Tendencias del carbón como recurso energético en Colombia y en el mundo: Aproximación

Enviado por gfranco

El objetivo de este trabajo es realizar una aproximación a la importancia y las tendencias del carbón como recurso energético en el contexto nacional e internacional. Es importante señalar que en el desarrollo de este trabajo se define en primer lugar, el desarrollo del sector carbonífero en Colombia, en donde se presenta la evolución del mercado del carbón en Colombia; el mercado internacional del carbón colombiano y el carbón y las exportaciones colombianas.

En segundo lugar, se presenta el carbón en el mundo, además, de la evolución del mercado y sus implicaciones en el sector energético.

En tercer lugar, se define el carbón como recurso energético, en donde se describe el origen del carbón; la clasificación; las características y propiedades y las tecnologías limpias del carbón.

A continuación, se detalla la importancia del carbón como recurso energético y finalmente, se presentan las principales conclusiones de este trabajo, en torno a las tendencias del carbón como recurso energético en Colombia y en el mundo.

1. Evolución del mercado del carbón en Colombia
El carbón en Colombia

En primer lugar, la aparición de los primeros ferrocarriles a vapor en Colombia a comienzos del siglo XX determinó el inicio de la explotación del carbón en nuestro país. Posteriormente, el energético comenzó a ser consumido por la industria del cemento, de textiles, los hornos de sal y el sector residencial, los cuales en conjunto con el transporte ferroviario representaban una demanda de aproximadamente 250.000 toneladas. Esta demanda era atendida con producción de minas explotadas en forma rudimentaria ubicadas en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá, Antioquia y Valle. El consumo de carbón en el país no presentó cambios importantes en su estructura de consumo hasta antes de la mitad del siglo XX, por lo que el crecimiento de la producción del energético obedeció básicamente al comportamiento de los sectores ya mencionados.
Producción nacional de carbón entre 1940 y 1980
Fuente: UPME, 2001
Seguidamente, para la desarrollo década de los años 50´s, el país deja de ser básicamente agrario para diversificarse hacia actividades industriales, aumentando de manera importante las necesidades de generación eléctrica y la demanda de carbón en las industrias. Es así como la construcción de la siderúrgica de Paz del Río en 1954 y de las termoeléctricas de Paipa y Yumbo en 1956 y 1958 respectivamente, lo que jalonó de forma significativa la expansión de la producción de carbón de las minas aledañas a estos proyectos. Mientras que en 1940 la producción de carbón del país llegó a 1´150.000 toneladas a mediados de los años 50 el país llegó a 2´000.000 de toneladas.
En tercer lugar, en la década de los años 60´s, el carbón se constituyó en fuente energética fundamental de la industria del cemento, y a medida que aumentaba la construcción en Colombia, esta actividad económica llegó a convertirse en uno de los principales consumidores del energético. Igualmente, el gran impulso de la industria asociada a bienes intermedios como el papel, caucho, llantas y productos químicos, los cuales demandaban carbón en sus procesos de producción, impulsaron la producción de carbón. Sin embargo, hacia los últimos años de la década del 60 se observa un estancamiento en la producción de carbón por efectos del desarrollo de proyectos hidroeléctricos y la sustitución del carbón como energético del sector residencial urbano principalmente por GLP* , electricidad y cocinol.
Finalmente, hacia la década de los años 70´s, la crisis petrolera mundial – ocurrida en 1973 – motiva incrementos significativos en los precios del petróleo, golpeando al país en el momento en que la producción nacional de crudo declinaba y la demanda de electricidad aumentaba. Ante esa situación aparece de nuevo el carbón como recurso energético estratégico y se establece igualmente una política carbonera que permitió al país entrar en la era de la gran minería de carbón con vocación exportadora.
La producción de carbón durante la década del 70 presentó tasas de crecimiento significativas, pasando de 2´500.000 toneladas durante 1970 a 4´250.000 toneladas durante 1980. Esta producción fue destinada principalmente a la atención de la demanda nacional, ya que la gran minería de exportación de carbón solo comenzaría a operar en 1985. En los años 70´s se consolida el sector eléctrico como uno de los principales consumidores de carbón, resaltándose la entrada en operación de las unidades de Paipa II y Zipa III en 1975 y 1976 respectivamente. Igualmente continuó siendo importante el consumo de carbón por parte de la industria de cementos y de ladrillos, percibiéndose también un aumento en la demanda de las industrias de alimentos y bebidas, textil, metalurgia y papel. Es en ésta década cuando entra en funcionamiento la planta de Cartón de Colombia demandando cerca de 150.000 toneladas anuales.
Producción Nacional de Carbón 1940 – 1980
En primera instancia, en la década de los años 80´s, se incorporaron al sistema eléctrico nacional, Termo Tasajero, la unidad III de Paipa y Termo Guajira, la cual había sido programada para operar con carbón, aunque finalizó operando con gas natural.
En segundo termino, durante esta misma década el consumo nacional de carbón creció a una tasa promedio anual del 1.6%, mucho menor al crecimiento económico observado para el mismo periodo (3% promedio anual). Mientras que en 1980 se consumieron 4´049.000 toneladas de carbón, en 1990 la cifra creció a 4´777.000 toneladas. El sector que mayor dinamismo mostró en los consumos de carbón fue el de alimentos con 5.8% promedio anual, aunque los sectores que concentran el mayor porcentaje del consumo del energético, sector eléctrico y la industria del cemento, presentaron crecimientos del orden del 1.1% y 1.8% respectivamente, de ahí el bajo crecimiento en el consumo total de carbón.
Consumo nacional de carbón entre 1980 y 1994
Fuente: UPME, 2001
En tercer lugar, debido al racionamiento eléctrico de 1992 – 1993 – asociado con el fenómeno del niño -, los consumos de carbón para generación de electricidad alcanzaron cifras récord durante estos años, llegándose a consumir en 1992 cerca de 1´550.000 toneladas y en 1993 cerca de 1´445.000 toneladas. Para estos mismos años el consumo total nacional de carbón fue de 5´562.000 toneladas y 5´715.000 toneladas respectivamente. Lo anterior evidenció la relación entre los picos de la demanda total de carbón y los picos en los consumos del energético por parte del sector eléctrico.
En cuarto lugar, pese a que el pico de consumo de carbón en el sector eléctrico se presentó en 1992, un incremento importante en la producción de cemento durante 1993 ocasionó un aumento igualmente significativo en el consumo del energético en esta industria y por consiguiente en el total nacional. Mientras que en 1992 la industria de cemento consumió 852.000 toneladas de carbón en 1993 consumió 1´108.000 toneladas. Esta situación fue motivada por el notable crecimiento de la actividad constructora del país durante los primeros años de la década del 90. Si se analizan los consumos de carbón en la industria del cemento durante la década del 80 se observa que el aumento en el consumo de carbón en el año 1982 esta totalmente asociado al incremento en la capacidad de producción de cemento del país, reflejando la característica de economía de escala de esta industria.
Por ultimo, es básicamente la conjunción del racionamiento eléctrico y de los favorables niveles de producción de cemento en el país lo que hace que sean los años 1992 y 1993 los de mayor consumo de carbón en la historia colombiana.
Consumo nacional de carbón 1980 – 1994
Inicialmente, paralelo al mercado interno de carbón se comienza a desarrollar en Colombia a comienzos de la década del 80 la gran minería del carbón, cuyo objetivo fundamental era el de alcanzar los mercados internacionales del recurso energético.
En segundo lugar, entre 1982 y 1985, con la entrada en operación de los dos grandes proyectos mineros a cielo abierto de Cerrejón Central y Cerrejón Zona Norte, la producción total nacional y su distribución regional, se modifican de manera significativa. De 4.2 millones de toneladas producidas en 1980, se pasó a 8.8 millones de toneladas durante 1985, sobrepasando los 10 millones en 1986, teniendo en cuenta lo anterior, se muestra la importancia de estos dos proyectos. La costa Atlántica pasó a producir en 1985 el 43.7% del carbón del país. Ya para 1995 la Costa Atlántica produce 20 millones de toneladas, representando el 77% del total producido por el país en dicho año.
En tercer lugar, en 1986 las exportaciones de carbón sobrepasan las 5.5 millones de toneladas, lo que significó un crecimiento con respecto a 1985 del 63%. Las exportaciones los primeros cinco años de la década del 90 se incrementan sustancialmente, llegando a 19.7 millones de toneladas en 1995.
Seguidamente, la gran minería en el país se consolida a comienzos de los años 90´s con la entrada en operación de los contratos de las áreas carboníferas Oreganal (La Guajira) y La Loma y Calenturitas (Cesar), y con los procesos de integración minera de la región de La Jagua de Ibirico (Cesar), cuyo mejoramiento organizacional se ve reflejado en el aumento de las exportaciones de carbón de esta parte del país. Se destaca el interés de inversionistas en los proyectos carboníferos colombianos, como lo refleja la participación de RTZ (Reino Unido) con el proyecto Oreganal y de Drummond en el proyecto La Loma, realizando una importante inversión en minería e infraestructura.
Producción y exportaciones de carbón entre 1980 y 1995
Fuente: UPME, 2001
Finalmente, el incremento en la producción y las exportaciones de carbón, debido principalmente al desarrollo de los anteriores proyectos, permiten que el carbón se sitúe durante los primeros cinco años de la década del 90 como el tercer rubro de exportaciones tradicionales, después del Café y el Petróleo en orden de importancia, siendo la Unión Europea y los Estados Unidos los principales mercados de estas exportaciones. A 1995, las exportaciones de carbón colombiano toman el 8.8% del mercado mundial de este energético.
Producción y exportaciones de carbón 1980 – 1995
En primera instancia, entre los años 1995 al 2000, la producción nacional de carbón se ha incrementado a una tasa anual promedio del 8.3%. En el último año, el crecimiento fue del 16.4% pasando de 32.7 millones de toneladas en 1999 a 38.1 millones de toneladas en el 2000, como consecuencia de una mayor explotación de los yacimientos de los departamentos de La Guajira y el Cesar, carbón destinado a los mercados internacionales.
Producción y exportaciones de carbón entre 1995 y 2000
Fuente: UPME, 2001
Seguidamente, mientras que en 1995 se exportaron 18.3 millones de toneladas de carbón, en el año 2000 se exportaron 35.6 millones de toneladas, lo que significó un crecimiento promedio anual del 14%. De ahí la importante evolución de la producción de este recurso energético en el país.
En tercer lugar, vale la pena mencionar que la calidad del carbón colombiano y su competitividad en el mercado mundial le han permitido a las empresas mineras colocar los volúmenes de exportación previstos, permitiendo que el carbón sea el tercer producto de mayor importancia en las exportaciones del país, después del petróleo y el café y sigue proyectándose como un ítem de peso dentro de la balanza comercial nacional.
Por ultimo, la producción de carbón para consumo doméstico (regiones carboníferas del interior del país) ha venido decreciendo a una tasa del 7% anual durante el periodo analizado, como consecuencia de la contracción en la demanda interna del energético (sector industrial).
Producción y Exportación Nacional de Carbón 1995 – 2000
Reservas Nacionales de Carbón

Las reservas de carbón a diciembre de 2000 fueron de 6.655 millones de toneladas en la categoría de medidas (38.1 millones de toneladas menos de las registradas en 1999) y de 2.932 millones de toneladas en la categoría de indicadas. Del total de reservas medidas e indicadas el 70.1% se localizan en la Costa Atlántica y el 29.9% en los departamentos del interior del país.

Reservas medidas e indicadas de carbón por zonas y por tipo de carbón , 2000

Fuente: Minercol, 2001

Durante el periodo 1995 – 2000, las cifras de reservas entre medidas e indicadas crecieron el 3.9%; variación debida a la actualización que MINERCOL* realizó en la mayoría de los departamentos del país. El incremento más significativo en términos porcentuales se dio en el departamento de Norte de Santander (1770%), el cual pasó de 6 millones de toneladas medidas en 1995 a 116 millones de toneladas en el año 2000. Cesar fue el departamento con mayor crecimiento en términos absolutos. En este departamento las cifras de reservas crecieron 454 millones de toneladas principalmente producto de la actualización geológica en el proyecto El Hatillo.

Principales cuencas carboníferas de Colombia

Fuente: Ingeominas, 2001

Se estima que con el nivel actual de las reservas medidas, al ritmo de explotación actual (38,15 millones de toneladas) y una recuperación estimada del 60% del yacimiento (40% por perdidas de explotación y transporte), la relación reservas producción actual es de 104 años.

Las cifras de reservas de carbones coquizables en Colombia alcanzan en el año 1999, las 108 millones de toneladas en la categoría de medidas, y de 339 millones indicadas.

Los carbones térmicos se encuentran principalmente en los departamentos de La Guajira, Cesar, Córdoba, Boyacá, Cundinamarca, Antioquia, Valle del Cauca y Cauca. Los carbones con propiedades coquizables aptos para usos metalúrgicos, se localizan en los departamentos de Cundinamarca, Boyacá, Santander y Norte de Santander.

Inicialmente, la cantidad de carbón comercializado en los mercados internacionales es pequeña en comparación con el consumo mundial total, en 1999 las importaciones de carbón contabilizaron 548 millones de toneladas, representando el 12% del consumo total.
Seguidamente, de los 548.8 millones de toneladas, 350 correspondieron al tipo térmico y 198 al tipo coquizable. Las exportaciones colombianas de carbón térmico representaron durante 1999 el 8.4% de las importaciones mundiales de este tipo de carbón. La participación de las exportaciones colombianas de coquizable representan tan solo el 0.24% de las importaciones mundiales de coquizable.
Mercado internacional, destino del carbón térmico colombiano entre 1996 y 2000
Fuente: UPME, 2001
En tercer lugar, en términos del mercado internacional, durante 1999, Europa importó 132.6 millones de toneladas de térmico y 58.5 millones de coquizable. América importó 33.6 millones de térmico y 21.5 de coquizable. Asia importó 180.9 millones de toneladas de térmico y 113 millones de toneladas de coquizable.
En cuarto lugar, en los años recientes el comercio internacional del carbón ha estado caracterizado por una demanda relativamente estable para los carbones importados en Europa Occidental y por una demanda en expansión en Asia.
A continuación, los incrementos en los costos de producción del carbón de Europa Occidental, combinado con una presión continua para reducir los subsidios a la producción de carbón, han conducido a reducciones sustanciales en la producción del energético en esta región, creando el potencial para incrementos significativos en las importaciones de carbón; sin embargo, el lento crecimiento económico durante los últimos años, aspectos ambientales e incrementos en la generación de electricidad con base en gas natural, nuclear y agua, han restringido el crecimiento en las importaciones de carbón.
Finalmente, inversamente el crecimiento en la demanda de carbón en Japón, Corea del Sur y Taiwán, durante los últimos años, ha contribuido a un incremento en las importaciones de Asia.
Mercado internacional del carbón colombiano
El Carbón y las exportaciones colombianas

En primera instancia, durante los últimos cinco años, las exportaciones de carbón han representado en promedio el 7.6% de las exportaciones totales del país, pasando de exportar un total de 849.10 millones de dólares durante 1996 a 861.2 millones de dólares durante el año 2000. Este crecimiento moderado durante este periodo obedece a la tendencia decreciente en los precios internacionales del carbón, ya que las exportaciones del carbón colombiano se incrementaron en cerca de 11 millones de toneladas en los últimos cinco años.

Con respecto a su partición en el total de las exportaciones mineras, se tiene que el carbón aportó en promedio durante el quinquenio 1996 – 2000, el 62% del valor de las exportaciones de este sector. Con relación a las exportaciones de hidrocarburos (incluidas las exportaciones de crudo) se tiene que el carbón ha representado en promedio durante los últimos cinco años el 30% de estas.

El carbón y las exportaciones colombianas entre 1996 y 2000

Fuente: UPME, 2001

1. De todos los combustibles fósiles, el carbón es por mucho el más abundante en el mundo. Se ha estimado que a fines del año 2000 existen más de 1 billón (1×1012) de toneladas medidas en reservas totales accesibles de forma económica, y mediante las tecnologías de explotación actualmente disponibles. De estas reservas aproximadamente la mitad corresponden a carbón de alto rango o carbón duro.
  Al mismo tiempo, no solamente existen grandes reservas, sino que también están geográficamente esparcidas en más de 100 países en todos los continentes. La abundancia de las reservas constituye una disponibilidad de suministro durante mucho tiempo. A los niveles de producción de 1998, las reservas de carbón son suficientes para los próximos 250 años. La cifra anterior considera los recursos carboníferos que pueden probarse durante las exploraciones en curso, aquellos recursos que se vuelvan accesibles a medida que se hagan mejoras en las tecnologías de explotación; o se vuelvan comerciales por el incremento en el uso de carbones de bajo rango, cuya utilización no es actualmente rentable.
  Adicionalmente, es valido anotar que en la actualidad, se continúan haciendo avances significativos para mejorar la utilización eficiente del carbón, de tal manera que pueda obtenerse más energía útil de cada tonelada de carbón.
  Las relaciones actuales de reservas de carbón son aproximadamente 4 veces las reservas de petróleo. La disponibilidad de reservas abundantes y fácilmente accesibles también significa disponibilidad de energía estable para países tanto importadores como productores. La siguiente figura muestra la distribución mundial de las reservas de carbón duro. Nótese que aún cuando existen países con grandes reservas, éstas se encuentran dispersas en toda la geografía mundial.
  Distribución mundial de las reservas de carbón, en 1x 10 12 ton
  Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
  Fuente: Carbonífera de Chile, 2002
2. Evolución del mercado del carbón en el mundo
3. El Sector Energético
La demanda de energía está estrechamente relacionada con el crecimiento económico y los estándares de vida. Actualmente la demanda mundial de energía está incrementándose a una tasa promedio de 2%. Se anticipa que este incremento ha de continuar, y por tanto, el consumo de energía será el doble de 1995 en el 2030 y el triple en el 2050. Cobran fuerza, en este escenario, fuentes energéticas tales como la biomasa (12%) y la energía nuclear (20%). La participación del carbón se proyecta cercana al 40% para el año 2100, donde el petróleo prácticamente habrá desaparecido como fuente energética.
Los suministros adecuados de energía serán esenciales para que las Naciones del mundo mantengan su expansión industrial y económica. En el mundo en desarrollo, la primera señal de mejoramiento de los estándares de vida es la disponibilidad de electricidad. Inicialmente, ésta puede utilizarse solamente para proveer luz, pero es inmediatamente requerida para encender artefactos electrodomésticos de todo tipo para uso residencial e industrial. Las economías de los países en desarrollo, con su desarrollo industrial y el aumento en los estándares de vida, están consumiendo electricidad, a una tasa que aumenta rápidamente. En Indonesia, por ejemplo, la generación de energía se ha duplicado cada 5 años en los últimos 25 años y se espera que siga creciendo como mínimo a este ritmo.
En la generación mundial de energía primaria* por tipo de combustible, para 1998 el carbón representó un 26,2%.
Generación de energía primaria por tipo de combustible, 1998
Fuente: Carbonífera de Chile,2002
A medida que el desarrollo económico se lleva a cabo, desde el punto de vista doméstico se comienza a cambiar de las fuentes tradicionales de energía, como la madera, a otras más modernas como la electricidad. En este contexto el carbón cumple un rol protagónico: para 1998 un 37% de la generación de energía eléctrica fue producida en base a carbón. Las proyecciones indican que este protagonismo debería mantenerse para los próximos 10 años, descendiendo levemente a un 34% para el año 2010.
El carbón en el mundo
1. El carbón proviene de restos de vegetación formados en tiempos geológicos, que originalmente se acumularon como plantas en pantanos o fueron depositados en lagunas. La acumulación de limos y otros sedimentos, junto con movimientos en la corteza terrestre (movimientos tectónicos) enterraron estos pantanos y turberas, en algunos casos a una gran profundidad. A medida que iban quedando enterradas, las plantas fueron sometidas a elevadas temperaturas y presiones, las cuales causaron cambios físicos y químicos en la vegetación, transformándolas, con el correr de los tiempos en carbón. Inicialmente la turba, precursora del carbón, fue convertida en lignito ó carbón pardo, que son tipos de carbón con "madurez" orgánica baja. Luego de muchos millones de años, la continuidad de los efectos de la temperatura y presión produjo cambios adicionales en el lignito, incrementando progresivamente su madurez y transformándolo al rango conocido como carbones sub bituminosos.
  A medida que este proceso fue ocurriendo, una serie de cambios químicos y físicos provocan que el carbón se vuelva más duro y maduro, punto en el cual se le clasifica como bituminoso o carbón duro. Bajo las condiciones adecuadas, el incremento progresivo en la madurez orgánica continua, para finalmente formar la antracita.
  El grado de "metamorfismo o carbonización" a la que fue sometido el carbón, desde su forma de turba a antracita, tiene una importante relación con sus propiedades físicas y químicas y es lo que se conoce como el "rango" del carbón. Los carbones de bajo rango, tales como el lignito y los sub bituminosos, son típicamente más blandos, fácilmente desmenuzables, opacos y con apariencia de tierra; se caracterizan por tener altos niveles de humedad y bajo contenido de carbono, y por consiguiente, poca energía. Los carbones de alto rango son típicamente más duros y resistentes.
  El incremento en el rango está acompañado por un aumento en los contenidos de carbono y de energía del carbón, así como de una disminución en el nivel de humedad. La antracita está en el tope del rango y por tanto, tiene los más altos contenidos de carbono y energía, y los menores niveles de humedad.
  Los grandes depósitos de carbón sólo comenzaron a formarse después de la evolución de las plantas en el período Devónico, hace 400 millones de años. Durante el período Carbonífero (350 a 280 millones de años) ocurrieron acumulaciones en el Hemisferio Norte; durante el período Permiano – Carbonífero (350 a 225 millones de años) en el Hemisferio Sur y más recientemente, al final del período Cretáceo y principios de la era Terciaria (100 a 15 millones de años) en áreas tan diversas como EEUU, América del Sur, Indonesia y Nueva Zelanda.
  Cuanto más antiguos son estos depósitos y mayor su recubrimiento, la transformación se encuentra más avanzada, y la potencia será menor que al comienzo, esto a raíz de la compresión y de las pérdidas en materias volátiles.
2. Origen del carbón
  Las variaciones en la edad y en la historia geológica del carbón ocasionan variaciones en el rango. La clasificación general y básica del carbón es por rango o categoría, desde turba y lignitos en el extremo inferior de la escala, pasando por los carbones bituminosos hasta llegar a la antracita en el extremo superior. Por lo general, cuanto más alto sea el rango del carbón, mayor será su edad, contenido de carbono y poder calorífico, de igual modo, más bajo será su contenido de hidrógeno y materias volátiles.
  Los distintos sistemas de clasificación de carbón se basan en distintas propiedades, que en esencia buscan determinar el poder calorífico del carbón. De esta forma es posible construir un rango de clasificación – ver siguiente figura – que permite identificar la génesis, edad, tipo de biomasa originaria, condiciones bioquímicas y físico – químicas que caracterizan el desarrollo del carbón.
  Clasificación y usos del carbón
  Para ver el gráfico seleccione la opción "Descargar" del menú superior
  Fuente: Carbonífera de Chile, 2002
3. Clasificación
4. Características y propiedades
¿Qué es el carbón?

Características
El carbón tiene sus origen en restos vegetales depositados hace millones de años. Gracias a los movimientos tectónicos de la corteza terrestre y a las altas presiones y temperaturas sometidas, estos restos vegetales sufren transformaciones físicas y químicas, que con el transcurso del tiempo, forman al carbón como le conocemos.
Uno de los principales componentes que restan valor al carbón y que obligan a su posterior tratamiento, lo constituye el contenido de cenizas. La ceniza es el material inorgánico e inerte que acompaña al carbón, su presencia por tanto, rebaja el poder calorífico y afecta el funcionamiento de los hornos. Otros elementos del carbón son el oxígeno, nitrógeno, azufre y gases. Aunque cada elemento afecta en distintas formas las características del carbón, en la práctica el elemento más importante a controlar es el contenido de azufre. Cuando se quema carbón, las emisiones de azufre corroen los tubos de las calderas y eventualmente escapan al medio ambiente.
Las propiedades más importantes del carbón son su poder calorífico, es decir, la cantidad de calor que se libera en combustión completa por cada unidad de material quemado; la humedad libre e inherente, que afecta directamente los rendimientos de la combustión; y el hinchamiento, particularmente relevante en la coquización.
Propiedades Básicas

El carbón tiene grandes variaciones en sus propiedades físicas, las cuales influyen en la facilidad de su manejo. En particular, la mayoría de los carbones se hinchan al calentarlos y el grado de hinchamiento se denomina "número de hinchamiento en crisol" o "índice de hinchamiento libre". Lo importante de ésta característica es que un carbón con un número de hinchamiento superior a 3 ó 4 podría ocasionar problemas con la combustión en rejilla, salvo que el cargador sea de un diseño especial. El número es, por supuesto, de gran importancia para la coquización.

El tipo, rango e índice de hinchamiento no definen al carbón cabalmente para el diseño de una central moderna que lo utilice. Algunas propiedades son más importantes que otras, como se indica a continuación.

Energía Específica: La energía específica del carbón también se conoce como poder calorífico o energía térmica. Representa la cantidad de calor que se libera en combustión completa por cada unidad de material quemado. El poder calorífico es una propiedad con grandes variantes entre los carbones, la cual puede influir en forma importante en los requisitos del equipo para manejo y pulverización, así como su almacenamiento.
Humedad: El contenido de humedad de un carbón consta de humedad inherente y libre. La humedad inherente es la humedad combinada y la retenida en los poros del carbón, la cual es una función del rango o categoría del carbón. La humedad libre, o externa, es la existente en la superficie del carbón y en los intersticios entre las partículas y es la contribución hecha por las aguas de la mina o la que se agrega con el lavado, supresión del polvo y la lluvia. Esta última humedad normalmente se elimina en los procesos de desaguado y secado del carbón.
El aumento en la humedad del carbón subirá la capacidad y costo del equipo para su manejo, almacenamiento y pulverización. Además, se puede necesitar equipo calefactor adicional para secar el carbón, según sean el grado y período de la desviación de un alto contenido de humedad en relación con la norma. Pueden aumentar las dificultades y costos del manejo del carbón y crecerán los requisitos de potencia. La eficiencia de la caldera bajará alrededor de 0,5% por cada 5% de incremento en el contenido de humedad del carbón. Se puede esperar un aumento en el factor de costo proporcional al incremento en el contenido de humedad.
Tamaño: El tamaño del carbón, la distribución por tamaños y el tamaño máximo, son importantes con respecto a la abrasión y obstrucciones en el sistema de manejo de carbón, para las tendencias de combustión espontánea en las pilas, para los problemas de polvo y para el rendimiento del pulverizador.
El tamaño máximo de carbón suministrado a los pulverizadores suele ser entre 19 y 75 mm. Hasta un tamaño máximo de unos 75 mm, no se afecta la capacidad de algunos tipos de pulverizador mientras que otros si muestran su sensitividad en todo momento. Los finos, carbón de un tamaño de 3,35 mm o menos, cuando están mojados, son la causa principal de obstrucciones, en particular cuando su contenido excede de 25% a 30% por masa del total de carbón. La distribución del tamaño de partículas o granulometría varía mucho según el tipo de carbón, método de extracción, limpieza del carbón, equipo para trituración y el grado de manejo y manipulación.
Contenido de Volátiles: Este factor afecta la combustibilidad del carbón pulverizado. La finura requerida aumenta conforme se reduce el contenido de volátiles, lo cual da por resultado que se requiera un considerable aumento en la capacidad de los pulverizadores. Los carbones con bajo contenido de volátiles se inflaman con menos facilidad, necesitan más tiempo para la combustión y por lo tanto aumentan el tiempo de permanencia en el hogar y el volumen.
Triturabilidad: La triturabilidad es el factor que afecta principalmente la capacidad del pulverizador y los costos de trituración o molienda. La capacidad del pulverizador no está en relación lineal con la triturabilidad o molienda.
Abrasividad: Al igual que la triturabilidad, la abrasividad se clasifica sobre una base empírica. El cuarzo y las piritas – como en algunas de las muestras que se repartieron a los asistentes el día de la exposición – son los más perjudiciales. La Abrasividad del carbón afecta en forma principal el desgaste de los pulverizadores y de los tubos para el carbón pulverizado. La abrasividad no se puede relacionar con la triturabilidad.
Combustión: El carbón se puede quemar con elevada eficiencia, para producir bajas emisiones con poco mantenimiento del hogar, pero su combustión es un proceso complejo. El diseño de los quemadores y equipo asociado requiere considerable experiencia; afortunadamente, hay muchas compañías de prestigio poseedoras de esta experiencia.

El proceso básico de combustión incluye la formación de CO2, la formación y combustión subsecuente de CO2 y la combustión de los volátiles. Los detalles todavía no son bien conocidos y, en cualquier caso, dependen del tipo de cargador o alimentador, pero hay puntos importantes como el tiempo de permanencia en el hogar, la temperatura, cantidad y distribución del aire turbulencia del aire; y la distribución del combustible sobre o dentro del lecho o en el hogar.

En general, los volúmenes de producción térmica en el hogar son menores que con petróleo o gas, aunque se han aumentado con el trabajo en nuevos diseños. Una ventaja de una menor producción térmica es que en ciertos casos, el tratamiento del agua es ligeramente menos crítico que para una elevada producción de calor.

Tecnologías limpias del carbón

Las tecnologías limpias de carbón se definen como "las tecnologías diseñadas para mejorar tanto la eficiencia como la tolerancia ambiental en la extracción, preparación y uso de carbón". Estas tecnologías reducen las emisiones, disminuyen pérdidas y aumentan la cantidad de energía aprovechada de cada tonelada de carbón.

Los programas de tecnologías limpias de carbón han sido adoptados vigorosamente por muchos países, y se gastan anualmente muchos recursos financieros en el desarrollo y utilización de estas técnicas. Las tecnologías permitirán que el uso del carbón se haga cada vez más eficientemente, al mismo tiempo que ambientalmente aceptable, puesto que éste será una fuente vital de energía en el mundo entero durante este siglo.

La mayoría de las tecnologías limpias de carbón se concentran en la producción de electricidad a partir del carbón, puesto que más del 50% del carbón que se produce se utiliza para este efecto.

Las tecnologías limpias para la minería son de fácil disponibilidad. Los métodos modernos de exploración, tales como las técnicas de geofísica y sísmica, minimizan cualquier impacto ambiental, y mejoran la planeación de la mina, al reducir la incertidumbre geológica. Las tecnologías de extracción mejoradas ayudan a maximizar las eficiencias de extracción y minimizan el uso de energía. La minería subterránea del carbón puede producir emisiones de gas metano, lo cual puede ser un riesgo potencial. Se utilizan diversos métodos para desalojar el gas y en algunos casos el mismo gas es utilizado como fuente energética.

El uso de las tecnologías limpias para la preparación de carbón puede lograr reducir los contenidos de ceniza y limpiar las impurezas tales como el lodo y el azufre. Se desarrollan también nuevas tecnologías para mejorar la eficiencia y el costo de estas operaciones de limpieza, al mismo tiempo que se mejora la calidad del agua de desecho. Dentro de estas tecnologías se pueden encontrar las siguientes:

Emisiones Gaseosas de la Combustión de Carbón Pulverizado
La combustión de carbón pulverizado (PF) es el método más ampliamente usado para quemar carbón para generación eléctrica. En este método, el carbón es molido, pulverizado e inyectado con aire a la caldera. El carbón pulverizado tiene una gran área superficial, lo cual facilita su combustión en los quemadores. El calor generado es usado para producir vapor a altas presiones y temperaturas para activar las turbinas y generar electricidad. En la actualidad casi toda la electricidad generada en el mundo en plantas térmicas a carbón es producida usando sistemas de carbón pulverizado.
Las emisiones de la combustión de carbón pulverizado pueden ser reducidas mediante tecnologías de limpieza de los gases de combustión. Los precipitadores electrostáticos y / o filtros de manga pueden remover más del 99% de la ceniza volante de los gases de combustión. Los métodos de desulfurización de gases de combustión (FGD) pueden remover de 90 a 97% de los óxidos de azufre (SOx) de los gases y pueden convertirlos en yeso para uso en construcción.
Entre las tecnologías limpias de carbón para la combustión de carbón pulverizado que reducen emisiones de nitrógeno (NOx), se encuentran los quemadores de bajo NOx y las técnicas de requemado. Estas modifican el proceso de combustión para reducir emisiones de NOx hasta el 50% y están siendo ampliamente adoptadas, por cuanto ellas pueden ser instaladas en plantas existentes. El método de reducción catalítica selectiva de NOx, una tecnología de post combustión, puede lograr reducciones de 80 a 90%.
La industria se ha esforzado continuamente para incrementar las eficiencias de las plantas convencionales; por ejemplo, la eficiencia térmica promedio de las centrales de generación en los Estados Unidos se ha incrementado de un 5% en 1900 hasta casi un 35% actualmente. Las nuevas plantas de generación con sistemas de pulverización convencionales alcanzan eficiencias superiores al 40%. Las plantas modernas avanzadas utilizan aleaciones de acero, especialmente desarrolladas para alta resistencia que hacen posible el uso de vapor a condiciones supercríticas y ultra-supercríticas (presiones mayores a 248 bar y temperaturas mayores a 566° C) y pueden alcanzar, dependiendo de la localización geográfica, cerca del 45% de eficiencia. Esto conduce a una reducción en las emisiones de CO2, por cuanto se usa menos combustible por unidad de electricidad producida.
Sistemas de Combustión de Carbón Pulverizado
Combustión en Lecho Fluidizado (FBC)

La combustión en lecho fluidizado es un método para quemar carbón en un lecho de partículas calientes suspendidas en una corriente de gas. A una tasa de flujo suficiente, el lecho actúa como un fluido y permite una mezcla rápida de las partículas. El carbón es adicionado al lecho y la mezcla continua estimula la combustión completa y una menor temperatura que en los sistemas de combustión con carbón pulverizado. Los lechos fluidizados tienen las ventajas de producir menos NOx en el gas de salida y debido a las menores temperaturas de combustión producen menos SOx cuando se adiciona continuamente caliza al carbón. Esta tecnología puede también usar un rango más amplio de combustibles que las tecnologías de combustibles pulverizados. Los lechos fluidizados de presión atmosférica están comercialmente disponibles en dos tipos: lecho burbujeante (conocido como combustión en lecho fluidizado atmosférico – AFBCs) y el lecho circulante (CFBCs). La eficiencia de la mayoría de los lechos fluidizados usados para la generación de electricidad es similar a la de las plantas convencionales de carbón pulverizado. Sin embargo, el uso de esta tecnología ha sido estimulada debido a su mejor desempeño ambiental. Los lechos fluidizados presurizados, los cuales pueden alcanzar eficiencias del 45%, están en etapas avanzadas de demostración. Como en las plantas de combustibles pulverizados, la utilización de condiciones de vapor más altas podría aumentar aún más la eficiencia.

Ciclo Combinado con Gasificación Integrada (IGCC)

Una alternativa a la combustión de carbón es la gasificación de carbón. Cuando el carbón entra en contacto con vapor y oxígeno, se producen reacciones termoquímicas que generan un gas combustible compuesto principalmente por monóxido de carbono e hidrógeno, el cual cuando es quemado puede ser usado para turbinas de gas. Los sistemas de generación de electricidad con ciclos combinados de gasificación integrada de carbón (IGCC) están actualmente en desarrollo y demostración. Estos sistemas permiten incrementar las eficiencias al usar el calor residual del gas para producir vapor para mover una turbina de vapor adicional a la turbina de gas. Los sistemas existentes en estado de demostración comercial buscan alcanzar eficiencias del 42% y se espera, cuando sean plenamente comerciales, que lleguen al 50%, con tecnologías y materiales actualmente en desarrollo. Los sistemas IGCC producen adicionalmente menos residuos sólidos y menos emisiones de SOx, NOx y CO2. Hasta el 99% del azufre presente en el carbón puede ser recuperado para venderse como azufre químicamente puro.

Sistemas Híbridos

Los ciclos combinados híbridos se encuentran actualmente en desarrollo. Estos combinan las mejores características de las tecnologías de gasificación y combustión, usando carbón en un proceso de dos etapas. La primera etapa gasifica la mayoría del carbón y mueve una turbina de gas, la segunda etapa quema el carbón residual (carbonizado) para producir vapor. Con estos sistemas puede ser posible alcanzar eficiencias mayores al 50%.

Adicionalmente a estas tecnologías limpias, un desarrollo que puede ser aplicado a todos los sistemas de generación es la combustión simultánea con carbón de biomasa o residuos. Esto implica quemar o gasificar dichos materiales con carbón. Entre los beneficios se incluyen la reducción en emisiones de CO2, SOx y NOx, en relación con plantas que queman únicamente carbón y la recuperación de energía útil de biomasa y residuos con alta eficiencia, evitando construir plantas con este propósito. De aquí que la industria de generación de electricidad con carbón puede apoyar las industrias de energía renovable y manejo de residuos.CONTROL PUBLI

A través de la historia, los avances industriales y la necesidad de trabajar con metales duros han llevado al hombre a buscar fuentes de calor alternativas a la leña. En este contexto surge el carbón como un sustituto eficiente que se consolida como la principal fuente energética del desarrollo industrial. Aunque este protagonismo fue desplazado por el petróleo, la crisis energética de los años 70 deja de manifiesto la necesidad de buscar fuentes alternativas.
El carbón como combustible fósil es el más abundante, seguro y de suministro garantizado en el mundo. Sus principales cualidades son:
Abundante
Las reservas de carbón son extensas y están presentes en muchos países; en la actualidad el carbón se explota en más de 50 países.
Seguro
El carbón es estable y por tanto es el combustible fósil más seguro desde los puntos de vista de su transporte, almacenamiento y utilización.
Suministro Garantizado
La abundancia de las reservas significa que a los usuarios de carbón se les puede garantizar la seguridad de los suministros del recurso.
Limpio
Usando tecnologías disponibles – como se demostró en anteriormente en este trabajo -, en la actualidad es posible quemar carbón limpiamente en todo el mundo.
Económico
A nivel mundial, el carbón es un combustible competitivo para la generación de electricidad, sin la cual la vida en el mundo moderno sería virtualmente imposible. A las puertas del nuevo milenio, el carbón es la principal fuente de energía para la generación eléctrica en el mundo entero. Por otra parte, la generación de subproductos en la combustión del carbón ofrece un beneficio económico adicional, transformando un costo de movimiento en atractivos premios de producción.
Importancia del carbón como recurso energético
Conclusiones
Las abundantes reservas de carbón en Colombia, sus calidades y sus bajos costos de producción, se constituyen en importantes fortalezas para asegurar un continuo desarrollo de esta minería en el país.
Históricamente, el carbón se ha constituido en pieza fundamental del desarrollo industrial y social del país, como motor energético de las actividades productivas del país y como recurso estratégico para la generación de electricidad en nuestro país.
El desarrollo de la minería del carbón en el país ha presentado una evolución favorable durante los últimos años como consecuencia de una mayor explotación de los yacimientos de los departamentos de La Guajira y el Cesar, carbón destinado a los mercados internacionales.
Los diferentes acuerdos correspondientes al desarrollo, uso y rehabilitación de parte de la infraestructura de exportación de carbón en la Costa Atlántica, han permitido la evolución favorable de las exportaciones de carbón e el país.
A diferencia de la producción para exportación, el consumo interno de carbón ha venido decreciendo durante los últimos cinco años a un ritmo del 7% anual. Esta reducción estuvo conducida principalmente por la disminución en la demanda del energético por parte del sector industrial, el cual es afectado de manera significativa por la crisis económica.
La demanda interna de carbón crecerá a una tasa del 4.7% durante los próximos diez años. Se espera una demanda de 5591 KTons en el año 2010, de los cuales el sector industrial participará con el 78% y el eléctrico con el 20%.
En términos generales, el sector industrial continuará siendo el principal sector consumidor de carbón en el país. Tal dinamismo del consumo del carbón en el sector industrial esta sustentado principalmente en los precios del energético, de los cuales se espera presenten niveles inferiores a los de sus más cercanos competidores: gas natural y fuel oil.
Los principales crecimientos en la capacidad de producción de Drummond, Cerrejón Central y Cerrejón Zona Norte, permiten estimar un potencial de exportaciones de carbón térmico de 56 millones de toneladas en el 2005 y de 62 millones de toneladas en el largo plazo. Crecimientos sustentados en la expansión de la infraestructura.
En términos absolutos se estima una producción de carbón para el año 2001 de 44 millones de toneladas, para el 2005 de 62 millones de toneladas y para el 2010 de 77 millones de toneladas.
Se espera que para los próximos diez años, la participación del carbón metalúrgico sobre el total se encuentre entre el 2.2% y el 2.7%., estas cifras reflejan el caso en el cual no se desarrollen nuevos proyectos de coquización y se continúe con la tendencia actual de exportación de carbón metalúrgico.

BIBLIOGRAFÍA

AMEL, ANDRÉS Y BEDOYA, HUGO. Implicaciones económicas de las variaciones de la temperatura ambiente en la operación de centrales térmicas a gas en Colombia. Universidad Nacional de Colombia. Sede Medellín. Tesis de grado. 1999. 128p

CARBONÍFERA DE CHILE: Sitio en Internet – . http://www.carbonifera.cl. Acceso 17 de mayo de 2003

COMISIÓN DE REGULACIÓN DE ENERGÍA Y GAS. Sitio en Internet. http:// www.creg.gov.co. Acceso 12 de mayo de 2003

CONTRALORÍA GENERAL DE LA REPÚBLICA DE COLOMBIA. Sitio en Internet, http://www.contraloriagr.gov.co. Acceso 10 de mayo de 2003

DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACIÓN. Sitio en Internet, http://www.dnp.gov.co. Acceso 10 de mayo de 2003

ENERGY INFORMATION ADMINISTRATION: International energy outlook 1998 – 2020. Sitio en Internet – . http://www.eia.org. Acceso 17 de mayo de 2003

OLADE: Sistema de información económico energética – Sitio en Internet – . http://www.olade.org/estadisticas. Acceso 17 de mayo de 2003

PISTONESI, HÉCTOR. Elementos de teoría económica de la regulación. Aplicación a las industrias energéticas. Instituto de economía energética. 2001

PLAN ENERGÉTICO NACIONAL. Participación del Gas Natural y del carbón en la generación térmica. Perspectivas energéticas 1997- 2010. UPME

REVISTA ESCENARIOS Y ESTRATEGIAS. Carbón Mineral. Reactivación del Consumo en el Interior del País. Unidad de Planeación Minero Energética.. N° 6, octubre de 2000. pp 7 – 12

REVISTA ESCENARIOS Y ESTRATEGIAS. Plan de masificación de gas. Desempeño en la última década. Unidad de Planeación Minero Energética.. N° 6, octubre de 2000. pp 15 – 25

ULPIANO AYALA Y JAIME MILLÁN. La sostenibilidad de la reforma del sector eléctrico en Colombia. Fedesarrollo. 2002

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. Futuros para una energía sostenible en Colombia. Bogotá. 2000

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA. Plan de expansión de referencia. Generación transmisión, 2001 – 2015. Bogotá 2001

UNIDAD DE PLANEACIÓN MINERO ENERGÉTICA: Estadísticas minero energéticas – Sitio en Internet – . http://www.upme.gov.co/estadisticas. Acceso 30 de abril de 2003

Giovanni Franco Sepúlveda

Ingeniero de minas y metalurgia Candidato a Magíster en Ciencias Económicas Universidad Nacional de Colombia Sede Medellín