Las implicaciones de la gasificación subterránea del carbón

Otra vuelta de tuerca a los combustibles fósiles extremos.

Samuel Martín-Sosa, Responsable de Internacional Ecologistas en Acción. Revista Ecologista nº 89.

La gasificación subterránea del carbón es un intento de aprovechar las reservas de carbón no aptas para la minería. Tecnología en fase experimentación, representa otro esfuerzo por apurar unos combustibles fósiles que se agotan.

Mientras que la minería de carbón convencional explota capas relativamente superficiales mediante técnicas a cielo abierto o capas profundas mediante la minería subterránea de galerías, la Gasificación Subterránea del Carbón (UCG, por sus siglas en inglés) pretende explotar vetas que, o están demasiado profundas para la minería de superficie o aún no han sido utilizadas y/o no son adecuadas para la minería subterránea. Aunque en la actualidad la mayoría de los proyectos se centran en vetas situadas en torno a los 200 m de profundidad, en Europa occidental se han ensayado profundidades mayores (p.ej.; El Tremedal, Teruel, 550 m) [1] y la profundidad a la que permitiría a futuro acceder esta técnica es uno de sus reclamos más atractivos. Este proceso industrial convierte bajo tierra el carbón en gas que luego es extraído para su aprovechamiento. El esquema básico de la gasificación subterránea de carbón consiste en la apertura de un pozo de inyección para permitir el acceso hasta la veta profunda de carbón, una cámara subterránea de gasificación donde se produce la combustión parcial del carbón, y un pozo de producción que conecta dicha cámara con el exterior, por donde se recupera el gas (ver Figura 1). Según quienes defienden esta técnica, su desarrollo y puesta en práctica podría aumentar la disponibilidad de reservas de carbón económicamente recuperables en un 300-400% a nivel mundial [2].

El proceso

También llamado gasificación in situ del carbón este proceso permite la obtención de un producto gaseoso formado por dióxido de carbono (CO2), hidrógeno (H2), monóxido de carbono (CO), nitrógeno (N2), vapor de agua (H20), metano (CH4) y otros hidrocarburos gaseosos. A esta mezcla gaseosa se la denomina habitualmente gas sintético o syngas. La proporción de estos gases depende de las características de la veta de carbón, así como de la técnica empleada y la eficiencia y la capacidad de control del proceso de gasificación. La gasificación se produce a altas temperaturas entre 900 y 1200 ºC, aunque pueden llegar a los 1500 ºC.

Esta combustión requiere inicialmente de un agente de ignición [3], que puede ser propano, una mezcla de nitrato de amonio-fueloil [4] , termita (thermite), vapor, oxígeno o aire. Una vez iniciada la combustión, esta se mantiene mediante la inyección constante de oxígeno (oxygen-blown) o aire [5] (air-blown) junto con agua o vapor de agua. El empleo de una u otra variante implica diferencias relativas a la composición final del syngas (por ejemplo del ratio CO:CO2), la estabilidad del proceso, el crecimiento de la cámara de gasificación, etc. La combustión del carbón produce CO2 y calor. Este último produce reacciones secundarias entre el CO2 y el agua para producir el CO, H2 y CH4, etc. que componen el syngas. El residuo sólido fruto de esta combustión (cenizas, alquitrán,...) permanece en la cámara. Entre la zona de combustión y el pozo de producción, el syngas tiene que fluir para lo cual, previamente a la ignición, es necesario conectar ambas zonas. Esto se puede conseguir mediante el empleo de diversas técnicas como la perforación horizontal, la fractura hidráulica, la inducción eléctrica, el empleo de explosivos, o la combustión inversa [6].

El proceso de combustión parcial del carbón va abriendo la cámara de gasificación que actúa como una especie de reactor bajo tierra. La gestión de la composición y presión del gas y de la temperatura en el interior de la cámara es esencial para mantener controlado el proceso. El grosor de la veta de carbón es muy importante para garantizar el valor calorífico del syngas; si el grosor se reduce mucho (a medida que se agranda la cámara), por debajo de los 2 metros de espesor, el poder calorífico del producto se verá significativamente comprometido [7]. El control de la presión interna de la cámara es también fundamental para evitar la migración de los contaminantes originados en el proceso de combustión hacia los acuíferos. A medida que el carbón se va quemando, el techo de la cámara se va colapsando (un proceso conocido como goafing en la jerga del sector) y crece lateralmente. Cuando se satura una zona de la veta, la gasificación se mantiene mediante la apertura de nuevos pozos de inyección en zonas subsecuentes de la veta, o mediante el empleo de técnicas como CRIP (Controlled Rectraction Ignition Point), que utiliza un punto de ignición retráctil que se va moviendo hacia zonas no quemadas a medida que la veta se agota.

El syngas obtenido a través del pozo de producción es un gas de baja calidad. Su poder calorífico es bastante menor que el del gas natural: 1/3 en los procesos oxygen-blown y 1/8 en el caso del syngas obtenido por el método air-blown. Aunque puede ser usado directamente para combustión, por lo general el syngas debe ser refinado para liberarlo de impurezas (como el sulfuro de hidrógeno) y eliminar el CO2 [8].Otros usos propuestos y en ensayo incluyen su transformación a combustibles líquidos (GTL), producción de metanol, producción de hidrogeno, o producción de urea (reutilizando en ocasiones el nitrógeno obtenido como subproducto en la separación del aire del pozo de inyección) para su empleo como fertilizante.

Los impactos

Los defensores de esta tecnología la presentan como ventajosa en términos ambientales en relación a la minería tradicional, particularmente a la de cielo abierto, al evitar los impactos paisajísticos y dejar bajo tierra (y no tener por tanto que gestionar) los residuos producidos o al facilitarse la depuración de la contaminación por nitrógeno o azufre en el gas final [9].

Sin embargo, precisamente un problema importante asociado a este proceso industrial es la incertidumbre inherente a una actividad que ocurre en profundidad, en el que se funciona en gran medida “a ciegas”. Existe un grado de imprecisión importante que hace que las operaciones no puedan ser controladas de forma satisfactoria. Hay diversas variables como el crecimiento de la cámara de gasificación, el ritmo de infiltración de agua necesaria en el proceso, o la distribución de los agentes que participan en las reacciones en la cavidad, que solo pueden ser inferido de forma indirecta por medidas de temperatura y del contenido y cantidad del gas producido. Sirva como ejemplo el caso de Jharia, en la India, donde un incendio en una veta de carbón lleva activo cien años y aún no ha podido ser extinguido [10].

Terminada la gasificación, a medida que baja la temperatura en la cavidad, a rangos de 200-750 ºC se produce toda una serie de sustancias químicas tóxicas [11] que incluyen fenoles, hidrocarburos policíclicos aromáticos y BTEX [12]. Además, las cenizas fruto de la combustión contienen típicamente metales como arsénico, cadmio, cromo, cobalto, plomo o selenio. La solubilidad de los metales pesados en el agua se ve incrementada con la combustión al quedar liberados y dispersos [13]. A ello se suma los elementos radiactivos que se encuentran de forma natural (NORM) en las vetas de carbón y que permanecen en las cenizas. La capacidad para confinar estas sustancias en la cavidad no está en absoluto garantizada, y depende de un correcto control de la presión, pero también de la ausencia de grietas y fisuras por donde se puedan producir fugas hasta los acuíferos o hacia la superficie.

La formación de la cámara de gasificación puede dar lugar a fenómenos de subsidiencia, al quemarse la veta de carbón y quedar las capas superiores asentadas solo sobre frágiles cenizas. Aunque estos fenómenos de subsidiencia no sean necesariamente visibles en superficie -al producirse a muchos metros bajo tierra- esto no implica que no se den, pudiéndose proveer las vías por las que los contaminantes de la cámara pueden migrar hasta otras zonas [14].

Los proyectos

A pesar de su supuesto enorme potencial en recursos y de cerca de un siglo de investigaciones, la gasificación subterránea de carbón no ha conseguido arrancar hasta la fecha. El declive de los combustibles fósiles convencionales está suponiendo un renovado interés hacia esta técnica, a pesa de que su Tasa de Retorno Energético (TRE) sería considerablemente menor que la del carbón convencional [15]. Existen diversas experiencias en fase inicial repartidas por todo el mundo (ver figura 2), en torno a los sesenta entre propuestas y proyectos en marcha [16], pero muchos se acaban abandonando debido a diferentes razones (ver tabla 1). Actualmente solo existe un proyecto con explotación comercial en Angen (Uzbekistán), que produce un millón de metros cúbicos de gas al día desde 1961 [17]. La compañía australiana Linc Energy, copropietaria de la explotación, también abanderó un importante proyecto de investigación para la conversión del syngas a GTL en Chinchilla, en Australia, que generó problemas de contaminación de las aguas con tolueno y benceno. Otras empresas como Cougar o Carbon Energy han desarrollado proyectos también en el estado de Queensland, pero no han producido resultados significativos. Todo ello ha provocado que en abril de 2016 el gobierno federal anunciara una prohibición inmediata de la actividad [18].

Mientras que en China, India, Sudáfrica o Estados Unidos hay proyectos que parecen seguir hacia delante, en Europa el desarrollo de la tecnología está encontrando algunos reveses, como el reciente anuncio del gobierno escocés del establecimiento de una moratoria ante las incertidumbres relativas al medio ambiente y la salud [19].

Otra vuelta de tuerca climática

La quema parcial del carbón para la generación de syngas produce CO2. Y los combustibles elaborados a partir del syngas para producir electricidad, generan nuevas emisiones durante su combustión. Un escenario tendencial de desarrollo de la UCG supondría unas emisiones anuales procedentes de este sector de 3-10 Gt CO2/año para 2050 [20]. Es una cantidad muy significativa, teniendo en cuenta que las emisiones mundiales del sector eléctrico se sitúan actualmente en torno a las 32 Gt de CO/año [21]. Por ello los proponentes de esta técnica solo vislumbran su viabilidad comercial si es acoplada a tecnologías de captura y almacenamiento de carbono (CCS). Y ven en el propio hueco generado en la veta de carbón tras el proceso de gasificación un almacén potencial interesante, a pesar de que su viabilidad como depósito no ha sido demostrada hasta la fecha.

Ya sea inyectando el CO2 en estos u otros almacenamientos subterráneos o utilizándolo como materia prima para otros procesos (plásticos, grafeno, recuperación mejorada de petróleo,...) el problema es que la tecnología de captura subterránea de carbón no solo no está madura sino que los proyectos piloto desarrollados hasta la fecha están haciendo aguas por diversos problemas, principalmente relativos a la ineficiencia en la modalidad de pre-combustión (capturas por debajo del 50%) y de viabilidad económica. Aún aplicando algún tipo de captura parcial al CO2 generado en estos procesos, existe un problema de capacidad para el almacenamiento de todo el CO2 generado. Además, el acoplamiento de procesos de captura hará bajar aún más la Tasa de retorno Energético y subir el costo de las operaciones, a no ser que el precio del CO2 subiera significativamente. En cualquier caso, desarrollar la gasificación subterránea de carbón es dar un balón de oxígeno al carbón, y fiar su desarrollo a una tecnología cuanto menos dudosa es algo que no deberíamos ni plantearnos con el actual panorama de emergencia climática.




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