El carbón (y la ciencia del carbón) I

Este artículo fue publicado originalmente en Naukas con una ausencia alarmante de comas que solvento al menos parcialmente aquí.




Venga va, rápido, enumera sin pensar demasiado tres características del carbón. ¿Las tienes? Vale un par de segundos más: tic…. tac ¡tiempo!



Si lo que se te ha pasado por la cabeza es que es negro, sucio y huele mal, tu mente se parece mucho a la de un obispo belga del siglo XIV al que se le atribuye la profunda afirmación “el carbón es negro, está debajo de la tierra y huele a azufre, señal inequívoca de su relación con el maligno”.



Bromas aparte, el carbón es una roca sedimentaria que ha sido utilizada como fuente de calor desde la antigüedad y cuya máxima expansión se corresponde con los tiempos de la Revolución Industrial. Existen referencias a la utilización de carbón como combustible en China alrededor del 1000 AC, época en la que lo utilizaban para fundir cobre. En Europa, las referencias más antiguas son de la época griega (alrededor del 300 AC), si bien fueron los romanos los primeros en utilizarlo como combustible, al menos en Britania, desde el 400 DC.

   
 



El carbón en la actualidad se utiliza principalmente para producir calor y electricidad, fundamentalmente en centrales térmicas (carbón térmico). En 2012 se produjeron 7864.5 millones de toneladas de carbón en el mundo y el 41% de la electricidad mundial se produjo a partir de carbón. Además, el carbón se utiliza en la industria siderúrgica, siendo imprescindible para la producción del 70% del acero del mundo (que consume aproximadamente el 10% del carbón producido). Hay que destacar que si bien todo el carbón puede ser quemado en una central térmica para producir electricidad, el carbón que se utiliza en las acerías tiene que tener unas características especiales, principalmente pasar por un estado plástico durante el calentamiento y tener muy bajos contenidos en azufre y cenizas ( a este se le denomina carbón metalúrgico o de coque, más caro que el térmico). También se utiliza en la industria del cemento, que además recicla muchos de los residuos formados durante la combustión del carbón.
A pesar del auge evidente de las energías renovables, el carbón continúa siendo una fuente energética muy utilizada y se prevé que siga siéndolo en los próximos años (al menos a nivel mundial). Sin embargo, somos conscientes de que es una fuente de energía contaminante. Por ese motivo existe un enorme esfuerzo investigador que trata de reducir las emisiones de contaminantes a la atmósfera, siendo el CO2 el contaminante estrella del momento. Se estudian métodos de transformación del carbón que permitan obtener mayor eficacia, la utilización simultánea de carbón y residuos de biomasa (lo que se conoce como co-combustión) y la transformación en corrientes libres de N2 (o al menos con bajas proporciones) para obtener corrientes concentradas de CO2, y por tanto que sea más fácil evitar emitirlo a la atmósfera, así como sistemas de captura de CO2 con diferentes aproximaciones.


Estamos refiriéndonos a carbón mineral, el carbón que se extrae de las minas, aunque técnicamente no sea un mineral. Sin embargo el uso del carbón es más antiguo. ¿Cómo puede ser? Pues muy sencillo, por la utilización del carbón vegetal y del hollín. 


El carbón vegetal procede de madera carbonizada, es decir “quemada” sin aire. Este carbón fue utilizado como pigmento negro en las pinturas rupestres hace más de 15000 años, así como en los papiros egipcios. El carbón vegetal ha sido imprescindible para el desarrollo de la humanidad, pues permite alcanzar las temperaturas necesarias para fundir el mineral de hierro. Esto permitió el desarrollo de la Edad de hierro (700 AC-68 DC en Europa), etapa clave en nuestra civilización. Por otra parte la adición del carbón al hierro permite fabricar acero, mucho más duro que el hierro y que ha sido fundamental para el desarrollo de herramientas más resistentes.

El carbón vegetal se utilizó en China para la fabricación de pólvora alrededor del 1000 DC y otra de sus aplicaciones clásicas es su utilización como adsorbente para depurar agua siguiendo las recomendaciones de Hipócrates en el 400 AC. Desde entonces hemos aprendido a fabricar materiales de carbono con distintas características, siendo utilizados en multitud de aplicaciones comerciales. 


Primera fórmula escrita de la pólvora 1044 DC (Fuente Wikipedia)



Aunque profundizaremos más adelante en el resto de los materiales de carbono, debemos recordar que el diamante y el grafito también son carbono. El diamante natural se usa principalmente en joyería, mientras que los diamantes sintéticos se utilizan sobre todo para elementos de corte y abrasión, aprovechando su enorme dureza. Por su parte el grafito, natural o sintético, se utiliza en un amplio espectro de aplicaciones: como refractario, en baterías, como moderador en centrales nucleares y es imprescindible en la producción del aluminio, entre otras.


Además de estos materiales naturales existe un amplio abanico de materiales de carbono de características muy diversas, que los convierten en un campo de investigación muy atractivo para un amplio número de aplicaciones. De hecho en nuestra vida diaria el carbón o los materiales de carbono aparecen frecuentemente, aunque a menudo no seamos conscientes de ello. Desde el carbón de nuestras barbacoas, a las raquetas reforzadas con fibras de carbono y otro equipamiento deportivo de calidad, los frenos de coches y aviones, los neumáticos, las baterías, hasta prótesis o sistemas de purificación de aire. El carbono nos rodea y vamos a descubrir hasta qué punto.
  


Bibliografía.
J.A. Menéndez, El carbón en la vida cotidiana, disponible en Amazon y en bubok, el vídeo del proyecto de divulgación del mismo nombre: