Каменный уголь — это горная порода, образовавшаяся при разложении растительной жизни. Она, в основном, состоит из углерода со многими другими микроэлементами.
Высокая плотность этого ископаемого и его обширные запасы в природе делают его полезным в качестве топлива для выработки электроэнергии на угольных электростанциях, а в некоторых местах и для отопления.
Добывают каменный уголь из-под или с земли и стоимость энергии ниже чем от других источников. Этого топлива достаточно много, есть большой запас во всем мире. Это привело к тому, что на протяжении столетий люди сжигают много каменного угля, что мы продолжаем делать и сегодня.
Формирование полезного ископаемого
Формирование каменного угля началось несколько сотен миллионов лет назад в условиях окружающей среды значительно отличающейся от тех, что присутствуют сегодня. Кислые воды замедляли распад органического вещества и позволили этому мертвому органическому веществу, в основном планктону, накапливаться в слоях. Этот материал затем оказался глубоко в земле, будучи покрыт осадком и в конечном итоге образовался в коричневый материал называемый торф. Этот торф содержит часть энергии, которая была произведена фотосинтезом, когда растения были живы. Геологические процессы сдвинули этот торф глубже, высокие давления и температуры привели к тому, что материал терял большую часть своих атомов водорода и кислорода, в результате чего обогащенный углеродом материал преобразовался в каменный уголь.
Основные виды ископаемого: антрацит, бурый, суббитуминозный и битуминозный. Тип и качество зависит когда и как давно образовывался, антрацит является наиболее востребованным видом и, следовательно, почти полностью состоит из углерода. Антрацит иногда называют карбункул, строго черного блестящего цвета является самым качественным за счет высокой теплотворности.
Химическая формула угля проста – С, молекулярная масса — 12,0116 г/моль
История каменного угля
Каменный уголь используется в качестве источника энергии на протяжении почти 2000 лет. Например, уголь широко использовался для отопления домов в начале XVII века в Европе. Но промышленная революция резко увеличила спрос на ископаемое.
В частности, усовершенствования Джеймса Уатта парового двигателя сделали каменный уголь полезным для выполнения работ. К 1830-м годам добыча ископаемого была бурно развивающейся промышленностью, где каменный уголь поставлялся для промышленности и паровозов на вновь разработанных железнодорожных дорогах.
Каменный уголь в современном мире является наиболее широко используемым и распространенным ископаемым топливом. Это топливо имеет 100-летний запас к уровню сегодняшней добычи. Общий объем запасов составляет примерно 10 в 12 степени тонн.
Каменный уголь, а также нефть и природный газ, представляются одними из ископаемых видов топлива, которые образуются за счет распада растительности много миллионов лет назад. Они все довольно надежные источники энергии и не являются неоправданно дорогими.
Их основным недостатком является, то что они вызывают загрязнение земли, морей и атмосферы.
Добыча каменного угля по странам
Мировая добыча угля за последние полтора века увеличилась.
Мировое потребление каменного угля приумножилось со 100 миллионов тонн нефтяного эквивалента энергии в 1860 году, 330 эквивалента в 1900 году, 1300 в 1950 году и 2220 в 2000 году.
До 1970 года каменный уголь был крупнейшим в мире источником энергии, но к 2000 году применение природного газа и нефти как источника энергии стало больше. Однако, энергетическая безопасность многих стран зависит от применения каменного угля.
Время жизни мировых запасов каменного угля часто рассчитывается путем деления запасов на ежегодное потребление и это дает около 250 лет. Однако установлено, что этот показатель, как представляется, остается таким же из года в год, так как появляется сбалансированность путем открытия новых запасов. Это не может продолжаться бесконечно, но можно заключить, что показатель занижен. Существует много этого топлива в обозримом будущем.
Страны лидеры по добыче угля:
- Китай — 3700 млн. т. в год
- США — 900 млн. т. в год
- Индия — 600 млн. т. в год
- Австралия — 480 млн. т. в год
- Индонезия — 420 млн. т. в год
- Россия — 350 млн. т. в год.
Самый дешевый способ добычи угля открытый способ который практикуется в этих странах.
В настоящее время уголь добывается главным образом из-за его энергетической ценности, но поскольку уголь различается по теплосодержанию, сравнивать показатели тоннажа разных марок неверно. Например, две тонны бурого угля марки А (по 3000 Бте на килограмм или 0,88 кВтч) должны быть сожжены для высвобождения того же количества энергии, что и одна тонна битуминозного угля марки А (по 6000 бте на килограмм, 1,75 кВтч). Это приводит к своего рода двойным стандартам, которые могут быть очень обманчивыми при представлении оценок запасов угля.
Тенденция аналитиков по углю оценивать уголь по весу, а не по Бте, привела к серьезным искажениям данных по углю.
Загрязнение при сжигании угля
Основная обеспокоенность в отношении этого типа топлива является загрязнение, которое оно вызывает.
Типичная угольная электростанция производит как твердые отходы более миллиона тонн золы, 21 000 тонн осадка, половину миллиона тонн гипса и вбросов в атмосферу одиннадцать миллионов тонн двуокиси углерода, 16 000 тонн двуокиси серы, 29 000 тонн оксидов азота и тысячи тонн пыли, а также определенное количество алюминия, кальция, железа, калия , никель, титана и мышьяка.
Это антропогенное загрязнение можно сравнить из-за естественных причин, таких, как лесные пожары из-за ударов молнии и извержения вулканов. Хотя краткосрочные эффекты могут быть серьезными, земля имеет большие природные рекуперативные силы для удаления последствий на земле, озерах и морях, чтобы вернуться в предыдущее состояние.
В отличие от этих природных явлений загрязнение от энергии накапливается непрерывно, и поэтому земля не может восстановиться.
Твердые отходы должны храниться где-то, часто в море, влияя на водную жизнь. Атмосферные отходы производят кислотные дожди и влияют на изменения климата. Кислотные дожди влияют на растения и деревья, чтобы их ослабить, на озерах убивают рыбу. В 80-х годах около 4000 озёр в Скандинавии были мертвы и 5000 потеряли большую часть своих рыб.
Было высказано предположение о том, что углекислый газ, который является основным ингредиентом в загрязнении атмосферы, может быть поглощен в жидкую форму и закачан в пустые нефтяные скважины. Этот процесс является дорогостоящим и может увеличить цену этого топлива. Даже если это будет сделано, будет по-прежнему оставаться опасности других атмосферных влияний.
Окрестности угольной электростанции чаще всего не являются объектом красоты. Отходы от сжигания обычно хранятся поблизости и образуют большие, неприглядные и опасные кучи шлака. Они опасны, потому что после сильного дождя могут размякнуть. Это произошло некоторое время назад в деревне Аберфан, Уэльс, Великобритания. Сельская школа стояла на шлаке и рухнула причинив вред людям.
Опасность применения
Это топливо является на сегодняшний день наиболее опасным в экологическом плане источником энергии. Однако, энергетика Китая более чем на 50% держится на угле.
Добыча грязная и опасная: более 95 000 шахтеров погибли в странах лидерах по добыче угля в результате несчастных случаев, в период от 1873 по 2020.
Детальное исследование установило, что около сорока шахтеров погибают для производства тысячи мегаватт энергии, и многие сотни тысяч губят свое здоровье, постоянно получая силикоз и другие заболевания. По всем этим причинам необходимо как можно скорее отказаться от применения каменного угля для использования энергии на электростанциях.
