Energía bajo tierra

Es difícil creer que cada vez que encendemos una lámpara, el televisor o, incluso, el aire acondicionado, podemos estar empleando energía que proviene, básicamente, del calor que produce una roca incinerada. Sin embargo, esto es efectivamente así: en la actualidad el carbón es una de las principales fuentes de energía a nivel mundial; es gracias a éste que miles de millones de personas pueden proveerse de energía eléctrica.

¿Qué es el carbón?

En pocas palabras, el carbón, al igual que el petróleo y el gas, es un combustible fósil. Por otra parte, podemos definir al carbón como un tipo de roca sedimentaria de origen orgánico, compuesta por varios elementos, pero principalmente por carbono, hidrógeno y oxígeno.

Mineral y vegetal: dos diferentes clases de carbón

Si bien llevan el mismo nombre y su apariencia es muy similar, existen muchas diferencias entre el carbón mineral y el carbón vegetal: el primero es una roca sedimentaria, la cual tarda millones de años en formarse; el segundo, en cambio, se obtiene mediante la carbonización de leña.

Este proceso consiste en calentar leña en un horno a temperaturas de entre 400 y 700 °C, sin la presencia de aire. De esta manera se elimina el agua que pueda contener la leña, y se aumenta su poder calorífico en más del doble en la mayoría de los casos.

La formación del carbón

Al igual que todo combustible fósil, el carbón se forma gracias a un proceso que demanda millones de años. En efecto, la formación del carbón comenzó en el período Carbonífero, en la Era Paleozoica. En este período, que se inició hace unos 360 millones de años y finalizó hace 290 millones de años, grandes extensiones de bosques, pantanos y ciénagas quedaron enterradas, sepultados bajo tierra, a causa de los movimientos tectónicos en la corteza terrestre. Todo este material vegetal sumido por las fuerzas geológicas se vio sometido, durante muchísimo tiempo, a altas presiones y temperaturas. De esta manera se fueron produciendo progresivamente cambios químicos y físicos a nivel molecular, y así la vegetación bajo tierra se transformó de manera paulatina primero en turba y luego en carbón.

Ilustración de un bosque del período Carbonífero.

Antes de pasar a ser carbón, la vegetación se convierte en turba, un material orgánico en el cual aún pueden apreciarse los componentes vegetales. Se denomina carbonificación al índice de cambio que sufre la turba hasta convertirse, efectivamente, en carbón. La calidad del carbón y los componentes químicos que lo conforman variarán dependiendo de la cantidad de tiempo de formación que haya transcurrido, la temperatura y la presión.

La turba constituye el estado inicial de proceso que convierte la vegetación en carbón mineral.

La escala temporal geológica

Las historias de la vida y de la Tierra no pueden medirse de la misma manera que la Historia de la Humanidad, ya que los espacios temporales son mucho más extensos. Para representarla, entonces, es necesario recurrir a unidades geocronológicas. Eras y Períodos son ejemplo de este tipo de unidades, que abarcan espacios de millones de años.

Tipos de carbón

Hay varios tipos de carbón, los cuales se diferencian según su calidad. En primera instancia, se pueden distinguir dos grandes grupos: los carbones de nivel bajo y los carbones de nivel alto. Dentro del primer grupo, se diferencian dos tipos de carbones: el lignito y los carbones sub-bituminosos. Éstos se caracterizan principalmente por tener un bajo contenido de carbono y un alto nivel de humedad; debido a estas cualidades, su contenido energético es relativamente bajo. Dentro de los carbones de nivel alto se distinguen los bituminosos y la antracita. Estos carbones son más duros y resistentes que los de nivel bajo, y pueden producir más energía ya que contienen más carbono y menos humedad.

Obtención de la materia prima: búsqueda y extracción del carbón

El carbón se descubre mediante la exploración del suelo. Para esto, es necesario crear un mapa geológico de la zona que se pretende explorar, como también realizar estudios geofísicos y geoquímicos, y perforaciones de exploración. A partir de todos estos estudios puede determinarse si la zona se convertirá o no en una explotación. Para que esto suceda, es necesario que la calidad y cantidad de carbón que se encuentra en la reserva sea la adecuada como para que su extracción resulte un negocio rentable.

Tipos de reservas
Las reservas se clasifican en dos tipos: demostradas y probables. Las reservas demostradas son aquellas que se consideran no solo extraíbles sino también rentables económicamente. Las reservas probables, en cambio, no demuestran fehacientemente ser extraíbles y rentables, por eso son consideradas inferiores.

Existen dos métodos distintos de extracción de carbón: en superficie o subterráneo. Según la geología de la reserva, la selección del método de extracción de carbón variará.

Extracción de superficie o “a cielo abierto”

Las explotaciones a cielo abierto pueden extenderse por zonas de muchos kilómetros cuadrados.

En la actualidad, la extracción de superficie conforma el 40% de la producción mundial de carbón; sin embargo, en muchos países éste es el método principal de obtención de la materia prima (Australia y Estados Unidos constituyen ejemplos de este caso). Este método de extracción es el más rentable cuando la reserva de carbón se encuentra cercana a la superficie. Por otra parte, con la extracción de superficie puede extraerse más carbón que con la subterránea.

En una explotación a cielo abierto, primero debe removerse parte de la capa superior del suelo. Así, la roca se rompe con explosivos para convertirla en pedazos más pequeños que luego son removidos con dragas, excavadoras y camiones. Luego, cuando la veta de carbón ya está expuesta, ésta se extrae de forma regular tras ser perforada y fracturada. Por último, grandes camiones o cintas transportadoras trasladan el carbón hasta las plantas procesadoras.

Extracción subterránea o “de profundidad”

La extracción mediante pilares consiste en extraer el mineral cortando una serie de salas en la veta de carbón. A su vez, se van dejando pilares de carbón que funcionan como columnas, las cuales mantienen la estructura de la mina y evitan que el techo se desplome. Estos pilares, en ocasiones, son extraídos en la etapa final del trabajo, ya que comprenden una gran cantidad de carbón (muchas veces hasta el 40% del total de la reserva), pero sin ellos la mina se derrumbaría.

Excavadoras, cintas transportadoras y grandes camiones son algunas de las maquinarias que se emplean en las extracciones de carbón.

En la extracción mediante tajos, la veta de carbón es cortada con rafadoras. Cada cara de la veta de carbón que se corta puede tener una longitud de hasta 350 metros. Para este método de extracción es fundamental realizar estudios geológicos que garanticen que la mina no se derrumbará, ya que el techo se sostiene provisionalmente con fijaciones hidráulicas, pero una vez que el carbón es extraído, los encargados de la extracción dejan que el techo se desplome.

La elección de una u otra técnica depende tanto de factores geológicos como económicos: la extracción mediante pilares es mucho menos costosa que la extracción por tajos largos, ya que emplea maquinaria más barata. No obstante, en algunas explotaciones de carbón pueden emplearse ambos métodos de extracción.

En la extracción mediante tajos largos, la veta de carbón se va cortando con maquinaria hasta 10 veces más costosa que en la extracción mediante pilares.

Una vez extraído y transportado, el carbón es procesado y purificado: se lo tritura y separa, y a la vez se separan también todas sus impurezas para lograr un producto de mayor calidad.

Los usos del carbón

El principal uso de este combustible fósil es el de generar electricidad. Para ello, en las plantas eléctricas el carbón se incinera para calentar agua sumamente purificada que se convierte en vapor. El vapor, a su vez, ejerce una gran presión y hace girar una turbina conectada a un generador, el cual produce electricidad. Posteriormente, el vapor se enfría y vuelve a convertirse en agua, comenzando así nuevamente el proceso.

El acceso a la energía eléctrica es fundamental tanto para la vida cotidiana de la población como para la producción industrial; en este sentido, es sumamente importante para el desarrollo social y económico.

Por otra parte, el carbón se emplea en la producción de hierro y acero. Este combustible fósil alimenta los hornos, denominados altos hornos, en los cuales se funden estos metales. El carbón es, entonces, un componente imprescindible sin el cual no existirían dispositivos ni maquinaria compuestos por esos materiales.

Además, el carbón también se emplea como fuente de energía para la producción de cemento, aluminio, papel e insumos químicos y farmacéuticos.

Riesgos ambientales

La industria del carbón supone una gran cantidad de puestos de trabajo para millones de personas. En efecto, el sector del carbón emplea alrededor de 7 millones de personas, de las cuales el 90% habitan en países en vías de desarrollo. Además, las explotaciones de carbón no solo generan puestos de trabajo, sino también ingresos y empleos en otros sectores industriales, ya que este combustible se emplea como fuente energética. Sin embargo, el establecimiento de minas no siempre es visto de manera positiva, ya que ocasiona un impacto devastador en el medio ambiente y en la salud de los seres humanos.

Para la extracción de carbón, y sobre todo para la que consta del método de superficie, es necesario modificar grandes extensiones de suelo. Esto implica la intervención de la mano del hombre en el medio ambiente. Toda la vegetación de la zona explotada es destruida completamente, y con ella el hogar de muchísimos animales que se ven obligados a desplazarse, sin lugar donde refugiarse, asustados por los ruidos de maquinarias y explosiones. Además, el suelo se erosiona y se contamina, como también lo hace el agua, debido a la polución producida por la explotación de este recurso. Si bien las tierras en donde se localizan las explotaciones de carbón pueden ser rehabilitadas, este proceso de recuperación requiere una gran planificación y no siempre es llevado a cabo, ya que las grandes empresas suelen priorizar sus ganancias por sobre el cuidado del medio ambiente.

Las emisiones de CO2 a la atmósfera aumentan el riesgo de calentamiento global y pueden producir lluvias ácidas.

Por otra parte, el carbón no solo resulta nocivo para el medio ambiente, sino también para la salud de los humanos. Tanto los trabajadores del carbón como los habitantes de las zonas aledañas a las minas y plantas tienen mayor riesgo de contraer cáncer y enfermedades respiratorias y cardiovasculares. Además, este combustible libera dióxido de carbono a la atmósfera, el cual contribuye al deterioro de la capa de ozono y al calentamiento global.