Evolución de la estructura de poros en el carbón durante el tratamiento térmico subterráneo: una investigación experimental

Convertir el carbón de problema climático a herramienta climática

El carbón suele percibirse como un impulsor importante del cambio climático, pero esta investigación explora una vía para transformar los lechos de carbón profundos y sin extraer en una fuente de energía más limpia y en un hogar a largo plazo para el dióxido de carbono (CO2). Al calentar suavemente el carbón bajo tierra en lugar de quemarlo en la superficie, podemos producir combustibles útiles y al mismo tiempo dejar un material sólido, rico en carbono y tipo esponja que podría retener el CO2 de forma segura. Este estudio plantea una pregunta simple pero crucial: al calentar el carbón in situ, ¿cómo cambia su estructura interna de ‘‘poros’’ y cuánto CO2 podría almacenar después?

Calentar el carbón sin desenterrarlo

El enfoque, denominado tratamiento térmico subterráneo del carbón, calienta lentamente las vetas en un ambiente libre de oxígeno a temperaturas de hasta 600 °C. En lugar de minar el carbón, los ingenieros inyectarían calor a través de pozos, recogerían los gases y líquidos que se desprenden y luego reutilizarían los mismos pozos para inyectar CO2 de vuelta en la veta tratada. El sólido residual, conocido como carbón pirolítico, se comporta como una esponja rígida basada en carbono, llena de poros de distintos tamaños. Esos poros determinan cuánto combustible puede producirse durante el calentamiento y cuánto CO2 puede retener la roca después, por lo que comprender su evolución es esencial para diseñar un proceso seguro y de baja huella de carbono.

Mirar dentro del laberinto oculto del carbón

Para explorar esta red de poros oculta, los autores tomaron carbón de bajo grado de Mongolia Interior y calentaron muestras muy lentamente hasta ocho temperaturas objetivo entre 30 °C y 600 °C bajo gas helio. Luego emplearon tres técnicas de laboratorio complementarias: adsorción de CO2 para sondear los poros más diminutos (menos de 2 nanómetros), adsorción de nitrógeno para caracterizar poros de tamaño medio, e intrusión de mercurio para mapear poros y grietas de mayor tamaño. En conjunto, estos métodos les permitieron seguir los cambios en el volumen total de poros, el área superficial interna y la complejidad de la red de poros a medida que el carbón atravesaba distintas etapas de calentamiento.

De un espacio que se encoge a una esponja que crece

Los resultados muestran que el carbón no se limita a ‘‘abrirse’’ al calentarse; por el contrario, su espacio interno atraviesa fases bien definidas. Al principio, al aumentar la temperatura desde la ambiente hasta unos 350 °C, el volumen total de poros en realidad disminuye aunque el área superficial interna aumenta ligeramente. Los líquidos formados durante el calentamiento temprano se filtran hacia poros más grandes y los obstruyen parcialmente, mientras que aparece un número moderado de poros diminutos. Entre aproximadamente 350 °C y 450 °C, esta tendencia se invierte: los gases y los líquidos descompuestos escapan, creando nuevos vacíos y expandiendo tanto los poros grandes como los pequeños. Por encima de unos 450 °C, y especialmente a 600 °C, el carbón desarrolla muchos más de los poros más pequeños junto con una reaparición de los poros grandes, de modo que tanto el volumen total como el área superficial aumentan notablemente y la red de poros se vuelve mejor conectada.

Tres etapas clave en la transformación del carbón

Al vincular estas mediciones con un indicador estándar de madurez del carbón, los investigadores identificaron tres etapas en el proceso de calentamiento subterráneo. En la primera etapa (baja madurez), se pierde espacio porque los líquidos llenan poros de tamaño medio y grande. En la segunda etapa (madurez media), la descomposición rápida de la materia orgánica y la liberación de gas tallan nuevos canales, aumentando bruscamente el volumen de poros y la conectividad. En la etapa final, de generación de gas y mayor madurez, la continua liberación de gas y la reorganización estructural generan una densa población de poros diminutos junto con la expansión de poros grandes. Los poros diminutos aportan la mayor parte del área superficial interna donde las moléculas de CO2 pueden adsorberse, mientras que los poros más grandes actúan como autopistas que facilitan el movimiento del CO2 dentro y a través de la roca.

Qué significa esto para almacenar carbono bajo tierra

En términos cotidianos, un calentamiento subterráneo controlado transforma un trozo relativamente compacto de carbón en una esponja más intrincada y multinivel. El estudio concluye que operar a temperaturas de tratamiento más altas dentro del rango evaluado aumenta considerablemente la cantidad de recovecos microscópicos donde puede alojarse el CO2 y mejora las vías que permiten que el gas se distribuya por la veta. Esa combinación podría permitir que el tratamiento térmico subterráneo del carbón produzca combustibles útiles y, al mismo tiempo, deje tras de sí un filtro subsuperficial capaz de almacenar CO2 a largo plazo, ayudando a reconvertir el carbón de una carga climática pura hacia parte de una estrategia más amplia de gestión del carbono.

Cita: Yang, S., Li, S., Hou, W. et al. Evolution of pore structure in coal during underground thermal treatment: an experimental investigation. Sci Rep 16, 7424 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-38256-6

Palabras clave: tratamiento térmico subterráneo del carbón, almacenamiento de CO2, poros del carbón, tecnología del carbón limpia, secuestro de carbono