Coque metalúrgico
vs. carbón vegetal
Por
Andrey Leyva Mormul, José Trotman Gavilán, Oscar Leyva González y Oscar Figueredo Stable*
Posibilidad de producir un agente reductor ecológico en Cuba para la industria siderúrgica |
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Agente reductor
Antes de valorar la posibilidad de fabricar un producto ecológico, y con ello sustituir importaciones para las acerías nacionales, es útil explicar qué es un «agente reductor».
Un agente reductor es aquel que cede electrones a un agente oxidante. Existe un método químico conocido como reacción de oxidación-reducción, o también llamado reacciones redox, que se consideran reacciones de transferencia de electrones. Asimismo, la mayoría de los elementos metálicos y no metálicos se obtienen de sus minerales por procesos de oxidación o de reducción. Una reacción redox consiste en dos semireacciones: una semi-reacción implica la pérdida de electrones de un compuesto, en este caso el compuesto se oxida, mientras que en la otra semi-reacción el compuesto se reduce, es decir, gana electrones; uno actúa como oxidante y el otro como reductor.
A continuación se exponen algunos agentes reductores:
• Carbón.
• Monóxido de carbono.
• Compuestos ricos en carbón e hidrógeno.
• Elementos no metálicos fácilmente oxidables, como azufre y fósforo.
• Sustancias que contienen celulosa, como maderas y textiles.
• Metales, como aluminio, magnesio, titanio y circonio.
• Metales alcalinos, como sodio y potasio.
Entonces, un agente reductor ecológico es aquel que en el momento de obtenerlo, o extraerlo, no deja devastada o desolada el área en la que se encontraba; además, en la reacción de oxidación-reducción no desprende una cantidad significativa de gases nocivos que podrían dañar el medio ambiente.
De los elementos puestos como ejemplos, puede decirse que la madera es un agente reductor ecológico; no obstante, en este caso la referencia no es a la madera, sino al producto sólido, frágil y poroso, con un alto contenido en carbono, que se obtiene por la carbonización de la biomasa forestal: el carbón vegetal.
El carbón vegetal es quizás el primer material carbonoso utilizado por el hombre. Su uso data probablemente desde el mismo momento en que conoce el fuego, dado que los trozos de madera carbonizada que quedaron en algunas hogueras ancestrales pueden considerarse un carbón vegetal rudimentario.
Uno de los usos fundamentales que tuvo el carbón vegetal en la historia de la humanidad, es su empleo en la metalurgia. La metalurgia del hierro, comenzada ya unos 1200 años a.n.e., se desarrolló en Europa durante la Edad del Hierro (desde 700 a.n.e. hasta el 68 d.C.), época signada por el carbón vegetal, ya que las elevadas temperaturas que se requieren para fundir los minerales de hierro no pueden alcanzarse utilizando simplemente madera. El uso del carbón vegetal en metalurgia ha perdurado hasta nuestros días, aunque otros combustibles, como el coque metalúrgico, lo han reemplazado casi por completo.
En los países con abundantes recursos forestales y economías en desarrollo, existe un resurgimiento del uso del carbón vegetal en esta rama de la industria, teniendo en cuenta, además, que su empleo provoca un menor impacto ambiental en relación con el coque metalúrgico.
Experiencia brasileña
A pesar de existir países, como la India y Australia, que emplean el carbón vegetal para la producción de acero, Brasil aporta mayor cantidad de literatura especializada, tanto en Inglés como en Portugués, sobre el empleo del carbón vegetal en sus siderúrgicas.
Brasil cuenta con dos importantes regiones metalúrgicas para la producción de arrabio y acero: Maranhão y Estado de Pará en la zona norte, conocida como región de Carajás; y el estado de Minas Gerais, en el sudeste. En esas zonas, en el 2006, se produjeron 5,4 millones de toneladas de arrabio, lo que representó 93% de la producción nacional de arrabio de ese país. En Maranhão, el carbón vegetal es el portador energético y agente reductor de mayor preferencia para transformar el mineral de hierro en un arrabio prácticamente sin azufre, fósforo y otros elementos indeseables.
El sector metalúrgico representa 22,3% del consumo energético industrial, del cual 55,1% proviene de combustibles fósiles y 26,2 % de la biomasa, en este caso, el carbón vegetal.
Según la experiencia brasileña, la producción de una tonelada de arrabio requiere 0,725 toneladas de carbón vegetal, obtenido a partir de 3,6 toneladas de madera de eucalipto. Esta relación del consumo de madera vs. carbón vegetal puede variar, para bien o para mal, según la tecnología de carbonización que se emplee.
La madera para la producción de carbón proviene de una plantación de 58 mil hectáreas con varias especies de eucalipto seleccionadas, bien adaptadas a las condiciones del suelo y el clima de la región. La productividad alcanzada en las plantaciones de madera seca, es de 9 t/ha·año, y recientemente se llegó a 14 t/ha·año, ya que se utilizaron semillas mejoradas.
El eucalipto se tala entre los 7, 14 ó 21 años de cultivado, sin necesidad de replantarlo. Por lo tanto, existe un stock permanente de bosques en pie, ya que la producción metalúrgica se ajusta al crecimiento de los árboles.
Oportunidad cubana
Cuba importa anualmente miles de toneladas de coque de carbón, y los principales consumidores son las siderurgias, seguidas por los talleres de fundición. El precio de este material en el mercado internacional oscila alrededor de 446 USD por tonelada. En la tabla 1 se exponen las importaciones de ese material, desde 1990 hasta 2008.
En Cuba se producen anualmente más de 50 mil toneladas de carbón vegetal para satisfacer la demanda nacional y cubrir las exportaciones. En la tabla 2 se muestra el comportamiento de la producción de carbón vegetal en Cuba, desde 1990 hasta 2009.
Actualmente, el carbón se elabora de manera artesanal. El carbonero confecciona el horno a partir de un palo guía, enlaza la madera en varias hileras, lo cubre con hierba y tierra, y le da calor sostenido durante más de veinte días.
En Cuba existen más de 900 mil hectáreas ocupadas por el marabú, área que pudiera ser utilizada para la producción agropecuaria, con su correspondiente reforestación.
El fondo actual de tierras ociosas ascendía a un poco menos de dos millones de hectáreas. De ellas se ha entregado, por el Decreto-Ley número 259, algo más de 67,7 %, y de ese total se ha puesto en uso 77%, aproximadamente. Es decir, aún quedan más de 600 mil hectáreas ociosas, de las cuales se puede aprovechar una parte en el cultivo de bosques energéticos para la producción de carbón vegetal para el sector siderúrgico.
A partir de los datos de la tabla 2, y teniendo en cuenta el aumento de la importación de coque de carbón en los últimos cinco años, vale la pena formular una estrategia nacional para sustituir esa importación con la producción nacional. Debe tenerse en cuenta que para la producción de 11,0 mton de carbón vegetal, se necesitan 45,0 mton de madera seca. Tabla 1. Importación de coque de carbón

Tabla 2. Producción de carbón vegetal
Cada hectárea sembrada con eucalipto en ocho años produce 250 m3 de madera. La densidad del eucalipto es de 718 kg/m3 en madera seca, es decir, cada hectárea de eucalipto produce 180 t de madera seca; entonces, para producir 45,0 mton se necesitarían 250 hectáreas de tierra; y, para no romper el ciclo de bosques energéticos en pie, serían 2 000 hectáreas, que representan solamente 0,33% de la superficie de tierras que existe hasta la fecha sin producir. Como los bosques se cosechan cada ocho años, en el noveno año se vuelve a cosechar la superficie forestada que se sembró en el primer año, y así sucesivamente.
Beneficios
La realización de un programa dirigido a lo expuesto en este artículo, podría proporcionar los beneficios siguientes:
1. Sustitución de la importación del coque de carbón, producto que tiene un futuro incierto, ya que las reservas de carbón mineral se están agotando.
2. Desarrollo de una fuente renovable de procedencia nacional, y prácticamente no contaminante en comparación con el coque de carbón.
3. Utilización de una parte de la tierra no forestada para la creación de bosques energéticos.
4. Limpieza del aire que se respira, ya que el establecimiento de plantaciones forestales de rápido crecimiento es la forma más efectiva de «mitigar» el efecto provocado por la liberación de gases a la atmósfera, al captar grandes cantidades de anhídrido carbónico. Una tonelada de carbono en los árboles, equivale a 3,67 toneladas de CO2 disuelto en el ambiente.
5. Oportunidad de empleo, ya que se necesita personal para la preparación, cultivo, mantenimiento y cosecha del producto forestal, así como para la producción de carbón vegetal.
* Especialistas del Centro de Investigaciones Siderúrgicas,
Holguín, Cuba.
e-mail: andrey@dsit.cu
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