El carbón es la roca sedimentaria más rica en carbono de la Tierra y la de mayores consecuencias de cuantas ha extraído la humanidad. Impulsó la Revolución Industrial, todavía genera más de un tercio de la electricidad mundial y en 2023 se extrajo a un ritmo de 8.970 millones de toneladas, un máximo histórico. Para los geólogos es, además, una de las rocas más extrañas del catálogo: un depósito estratificado formado casi por completo por restos vegetales comprimidos y transformados químicamente, con su propia taxonomía de componentes microscópicos y su propia norma de clasificación.
Ficha técnica
- Tipo de roca
- Roca sedimentaria orgánica (bioquímica)
- Composición química
- 50–95 % de carbono en peso, con hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, azufre y trazas de componentes inorgánicos
- Dureza (Mohs)
- ~1 (lignito) a ~3,5 (antracita)
- Densidad
- 1,1–1,5 g/cm³ (lignito); hasta ~1,8 g/cm³ (antracita)
- Color y brillo
- De pardo a negro; mate en el lignito y el carbón subbituminoso, de vítreo a submetálico en el bituminoso y la antracita
- Material de origen
- Restos de plantas terrestres acumulados en humedales formadores de turba
- Edad geológica
- La mayor parte del carbón explotable data del Carbonífero (~359–299 Ma), del Pérmico o del Cretácico–Paleógeno
- Principales productores (2023)
- China, India, Indonesia, Estados Unidos, Australia, Rusia: en conjunto, ~85 % de la producción mundial
- Normas de clasificación
- ASTM D388 (EE. UU.), ISO 11760 (internacional), ICCP para la nomenclatura de los macerales
¿Qué es el carbón?
El carbón es una roca sedimentaria combustible y estratificada, dominada por materia orgánica y no por granos minerales. Sus componentes básicos no son minerales, sino macerales: constituyentes microscópicos derivados de tejidos vegetales concretos. El Comité Internacional de Petrología del Carbón y de la Materia Orgánica reconoce tres grupos de macerales [2]:
- Vitrinita: el grupo más abundante, derivado de tejidos leñosos (corteza, tallos, raíces). Su reflectancia óptica es el indicador estándar de la industria para la madurez del carbón.
- Liptinita (término antiguo: exinita): derivada de partes vegetales cerosas o resinosas, esporas, cutículas y algas. Rica en hidrógeno, es la fuente de la mayoría de los hidrocarburos derivados del carbón.
- Inertinita: material vegetal oxidado o carbonizado por incendios; rica en carbono, pero no reactiva en la coquización.
Los geólogos distinguen el carbón de la fangolita carbonosa mediante un umbral práctico de aproximadamente el 50 % de materia orgánica en peso. Por debajo, la roca es una lutita rica en materia orgánica; por encima, un carbón.
Cómo se forma el carbón: de la turba a la antracita
La secuencia de carbonificación
El carbón se forma allí donde la productividad vegetal supera a la descomposición, casi siempre en ambientes anegados y pobres en oxígeno, como pantanos arbolados, turberas y humedales turbosos costeros. La hojarasca sumergida resiste la degradación microbiana completa, se acumula como turba y queda enterrada bajo nuevos sedimentos. El aumento de la temperatura y la presión provoca después la expulsión progresiva de agua, metano, dióxido de carbono y otros volátiles. Este proceso se llama carbonificación.
El resultado es una serie continua de rocas cada vez más ricas en carbono:
| Etapa | Carbono (% dmmf*) | Poder calorífico (MJ/kg) | Reflectancia de la vitrinita Ro (%) |
|---|---|---|---|
| Turba | ~50–60 | ~10–15 | <0,3 |
| Lignito | 60–75 | 15–19 | 0,3–0,5 |
| Subbituminoso | 75–80 | 19–24 | 0,5–0,6 |
| Bituminoso | 80–90 | 24–35 | 0,6–2,0 |
| Antracita | >90 | 32–35 | >2,0 |
La reflectancia de la vitrinita, el porcentaje de luz que refleja una superficie pulida de vitrinita en inmersión en aceite, es el indicador de madurez estándar de la industria del petróleo y del carbón, y también se usa mucho para estimar las temperaturas máximas de enterramiento en el análisis de cuencas.
Por qué se formó tanto carbón en el Carbonífero
El periodo Carbonífero (≈359–299 Ma) debe su nombre al carbón. Produjo más carbón económicamente explotable que cualquier otro intervalo de la historia de la Tierra, y con mucha diferencia. La explicación popular, repetida durante años en libros de texto y artículos de divulgación, era la hipótesis del desfase evolutivo: las plantas terrestres leñosas acababan de desarrollar la lignina (un biopolímero resistente de las paredes celulares), pero los hongos capaces de degradarla aún no habían aparecido, así que la madera muerta se acumuló sin pudrirse durante decenas de millones de años.
Esa hipótesis ya no se acepta. Un estudio de 2016 publicado en PNAS por Nelsen, DiMichele, Peters y Boyce reunió pruebas filogenómicas, geoquímicas, paleontológicas y estratigráficas en su contra [4]:
- Muchas de las plantas formadoras de carbón dominantes en el Carbonífero, sobre todo los licópsidos gigantes como Lepidodendron y Sigillaria, estaban formadas principalmente por tejidos peridérmicos pobres en lignina, no por madera rica en lignina.
- Las pruebas fósiles y filogenómicas indican que los hongos degradadores de lignina, y otros microbios capaces de atacarla, estuvieron casi con seguridad presentes durante todo el Carbonífero.
- Una Tierra en la que la lignina sencillamente no se descompusiera habría producido desequilibrios en el oxígeno atmosférico y en el ciclo del carbono totalmente incompatibles con el registro geológico.
El consenso actual es que la acumulación de carbón en el Carbonífero refleja una coincidencia de condiciones tectónicas y climáticas: colisiones continentales que crearon extensas cuencas ecuatoriales de bajo relieve durante el ensamblaje de Pangea; un clima húmedo de invernadero salpicado de ciclos glacioeustáticos del nivel del mar que inundaban y volvían a dejar expuestos, una y otra vez, los pantanos costeros, y la expansión de enormes humedales formadores de turba por lo que hoy es el este de Norteamérica, Europa occidental y partes de China. El carbón no se acumuló porque nada pudiera pudrirlo. Se acumuló porque las plantas adecuadas crecieron en los lugares adecuados en el momento adecuado.
El rango del carbón: las cuatro clases
El carbón se clasifica por su rango, es decir, por su grado de metamorfismo, y no por su «calidad». La calidad es un concepto distinto que describe la pureza (el contenido de materia mineral y de azufre). La norma estadounidense ASTM D388-19a divide los carbones en cuatro clases de rango a partir del carbono fijo (para los carbones de rango alto) y del poder calorífico bruto (para los de rango bajo), ambos calculados en base libre de materia mineral.
Turba (precursora)
Técnicamente no es carbón, sino el material de partida. La turba actual se acumula a razón de unos 0,5–1 mm al año. Formar una capa de carbón de 10 metros implica, por tanto, decenas de miles de años de acumulación continua, con una relación de compactación turba/carbón de entre 7:1 y 10:1 según el rango final.
Lignito («carbón pardo»)
El carbón de menor rango. Blando, friable y a menudo con la estructura vegetal todavía visible. Poder calorífico de 15–19 MJ/kg. Su elevado contenido de humedad (30–60 %) hace antieconómico transportarlo lejos, por lo que el lignito suele quemarse en centrales situadas a pie de mina. Principales productores: Alemania (cuenca de Renania), Grecia, Australia (valle de Latrobe) y partes de China.
Carbón subbituminoso
De negro a negro mate, con un contenido de carbono del 75–80 % en base seca libre de materia mineral. Es el rango dominante en la cuenca del Powder River (Wyoming y Montana), que produce alrededor del 40 % del carbón de Estados Unidos y es una de las mayores fuentes individuales de carbón térmico del mundo.
Carbón bituminoso
El rango de mayor importancia económica. Duro, bandeado y muy variable: la norma ASTM D388 lo subdivide en grupos de bajo, medio y alto contenido en volátiles. Los carbones bituminosos de volátiles medios y bajos que se hinchan y se funden al calentarse se llaman carbones coquizables y son el único rango apto para fabricar coque metalúrgico. Entre los grandes productores de carbón bituminoso están la cuenca de los Apalaches (EE. UU.), la cuenca de Bowen (Australia), la cuenca del Donbás (Ucrania y Rusia) y la provincia de Shanxi (China).
Antracita
El rango más alto. Dura, brillante, con fractura concoidea y más del 86 % de carbono fijo. Arde con una llama corta y sin humo. Escasa a escala mundial —probablemente menos del 1 % de las reservas de carbón del mundo—, la antracita solo se forma donde el carbón bituminoso ha sufrido un metamorfismo regional de bajo grado, normalmente cerca de los márgenes de los cinturones orogénicos. La cuenca antracítica de Pensilvania (EE. UU.) y la cuenca de Quang Ninh, en Vietnam, son los mayores productores en activo.
Dónde se encuentra el carbón
Hay capas de carbón explotables en todos los continentes salvo en la Antártida, donde existen pero no se explotan en virtud del Tratado Antártico. Las cuencas más productivas del mundo se concentran en tres intervalos: el Carbonífero Superior–Pérmico (carbones del hemisferio norte y de Gondwana), el Triásico–Jurásico (partes de China y Australia) y el Cretácico–Paleógeno (cuenca del Powder River, Indonesia, partes de Europa central).
China
El mayor productor y consumidor, con una ventaja enorme: unos 4.600 millones de toneladas en 2024, cerca de la mitad de la producción mundial. La mayor parte procede de las provincias de Shanxi, Mongolia Interior y Shaanxi, que explotan capas de edad pérmica del bloque de China del Norte. Solo Shanxi produce cada año más carbón que cualquier país, salvo la India.
India
Segundo productor mundial, con un crecimiento de la producción de alrededor del 7 % en 2024. Las principales cuencas son el valle del Damodar, de edad pérmica (Jharkhand, Bengala Occidental), y los yacimientos de Mahanadi/Talcher, en Odisha. El carbón indio es sobre todo un carbón térmico con mucha ceniza y poco azufre que alimenta la generación eléctrica nacional.
Indonesia
Tercer productor y mayor exportador mundial de carbón térmico por vía marítima. La minería se concentra en Kalimantan y Sumatra, donde se extraen en grandes minas a cielo abierto carbones del Eoceno–Mioceno procedentes de antiguos sistemas de humedales tropicales. La producción indonesia superó los 800 Mt en 2024.
Estados Unidos
La Formación Fort Union, del Paleoceno–Eoceno, en la cuenca del Powder River (Wyoming y Montana), alberga capas de hasta 30 m de espesor, de las más gruesas del mundo, y suministra la mayor parte del carbón térmico de Estados Unidos. La cuenca de los Apalaches, del Carbonífero (Pensilvánico), produce carbones bituminosos de mayor rango, incluida la mayor parte del tonelaje metalúrgico que exporta Estados Unidos.
Australia
Cuarto productor y exportador dominante de carbón metalúrgico. La cuenca de Bowen (Queensland) y la cuenca de Sydney–Gunnedah (Nueva Gales del Sur), ambas pérmicas, concentran el grueso de la producción. La AIE prevé que Australia supere a Estados Unidos y a Rusia en producción total de carbón para 2027.
Rusia, Colombia, Sudáfrica
La cuenca de Kuznetsk (Siberia), en Rusia, figura entre las mayores reservas de carbón del mundo; las sanciones han limitado sus exportaciones, pero no las han detenido. El yacimiento de Witbank, en Sudáfrica, abastece tanto la generación nacional como los mercados de exportación. La mina colombiana de Cerrejón es un gran exportador de la cuenca atlántica.
Cómo se usa el carbón
Carbón térmico (generación eléctrica)
Alrededor de dos tercios del carbón extraído se queman en centrales eléctricas. El carbón pulverizado se inyecta en el hogar de una caldera, donde la combustión a 1.500–1.700 °C genera el vapor que mueve las turbinas. En 2024, el carbón seguía aportando aproximadamente el 35 % de la electricidad mundial, su menor cuota desde la fundación de la AIE en 1974, pero continúa siendo la mayor fuente individual.
Carbón metalúrgico (siderurgia)
Los carbones coquizables duros se calientan a 1.000–1.100 °C en ausencia de oxígeno, lo que expulsa los volátiles y funde el residuo en un coque poroso y rico en carbono. El coque actúa a la vez como reductor y como soporte estructural en los altos hornos, donde transforma la mena de óxido de hierro en arrabio fundido. Alrededor del 70 % del acero mundial se produce todavía por esta vía, lo que hace que el carbón coquizable sea prácticamente insustituible en los plazos tecnológicos actuales, aunque la reducción directa con hidrógeno es la principal vía de descarbonización en desarrollo.
Cemento, productos químicos y licuefacción del carbón
El carbón se usa mucho como combustible de los hornos de cemento, donde las altas temperaturas (~1.450 °C) necesarias para formar el clínker encarecen su sustitución por gas natural. El carbón también puede gasificarse o licuarse directamente para producir gas de síntesis, metanol, amoníaco y diésel sintético. A escala industrial dominan las instalaciones de Sasol en Sudáfrica y un creciente sector chino de transformación del carbón en productos químicos. A escala mundial, sin embargo, la licuefacción del carbón sigue siendo un mercado marginal.
El metano en capas de carbón y el sistema gasífero del carbón
El metano, generado como subproducto de la carbonificación y adsorbido en la enorme superficie interna del carbón, es a la vez un peligro y un recurso. Es responsable de la mayoría de las explosiones en minas subterráneas de carbón, y la desgasificación previa es hoy práctica habitual en las explotaciones profundas. El metano en capas de carbón (CBM) se ha convertido además en una parte importante de la producción de gas natural en Estados Unidos (cuencas de San Juan y del Powder River) y en Australia (cuencas de Bowen y Surat). Las capas de carbón también almacenan dióxido de carbono, y el intercambio CO₂–CH₄ en ellas es un campo activo de investigación sobre el almacenamiento de carbono.
El carbón en la década de 2020: un panorama cambiante
La demanda mundial de carbón alcanzó un máximo histórico en 2024, con unos 8.770 millones de toneladas, impulsada por el crecimiento de la demanda eléctrica en la India, el Sudeste Asiático y China. Al mismo tiempo, la cuota del carbón en el mix eléctrico mundial lleva dos décadas bajando a medida que se expanden las renovables y el gas. Que el consumo de carbón toque techo en la década de 2020, en la de 2030 o más tarde depende casi por completo de la evolución de la demanda eléctrica china y del ritmo de despliegue de la solar, la eólica, la nuclear y el almacenamiento. El cierre de la última central de carbón del Reino Unido, en septiembre de 2024, fue un hito simbólico para el país donde comenzó la economía del carbón.
Para los geólogos, el carbón sigue siendo un material extraordinario: un archivo de ecosistemas antiguos, un registro paleoclimático y, a la vez, una materia prima industrial todavía en plena actividad.
Preguntas frecuentes
¿El carbón es una roca o un mineral?
El carbón es una roca, concretamente una roca sedimentaria orgánica. No es un mineral, porque carece de una estructura cristalina fija y de una composición química definida.
¿Cuánto tarda en formarse el carbón?
La transformación de turba en carbón bituminoso exige un enterramiento bajo varios kilómetros de sedimentos durante al menos decenas de millones de años; la antracita requiere un enterramiento más profundo o metamorfismo regional. La mayor parte del carbón económicamente explotable tiene entre 100 y 350 millones de años.
¿Qué diferencia hay entre el rango y la calidad del carbón?
El rango describe el grado de carbonificación (lignito → antracita). La calidad describe la pureza, sobre todo la proporción de materia mineral (cenizas) y de contaminantes como el azufre. Un carbón de rango alto puede ser de baja calidad si contiene muchas impurezas minerales.
¿Qué tipo de carbón tiene más energía?
La antracita tiene el mayor contenido de carbono y la mayor densidad energética por kilogramo. Algunos carbones bituminosos bajos en volátiles se acercan a la antracita en poder calorífico y son más fáciles de encender y de quemar, una de las razones por las que la antracita ya no es un combustible importante en la generación eléctrica moderna.
¿Se sigue formando carbón hoy en día?
Sí. Hoy se forma turba en humedales tropicales y de latitudes altas, y con suficiente tiempo geológico y la historia de enterramiento adecuada, parte de ella acabará convirtiéndose en carbón. Pero el ritmo mundial de acumulación de turba está muchos órdenes de magnitud por debajo del ritmo al que se extrae carbón.
