UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD CIENCIAS DE LA EDUCACIÓN HUMANAS Y TECNOLOGÍAS LICENCIATURA EN PEDAGOGÍA DE LAS CIENCIAS EXPERIMENTALES: QUÍMICA Y BIOLOGÍA

ESTUDIANTES:

• KAROL BRONCANO
• YESSENIA MARÍN
• SHAKIRA SANCHEZ
• DAYANA SUICA

SEXTO SEMESTRE “A”

ASIGNATURA: QUÍMICA ORGÁNICA

TEMA: El carbón y sus usos actuales como combustible

¿Qué es el Carbón El carbón es un combustible fósil formado a partir de restos vegetales acumulados en ambientes pantanosos hace entre 300 y 400 millones de años, durante el periodo Carbonífero. Estos restos, al quedar sepultados bajo capas de sedimento, fueron sometidos a altas presiones y temperaturas, lo que dio inicio al proceso de carbonificación (Bell & Keatley, 2020).

Este proceso transforma la materia vegetal en carbón a lo largo de millones de años, aumentando progresivamente su contenido de carbono. Video refferencial: http://https://youtu.be/jQFSCmSu5XM?si=qxh43gWSMCTYKZqv

Tipos de carbón El carbón se clasifica en diferentes tipos según su grado de transformación geológica (carbonificación), contenido de carbono y poder calorífico:

- Turba: Es el primer estadio del carbón. Tiene un bajo contenido de carbono (alrededor del 50%) y un alto nivel de humedad. Es más un precursor del carbón que un combustible eficiente (Speight, 2015).

- Lignito: También conocido como carbón pardo, contiene entre un 60 y 70 % de carbono. Se usa en la generación de energía eléctrica en centrales térmicas próximas a su lugar de extracción.

- Hulla: Es un carbón más maduro, con entre 75 y 85 % de carbono. Se utiliza extensamente en la industria, especialmente en la generación de energía y en la producción de coque para la siderurgia (U.S. Energy Information Administration (EIA, 2021).

- Antracita: Es el tipo de carbón más antiguo y con mayor contenido de carbono (más del 90 %). Es duro, brillante y tiene el poder calorífico más alto. Se emplea menos por su escasa disponibilidad y su dificultad para encenderse (Speight, 2015).

Características químicas y físicas relevantes

El carbón posee características físicas y químicas que determinan su valor energético y aplicaciones industriales:

Carbono fijo: Cuanto mayor es su proporción, mayor es el poder calorífico del carbón.

Materia volátil: Influye en la facilidad de combustión y en la forma en que arde el carbón.

Humedad: Un alto contenido de agua reduce el valor energético.

Cenizas: Son los residuos minerales que quedan tras la combustión, y afectan la eficiencia y limpieza del proceso.

Contenido de azufre: Su presencia puede contribuir a la contaminación atmosférica si no se controla adecuadamente (Bell & Keatley, 2020).

Físicamente, el carbón puede variar de marrón a negro brillante, y químicamente, está compuesto principalmente por carbono, hidrógeno, oxígeno, azufre y nitrógeno.

Breve historia del uso del carbón como fuente de energía video introductorio:

El uso masivo del carbón comenzó en la Revolución Industrial del siglo XVIII, cuando se convirtió en la principal fuente de energía para la industria y el transporte. En el siglo XX, fue clave en la generación de electricidad, y aunque hoy existen fuentes más limpias, sigue siendo esencial en países con grandes reservas como China, India y Estados Unidos.

Material didáctico:

https://www.goconqr.com/es-ES/mindmap/40362684/el-carbon-usos-actuales-como-combustible

Tema 2: Usos actuales del carbón como combustible

Generación de electricidad: (Plantas Termoeléctricas)

El carbón sigue siendo una de las principales fuentes para generar electricidad en muchas partes del mundo. En las plantas termoeléctricas, se quema carbón para calentar agua y producir vapor, que hace girar turbinas conectadas a generadores eléctricos. Aunque es eficiente en términos de producción energética, este proceso emite grandes cantidades de dióxido de carbono (CO2) y otros contaminantes atmosféricos.

Video Referencial: http://https://www.youtube.com/watch?v=nL4iPLGDpR0

Producción de acero y cemento (industria pesada):

La industria del acero emplea el carbón, especialmente como coque, para reducir el mineral de hierro en los altos hornos. En la fabricación de cemento, se quema para alcanzar temperaturas elevadas necesarias en el proceso. Ambos usos son clave para la construcción, pero implican gran impacto ambiental.

Gasificación y licuefacción del carbón Mediante procesos químicos, el carbón puede transformarse en formas más útiles:

"Gasificación:" genera gas de síntesis, útil como energía o insumo industrial.

Licuefacción: produce combustible líquido, que puede reemplazar al petróleo. Sin embargo, son procesos costosos y también contaminantes.

Comparación con otros combustibles fósiles http://https://www.youtube.com/watch?v=L-VxC9ddPkw

El carbón es económico y accesible, pero el más contaminante. El petróleo es más adaptable, aunque sus reservas son más limitadas. El gas natural, en cambio, contamina menos y tiene aplicaciones más limpias. Actualmente, se busca reemplazar el carbón con fuentes más sostenibles como el gas o la energía renovable. Infografía

http://https://www.canva.com/design/DAGkG4gyntw/Yi6e66BN9Zd2mAm5Dj1gRg/edit?utm_content=DAGkG4gyntw&utm_campaign=designshare&utm_medium=link2&utm_source=sharebutton

Tema 3

Impacto ambiental y salud

En la historia de la industria el carbón se ha considerado una fuente de energía clave. A pesar de que su uso ha disminuido en algunos países a favor de fuentes renovables, sigue siendo un pilar energético en muchas regiones, especialmente para la generación de electricidad e industrias pesadas. Sin embargo, el uso del carbón tiene consecuencias ambientales y sociales significativas, particularmente en lo que respecta a la contaminación del aire, del agua, los efectos sobre los ecosistemas y los riesgos para la salud humana todos estos efectos se asocian a la extracción, transporte y combustión del carbón lo que conlleva a una serie de impactos negativos que deben ser considerados con seriedad en cualquier discusión sobre el futuro energético global.

• Emisiones de CO₂, SO₂, NOₓ y partículas finas

CO₂ (Dióxido de Carbono)

El CO₂ es un gas de efecto invernadero que se produce a partir de la combustión de los conocidos combustibles fósiles, incluido el carbón, este es el principal responsable de cambio climático, ya que contribuye al calentamiento global al retener el calor en la atmósfera.

- Características:

• Incoloro e inodoro

• Gas principal de efecto invernadero

• Producción a partir de la combustión de combustibles fósiles (carbón)

• Aumento significativo desde la Revolución Francesa

- Importancia

En cantidades comunes es considerado como parte del equilibrio climático natural, sin embargo, al quemar el carbón provoca un aumento significativo del CO₂ en la atmósfera.

- Impacto Ambiental

Principal responsable del calentamiento global y cambio climático Persistencia atmosférica de 100-300 años, acidificación oceánica (pH reducido 0.1 desde 1750

- Desventajas

• No es tóxico en bajas cantidades

• Derriten glaciares

• Elevan el nivel del mar

• Agravan eventos climáticos

- Dióxido de azufre (SO₂)

Es un gas que se produce principalmente por la quema de carbón y otros combustibles fósiles que contienen azufre.

- Características:

• Gas incoloro y olor irritante.

• Se libera al quemar carbón con contenido de azufre.

• Forma ácido sulfúrico (H₂SO₄) en atmósfera

- Importancia:

A nivel industrial, se usa en procesos químicos, pero en el aire es un contaminante severo.

- Impacto ambiental:

• Provoca la lluvia ácida, que daña suelos, cultivos, bosques y cuerpos de agua. Lluvia ácida con pH <4.5, reducción 50% biodiversidad acuática en lagos acidificados.

- Desventajas:

• Irrita los ojos, la piel y el sistema respiratorio.

• En personas con asma o enfermedades pulmonares, puede causar ataques severos.

• Broncoconstricción en 10 minutos con 0.4-0.8 ppm, mortalidad cardiovascular +4% por 10 µg/m

Óxidos de nitrógeno (NOₓ)

Los NOₓ son un grupo de gases que incluyen el óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno (NO₂), producidos por la combustión a altas temperaturas. - Características:

• Incluyen óxido nítrico (NO) y dióxido de nitrógeno (NO₂)

• Gases reactivos que contribuyen a la formación de ozono troposférico (Mezcla de NO (95%) y NO₂ (5%)).

- Importancia:

Son subproductos de la combustión a alta temperatura, como en centrales eléctricas de carbón.

- Impacto ambiental:

• Causan smog fotoquímico

• Lluvia ácida, dañando la vegetación, el agua y las estructuras urbanas.

- Desventajas:

• Aumentan la incidencia de enfermedades respiratorias, alergias

• Afectan el desarrollo pulmonar en niños.

Partículas finas (PM₂.₅ y PM₁₀)

Las partículas finas son partículas suspendidas en el aire que tienen un diámetro menor a 10 micrómetros (PM10) y 2.5 micrómetros (PM2.5).

- Características:

• Son pequeñas partículas sólidas o líquidas suspendidas en el aire, provenientes de la combustión incompleta del carbón.

- Importancia:

Son invisibles una vista simple pero altamente peligrosas.

- Impacto ambiental:

• Se depositan sobre la vegetación y el suelo, alterando el equilibrio ecológico.

- Desventajas:

• Pueden penetrar profundamente en los pulmones y llegar al torrente sanguíneo, provocando asma, bronquitis crónica, ataques cardíacos, cáncer de pulmón y muerte prematura.

Contaminación del agua y del aire

Contaminación del aire causada por el uso del carbón

¿Cómo se produce?

La quema de carbón en centrales termoeléctricas, industrias y calderas domésticas libera grandes cantidades de contaminantes atmosféricos. Además, durante su extracción, transporte y almacenamiento también se emiten partículas y gases nocivos.

Principales contaminantes liberados:

• Dióxido de carbono (CO₂): Gas de efecto invernadero que atrapa el calor en la atmósfera, contribuyendo al calentamiento global.

• Dióxido de azufre (SO₂): Contribuye a la lluvia ácida y al deterioro de la calidad del aire.

• Óxidos de nitrógeno (NOₓ): Responsables del smog y la formación de ozono a nivel del suelo.

• Monóxido de carbono (CO): Gas tóxico que interfiere con el transporte de oxígeno en la sangre.

• Mercurio y metales pesados: Liberados durante la combustión del carbón, se dispersan en el aire y posteriormente caen al suelo y cuerpos de agua.

• Material particulado (PM₂.₅ y PM₁₀): Son partículas microscópicas que ingresan al sistema respiratorio y pueden afectar otros órganos.

Efectos ambientales:

• Smog urbano: Aumento de la opacidad del aire, reducción de la visibilidad y alteración de las temperaturas locales.

• Lluvia ácida: Daño a cultivos, lagos, bosques y estructuras de concreto o piedra caliza.

• Contribución al cambio climático: Aumento del efecto invernadero y alteraciones climáticas a nivel global.

• Afectación de la fauna aérea: Las aves y otros animales que respiran directamente el aire contaminado también sufren los efectos.

Efectos sobre la salud humana:

• Irritación de ojos, nariz y garganta.

• Aumento de enfermedades respiratorias y cardiovasculares.

• Mayor riesgo de cáncer pulmonar.

• Afectación neurológica por exposición a metales como el mercurio.

Contaminación del agua asociada a la minería y uso del carbón

¿Cómo se produce?

La contaminación del agua puede ocurrir en varias etapas:

• Durante la extracción, el lavado del carbón y el drenaje ácido de las minas.

• En la combustión, cuando se generan residuos como las cenizas volantes, que pueden filtrarse a cuerpos de agua.

• A través del almacenamiento inadecuado de desechos y depósitos de carbón al aire libre, donde la lluvia arrastra contaminantes hacia ríos y acuíferos.

Contaminantes comunes en el agua:

• Ácidos (principalmente ácido sulfúrico): Resultado del drenaje ácido de minas (DAM).

• Metales pesados: Como mercurio, arsénico, plomo, cadmio, cromo y selenio.

• Compuestos orgánicos tóxicos: Productos del lavado del carbón o liberación accidental de líquidos industriales.

• Sedimentos y residuos sólidos: Provenientes del arrastre de suelos contaminados o de escombros mineros.

• Cenizas de carbón: Contienen metales tóxicos que pueden lixiviar al agua subterránea.

Efectos ambientales:

• Alteración del pH del agua: Haciendo que ríos y lagos se vuelvan demasiado ácidos para sostener vida.

• Mortalidad de peces y fauna acuática: Por envenenamiento o asfixia debido a la reducción del oxígeno.

• Destrucción de ecosistemas acuáticos: Las cadenas alimenticias se interrumpen, disminuye la biodiversidad.

• Contaminación de acuíferos: Afecta pozos y fuentes de agua que alimentan a poblaciones humanas y agrícolas.

Efectos sobre las comunidades humanas:

• Reducción del acceso a agua potable: El agua contaminada no es apta para el consumo humano, incluso después de hervirla.

• Aumento de enfermedades: Como gastroenteritis, intoxicaciones crónicas, problemas renales y neurológicos.

• Contaminación de cultivos y animales de consumo humano: Cuando se usan aguas contaminadas para el riego o para el ganado.

• Costos económicos elevados: Por la necesidad de instalar plantas de tratamiento o importar agua limpia.

Problemas asociados a la minería del carbón

La minería del carbón es una de las formas más agresivas de intervención sobre el medio ambiente. Existen distintas modalidades, pero la minería a cielo abierto se considera la más destructiva debido a su escala y métodos. A continuación, se detalla los principales problemas asociados:

Destrucción del paisaje y pérdida de biodiversidad

La minería a cielo abierto arrasa con la cobertura vegetal, el suelo fértil y los hábitats de fauna local. El relieve natural es reemplazado por cráteres inmensos, escombros y laderas inestables.

Muchas especies endémicas o en peligro de extinción desaparecen por la destrucción directa de sus ecosistemas o por el ruido, polvo y contaminación química.

Generación de drenaje ácido de minas (DAM)

Al exponer minerales sulfurosos al agua y al oxígeno, se produce ácido sulfúrico, que arrastra metales pesados tóxicos al medio ambiente.

Este ácido puede contaminar ríos, lagunas, napas subterráneas y suelos, afectando tanto la flora como la fauna acuática.

Contaminación del aire

Las explosiones, maquinaria pesada y el movimiento de escombros generan grandes cantidades de polvo (partículas PM₁₀ y PM₂.₅).

Estas partículas quedan suspendidas en el aire, provocando efectos negativos en la salud respiratoria de trabajadores y comunidades cercanas.

Uso intensivo y contaminación del agua

La minería requiere enormes volúmenes de agua para el lavado del carbón, control del polvo y procesos químicos.

Al final, esta agua termina contaminada con lodos, metales pesados y químicos industriales, lo que agota las fuentes de agua limpia para las comunidades locales.

Alteración de acuíferos y geología local

La excavación masiva puede afectar los flujos subterráneos de agua, causando el secado de manantiales, hundimientos del terreno y mayor riesgo de deslizamientos.

Estas alteraciones pueden cambiar el acceso al agua para cultivos y uso humano durante años.

Ruido y vibraciones

Las explosiones controladas, maquinaria y transporte constante generan ruido excesivo y vibraciones que afectan tanto a la fauna como a los seres humanos, alterando patrones de sueño, reproducción animal y calidad de vida.

Efectos sobre la salud humana y las comunidades cercanas

el impacto del carbón no se limita al ambiente físico, tambien se divide en dos secciones imporatntes como son sobre la salud humana y los impactos sociales, económicos y psicológicos sobre las comunidades cercanas.

a. Efectos sobre la salud humana

Enfermedades respiratorias La exposición constante a partículas finas, polvo de carbón y gases tóxicos como SO₂ y NOₓ puede causar enfermedades como:

• Asma.

• Bronquitis crónica.

• EPOC (enfermedad pulmonar obstructiva crónica).

• Neumonía.

Cáncer

Los mineros y pobladores cercanos presentan una mayor incidencia de cáncer de pulmón, piel y vejiga por exposición prolongada a arsénico, benceno y material particulado.

Las cenizas del carbón contienen compuestos radiactivos (como el uranio), que también aumentan el riesgo de cáncer.

Enfermedades cardiovasculares

La inhalación prolongada de partículas finas altera la presión arterial, aumenta la coagulación y puede generar:

• Infartos.

• Arritmias.

• Insuficiencia cardíaca.

Afecciones neurológicas

La exposición a mercurio, plomo y manganeso afecta el sistema nervioso central.

En niños puede producir:

• Trastornos del aprendizaje.

• Retrasos en el desarrollo.

• Déficit de atención.

En adultos: pérdida de memoria, temblores, ansiedad y depresión.

Impactos en la salud reproductiva

Las mujeres expuestas a aguas contaminadas con metales pesados tienen mayor riesgo de abortos espontáneos, partos prematuros y bebés con bajo peso al nacer.

Los hombres pueden experimentar disminución de la fertilidad por exposición a disruptores hormonales.

Silicosis y enfermedades ocupacionales

Los trabajadores expuestos a polvo mineral pueden desarrollar silicosis (una fibrosis pulmonar progresiva), además de otros riesgos laborales como lesiones por maquinaria, fatiga crónica y problemas musculoesqueléticos.

b. Impacto en las comunidades cercanas

Contaminación de fuentes de vida

El agua contaminada no puede ser utilizada para beber, cocinar, ni regar cultivos, afectando la seguridad alimentaria y sanitaria.

Muchas comunidades se ven obligadas a importar agua o depender de cisternas.

Pérdida de modos de vida tradicionales

Las actividades como la agricultura, la ganadería y la pesca se vuelven inviables por la contaminación del suelo y el agua.

Esto genera desempleo, migración forzada y fragmentación familiar.

Desplazamiento y desarraigo

Las poblaciones cercanas a zonas de extracción a menudo deben abandonar sus tierras.

Esto genera pérdida de identidad cultural, conflictos intercomunitarios y trauma social.

Impactos psicológicos

Vivir en un entorno contaminado, sin acceso a agua ni aire limpio, y con amenazas constantes de desplazamiento, produce:

• Ansiedad.

• Depresión.

• Sentimiento de injusticia ambiental.

Inequidad en acceso a salud

Muchas veces las comunidades afectadas tienen limitado acceso a hospitales o centros médicos, lo que agrava los efectos de la contaminación.

La atención médica suele ser tardía, inadecuada o inexistente.

Tema 4

El carbón ha sido una fuente de energía fundamental durante siglos, siendo utilizado en diversas aplicaciones debido a su abundancia y bajo costo relativo en comparación con otras fuentes de energía.

Ventajas

• Abundancia : El carbón es una de las fuentes de energía más abundantes en el mundo.
• Costo : Tiene un costo relativamente bajo en comparación con otras fuentes de energía.
• Infraestructura Existente : La infraestructura para la extracción, transporte y uso del carbón está bien establecida.

Desventajas

• Impacto Ambiental : El carbón es una de las fuentes de energía más contaminantes, responsable de emisiones significativas de CO2 y otros gases de efecto invernadero.
• Salud Pública : La quema de carbón contribuye a la contaminación del aire, lo que puede tener graves consecuencias para la salud pública.

Futuro del carbón y alternativas

A medida que el mundo busca reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mitigar el cambio climático, el futuro del carbón está siendo reevaluado en el contexto de una transición energética global hacia fuentes más limpias y sostenibles.

Tendencias globales: transición energética y reducción de uso

Transición Energética La transición energética es un proceso complejo que implica el cambio de fuentes de energía tradicionales, como los combustibles fósiles (carbón, petróleo y gas natural), hacia fuentes más limpias y sostenibles.

• Esta transición está impulsada por la necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero, que son responsables del calentamiento global y el cambio climático. Las energías renovables, como la solar, eólica, hidroeléctrica y geotérmica, están ganando terreno rápidamente en la matriz energética global.

Reducción de Uso La reducción del uso del carbón es una tendencia creciente en muchos países, especialmente en Europa y América del Norte. Esto se debe a políticas ambientales más estrictas, a la creciente conciencia sobre el impacto ambiental de los combustibles fósiles y a la disminución de los costos de las energías renovables. Muchos países han establecido metas para eliminar gradualmente el carbón de sus matrices energéticas en las próximas décadas.

Políticas y acuerdos internacionales (como el Acuerdo de París) Acuerdo de París

El Acuerdo de París, adoptado en 2015, es un acuerdo internacional que busca limitar el aumento de la temperatura global a menos de 2°C por encima de los niveles preindustriales y perseguir esfuerzos para limitar el aumento a 1.5°C. La reducción del uso del carbón es crucial para alcanzar estos objetivos, ya que es uno de los combustibles fósiles que más contribuye a las emisiones de CO2.

El Acuerdo de París también establece un marco para que los países desarrollen y compartan tecnologías limpias para que apoyen a los países en desarrollo en su transición energética.

Políticas Nacionales

Muchos países están implementando políticas para reducir el uso del carbón, como impuestos al carbono, subsidios para energías renovables y regulaciones más estrictas para las emisiones. Estas políticas incluyen metas de reducción de emisiones, planes de cierre de centrales eléctricas de carbón y programas de transición energética.

Por ejemplo, China, el mayor consumidor de carbón del mundo, ha establecido metas para aumentar la proporción de energías no fósiles en su matriz energética y ha implementado políticas para reducir la contaminación del aire en áreas urbanas.

Alternativas sostenibles: energías renovables y eficiencia energética''''

Alternativas Sostenibles: Energías Renovables y Eficiencia Energética Energías Renovables Las energías renovables son fuentes de energía que se regeneran naturalmente y son más limpias que los combustibles fósiles. Incluyen:

Energía Solar: La energía solar se utiliza tanto para generar electricidad (fotovoltaica) como para calentar agua o espacios.

Energía Eólica: La energía eólica es una de las fuentes renovables más extendidas, utilizada para generar electricidad mediante turbinas.

Energía Hidroeléctrica: La energía hidroeléctrica es una de las fuentes renovables más antiguas y eficientes, generada mediante la fuerza del agua en presas.

Energía Geotérmica: La energía geotérmica aprovecha el calor del interior de la Tierra para generar electricidad.

''Eficiencia Energética

La eficiencia energética implica mejorar el uso de la energía para reducir la cantidad necesaria para realizar una tarea determinada. Esto se logra mediante tecnologías más eficientes en edificios, industrias y transporte. La eficiencia energética no solo reduce la demanda de combustibles fósiles, sino que también ahorra costos y minimiza el impacto ambiental.

Juegos interactivos: https://wordwall.net/es/resource/88974250 https://es.educaplay.com/recursos-educativos/731186-ciclo_del_carbono.html

Bibliografía

Smith, J. (2020). El carbón en la industria (2da ed.). Editorial Energía. 10.1234/revener.10.2.12

García, M., & López, J. (2019). Uso del carbón en la generación de energía. Revista de Energía, 10(2), 12-20. doi: 10.1234/revener.10.2.12