Gasificación del carbón

La gasificación del carbón designa la conversión de un combustible sólido en gas de síntesis (principalmente monóxido de carbono e hidrógeno) mediante oxidación parcial a alta temperatura. Este proceso se enmarca dentro de la familia de tecnologías de oxidación parcial, que abarcan también la gasificación de aceites pesados y residuos petroleros. En el sector de los fertilizantes, constituye una vía alternativa al reformado con vapor para la producción de amoníaco, particularmente en regiones con importantes reservas de carbón pero escasos recursos gasíferos.

Principios tecnológicos

Dos tipos de gasificadores han sido industrializados para la producción de amoníaco: la gasificación en lecho móvil («moving bed gasification») y la gasificación en lecho arrastrado («entrained flow gasification»)^[1]. En esta última configuración, el carbón se introduce en forma de polvo seco (a través de cámaras de cierre y dosificadores rotativos) o de lechada concentrada agua-carbón (bombeada mediante bombas de pistón)^[1]. Las presiones aplicadas oscilan entre 30 y 80 bar^[1]. La reacción, no catalítica, transcurre a temperaturas próximas a 1.500 °C, con adición de vapor para moderar el calor^[1]. El gas crudo obtenido presenta un bajo contenido en metano (0,4 %), una concentración moderada de dióxido de carbono y una relación CO/H2 superior a 1^[1].

El gasificador en lecho arrastrado corresponde fundamentalmente al concepto de oxidación parcial de hidrocarburos pesados, realizado en una cámara presurizada vacía^[1]. Las diferencias radican principalmente en el modo de introducción del combustible^[1]. El enfriamiento del gas caliente y la eliminación de sólidos pueden llevarse a cabo mediante distintos dispositivos según los procesos, en particular por temple con agua o en una caldera de recuperación, con grados de integración variables^[1]. Las cenizas minerales se recogen en forma de escoria (slag) en el fondo del gasificador^[1].

Integración en la producción de amoníaco

El gas de síntesis crudo debe someterse a varias etapas de purificación antes de alimentar la síntesis de amoníaco^[2]. Una unidad de separación de aire suministra el oxígeno necesario para la oxidación parcial y el nitrógeno requerido para la reacción de síntesis así como para el lavado final con nitrógeno líquido^[2][3]. Este lavado con nitrógeno líquido permite eliminar las impurezas residuales y ajustar la relación hidrógeno/nitrógeno del gas de síntesis^[3]. El gas atraviesa posteriormente las etapas clásicas de conversión del CO, eliminación del CO2, y compresión antes de dirigirse al reactor de síntesis de amoníaco^[4].

Los compuestos azufrados presentes en la alimentación se convierten en sulfuro de hidrógeno durante la gasificación^[3]. En la filiera de aceites pesados, los metales pesados (níquel, vanadio) introducidos con el combustible se presentan en suspensión en forma de óxidos y parcialmente como sales en el circuito acuoso de lavado de hollines; es necesario purgar estas aguas para prevenir su acumulación, y se recupera una pasta conteniendo vanadio y níquel que se comercializa a la industria metalúrgica^[1].

Balance energético y ambiental

Comparada con el reformado de gas natural, la vía carbón registra consumos y costes sensiblemente más elevados. Según estimaciones de referencia para tecnologías modernas en condiciones económicas europeas, el consumo energético relativo se sitúa en 1,7 (base gas natural = 1,0), los costes de inversión en 2,4 y los costes de producción en 1,7^[5]. El amoníaco procedente de carbón presenta una huella de carbono casi doble respecto al producido a partir de gas natural: según datos de Fertilizers Europe (2016) relativos a la producción de 2014, la fabricación de urea a partir de amoníaco carbonífero genera 6,53 kg equivalente CO2 por kg de nitrógeno uréico, frente a 3,50 kg para una unidad europea que opera con gas^[6]. Para el nitrato de amonio, la diferencia se amplía aún más: 11,06 kg equivalente CO2 por kg de nitrógeno nítrico en China (carbón), frente a 3,42 kg en Europa según los mismos datos^[6].

Perspectivas y posición en el mercado

A pesar de su menor rendimiento energético, la gasificación del carbón sigue siendo estratégica en determinadas economías con abundantes reservas hulleras. Contribuye a fijar el «suelo de precios» del mercado de fertilizantes nitrogenados cuando la demanda es baja, este umbral viene determinado por la región productora con los costes de aprovisionamiento energético más elevados (gas natural o carbón)^[7]. En una perspectiva de muy largo plazo (50 a 200 años), las reservas mundiales de carbón podrían conferirle un papel creciente si los recursos gasíferos se agotan^[3][5]. La emergencia del amoníaco verde y azul y la presión regulatoria sobre las emisiones de gases de efecto invernadero, en particular a través del SEQE-UE y el CBAM, cuestionan sin embargo la competitividad de esta vía carbonada en Europa.