las mejoras en el uso sustentable del carbón se remiten, en última instancia, a respetar las normas. "Si usamos normas, entendemos mejor el carbón que estamos utilizando y el modo en que lo utilizamos, y eso lleva a un uso más eficiente."

Adele Bassett reside en Media, Pennsylvania, es escritora independiente y ha cubierto temas que van desde las pandillas juveniles en Colorado hasta terremotos en Connecticut al tiempo que trabaja para diferentes corporaciones y publicaciones. Tiene una licenciatura en lengua inglesa, una maestría en periodismo y un M.B.A.

		Magazines & Newsletters / ASTM Standardization News feature PRINCIPAL \| ANUNCIANTES \| CABECERA \| ARCHIVO SUBSCRIPCIONES \| CONTACTO \| EJEMPLAR GRATIS Marzo/Abril 2009 Seccione Solución a los desafíos del carbón El D05 trata nuevas tecnologías para el carbón por Adele Bassett Cuando recarguemos nuestros futuros automóviles eléctricos, la mayor parte de nosotros quemaremos carbón para que funcionen, del mismo modo en que ya lo hacemos cada vez que usamos nuestra computadora, manipulamos el interruptor de la luz o encendemos la televisión. Casi el 50 por ciento de nuestra electricidad se genera con carbón, y se espera que esa demanda aumente un 30 por ciento para 2030. El carbón es el otro combustible fósil, que promete reemplazar al petróleo a medida que la provisión de petróleo extranjero se reduce, y la energía solar y otras alternativas cubren parte de la futura brecha energética. Pero el carbón acarrea consigo un precio ambiental potencialmente elevado. Según el Panel intergubernamental sobre cambio climático, el mayor uso del carbón y la resultante liberación de dióxido de carbono y metano (ambos gases de efecto invernadero) han contribuido significativamente al calentamiento global y el cambio climático. Por lo tanto, ¿cómo reconciliamos nuestra necesidad de carbón como alternativa (viable y abundante domésticamente) al petróleo con nuestra igualmente importante necesidad de usarlo de un modo sustentable que reduzca al mínimo el daño al medio ambiente? Un siglo de normas El Comité D05 de ASTM sobre Carbón y coque está ayudando a resolver el desafío del carbón. Durante más de 100 años, el comité ha trabajado con las industrias del carbón, los servicios públicos y el acero para brindar normas para la clasificación, muestreo y análisis del carbón. En un principio, las normas del D05 dieron como resultado beneficios tecnológicos, económicos, de productividad y de reducción de la contaminación. Pero, con la preocupación mundial por el calentamiento global, reforzada por la aprobación del Protocolo de Kioto en diciembre de 1997, el comité está estudiando ahora más de cerca el aspecto ambiental del carbón, además de las oportunidades para desarrollar normas que promocionen nuevas tecnologías para el carbón. Aquellos esfuerzos en curso se reforzaron en octubre de 2005 cuando la NESHAP (National Emission Standards for Hazardous Pollutants for Industrial, Commercial, Institutional Boilers and Process Heaters) adoptó los métodos de medición del Comité D05 para determinar el cumplimiento de los reglamentos federales relativos a las emisiones. Aún así, el trabajo continúa. Louis Janke, presidente de Quality Associates International Ltd., Douglas, Ontario, Canadá y miembro veterano de la ASTM, explicó: "Me he dado plena cuenta de que no existe norma alguna que vaya a ser revisada o incluida en nuestros libros que no vaya a considerar la sustentabilidad, y con esto me refiero a su impacto en nuestra calidad de vida." Medición del contenido de carbono Un ejemplo del impacto potencialmente significativo en el medio ambiente del trabajo del Comité D05 es la norma revisada D5373, Métodos de prueba para la determinación instrumental de carbono, hidrógeno y nitrógeno en muestras de laboratorio de carbón para determinar la cantidad de carbono al igual que de nitrógeno e hidrógeno en el carbón, publicada en febrero de 2008. La norma podría afectar el análisis del carbón en el mundo y las emisiones de dióxido de carbono resultantes en caso de adoptarse universalmente. Según el Dr. John Riley, presidente del D05 y profesor emérito de la Western Kentucky University, de Bowling Green, Kentucky: "La D5373 es la mejor norma del mundo y una gran mejora respecto a su primera versión." Pero llegar a ella implicó algo de trabajo. A mediados de los 90, los ingenieros de las plantas generadoras de electricidad a partir de la quema de carbón de todo el mundo se preguntaban por qué veían discrepancias entre sus valores térmicos predictivos (o la cantidad de electricidad que esperaban generar) y la carga real de la planta. Descubrieron que aún cuando los ingenieros de diferentes plantas hacían pruebas al mismo carbón y otros elementos, obtenían resultados diferentes. Aún más alarmante era que aquellos ingenieros también obtenían resultados diferentes cuando hacían pruebas a sustancias puras, en muestras de laboratorio especialmente preparadas para contener las mismas sustancias. Debido a que la medición del carbono en el carbón resulta esencial para predecir la cantidad de emisiones de dióxido de carbono que generará al ser quemado, había una clara necesidad de contar con una norma que diera resultados exactos y repetibles. Janke explicó: "No pueden negociarse las normas de las emisiones si no se cuenta con una manera confiable de medirlas." Para dar respuesta a esta necesidad, Janke organizó un estudio de control con laboratorios locales y extranjeros, y desarrollaron eventualmente la norma revisada que indica a los ingenieros de las plantas generadoras de energía a partir de carbón como utilizar la sustancias puras para calibrar sus instrumentos de análisis. De este modo, pueden determinar valores térmicos más exactos, así como también el contenido de carbono y las emisiones de dióxido de carbono, características que hacen que la norma también sea de utilidad para el gobierno y otros organismos preocupados por el impacto ambiental de la quema de carbón. "La norma revisada nos fuerza a ser honestos con respecto a las emisiones y alienta un uso más eficiente de los carbones que son adecuados para sus productos finales," explicó Janke. Gas natural a partir del carbón Otra norma propuesta del D05, la WK8750, Práctica para la determinación del contenido de carbón - Método de desorción directa, trata la cantidad de gas natural, también denominada metano o gas natural no convencional, en los yacimientos de carbón. El metano, por ser un gas de efecto invernadero, contribuye 21 veces más al calentamiento global que el dióxido de carbono. También es volátil y alimenta explosiones e incendios en las minas de carbón. La WK8750 podría tener los efectos combinados de ayudar a los productores de energía a recuperar un combustible útil y abundante, controlar las emisiones de gases de efecto invernadero y tornar más seguras las operaciones en las minas de carbón. Los yacimientos de carbón en los Estados Unidos contienen aproximadamente de 30 a 604 trillones de pies cúbicos (8.5 a 17 billones de metros cúbicos) de metano recuperable. Durante los últimos 15 a 20 años, el metano de los yacimientos de carbón ha crecido hasta llegar a un siete al diez por ciento de la producción total de gas natural en los EE.UU. y probablemente aumente, ya que los grandes yacimientos de gas natural están agotados y los productores están perforando los yacimientos de carbón de la cuenca de Powder River en Wyoming, la cuenca de San Juan en Nuevo México y Colorado, la cuenca de Warrior en Alabama y los yacimientos en las Rocallosas, la Costa del Golfo y los estados del oeste medio. En otros continentes, se sabe que China y Australia también tienen grandes reservas de metano en yacimientos de carbón. En la actualidad, existen dos métodos para determinar la viabilidad de recuperación del metano en el lecho de carbón en una zona o región en particular. Uno es un método indirecto que hace inferencias a partir de información geológica disponible. El otro, defendido por la norma propuesta, utiliza el método de la desorción directa en el que se extrae un núcleo de carbón de un depósito y se lo coloca en un contenedor sellado. Al medir la cantidad de gas liberado por el núcleo durante un cierto período se determina la cantidad de gas natural que contiene el lecho de carbón. Peter Warwick, geólogo investigador en el U.S. Geological Survey (Servicio Geológico de Estados Unidos), en Reston, Virginia y contacto técnico del grupo de tareas, explicó: "Al determinar por adelantado si un depósito de carbón es una fuente viable de gas natural se logra que los productores hagan un uso más eficiente de los depósitos de carbón." Se espera tener un borrador de la norma propuesta para su revisión esta primavera. Una vez aprobada por la ASTM, se espera que la norma sea adoptada internacionalmente. Normas para nuevas tecnologías para el carbón En su afán de reconocer las necesidades cambiantes de la industria del carbón, el Comité D05 ha formado un grupo de planificación técnica para considerar oportunidades para normas que promuevan usos alternativos del carbón y para considerar las normas existentes de maneras diferentes. Por ejemplo, la normas revisada D5373, explicó Janke, también podría utilizarse "como herramienta de rastreo de hidrógeno y nitrógeno para indicar si un cierto tipo de carbón es adecuado para tecnologías de carbón más avanzadas, tal como la gasificación o la licuación del carbón," en las que el carbón se procesa para convertirlo en combustibles como gasolina o diésel. Las plantas de ciclo combinado con gasificación integrada que eliminan los materiales perjudiciales del carbón antes de quemarlo pueden requerir normas de medición nuevas. Las plantas operan más eficientemente y con menores emisiones que las plantas de energía convencionales. "Es mejor eliminar los elementos peligrosos antes de combustionarlos porque eso haría que sea más sencillo eliminarlos o convertirlos a una forma que podría tener algún otro uso," explicó Jay Albert, director técnico en Parr Instrument Co., Moline, Illinois y miembro del grupo que está trabajando en la WK8750. "Si establecemos como extraer elementos peligrosos en el momento más adecuado en el ciclo de producción de la energía, el impacto ambiental puede ser mucho menor." También hay oportunidades de desarrollar nuevas normas en áreas en las que el carbón se mezcla con otros combustibles tal como la biomasa, el biodiésel y los combustibles de biomasa en briquetas. Por ejemplo, una organización China envió recientemente un borrador de una nueva norma para hacer pruebas a briquetas fijadoras de azufre para calefacción y cocción domésticas. Las briquetas, compuestas de carbón con alto contenido de azufre, material vegetal y madera y un agente fijador del azufre, evitan que el azufre se transforme en dióxido de azufre cuando se quema, reduciendo así el impacto ambiental perjudicial de la lluvia ácida. Hacer carbón limpio Pero ¿realmente alguna vez podrá ser en realidad ecológico el carbón o pensar en "carbón limpio" es verdaderamente un oximoron? James Lupens, ex-presidente del D05 y actual director de ASTM, jefe de proyecto en U.S. Coal Assessment, U.S. Geological Survey (Servicio Geológico de Estados Unidos) en Reston, Virginia, indicó: "La utilización del carbón se está tornando más limpia a cada momento, pero no hay nada gratis. Aún sigue siendo un combustible fósil." Janke cree que las industrias que queman carbón "harán reformas en cuanto a la capacidad de generación. Se volverán mas limpias y más eficientes, utilizando menos carbón para generar más energía. Pero el verdadero desafío será utilizar las emisiones de dióxido de carbono de manera positiva." Para Riley, las mejoras en el uso sustentable del carbón se remiten, en última instancia, a respetar las normas. "Si usamos normas, entendemos mejor el carbón que estamos utilizando y el modo en que lo utilizamos, y eso lleva a un uso más eficiente." Adele Bassett reside en Media, Pennsylvania, es escritora independiente y ha cubierto temas que van desde las pandillas juveniles en Colorado hasta terremotos en Connecticut al tiempo que trabaja para diferentes corporaciones y publicaciones. Tiene una licenciatura en lengua inglesa, una maestría en periodismo y un M.B.A.