De los contaminantes primarios que son producidos por plantas eléctricas que usan combustibles fósiles como insumo principal y de los cuales se adquiere cierta preocupación se tienen el dióxido de carbono (CO2), dióxido de azufre (SO2), el óxido de nitrógeno (NOx) y mercurio (Hg).
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Emisiones de dióxido de carbono: este es el gas de efecto invernadero que se
emite en mayor proporción por actividades humanas. Asimismo, existen otros gases diferentes al CO2 los cuales son emitidos a la atmosfera directamente por actividades humanas, entre ellos se encuentran “el metano (CH4), el óxido nitroso (N2O) y un grupo de gases industriales que incluye los perfluorocarbonos (PFC), los hidrofluorocarbonos (HFC) y el hexafluoruro de azufre (SF6).” (Miller & Van Atten, 2004).
Los gases de efecto invernadero almacenan la energía de la luz infrarroja que absorben en la atmosfera, lo cual hace que se caliente el planeta de manera significativa. Este ambiente forma una serie de condiciones adecuadas para creación de la vida. Cuando se exceden los límites de este calor acumulado en la atmosfera se presenta un cambio brusco de temperatura promedio del planeta. “Este cambio puede afectar los patrones climáticos globales, lo que puede ocasionar la elevación de los niveles del mar, la destrucción de hábitats de animales y plantas, tormentas más frecuentes y severas, derretimiento de los glaciares y sequías.” (Miller & Van Atten, 2004)
De acuerdo al estudio de las “Emisiones atmosféricas de las centrales eléctricas en América de Norte”, se tiene que para las plantas eléctricas que emplean combustibles fósiles ubicadas en Canadá, Estados Unidos y México, del total de sus emisiones a la atmosfera, el 23%, 39% y 30% respectivamente, corresponden a emisiones nacionales de CO2, lo que indica que estas centrales eléctricas se convierten en una gran fuente de contaminación en sus territorios.
Tomando como referente el documento nombrado anteriormente, en el presentan una serie de cuadros con las emisiones de CO2 de las centrales eléctricas de Estados Unidos y Canadá, en donde listan más de 600 centrales eléctricas y realizan el reporte de las toneladas de CO2 que son emitidas de acuerdo a la cantidad de MWh que son generados al año, teniendo en cuenta los combustibles primarios que son empleados para la producción eléctrica como lo son el carbón, el petróleo y el gas natural. En esta tabla se puede apreciar que las plantas térmicas que usan carbón son las que presentan mayores índices de emisiones de CO2, en segundo lugar, se encuentran las plantas que emplean petróleo y en último lugar, las que utilizan el gas natural como insumo primario. A continuación, se muestra un aparte de la tabla antes mencionada para visualizar los datos obtenidos del estudio de emisiones (véase Tabla 5):
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Tabla 5 .Emisiones de CO2 de centrales eléctricas de Estados Unidos, según volumen anual. Central, Estado Generación de electricidad, MWh Emisiones de CO2 toneladas Índice de emisiones de CO2 kg/MWh Combustible primario Bowen, Georgia 21.674.542 19.968.520 921 Carbón Rockport, Indiana 16.643.319 15.274.755 918 Carbón Martin, Florida 12.834.607 7.413.132 578 Gas natural Northport, Nueva
York 7.278.114 5.193.350 714 Petróleo
Canal Station,
Massachusetts 4.602.939 3.691.411 802 Petróleo Lansing Smith,
Florida 4.020.641 2.726.898 678 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004)
Otro punto importante que se infiere del cuadro de emisiones involucra la relación que tienen las toneladas de CO2 que son emitidas al medio ambiente respecto a los MWh que son producidos en cada central eléctrica y su combustible primario ya que, para las plantas generadoras a base de carbón, las toneladas de CO2 son casi equivalentes a la generación de electricidad como se indica en la tabla para la central de Bowen en el estado de Georgia, mientras que para la planta térmica de petróleo del estado de Massachusetts se presentan una emisiones menores pero relativamente significativas a la generación eléctrica. Y, por último, se observa que las plantas eléctricas de gas natural poseen emisiones cerca del 50% del total de su producción energética anual, exponiéndolas como las alternativas de generación eléctrica con fuente convencional más amigable con el ambiente.
Con la siguiente figura se puede apreciar como es el comportamiento de los índices de emisiones de las centrales eléctricas listadas en el cuadro anterior.
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Figura 11 Índices de emisiones por centrales eléctricas en Estados Unidos
Fuente: los autores.
Emisiones de dióxido de azufre: es un gas que consiste en un átomo de azufre y
dos de oxígeno, es incoloro, irritante, tiene un olor penetrante que se comienza a percibir con 0,3 a 1,4 ppm. Este gas no es inflamable, ni explosivo, tiene mucha estabilidad, en agua se disuelve formando una disolución ácida, razón por la cual se dice que es el responsable de la lluvia ácida que se puede presentar en los ecosistemas del planeta. Su vida media en la atmósfera es de aproximadamente de 2 a 4 días.
Como principal fuente de emisión de dióxido de azufre a la atmósfera se encuentran la combustión de productos derivados del petróleo y la quema de minerales como el carbón de baja calidad en las centrales eléctricas. Existen también algunas fuentes naturales, como es el caso de los volcanes. La emisión de este gas es el contaminante primario emitido en mayor cantidad después del monóxido de carbono (CO).
La exposición a sulfatos como a los ácidos derivados del dióxido de azufre, implican graves riesgos para la salud humana, ya que éstos llegan al sistema circulatorio por medio de las vías respiratorias. La naturaleza también se ve afectada por este gas, debido que produce alteraciones en la morfología y fisiología de las plantas, la afectación que sufren las plantas se puede ver reflejado en la aparición de manchas de diferente color en ambas caras de las hojas que varían de acuerdo a la especie de planta y la concentración de dióxido de azufre a la que este expuesta. Los suelos y los cursos de agua también sufren un deterioro debido a las emisiones de dióxido de azufre.
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En la tabla que se muestra a continuación se pueden observar los índices de emisiones de SO2 para las centrales eléctricas que se vienen tomando como referencia.
Tabla 6. Emisiones de SO2 de centrales eléctricas de EU, según volumen anual. Central, Estado Generación de electricidad, MWh Emisiones de SO2 toneladas Índice de emisiones de SO2 kg/MWh Combustible primario Bowen, Georgia 21.674.542 145.763 6,73 Carbón Rockport, Indiana 16.643.319 48.259 2,90 Carbón Martin, Florida 12.834.607 13.890 1,08 Gas natural Northport, Nueva
York 7.278.114 21.932 3,01 Petróleo
Canal Station,
Massachusetts 4.602.939 19.971 4,34 Petróleo Lansing Smith,
Florida 4.020.641 10.673 2,65 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004)
Como se puede apreciar, existen variaciones en cuanto a las emisiones de dióxido de azufre contra la cantidad de energía producida y el combustible usado por cada planta térmica. Un aspecto que influye significativamente sobre este índice es el empleo de controles de contaminación después de la combustión, esto es posible mediante la instalación de sistemas depuradores los cuales alcanzan una eficiencia de reducción de emisiones cerca del 90%. Por ejemplo, las plantas de Bowen y Rockport usan el mismo combustible primario para su generación eléctrica, pero presentan índices de emisiones de SO2 muy diferentes, es decir que la planta de Bowen no realiza ningún control sobre sus emisiones de dióxido de azufre, razón por la cual esta central eléctrica tiene el mayor índice de emisión que las demás centrales indicadas en la tabla. Una vez más, la producción de energía por medio de la quema de gas natural es la opción que manifiesta menores índices de emisión.
Emisiones de óxidos de nitrógeno: al conjunto del óxido nítrico (NO) y el dióxido
de nitrógeno (NO2) se le conoce como óxidos de nitrógeno (NOx), los cuales se originan en la quema de combustibles fósiles y su paso a la atmosfera. La cantidad de nitrógeno presente en el combustible a quemar, el aire excedente que queda cargado con rastros de nitrógeno, la temperatura de combustión del aire y los controles de retención de óxidos de nitrógeno después de la combustión son los factores que determinan la contaminación que se genera por este elemento.
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Tabla 7 Emisiones de NOx de centrales eléctricas de EU, según volumen anual Central, Estado Generación de electricidad, MWh Emisiones de NOx toneladas Índice de emisiones de NOx kg/MWh Combustible primario Bowen, Georgia 21.674.542 33.839 1,6 Carbón Rockport, Indiana 16.643.319 31.065 1,9 Carbón Martin, Florida 12.834.607 6.637 0,5 Gas natural Northport, Nueva
York 7.278.114 6.237 0,9 Petróleo
Canal Station,
Massachusetts 4.602.939 5.079 1,1 Petróleo
Lansing Smith,
Florida 4.020.641 4.283 1,1 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004)
Como se mencionó en el párrafo anterior, los índices de emisiones de estos óxidos de nitrógeno varían de acuerdo a los niveles de los sistemas de control que se implementen en una planta térmica. Una de las tecnologías que se han desarrollado en este campo es la reducción catalítica selectiva, que consiste en disminuir la cantidad de este contaminante durante la quema de los combustibles primarios. En esta ocasión, la central del estado de Indiana es la que expone el mayor índice de emisión de las plantas listadas en la Tabla 7. Por otro lado, si se analizan las plantas térmicas de Florida, las cuales usan gas natural, podemos inferir que la planta Lansing Smith no realiza ningún control sobre sus emisiones de NOx debido que su índice de emisión es el doble respecto de la planta Martin. Cabe resaltar que los índices de emisiones no están ligados a la cantidad de MWh que produce una central eléctrica, ya que, observando la casilla de generación de electricidad de ambas centrales, en Lansing Smith se produce aproximadamente la tercera parte de energía que produce la central Martin.
Los principales efectos que tienen los óxidos de nitrógeno sobre el medio ambiente son:
- Al pasar a la atmósfera, reaccionan con sustancias que se encuentran presentes en el aire y se degradan.
- Al estar presente el dióxido de nitrógeno dentro de estos óxidos, este se combina con sustancias químicas producidas por la luz solar y se transforma en ácido nítrico, lo que lleva a formación de la lluvia ácida. Otra de las reacciones de este elemento es la producción de ozono y smog en el aire.
Emisiones de mercurio: este elemento se puede encontrar en combustibles fósiles
y también en materiales de desecho de cualquier origen. Debido que tiene una alta volatilidad y la temperatura que alcanza durante la combustión, el mercurio es liberado después de la combustión como contaminante traza.
“El mercurio está presente como impureza natural en el carbón y las
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mismo tipo de carbón. En el cuadro se presentan las concentraciones de mercurio medidas durante un estudio nacional coordinado por la EPA de Estados Unidos en 1999.” (Miller & Van Atten, 2004).
Tabla 8 Contenido de mercurio por tipo de carbón
Tipo de carbón Contenido promedio de mercurio Intervalo de concentraciones medidas de mercurio Bituminoso 3,69 kg/petaJoule (8,59 lb/billón de Btu) 0,02 - 44,63 kg/petaJoule (0,04 - 103,81 lb/billón de Btu) Sub-bituminoso 2,47 kg/petaJoule (5,74 lb/billón de Btu) 0,17 - 30,56 kg/petaJoule (0,39 - 71,08 lb/billón de Btu) Lignito 4,53 kg/petaJoule (10,54 lb/billón de Btu) 0,40 - 32,27 kg/petaJoule (0,93 - 5,06 lb/billón de Btu)
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004)
Tabla 9 Emisiones de mercurio de centrales eléctricas de EU, según volumen anual Central, Estado Generación de electricidad, MWh Emisiones de NOx toneladas Índice de emisiones de NOx kg/MWh Combustible primario Bowen, Georgia 21.674.542 339 0,016 Carbón Rockport, Indiana 16.643.319 467 0,028 Carbón Martin, Florida 12.834.607 No reporta No reporta Gas natural Northport, Nueva
York 7.278.114 No reporta No reporta Petróleo Canal Station,
Massachusetts 4.602.939 No reporta No reporta Petróleo Lansing Smith,
Florida 4.020.641 51 0,013 Gas natural
Fuente: (Miller & Van Atten, 2004)
De acuerdo a la Tabla 9, los índices de emisiones de mercurio se ven afectados por los controles y sistemas de depuración que se realizan después de la quema de combustibles fósiles a elementos como el dióxido de azufre y los óxidos de nitrógeno, ya que por medio de estos procesos se reduce en un gran porcentaje la emisión de mercurio a la atmosfera. De igual manera, el monitoreo de las emisiones de este elemento se encuentra aproximadamente entre el 0% y el 98%, teniendo en cuenta las características de cada central eléctrica y el combustible primario que en ellas se emplee para la generación de energía eléctrica.