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El mundo no puede esperar a librarse de la necesidad de carbón. Si no se reduce drásticamente el uso del carbón, hay pocas posibilidades de alcanzar los objetivos de emisiones de gases de efecto invernadero y evitar los efectos más catastróficos del cambio climático.
Y la eliminación de este material no sólo tiene que ver con los gases de efecto invernadero: La extracción de carbón y su posterior combustión producen otras toxinas que contaminan nuestro aire, agua y suelo.
¿Qué hace que el carbón sea tan sucio? Para entenderlo, tendremos que ponernos la bata de laboratorio y abordar un poco de química.
Aritmética del efecto invernadero
El problema de los gases de efecto invernadero es relativamente fácil de entender. Todos los combustibles fósiles están formados principalmente por carbono e hidrógeno. Cuando se queman, el carbono se convierte en dióxido de carbono y el hidrógeno en agua. Cada una de esas reacciones produce una cantidad de calor ligeramente diferente.
C + O2 → CO2 genera 393 kJ de calor
H2 + 0,5 O2 → H2O genera 242 kJ de calor
El producto que más nos preocupa es el dióxido de carbono, un gas de efecto invernadero que atrapa el calor del sol en nuestra atmósfera. Lo que significa que el mejor combustible fósil -el que producirá menos emisiones de CO2 para generar la misma cantidad de calor- es el que contiene muchos átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono.
El gas natural gana esa batalla sin duda. Contiene principalmente metano, una sustancia química simple con la fórmula CH4. Eso significa que hay cuatro átomos de hidrógeno por cada átomo de carbono, el máximo que puede albergar un solo átomo de carbono.
La fórmula química del carbón es mucho más compleja (como veremos más adelante). Esto se debe a que, a diferencia del gas natural, el carbón es una mezcla de muchos miles de tipos de sustancias químicas. Pero para entender su producción de calor, podemos simplificar la fórmula del carbón a CH (es decir, un átomo de hidrógeno por cada átomo de carbono).
El resultado es que el carbón produce el doble de dióxido de carbono por unidad de energía calorífica en comparación con el gas natural.
Empezando de cero
Además de la contribución de los gases de efecto invernadero al cambio climático, el carbón tiene otros problemas. Estos tienen que ver con cómo se formó el material.
«El carbón es el sólido más complejo que hemos encontrado y analizado», afirma Jonathan Mathews, científico especializado en carbón de la Universidad de Pensilvania.
Hace muchos millones de años, algún tipo de acontecimiento natural -tal vez una inundación, tal vez un tifón- sepultó vastos bosques bajo el agua. Al depositarse nuevas capas de suelo sobre los árboles, privándolos de aire, la madera enterrada se convirtió lentamente en turberas. Se acumularon más y más capas de sedimentos, aumentando la presión y la temperatura por debajo, hasta que finalmente, la turbera se convirtió en carbón.
Estoy siendo impreciso a propósito sobre «muchos millones» porque los depósitos de carbón en diferentes regiones pueden tener diferentes edades. El carbón de Estados Unidos se creó durante el periodo Carbonífero, que duró entre 360 y 300 millones de años. El carbón australiano, en cambio, se formó durante el periodo Pérmico, hace entre 300 y 250 millones de años.
Debido a que originalmente se formó a partir de plantas, el carbón contiene principalmente carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno. El carbón ayudó a crear la rama de la química basada en el carbono que llamamos «química orgánica». Cuando el carbón se calienta en ausencia de aire, su compleja mezcla se descompone en formas más simples. Estas sustancias químicas -como el benceno, el tolueno, el naftaleno, el antraceno y el fenol- constituyen la base de los perfumes, los explosivos y los medicamentos.
Las plantas también tienen toda una serie de otros elementos de la tabla periódica en cantidades mucho menores. Durante su formación, el carbón puede absorber otros elementos que se encuentran en los depósitos de lodo que lo rodean o en el agua contaminada. Dependiendo de la geología de la región, los tipos y las cantidades de estos elementos varían; se ha detectado más de la mitad de la tabla periódica de elementos en diferentes tipos de carbón.
«El proceso por el que se forma el carbón agrava su complejidad», dice Mathews. «Por eso, casi todos los trozos de carbón encontrados son químicamente únicos».
Cuando el carbón se quema, muchos de estos elementos se vierten a la atmósfera junto con otros gases. Éstos pueden viajar kilómetros antes de aterrizar en las plantas o en el suelo, donde podrían ser absorbidos por los árboles o los cultivos y, finalmente, ser consumidos por los seres humanos. Algunos de estos elementos también pueden acabar en los pulmones de las personas, donde los venenosos como el estaño, el cadmio y el mercurio pueden causar verdaderos daños a los sistemas nervioso, digestivo e inmunológico.
A pesar de las regulaciones sobre la industria del carbón, estos metales acaban con frecuencia en el medio ambiente. Más del 40% de todas las emisiones de mercurio en Estados Unidos siguen procediendo de las centrales eléctricas de carbón. En 2014, solo en Estados Unidos, las actividades relacionadas con el carbón también liberaron 40 toneladas métricas de plomo, 30 toneladas de arsénico y 4 toneladas de cadmio.
Final de la niebla
Sin embargo, todos esos contaminantes químicos solo representan una parte del problema. La manifestación más visible del impacto medioambiental del carbón es el smog: el resultado de la reacción química de la combustión del carbón. Como el carbón es una mezcla compleja de sustancias químicas, no se quema tan limpiamente como el gas natural: no todo el carbono y el hidrógeno se convierten en dióxido de carbono y agua. En su lugar, el humo del carbón contiene partículas de carbono sin quemar o a medio quemar, óxido de azufre, óxidos de nitrógeno y muchas moléculas orgánicas complejas formadas en el proceso de combustión.
Cada una de ellas tiene su propia forma de causar daños. Veámoslos uno por uno.
Se trata de hongos: Las partículas no quemadas o medio quemadas del carbón pueden clasificarse como hollín. Su aspecto (y en gran medida su composición química) es similar al hollín que se encuentra en las chimeneas: un fino polvo negro. El hollín, que puede ser portador de cualquiera de los contaminantes mencionados anteriormente, es perjudicial para los pulmones. Pero es aún más dañino porque es lo suficientemente pequeño como para entrar en el torrente sanguíneo una vez inhalado. Incluso puede acabar en el cerebro. El carbón y otros combustibles sólidos utilizados en los hogares es una de las principales causas de muerte por contaminación del aire en la India. En la India, se sabe que el hollín recubre los glaciares, lo que los oscurece para atrapar más calor del sol y derretirse más rápido.
Oxido de azufre: A altas temperaturas dentro de un horno, el azufre del carbón y el oxígeno del aire se combinan para formar óxido de azufre, que es irritante si se respira. Cuando se combina con el agua, forma ácido sulfúrico, creando la lluvia ácida. En los años 60 y 70, la lluvia de azufre era un fenómeno común en Estados Unidos y otros países. Desde entonces, la mayoría de las centrales eléctricas están obligadas a instalar equipos que retiran las emisiones de azufre de la chimenea, pero todavía se cuela algo de azufre en la atmósfera.
Oxidos de nitrógeno: Al igual que el azufre, el nitrógeno del carbón se combina con el oxígeno del aire para formar una mezcla de óxidos de nitrógeno. Estos son irritantes y pueden causar enfermedades respiratorias como la neumonía. Los óxidos de nitrógeno también son químicamente activos, lo que significa que se mezclan con otros contaminantes de la atmósfera para crear otros nuevos, como el ozono.
Compuestos orgánicos volátiles (COV): La minería y la quema de carbón liberan compuestos nocivos basados en el carbono que persisten en la atmósfera en forma de gases. Con ellos pueden reaccionar los óxidos de nitrógeno para formar ozono y otros contaminantes. Estas sustancias químicas son perjudiciales para los seres humanos, otros animales y las plantas.
Monóxido de carbono: A veces, en lugar de que el carbono se combine con el oxígeno para formar dióxido de carbono, reaccionará para crear monóxido de carbono, un gas venenoso.
A lo largo de los años, las regulaciones de las centrales de carbón han ayudado a reducir algunos de estos contaminantes. Sin embargo, las centrales de carbón indias están muy retrasadas. En 2015, el gobierno fijó un plazo hasta 2017 para que las centrales eléctricas instalaran equipos que redujeran las emisiones de azufre y nitrógeno. Pocas centrales eléctricas habían cumplido el plazo, por lo que ahora el gobierno lo ha ampliado hasta 2022. Es probable que ese retraso provoque al menos 26.000 muertes prematuras y la pérdida de muchos millones de días de trabajo al año.
Los países más avanzados ya tienen instalados estos depuradores, y algunos de ellos incluso están dando un paso más. Dos centrales eléctricas de carbón, una en Canadá y otra en Estados Unidos, capturan ya la mayor parte del dióxido de carbono que producen. En ambos casos, el dióxido de carbono capturado se bombea al subsuelo para extraer petróleo. Una vez que la tecnología sea lo suficientemente barata, los emisores podrían simplemente enterrar su dióxido de carbono bajo tierra sin tener que subvencionar el proceso mediante la venta de petróleo.
Dicho esto, ninguna regulación podrá eliminar por completo las emisiones nocivas de la quema de combustibles fósiles. Sus daños sólo pueden quedar atrás si dejamos de extraerlos del suelo.