Carbón líquido: en busca de un combustible

1989/07/01 Aizpurua Sarasola, Joxerra Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia

Desde que se utilizaba el carbón en nuestras casas no ha pasado mucho tiempo. Al encontrarse el carbón en estado sólido, no era posible su uso en motores ni en aplicaciones diversas. Por este motivo quedó prácticamente excluido. Además, las sustancias que se arrojaban al aire por la combustión del carbón contaminaban mucho más la atmósfera que las que se emitían a partir de la combustión del petróleo.

Por otro lado, se constata una tendencia creciente hacia el estado líquido de los combustibles. Por tanto, las investigaciones llevadas a cabo en el campo del carbón han pretendido transformar el carbón en líquido desde un estado sólido.

La técnica de licuefacción requiere unos medios muy costosos y con el nivel de conocimiento existente se liquida una parte tan pequeña de las reservas de carbón que no se consigue viabilidad económica. La gasificación tiene los mismos inconvenientes que la liquidación.

Para la licuefacción o gasificación del carbón se debe producir una modificación de la estructura molecular del sólido. En las suspensiones, por el contrario, no ocurre lo mismo. En este caso hay que moler el carbón hasta que el tamaño medio de los granos sea el de la harina y esparcir este polvo en un fluido. Los productos así obtenidos presentan todas las ventajas de las tecnologías de combustibles fluidos. Las suspensiones de carbón se pueden dividir en dos grupos principales en función del tipo de fluido mezclado, es decir, de que el fluido es gas o líquido.

La mezcla de polvo de carbón y un gas inerte ya se conoce bien y se utiliza en muchas áreas industriales. El proceso consiste esquemáticamente en la acumulación de polvo de carbón en depósitos, su transporte en tuberías mediante medios neumáticos y su dispersión en cámara de combustión con quemador adecuado. La llama así producida se parece mucho al fuel, por lo que algunas calderas de fuel pueden ser transformadas para esta función sin un coste elevado.

Sin embargo, los que pueden competir con los derivados del petróleo son mezclas de carbón y líquido. Por tanto, en las siguientes líneas se informará de las incidencias de este tipo de mezclas.

Las mezclas de carbón y líquido comenzaron a trabajarse en el inicio de la industria petrolera. En aquella época se trabajaron mezclas de carbón y fuel, pero la expansión de los derivados del petróleo dejó de lado esas obras.

Ante la escasez de petróleo o las dificultades para el suministro de petróleo, se ha insistido en las mezclas carbón/líquido. Con motivo de la crisis económica en torno a 1920, algunos barcos que utilizaban fuel se reconvirtieron para utilizar la mezcla carbón/fuel y durante la última Guerra Mundial los alemanes alimentaron los motores Diesel con mezcla carbón/agua. Sin embargo, ha sido necesario esperar hasta la década pasada para reiniciar este tipo de mezclas.

Con el inicio de las investigaciones en el año 1974, el objetivo era el ahorro de fuel, por lo que en la mezcla carbón/fuel se debía conseguir la mayor proporción de carbón. Por otra parte, hay que tener en cuenta que el poder calorífico del carbón (30.000 kJ/kg) es inferior al del fuel (41.800 kJ/kg). Además, la mezcla sólido/líquido debe cumplir una serie de requisitos para evitar pérdidas de fluidez. La concentración volumétrica de los componentes de la mezcla varía en función de la molienda del sólido. Si el sólido está dividido en partículas esféricas de igual tamaño y se desea mantener la fluidez, su concentración debe ser inferior al 65%.

Estados Unidos acogió la primera exposición de la mezcla carbón/fuel. La concentración másica del carbón no llegó al 30%. La caldera era de 80 MW y la exposición duró un año (1979-1980). Como resultado de esta exitosa exposición, en los próximos años se realizaron otras nuevas, especialmente en EE.UU. y Japón. En estos ensayos se observó que la masa de carbón no debería superar el 45%. El ahorro de fuel así obtenido era inferior al 30%. Además, a la caldera habría que añadir un equipamiento tan especial como caro para que los polvos de carbón quemado no fueran a la atmósfera.

Ante este problema económico existen dos soluciones posibles: o reducir las inversiones de reconversión o encontrar una mezcla más económica que la de carbón/fuel. Partiendo del primer camino, sería posible desmineralizar el carbón mediante un paso previo (son los minerales presentes en los carbones, los que producen polvo en la combustión). Partiendo de la segunda vía, se sabe que el fuel es el más caro en la mezcla carbón/fuel. Por lo tanto, el fuel debería ser sustituido por un líquido abundante y económico, como el agua.

La tendencia actual es tratar estos dos caminos conjuntamente. Además, la actual normativa anticontaminación limita el residuo de polvo de carbón al 0,8%. La forma de conseguirlo es, primero, hasta que el diámetro medio de los granos de carbón molido sea de 4 micras. El polvo de carbón se dispersa a través de una gran cantidad de agua. La mezcla resultante es una suspensión acuosa del carbón y de algunas sustancias minerales.

A esta suspensión se le añade una determinada cantidad de líquido hidrófobo y mediante la agitación mecánica las partículas chocan entre sí. El líquido hidrófobo se une principalmente a las partículas de carbón y las partículas de carbón comienzan a adherirse a la unión formando aglomerados. Iniciada la aglomeración, este proceso es cada vez más rápido. Al finalizar esta etapa, un tamiz recoge los aglomerados, pasando el agua y las sustancias minerales por la red del tamiz. Finalmente los aglomerados se limpian con agua.

Por lo tanto, el carbón está listo para mezclarse con el agua. Para mantener la fluidez de estas mezclas, la concentración de carbón no puede superar el 50%.

Una proporción de agua de al menos el 50%, supone barreras importantes tanto en el almacenamiento como en el transporte. Por tanto, tras varios estudios, la proporción de componentes de las mezclas carbón/líquido ha quedado de la siguiente manera: 45%-55% carbón, 6- 20% fuel y 30-35% agua. Los métodos utilizados para obtener esta composición son diferentes. Sin embargo, el objetivo es obtener el método más barato para que el precio del producto sea similar al de otros combustibles.

Sin embargo, la principal ventaja reside en la abundancia del carbón. En muchas naciones hay carbón. Por tanto, se atreve a algunos de los obstáculos que presenta el petróleo y los países en desarrollo no soportarían la dependencia energética.