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Lignito

Un depósito de lignito (arriba) y una briqueta de lignito. El lignito ( del latín lignum ' madera ' ), a menudo llamado carbón marrón , [ 1 ] es una roca sedimentaria blanda, ma...

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Un depósito de lignito (arriba) y una briqueta de lignito.

El lignito ( del latín lignum ' madera ' ), a menudo llamado carbón marrón , [ 1 ] es una roca sedimentaria blanda, marrón y combustible formada a partir de turba comprimida naturalmente . Tiene un contenido de carbono de alrededor del 25-35% [ 1 ] [ 2 ] y se considera el carbón de menor rango debido a su contenido calorífico relativamente bajo . Cuando se extrae del suelo, contiene una cantidad muy alta de humedad , lo que explica parcialmente su bajo contenido de carbono. El lignito se extrae en todo el mundo y se utiliza casi exclusivamente como combustible para la generación de energía termoeléctrica . 

La combustión del lignito produce menos calor por la cantidad de dióxido de carbono y azufre liberados que otros tipos de carbón. Por consiguiente, el lignito es el carbón más perjudicial para la salud humana. [ 3 ] Dependiendo de la fuente, el lignito puede contener diversos metales pesados ​​tóxicos , incluidos materiales radiactivos de origen natural , que quedan en las cenizas volantes producidas por su combustión, lo que aumenta aún más los riesgos para la salud. [ 4 ]

Características

Extracción de lignito, oeste de Dakota del Norte , EE. UU. (c. 1945)

El lignito es de color marrón negruzco y tiene un contenido de carbono del 60-70 por ciento en base seca y libre de cenizas. Sin embargo, su contenido de humedad inherente a veces llega al 75 por ciento [ 1 ] y su contenido de cenizas oscila entre el 6 y el 19 por ciento, en comparación con el 6-12 por ciento del carbón bituminoso . [ 5 ] Como resultado, su contenido de carbono en base a la materia tal como se recibe (es decir, que contiene tanto la humedad inherente como la materia mineral) suele ser de tan solo el 25-35 por ciento. [ 2 ]

Minería a cielo abierto de lignito en Tagebau Garzweiler en Alemania

El contenido energético del lignito varía de 10 a 20 MJ/kg (9 a 17 millones de BTU/tonelada corta) en base húmeda y libre de materia mineral. El contenido energético del lignito consumido en Estados Unidos promedia 15 MJ/kg (13 millones de BTU/tonelada corta) , en base tal como se recibe. [ 6 ] El contenido energético del lignito consumido en Victoria, Australia, promedia 8,6 MJ/kg (7,4 millones de BTU/tonelada corta) en base húmeda neta. [ 7 ]         

El lignito tiene un alto contenido de materia volátil, lo que facilita su conversión en gas y productos derivados del petróleo que otros carbones de mayor rango. Su alto contenido de humedad y su susceptibilidad a la combustión espontánea pueden causar problemas en el transporte y el almacenamiento. Los procesos que eliminan el agua del lignito reducen el riesgo de combustión espontánea al mismo nivel que el carbón negro, aumentan su poder calorífico hasta un nivel equivalente al del carbón negro y reducen significativamente el perfil de emisiones del lignito densificado a un nivel similar o mejor que el de la mayoría de los carbones negros. [ 8 ] [ 9 ] Sin embargo, la eliminación de la humedad incrementa el costo del lignito final.

El lignito se degrada rápidamente al exponerse al aire, en un proceso llamado aflojamiento (o relajación ). [ 10 ]

Usos

Mina de lignito al fondo de Lützerath , Alemania.

La mayor parte del lignito se utiliza para generar electricidad. [ 2 ] Sin embargo, pequeñas cantidades se emplean en la agricultura , la industria e incluso, como azabache , en joyería . Su uso histórico como combustible para calefacción doméstica ha disminuido continuamente y ahora tiene menor importancia que su uso para generar electricidad.

Como combustible

Capa de lignito para explotación minera en Lom ČSA, República Checa.

El lignito se encuentra a menudo en capas gruesas cerca de la superficie, lo que hace que su extracción sea económica. Sin embargo, debido a su baja densidad energética , su tendencia a desmoronarse y su alto contenido de humedad, el carbón marrón es difícil de transportar y no se comercializa ampliamente en el mercado mundial en comparación con los carbones de mayor calidad. [ 1 ] [ 7 ] A menudo se quema en centrales eléctricas cercanas a las minas, como en las plantas de Bełchatów y Turów en Polonia , Latrobe Valley en Australia y las plantas de Monticello y Martin Lake de Luminant en Texas. Debido principalmente al alto contenido de humedad latente y la baja densidad energética del lignito, las emisiones de dióxido de carbono de las centrales eléctricas tradicionales de lignito son generalmente mucho mayores por megavatio-hora generado que las de centrales comparables de carbón negro, siendo la central con mayores emisiones del mundo la central eléctrica Hazelwood de Australia [ 11 ] hasta su cierre en marzo de 2017. [ 12 ] El funcionamiento de las centrales tradicionales de lignito, en particular en combinación con la minería a cielo abierto , es políticamente controvertido debido a las preocupaciones ambientales. [ 13 ] [ 14 ]

La República Democrática Alemana dependió en gran medida del lignito para lograr la autosuficiencia energética , y finalmente obtuvo el 70% de sus necesidades energéticas del lignito. [ 15 ] El lignito también fue una materia prima importante para la industria química a través del proceso Bergius o la síntesis Fischer-Tropsch en lugar del petróleo, [ 16 ] que tuvo que importarse a cambio de divisas fuertes tras un cambio en la política de la Unión Soviética en la década de 1970, que anteriormente había suministrado petróleo a precios inferiores a los del mercado. [ 17 ] Los científicos de Alemania Oriental incluso convirtieron el lignito en coque apto para usos metalúrgicos ( coque de lignito de alta temperatura ) y gran parte de la red ferroviaria dependía del lignito, ya sea a través de trenes de vapor o líneas electrificadas alimentadas principalmente con energía derivada del lignito. [ 17 ] Alemania Oriental fue el mayor productor de lignito durante gran parte de su existencia como estado independiente.

En 2014, alrededor del 12 por ciento de la energía de Alemania y, específicamente, el 27 por ciento de su electricidad provenían de centrales eléctricas de lignito, [ 18 ] mientras que en Grecia , en 2014 , el lignito proporcionó alrededor del 50 por ciento de sus necesidades energéticas. Alemania ha anunciado planes para eliminar gradualmente el lignito a más tardar en 2038. [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] Grecia ha confirmado que la última central de carbón se cerrará en 2025 tras recibir presión de la Unión Europea [ 23 ] y planea invertir fuertemente en energías renovables . [ 24 ]

Calefacción doméstica

El lignito se usaba y se usa como sustituto o en combinación con la leña para la calefacción doméstica. Generalmente se prensa en briquetas para este uso. [ 25 ] [ 26 ] Debido al olor que desprende al quemarse, el lignito solía considerarse un combustible para personas pobres en comparación con los carbones duros de mayor valor. En Alemania, las briquetas aún están fácilmente disponibles para los consumidores finales en tiendas de bricolaje y supermercados. [ 27 ] [ 28 ] [ 29 ] [ 30 ]

En agricultura

Un uso ambientalmente beneficioso del lignito es en la agricultura. El lignito puede tener valor como enmienda de suelo ambientalmente inocua , mejorando el intercambio catiónico y la disponibilidad de fósforo en los suelos, a la vez que reduce la disponibilidad de metales pesados, [ 31 ] [ 32 ] y puede ser superior a los humatos de K comerciales. [ 33 ] Las cenizas volantes de lignito producidas por la combustión de lignito en centrales eléctricas también pueden ser valiosas como enmienda de suelo y fertilizante. [ 34 ] Sin embargo, faltan estudios rigurosos sobre los beneficios a largo plazo de los productos de lignito en la agricultura. [ 35 ]

El lignito también puede utilizarse para el cultivo y la distribución de microorganismos de control biológico que suprimen las plagas de las plantas. El carbono aumenta la materia orgánica del suelo, mientras que los microorganismos de control biológico ofrecen una alternativa a los plaguicidas químicos. [ 36 ]

La leonardita es un acondicionador de suelos rico en ácidos húmicos que se forman por oxidación natural cuando el lignito entra en contacto con el aire. [ 37 ] El proceso puede replicarse artificialmente a gran escala. [ 38 ] El lignito xiloide (con forma de madera) menos maduro también contiene altas cantidades de ácido húmico. [ 39 ]

En el lodo de perforación

La reacción con amina cuaternaria forma un producto llamado lignito tratado con amina (ATL), que se utiliza en el lodo de perforación para reducir la pérdida de fluido durante la perforación. [ 40 ]

Como adsorbente industrial

El lignito podría tener usos potenciales como adsorbente industrial . Los experimentos muestran que su adsorción de azul de metileno se encuentra dentro del rango de los carbones activados que utiliza actualmente la industria. [ 41 ]

En joyería

El azabache es una forma de lignito que se ha utilizado como gema. [ 42 ] Los artefactos de azabache más antiguos datan del 10 000 a. C. [ 43 ] y el azabache se utilizó ampliamente en collares y otros ornamentos en Gran Bretaña desde el Neolítico hasta el final de la Britania romana . [ 44 ] El azabache experimentó un breve resurgimiento en la Gran Bretaña victoriana . [ 45 ]

Geología

El pantano de Okefenokee , un pantano moderno formador de turba.
Estructura molecular parcial de una molécula orgánica derivada de la lignina en el lignito.

El lignito se origina a partir de materia vegetal parcialmente descompuesta, o turba. La turba tiende a acumularse en zonas con alta humedad, subsidencia lenta del terreno y sin la acción de ríos u océanos; en estas condiciones, la zona permanece saturada de agua, que cubre la vegetación muerta y la protege del oxígeno atmosférico. Los pantanos de turba se encuentran en diversos climas y entornos geográficos. Las bacterias anaeróbicas pueden contribuir a la degradación de la turba, pero este proceso es lento, especialmente en aguas ácidas. El enterramiento por otros sedimentos ralentiza aún más la degradación biológica, y las transformaciones posteriores son consecuencia del aumento de las temperaturas y presiones subterráneas. [ 46 ]

El lignito se forma a partir de turba que no ha sido sometida a enterramiento profundo ni a calentamiento. Se forma a temperaturas inferiores a 100 °C (212 °F) , [ 1 ] principalmente por degradación bioquímica. Esto incluye el proceso de humificación, en el que los microorganismos extraen hidrocarburos de la turba y forman ácidos húmicos, que disminuyen la tasa de descomposición bacteriana. En el lignito, la humificación es parcial y se completa solo cuando el carbón alcanza el rango subbituminoso. [ 47 ] El cambio químico más característico en la materia orgánica durante la formación del lignito es la marcada reducción en el número de grupos funcionales C=O y COR. [ 48 ]  

Los depósitos de lignito suelen ser más jóvenes que los carbones de mayor rango, y la mayoría de ellos se formaron durante el período Terciario . [ 1 ]

Extracción

El lignito se encuentra a menudo en capas gruesas cerca de la superficie. [ 1 ] [ 7 ] Su extracción es económica mediante diversas formas de minería a cielo abierto , aunque esto puede provocar graves daños ambientales. [ 49 ] Las regulaciones en Estados Unidos y otros países exigen que los terrenos explotados mediante minería a cielo abierto se restauren a su productividad original una vez finalizada la extracción. [ 50 ]

La minería a cielo abierto de lignito en Estados Unidos comienza con perforaciones para determinar la extensión de los estratos subterráneos. La capa superficial y el subsuelo deben retirarse adecuadamente y utilizarse para recuperar áreas previamente explotadas o almacenarse para su futura recuperación. La remoción de la capa superficial con excavadoras y camiones prepara el área para la remoción de dicha capa con dragalinas , lo que permite exponer los estratos de lignito. Estos se fragmentan con tractores especialmente equipados ( desgarro de carbón ) y luego se cargan en camiones volquete con cargadores frontales . [ 51 ]

Una vez extraído el lignito, la restauración implica nivelar los escombros de la mina para que se aproximen lo más posible a la superficie original del terreno (Contorno Original Aproximado o AOC). Se restauran el subsuelo y la capa superficial del suelo, y se vuelve a sembrar la tierra con diversas gramíneas. En Dakota del Norte , se exige una fianza de cumplimiento a la empresa minera durante al menos diez años después del cese de las operaciones mineras para garantizar que la tierra haya sido restaurada a su plena productividad. [ 50 ] En Estados Unidos, la Ley de Control y Recuperación de la Minería a Cielo Abierto de 1977 exige una fianza (no necesariamente en esta forma) para la rehabilitación de minas . [ 52 ]

Recursos y reservas

Lista de países según sus recursos de lignito.

Australia

El valle de Latrobe, en Victoria , Australia , contiene reservas estimadas de unos 65 mil millones de toneladas de lignito. [ 53 ] El yacimiento equivale al 25 por ciento de las reservas mundiales conocidas. Las vetas de carbón alcanzan hasta 98 ​​metros (322 pies) de espesor, y la presencia de múltiples vetas suele dar lugar a un espesor prácticamente continuo de lignito de hasta 230 m (755 pies) . Las vetas están cubiertas por muy poca sobrecarga ( de 10 a 20 m [de 33 a 66 pies] ). [ 53 ]     

Una alianza liderada por Kawasaki Heavy Industries y respaldada por los gobiernos de Japón y Australia ha comenzado a extraer hidrógeno del lignito. El hidrógeno líquido se transportará a Japón a través del buque Suiso Frontier . [ 54 ]

América del norte

Los mayores yacimientos de lignito en Norteamérica son los de la Costa del Golfo y el campo de lignito de Fort Union. Los de la Costa del Golfo se ubican en una franja que se extiende desde Texas hasta Alabama , aproximadamente paralela a la costa del Golfo. El campo de lignito de Fort Union se extiende desde Dakota del Norte hasta Saskatchewan . Ambos son importantes fuentes comerciales de lignito. [ 10 ]

Tipos

El lignito se puede clasificar en dos tipos: lignito xiloide o madera fósil , y lignito compacto o lignito perfecto.

Aunque el lignito xiloide a veces puede tener la tenacidad y el aspecto de la madera común, se puede observar que el tejido leñoso combustible ha sufrido una gran modificación. Se puede reducir a un polvo fino por trituración y, si se somete a la acción de una solución débil de potasa , produce una cantidad considerable de ácido húmico . [ 39 ] La leonardita es una forma oxidada de lignito, que también contiene altos niveles de ácido húmico. [ 55 ]

El azabache es una forma endurecida y similar a una gema de lignito que se utiliza en varios tipos de joyería. [ 42 ]

Producción

Alemania es el mayor productor de lignito, [ 56 ] seguida de China , Rusia y Estados Unidos . [ 57 ] El lignito representó el 8% de toda la producción de carbón de EE. UU. en 2019. [ 2 ]

  1. ↑ Alemania Oriental pasó a formar parte de Alemania como resultado de la reunificación alemana en 1990.
  2. 1 2 3 Los datos anteriores al año 2000 corresponden únicamente a Alemania Occidental .
  3. 1 2 3 Los datos anteriores al año 2000 representan a la Unión Soviética .
  4. ↑ El país formaba parte de la Unión Soviética durante este período.
  5. ↑ Checoslovaquia se disolvió en 1993.
  6. ↑ El país formaba parte de Checoslovaquia durante este período.
  7. ↑ Los datos de 2000 corresponden a la República Federal de Yugoslavia .
  8. ↑ Yugoslavia se desintegró en un proceso que concluyó en 1992.
  9. ↑ El país formaba parte de Yugoslavia durante este período.
  10. 1 2 3 El país formaba parte de la República Federal de Yugoslavia durante este tiempo.
  11. 1 2 3 4 5 6 Los albaneses declararon unilateralmente su independencia de Serbia , pero el país no es miembro de la ONU y su estatus es objeto de mucha controversia.

Véase también

Referencias

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