¿De dónde viene el carbón?

En los pantanos tropicales de la antigua Kentucky, no había nadie cerca para escuchar si los árboles que caían hacían ruido. Sin embargo, unos 300 millones de años después, el ruido es ineludible: esos árboles ahora son carbón, un combustible fósil que ha ayudado durante mucho tiempo a los humanos a generar electricidad, pero cuyos demonios internos también evocan el cambio climático.

El carbón todavía proporciona una gran parte de la electricidad de los EE. UU., Y dado que más de una cuarta parte de las reservas mundiales se encuentran bajo suelo estadounidense, es una fuente de energía comprensiblemente tentadora. La roca orgánica es tan potente y abundante, de hecho, que los recursos de carbón de EE. UU. Tienen un contenido total de energía más alto que todo el petróleo recuperable conocido del mundo.

Pero el carbón también tiene un lado oscuro: su alto contenido de carbono significa que emite más dióxido de carbono que otros combustibles fósiles, lo que le da una huella de carbono desproporcionadamente grande. Agregue los costos ecológicos de la eliminación de la cima de la montaña, el almacenamiento de cenizas volantes y el transporte de carbón, y el bulto negro pierde aún más su brillo.

El Departamento de Energía de EE. UU. Y la industria de la energía eléctrica han invertido mucho a lo largo de los años para limpiar el carbón, desde su dióxido de azufre y óxidos de nitrógeno hasta sus partículas y mercurio, con cierto éxito. Sin embargo, sus emisiones de gases de efecto invernadero hasta ahora han desafiado los esfuerzos de contención rentables.

Ahora que el carbón genera casi tantos titulares como megavatios, no hay muchas posibilidades de detenerse y considerar de dónde proviene toda esta energía subterránea en primer lugar. Pero para comprender completamente los fantasmas basados ​​en el carbono que ahora atormentan nuestra atmósfera, es útil echar un vistazo a los fósiles detrás del combustible.

¿Cómo se forma el carbón?

La receta básica para cualquier buen combustible fósil es simple: mezcle la turba con agua ácida e hipóxica, cubra con sedimento y cocine a temperatura alta durante al menos 100 millones de años. Cuando estas condiciones ocurrieron en tierra en masa durante el Período Carbonífero, especialmente en los vastos pantanos de turba tropical que dieron su nombre al período, lanzaron el largo y lento proceso de coalificación.

"La mayoría de los carbones se formaron cerca del ecuador durante el Carbonífero", dice el geólogo Leslie Ruppert, que se especializa en química del carbón para el Servicio Geológico de los Estados Unidos. "Las masas de tierra que tienen estos gruesos carbones estaban cerca del ecuador, y las condiciones eran lo que llamamos 'siempre húmedo', que significa toneladas y toneladas de lluvia".

Mientras que un supercontinente llamado Gondwanaland acaparaba gran parte de la tierra de la Tierra cerca del Polo Sur en ese momento, unos pocos rezagados se cernían alrededor del ecuador, especialmente América del Norte, China y Europa (ver ilustración a la derecha). El clima cálido y "siempre húmedo" ayudó a crear enormes pantanos de turba a través de estas masas de tierra, que no son coincidencia de algunos de los principales productores de carbón de hoy. En lo que ahora es Estados Unidos, los pantanos de turba carbonífera cubrieron gran parte de la costa este y el medio oeste, proporcionando forraje para las actuales operaciones mineras de carbón de los Apalaches y el medio oeste.

La formación de carbón comienza cuando muchas plantas mueren en pantanos densos y estancados como los carboníferos. Las bacterias pululan para comer todo, consumiendo oxígeno en el proceso, a veces demasiado para su propio bien. Dependiendo de la cantidad y frecuencia de banquetes bacterianos, las aguas superficiales del pantano pueden agotarse con oxígeno, eliminando las mismas bacterias aeróbicas que lo consumieron todo. Con estos microbios descomponedores desaparecidos, la materia vegetal deja de descomponerse cuando muere, en lugar de acumularse en montones blandos conocidos como turba.

"La turba fue enterrada lo suficientemente rápido y enterrada en un ambiente anaeróbico, lo que sucede fortuitamente aquí y allá", dice el geólogo de investigación del USGS Paul Hackley. "Un ambiente anaeróbico evitó la degradación bacteriana. A medida que el pantano de turba continúa creciendo, es posible que tenga cientos de pies de turba".

La turba misma se ha utilizado durante mucho tiempo como fuente de combustible en algunas partes del mundo, pero aún está muy lejos del carbón. Para que esa transformación suceda, el sedimento eventualmente debe cubrir la turba, explica Hackley, comprimiéndola en la corteza terrestre. Esa sedimentación puede ocurrir de varias maneras, y se extendió por muchos pantanos de turba cuando el período carbonífero terminó hace unos 300 millones de años. A medida que los continentes se movieron y los climas cambiaron, la turba fue empujada hacia abajo aún más profundamente, con rocas que la aplastaban desde arriba y el calor geotérmico la asaba desde abajo. Durante millones de años, estos depósitos geológicos de turba cocidos a presión Crock-Pot para crear lechos de carbón.

Si bien las minas montañosas de Appalachia se conectan con algunos de los lechos de carbón más antiguos, más grandes e icónicos del país, el carbón estadounidense no se formó de una sola vez, señala Ruppert. El Período Carbonífero, que precedió a los dinosaurios, fue el apogeo de las turberas, pero la nueva coalificación continuó durante y después de la edad de los dinosaurios.

"En todo Estados Unidos, muchos depósitos de carbón no son carboníferos", dice Ruppert. "Tenemos carbones carboníferos más viejos en el este - los Apalaches, la cuenca de Illinois - mientras que en el oeste, los carbones son mucho más jóvenes".

De hecho, Occidente es ahora la principal región productora de carbón de Estados Unidos, produciendo un flujo constante de carbones menos maduros de las eras Mesozoica y Cenozoica. Las minas de carbón más prolíficas del país se encuentran en la cuenca del río Powder, un cuenco subterráneo que se extiende a ambos lados de la línea estatal de Montana-Wyoming. A diferencia de los carbones carboníferos, dice Ruppert, los depósitos más jóvenes en el oeste se formaron principalmente dentro de grandes cuencas que surgieron de mares poco profundos y gradualmente se deslizaron nuevamente bajo tierra.

"América del Norte ya no estaba en el ecuador [cuando se formaron los carbones occidentales], sino que también tenía cuencas que se hundían rápidamente que eran tectónicamente activas", dice ella. "Se formaron cuencas sedimentarias profundas, y la vegetación finalmente se transformó en turba porque las cuencas eran muy profundas y continuaron disminuyendo durante mucho tiempo. La lluvia fue correcta, el clima fue correcto y luego todo se enterró".

¿Cuáles son los tipos de carbón?

La coalificación es un proceso continuo, con muchos de los carbones que actualmente desenterramos y quemamos aún considerados "inmaduros" según los estándares geológicos. Los cuatro tipos principales se enumeran a continuación, en orden de madurez:

• Lignito: este fósil suave, desmenuzable y de color claro es el producto de turba menos maduro que se considera carbón. Algunos de los lignitos más jóvenes aún contienen trozos visibles de corteza y otras materias vegetales, aunque la geóloga del USGS Susan Tewalt dice que eso es raro en los Estados Unidos. "Hay algunos lignitos en los que aún se pueden ver estructuras leñosas, pero la mayoría de nuestro lignito es un grado un poco más alto que eso", dice ella. Para empezar, el lignito es carbón de bajo grado, que contiene solo alrededor del 30 por ciento de carbono, ya que no ha experimentado el intenso calor y la presión que forjaron tipos más fuertes. Se encuentra en gran parte de la llanura costera del golfo y el norte de las Grandes Llanuras, pero solo hay 20 minas de lignito en operación en Estados Unidos, la mayoría en Texas y Dakota del Norte, ya que a menudo no es económico excavar. El lignito representa aproximadamente el 9 por ciento de las reservas de carbón demostradas en los EE. UU. Y el 7 por ciento de la producción total, la mayor parte de la cual se quema en las centrales eléctricas para generar electricidad.

• Subbituminoso: un poco más duro y más oscuro que el lignito, el carbón subbituminoso también es más poderoso (hasta un 45 por ciento de contenido de carbono) y más antiguo, generalmente data de al menos 100 millones de años. Alrededor del 37 por ciento de las reservas de carbón demostradas en los Estados Unidos son subbituminosas, todas ubicadas al oeste del río Mississippi. Wyoming es el principal productor del país, pero los depósitos subbituminosos se encuentran dispersos por las Grandes Llanuras y las montañas Rocosas orientales. La cuenca del río Powder, la mayor fuente individual de carbón de EE. UU., Es un depósito subbituminoso.

• Bituminoso: como el tipo de carbón más abundante que se encuentra en los Estados Unidos, el bituminoso representa más de la mitad de las reservas demostradas del país. Formado bajo calor y presión extremos, puede tener 300 millones de años y contener entre 45 y 86 por ciento de carbono, lo que le da hasta tres veces el valor de calentamiento del lignito. Virginia Occidental, Kentucky y Pensilvania son los principales productores de carbón bituminoso de Estados Unidos, que se concentra principalmente al este del Mississippi. Es ampliamente utilizado para generar electricidad, y también es un importante combustible y materia prima para las industrias del acero y el hierro.

• Antracita: el abuelo de las brasas no es fácil de encontrar. La antracita es el tipo más oscuro, más duro y generalmente más antiguo, con un contenido de carbono del 86 al 97 por ciento. Es tan raro en los Estados Unidos que representa menos del medio por ciento de la producción total de carbón de los Estados Unidos y solo el 1.5 por ciento de las reservas demostradas. Todas las minas de antracita del país están ubicadas en la región del carbón del noreste de Pensilvania.

Estados Unidos tiene las mayores reservas globales de carbón conocidas del mundo, un total de casi 264 mil millones de toneladas. A medida que los mineros exhuman estos antiguos pantanos tropicales y plantas de energía que liberan sus vapores en el aire, se está desarrollando un clamor nacional y mundial sobre el futuro del carbón. Sin embargo, independientemente de lo que suceda con las futuras regulaciones de energía, la no capacidad hídrica del carbón eventualmente impulsará la búsqueda de alternativas si nada más lo hace: con el uso actual, incluso se espera que las reservas de los Estados Unidos duren otros 225 años.

Fotos cortesía de NASA, DOE, USGS

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