Węgiel kamienny

Węgiel to nieodnawialne paliwo kopalne, które jest spalane i wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej. Do czego jeszcze służy węgiel? A czy wiesz, że techniki wydobywcze i spalanie węgla są niebezpieczne dla górników i środowiska? Węgiel stanowi jednak nadal ponad połowę paliwa na świecie. Węgiel kamienny to paliwo nieodnawialne. Sprawdź – czym jest węgiel kamienny? Z czego jest węgiel kamienny? Jak długo powstaje węgiel kamienny? Gdzie jest najwięcej węgla?

Czym jest węgiel kamienny?

Węgiel to czarna lub brązowo-czarna skała osadowa, którą można spalać jako paliwo i wykorzystywać do wytwarzania energii elektrycznej. Jest przy tym najobficiej występującym paliwem kopalnym na świecie oraz największym źródłem paliwa do wytwarzania energii elektrycznej i w hutnictwie. Czarną skałą osadową jest węgiel kamienny, a brązowo-czarna skała osadowa to węgiel brunatny.

Węgiel jest surowcem naturalnym osadowym, składającym się głównie z łatwo palnego węgla mineralnego. Jego skład (łącznie z naturalną wilgocią) w ponad 50% wagowo i w ponad 70% objętościowo obejmuje materiał węglowy. Reszta to inne minerały. Węgiel powstaje ze szczątków roślin, które zostały zagęszczone, utwardzone i zmienione chemicznie.

Zostały też poddane swoistej metamorfozie, pod wpływem wielkiego ciepła i ciśnienia w czasie geologicznym. Węgiel znajduje się na całym świecie, także w Polsce. Można go znaleźć głównie w miejscach, w których istniały prehistoryczne lasy i bagna, zanim zostały skompresowane przez miliony lat.

Z czego jest węgiel kamienny?

Węgiel kamienny składa się głównie z makro minerału zwanego węglem mineralnym C i węglowodorów. Zawierają one dużą porcję energii, która może zostać uwolniona poprzez spalanie. Węgiel kamienny jest więc uważany za paliwo kopalne i powstał ze szczątków starożytnych roślin. Ponieważ tworzył się przez miliony lat, a jego ilość jest ograniczona, stanowi surowiec nieodnawialny (paliwo kopalne nieodnawialne).

Węgiel bardzo różni się też od skał mineralnych, które powstały z materiału nieorganicznego. Jest skamieniałą, kruchą materią roślinną. Przechodzi wiele długich zmian, zanim stanie się znaną czarną i błyszczącą substancją, spalaną jako paliwo. Węgiel przechodzi w tym procesie różne fazy karbonizacji przez miliony lat.

jak i kiedy powstał węgiel kamienny

Można go więc znaleźć na wszystkich etapach rozwoju, zlokalizowanego w różnych częściach świata. Po wydobyciu z kopalni, jest klasyfikowany według jakości. Stosuje się do tego prawo Hilta mówiące, że im głębszy pokład węgla, tym wyższa jego ranga, klasa, cena, przydatność. Na większych głębokościach materiał organiczny napotyka wyższe temperatury i ciśnienie. Skutkiem tego, więcej szczątków roślinnych przekształca się w węgiel.

Węgiel może wytrzymać temp. do 3000°C. Może być stosowany w produktach, takich jak drzwi ognioodporne i części rakiet, grafit, „rysiki” ołówków itp. Najbardziej znanym zastosowaniem grafitu jest właśnie użycie go w ołówkach.

Jakie są rodzaje węgla?

Istnieją cztery główne rodzaje węgla. Podział ten odnosi się do etapów powolnego, naturalnego procesu zwanego „uwęgleniem” (karbonizacja). Zakopana materia roślinna zmienia się w materiał coraz gęstszy, suchszy, twardszy i bardziej bogaty w mineralny węgiel (C). Te fazy rozwoju i zarazem rodzaje węgla, to:

antracyt czyli węgiel kamienny

antracyt to najwyższy stopień jakości węgla. Jest wydobywany tylko w kilku krajach i stanowi 1% światowych zasobów węgla. Jest to twardy, kruchy i czarny błyszczący węgiel, często nazywany też węgiel kamienny. Zawiera wysoki procent węgla mineralnego związanego i niski procent substancji lotnych;

węgiel bitumiczny

jest węglem średniej klasy pomiędzy subbitumicznym, a antracytowym. Węgiel kamienny ma zwykle wysoką wartość opałową (Btu) i jest wykorzystywany w produkcji energii elektrycznej i stali (przemysł metalurgiczny). Natomiast węgiel bitumiczny jest bryłowaty i wydaje się lśniący i gładki. Ale gdy przyjrzymy się bliżej, można wtedy zobaczyć, że ma cienkie, naprzemienne, błyszczące i matowe warstwy;

węgiel subbitumiczny (podbitumiczny)

ma czarny kolor i jest głównie matowy, absolutnie nie błyszczący. Ma też niskie lub średnie wartości opałowe i jest wykorzystywany głównie do wytwarzania energii elektrycznej w elektrowniach lub w ciepłowniach;

węgiel brunatny

jest węglem najniższej klasy z najmniejszą koncentracją mineralnego węgla (C). Ma niską wartość opałową i wysoką wilgotność i jest wykorzystywany głównie w produkcji energii elektrycznej.

Do czego służy węgiel?

Węgiel jest głównie wykorzystywany jako paliwo do wytwarzania energii elektrycznej i ciepła. W elektrowniach węglowych spalany jest węgiel kamienny, podbitumiczny lub brunatny. Ciepło wytworzone podczas jego spalania przekształca wodę w parę pod wysokim ciśnieniem. Para ta napędza turbinę wytwarzającą energię elektryczną. Przykładowo, w 2019 r. ok. 23% całej energii elektrycznej w Stanach Zjednoczonych było wytwarzane przez elektrownie opalane węglem.

kopalnia węgla kamiennego
kopalnia węgla

W Polsce najwięcej energii elektrycznej pochodzi z elektrowni na węglu kamiennym i brunatnym. W sierpniu 2022 r. węgiel kamienny wyniósł w tym względzie ponad 50%, a węgiel brunatny ponad 30%. Jeśli chodzi o zieloną energetykę, to farmy wiatrowe miały w tym samym czasie tylko 5,34% wkładu w produkcję energii. Natomiast inne źródła odnawialne ok. 9%. Niektóre rodzaje węgla kamiennego są też wykorzystywane do produkcji stali.

Używany jest do produkcji stali musi mieć przy tym wysoką zawartość węgla mineralnego oraz niską ilość wilgoci, popiołu, siarki, fosforu. Węgiel spełniający te wymagania jest znany jako węgiel metalurgiczny antracyt. Ma też inne zastosowania, jak produkcja cementu, włókien węglowych, grafitu, leków, smoły, paliw syntetycznych i na bazie ropy naftowej. Służy też do ogrzewania domów, zakładów pracy, urzędów i obiektów handlowych.

Jak długo powstaje węgiel kamienny?

Prekursorem węgla jest torf, miękki, organiczny materiał składający się z częściowo zbutwiałej materii roślinnej i mineralnej. Pod wpływem wysokiego ciśnienia i ciepła torf ulega przemianom fizycznym i chemicznym (tzw. proces uwęglenia). Staje się wtedy węglem o którym tu mowa. Warunki, które ostatecznie doprowadziły do powstania węgla, zaczęły się rozwijać ok. 300 mln lat temu, w okresie karbonu. Ziemię pokrywały wtedy szerokie, płytkie morza i gęste lasy. Morza te od czasu do czasu zalewały obszary zalesione, topiąc rośliny na dnie bagnistych mokradeł.

Z biegiem czasu, rośliny (głównie mchy, paprocie i glony) były grzebane i kompresowane pod ciężarem mułu i nowych warstw roślinności. W miarę jak te szczątki roślin opadały głębiej pod ziemię, napotykały wyższe temperatury i ciśnienie. Błoto i kwaśna woda zapobiegały kontaktowi materii roślinnej z tlenem. Dzięki temu materia roślinna rozkładała się bardzo wolno i zatrzymywała większość mineralnego węgla (główne źródło energii).

Takie młode obszary zakopanej materii roślinnej, nazywane są torfowiskami. Wiele metrów pod ziemią torfowiska opadając gromadzą stopniowo ogromne ilości węgla. Także torf może być spalany jako paliwo i bywa źródłem energii cieplnej w krajach takich, jak Szkocja, Irlandia czy Rosja. W odpowiednich warunkach torf w bardzo długim czasie zamienia się jednak w bardziej kaloryczny węgiel. Proces ten nazwano karbonizacją.

Karbonizacja odbywa się w warunkach niesamowitego ciepła i wysokiego ciśnienia. W efekcie, ok. 3 m warstwowej roślinności ostatecznie kompresuje się w 1/3 metra węgla. Węgiel występuje w podziemnych formacjach zwanych pokładami węgla. Taki pokład węglowy może mieć grubość do 30 m i rozciągać się nawet na 1500 km.

Gdzie jest najwięcej węgla?

Kopalnie z okresu rewolucji przemysłowej znajdowały się głównie w północnej Anglii. Na początku XVIII w. wydobywano tam ponad 80% węgla na świecie. Pokłady węgla różnej jakości, w tym węgla kamiennego, istnieją jednak na każdym kontynencie. Oszacowano, że największe takie zasoby znajdują się jednak w Stanach Zjednoczonych, Rosji, Chinach, Australii i Indiach. Chiny, Indie i Brazylia to obecnie również czołowi światowi producenci węglowego grafitu. Według danych amerykańskiej Agencji Informacji Energetycznej, od stycznia 2020 r. USA mają największe zasoby węgla do wydobycia. Szacuje się je na 252 miliardów ton.

W USA węgiel jest wydobywany w 25 stanach i trzech głównych regionach. W Zachodnim Regionie Węglowym, Wyoming jest największym producentem i wydobywa się tu ok. 40% całej puli węgla w USA. Ponad 1/3 trzecia węgla w USA pochodzi też z regionu Appalachian Coal, który obejmuje Zachodnią Wirginię, Wirginię, Tennessee i Kentucky. Region węglowy północno-wschodniej Pensylwanii w USA jest miejscem największych znanych na świecie złóż węgla antracytowego najlepszej jakości.

Szacuje się je na 7 miliardów ton amerykańskich. Chiny odpowiadają jednak za większość światowej produkcji węgla kamiennego antracytu. Pozostali jego producenci, to: Rosja, Ukraina, Korea Płn., RPA, Wietnam, Wielka Brytania, Australia, Kanada. Całkowita jego produkcja w 2020 r. wyniosła 615 mln ton. Wielu z największych producentów węgla na świecie (Stany Zjednoczone, Chiny, Rosja, Indie) to jednocześnie najwięksi producenci stali.

Liderem w branży stalowej jest też Japonia, ale kraj ten nie ma znaczących rezerw węgla u siebie. Jest za to jednym z największych importerów węgla na świecie.

COMMENTS

Comments are closed.