Energía del carbón: la tecnología con la que se mide todo lo demás
Resulta tentador tratar el carbón como un problema resuelto en vías de desaparición. En el mundo no es ni lo uno ni lo otro. La generación con carbón alcanzó récords en la década de 2020, y la central asiática media es lo bastante joven como para funcionar otros treinta años. Cualquier relato honesto del sistema energético tiene que empezar describiendo lo que realmente hay.
De la roca a la rotación
Una central de carbón es una máquina para hervir agua. El carbón llega por ferrocarril o cinta, se pulveriza hasta un polvo más fino que la harina para que arda casi como un gas y se insufla en un hogar donde quema a unos 1.500 grados. Las paredes del hogar están recubiertas de tubos con agua, que absorbe el calor y se convierte en vapor.
Ese vapor, a hasta 600 grados y 250 o más atmósferas, mueve una turbina en varias etapas de presión decreciente. La turbina hace girar un generador y la electricidad sale por un transformador. El vapor agotado se condensa de nuevo a agua en un condensador refrigerado por un río, el mar o una torre, y el ciclo se repite. Es el ciclo Rankine, la misma arquitectura que emplean las centrales de fisión nuclear, de biomasa y de solar de concentración: solo cambia la fuente de calor.
La densidad energética es lo que convirtió al carbón en el cimiento de la energía industrial. Un kilogramo de hulla contiene entre 24 y 30 megajulios, suficiente para mantener un hervidor doméstico funcionando horas. Es denso, almacenable, transportable por barco y tren, y reposa en una pila en el patio sin fugarse, evaporarse ni necesitar frío.
Esa última propiedad se infravalora en las comparaciones. Una central de carbón guarda semanas de combustible en el emplazamiento, así que le resulta indiferente el clima, la hora y la estación: la cuestión del factor de capacidad que define a la eólica y la solar no se plantea. Lo que entrega a cambio es todo lo que sale por la chimenea.
Por qué el rendimiento se detiene cerca del 45 por ciento
El techo teórico de cualquier máquina térmica es el rendimiento de Carnot, fijado por las temperaturas entre las que opera. Una planta que toma vapor a 600 grados y cede calor a 30 tiene un límite de Carnot en torno al 65 por ciento. Las centrales reales alcanzan el 45 como mucho, porque las turbinas, bombas y tuberías reales tienen rozamiento y los intercambiadores reales necesitan diferencias de temperatura para funcionar.
El rendimiento sube, por tanto, con la temperatura del vapor, y toda la historia del desarrollo de las centrales de carbón es la historia de empujar esa temperatura hacia arriba. Las plantas subcríticas operan por debajo del punto crítico del agua, hacia 540 grados, y alcanzan del 33 al 37 por ciento. Las supercríticas superan los 374 grados y 221 bar, donde el agua deja de distinguir entre líquido y vapor, y llegan al 40-42. Los diseños ultrasupercríticos empujan a 600 grados y más para lograr cerca del 45.
El obstáculo por encima de eso es metalúrgico, no termodinámico. Tubos de caldera y álabes de turbina a 700 grados bajo 300 atmósferas durante treinta años exigen superaleaciones de base níquel cuyo coste ha superado hasta ahora el valor del rendimiento ganado. Los programas ultrasupercríticos avanzados llevan dos décadas en Europa, Japón y China sin alcanzar el despliegue comercial.
La distancia entre lo mejor y la media importa más que el techo. El rendimiento medio del parque mundial ronda el 37 por ciento, así que una parte sustancial de la generación con carbón funciona con tecnología de hace décadas. Acercar la media a la mejor disponible recortaría las emisiones cerca de una quinta parte para la misma electricidad, una de las palancas mayores y menos discutidas.
Qué sale
El dióxido de carbono es inevitable. Quemar carbono lo produce, y ningún proceso de combustión puede esquivar esa química. Una central de carbón emite unos 820 gramos por kilovatio-hora en ciclo de vida, frente a cerca de 490 del gas natural, 12 de la eólica, 11 de la nuclear y 41 de la fotovoltaica. Reducirlo exige quemar menos carbón o capturar el producto, que es lo que intenta la captura de carbono.
Todo lo demás en los gases de combustión puede controlarse, y en los países ricos en gran medida se controla. El dióxido de azufre, causante de la lluvia ácida, se elimina mediante desulfuración, normalmente haciéndolo reaccionar con caliza para producir yeso. Los óxidos de nitrógeno se reducen mediante combustión escalonada y reducción catalítica selectiva. Las partículas las retienen precipitadores electrostáticos y filtros de mangas con eficacias superiores al 99 por ciento.
El mercurio es el caso incómodo. El carbón contiene trazas de mercurio que se volatilizan en el hogar y resultan difíciles de capturar, y la combustión de carbón figura entre las mayores fuentes humanas de mercurio atmosférico del mundo.
El residuo sólido es ceniza, alrededor del 10 por ciento del carbón en masa, con los elementos traza que contenía la roca, incluidas pequeñas cantidades de uranio y torio. Buena parte se emplea en cemento y hormigón, lo que es genuinamente útil, y el resto se almacena en balsas o vertederos, donde la estanqueidad es el problema persistente.
Por qué persiste
La generación con carbón ha caído con fuerza en Europa y Norteamérica y ha subido en Asia, y el total mundial alcanzó récords en la década de 2020. La explicación no es que alguien considere bueno el carbón. Es que las centrales existen, están pagadas y muchas son jóvenes.
La central media de China e India tiene unos 15 años frente a una vida de diseño de 40 o más. Cerrar una no consiste en dejar de construir; consiste en amortizar un activo con décadas de valor restante, en economías donde la demanda eléctrica aún crece y donde la central suele pertenecer a un Estado o a un banco que prestó contra ella. Es un problema financiero y político, y por eso los calendarios de cierre se negocian en lugar de diseñarse.
La segunda razón es lo que el carbón aporta más allá de la energía. Funciona al margen del clima, lleva su propio depósito de combustible y sus turbinas giratorias suministran la inercia de red que estabiliza la frecuencia. Una red que sustituya al carbón debe sustituir también esos servicios y no solo los kilovatios-hora, y por eso la discusión pasa enseguida al almacenamiento, al transporte y a las fuentes de funcionamiento continuo.
La tercera es el empleo y el territorio. La minería y la generación con carbón están concentradas geográficamente, así que el cierre recae sobre localidades concretas en lugar de repartirse. Todo programa serio de transición ha tenido que tratar eso como un problema central y no como una nota al pie, y los que no lo hicieron han fracasado políticamente por lo general.
Preguntas frecuentes
¿Qué rendimiento tiene una central de carbón?
Una planta ultrasupercrítica moderna convierte cerca del 45 por ciento de la energía del combustible en electricidad. Las subcríticas antiguas llegan al 33-37 por ciento, y la media mundial ronda el 37. El límite procede de la relación de Carnot entre la temperatura del vapor y la del condensador, y de lo que toleran las aleaciones de caldera.
¿Por qué no pueden hacerse mucho más eficientes?
El rendimiento sube con la temperatura del vapor, pero los tubos y álabes que funcionan a 700 grados y 300 atmósferas durante décadas exigen superaleaciones de níquel que cuestan más de lo que vale el rendimiento ganado. Los programas ultrasupercríticos avanzados llevan veinte años sin despliegue comercial.
¿Cuánto dióxido de carbono produce el carbón?
Unos 820 gramos por kilovatio-hora en ciclo de vida, frente a cerca de 490 del gas natural, 41 de la fotovoltaica, 12 de la eólica y 11 de la nuclear. El carbón aporta cerca de un tercio de la electricidad mundial y alrededor del 40 por ciento de las emisiones de dióxido de carbono de origen energético.
¿Puede quemarse carbón de forma limpia?
El dióxido de azufre, los óxidos de nitrógeno y las partículas pueden eliminarse de los gases con alta eficacia, y en los países ricos así se hace. El dióxido de carbono no puede eliminarse por química de combustión: es el producto. Capturarlo exige equipos de captura, que encarecen la planta y consumen parte de su producción.
¿Por qué sigue creciendo el uso mundial del carbón?
Porque el parque asiático es joven -unos 15 años de media frente a 40 de vida de diseño- y la demanda sigue creciendo. Cerrar una central significa amortizar décadas de valor restante, normalmente contra balances estatales o bancarios. La restricción es financiera y política, no técnica.
