El metano en las minas de carbón: la amenaza que se convierte en oportunidad

El carbón y Asturias siempre han ido de la mano, porque “donde había carbón, había de todo”. El carbón trajo el progreso a la economía asturiana desde la época de Jovellanos, haciendo de Asturias una de las regiones más prósperas de España desde la época de la Primera Guerra Mundial hasta la década de los años 80. Pero unido al progreso, también trajo asociada una gran siniestralidad.

Las explosiones de grisú han sido durante décadas la cara trágica de la minería, la última vez en el pozo Nicolasa (Mieres), hace casi 30 años. Durante el proceso de formación de carbón también se genera metano, que se libera como gas grisú, peligroso por su naturaleza explosiva.

Gases emitidos en la mina de carbón

Antiguamente, para detectar la presencia de este gas explosivo, se usaban canarios, capaces de detectar el metano en muy baja concentración. Pero el éxito de estos animales era limitado y la peligrosidad, abrumadora: es explosivo a concentraciones entre el 5-15 %.

Más adelante, con el objetivo de disminuir este riesgo, se empezó a llevar a cabo la ventilación de las galerías de las minas. El objetivo era asegurar la concentración de metano se mantenía siempre por debajo de un 5 %, para lo que se emplean caudales muy elevados (150-300 m³/s).

La mezcla gaseosa emitida al exterior a causa de la ventilación se denomina metano del aire de ventilación (VAM, por sus siglas en inglés) o corriente de venteo, y posee habitualmente concentraciones de metano entre 0,1 y 1 %.

Además, las minas de carbón también generan otras corrientes: metano de las minas de carbón (CMM) y metano de minas abandonadas (AMM), con concentraciones de metano superiores al 30 y 60 %, respectivamente, lo que las hace más fácilmente aprovechables energéticamente. Sin embargo, el VAM es la más importante, llegando a suponer el 75 % del total de las emisiones de metano procedentes de la minería subterránea de carbón (83 000 millones de m³).

Un gas de efecto invernadero desaprovechado

En la actualidad, en torno al 70 % del metano generado en minas de carbón es emitido a la atmósfera sin aprovechar, debido a los elevados caudales y bajas concentraciones. Este desaprovechamiento, además de la pérdida de un recurso, conlleva un problema medioambiental, ya que el metano es un gas causante del efecto invernadero.

Al igual que ocurre con el agua de mina, ¿por qué no aprovechar también el metano?

Hasta ahora, la opción más viable tecnológicamente para lograrlo pasaba por transformar el metano en dióxido de carbono y agua mediante una combustión, lo que reducía el potencial de calentamiento global de la emisión. Esta solución tiene un inconveniente: la baja concentración de metano obliga a la utilización de un combustible adicional, lo que encarece el proceso y disminuye notablemente el rendimiento.

Una posible solución sería recurrir a reactores específicos, tales como los reactores de flujo inverso, capaces de “atrapar” la pequeña cantidad de energía liberada en estas combustiones simplemente cambiando periódicamente el sentido del flujo de los gases a través del reactor.

Convertimos el metano en energía y productos químicos

En este contexto, en el proyecto europeo de investigación METHENERGY+, liderado por la Universidad de Oviedo, hemos trabajado en la posibilidad de capturar y aprovechar estas emisiones de metano en los gases de ventilación procedentes de la minería subterránea de carbón. El objetivo era reducir la emisión del metano, así como aprovecharlo bien para la generación de energía eléctrica o bien para la obtención de productos químicos de mayor valor añadido.

La solución técnica incluía dos etapas: una de concentración y una etapa de aprovechamiento del metano concentrado. Tras analizar las diferentes posibilidades de concentración, la operación de adsorción resultó ser la más ventajosa. La adsorción conlleva el transporte de las moléculas de metano desde la corriente gaseosa hasta la superficie de un sólido (adsorbente).

Se requiere que este adsorbente posea una elevada capacidad de adsorción y sea selectivo. La capacidad de adsorción conlleva que retenga la máxima cantidad posible de metano, mientras que la selectividad se refiere a que sólo retenga las moléculas de este gas. Los estudios condujeron al interés por un tipo de materiales porosos, los armazones metal–orgánicas (MOF), como adsorbentes para la concentración del metano procedente de este tipo de gases.

Los ensayos de laboratorio y simulaciones llevadas a cabo con un MOF (tipo Basolite C300) permitieron concentrar el metano hasta el 1,2 %. Esta concentración permite abastecer una turbina de gas pobre, que genera electricidad y calor suficiente para regenerar el MOF, es decir, recuperar el metano previamente adsorbido de la superficie del material.

La segunda posibilidad de aprovechamiento fue utilizar el metano concentrado para la fabricación de metanol. Este compuesto, además de ser utilizado como combustible, se emplea en la industria química para obtener un gran número de productos derivados.

Este proyecto ha demostrado cómo las minas de carbón, una vez en desuso, tienen todavía un gran potencial, ya que se puede aprovechar el metano que emana de la mina, suponiendo además una ventaja medioambiental al evitar la emisión de dicho gas de efecto invernadero.

Parafraseando a R. Buckminster Fuller, arquitecto, inventor y profesor estadounidense: “La contaminación no es otra cosa que los recursos que estamos desperdiciando. Permitimos que se dispersen porque ignoramos su valor”.

Este artículo ha resultado ganador del Premio Hunosa de divulgación sobre transición energética y sostenibilidad de la energía.

Autores: Eva Díaz Fernández, David Ursueguía Borja, Pablo Marín González, y Salvador Ordóñez García; Universidad de Oviedo.