Как получается уголь: Происхождение угля | Металлургический портал MetalSpace.ru

Содержание

Происхождение угля | Металлургический портал MetalSpace.ru

26037

( Голосов: 2 )

Уголь – это ископаемое топливо, образовавшееся из частей древних растений под землей без доступа кислорода. Угольная масса формируется в условиях, когда гниющий растительный материал накапливается быстрее, чем происходит его бактериальное разложение.

Идеальная обстановка для этого создаётся в болотах, где стоячая вода, обеднённая кислородом и обогащенная органическими кислотами, препятствует жизнедеятельности бактерий разрушающих погибшие растения. Так возникает торф – исходный материал для образования угля. Если затем происходит его захоронение под наносами, то торфяная масса под воздействием давления и температуры, теряя воду и газы, преобразуется в угольные пласты.

В древних торфяных болотах, начиная с девонского периода (примерно 400 млн. лет назад), накапливалось органическое вещество, из которого формировались ископаемые угли. Большинство промышленных месторождений каменного угля относится к этому периоду, хотя известны и более молодые месторождения.

На первой стадии процесса углеобразования торф превращается в бурый уголь с содержанием углерода 65-70 % (масс.). Углерод в углях находится в составе различных органических соединений, часть из которых при нагревании переходит в состав летучих веществ (летучий углерод), а часть остаётся в коксовом остатке (нелетучий углерод). Здесь и далее, если прямо не указано, о каком углероде идёт речь, имеется в виду их сумма (общий углерод).

Бурый уголь залегает на глубине примерно 1 км и содержит до 43 % (масс.) влаги и до 50 % (масс.) летучих веществ. При дальнейшем опускании на глубину до 3 км, из бурого угля образуется каменный уголь. Угли, которые к нашему времени стали каменными, начали образовываться в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300-350 млн. лет назад из остатков древовидных папоротников, хвощей и плаунов, произраставших в то время в огромных количествах, а также первых голосеменных растений. Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 до 95 % (масс.), они содержат до 12 % (масс.) влаги и до 32 % (масс.) летучих веществ.

Самый древний из ископаемых углей – антрацит – образуется из каменного угля при дальнейшем повышении температуры и давления на глубине до 6 км. Он содержит около 95 % (масс.) углерода, и имеет наиболее высокую степень «углефикации».

ПОДЕЛИСЬ ИНТЕРЕСНОЙ ИНФОРМАЦИЕЙ

Опубликовано
MetalSpace

Адрес электронной почты:
[email protected]

Предлагаем сотрудничество

Опубликуй свои произведения в электронной форме.

Размести научную статью или пресс-релизы на страницах нашего портала.

Древесный уголь: производство и применение

Одной из альтернатив «традиционного» угля сегодня является древесный уголь. Но в отличие от своего сородича, это экологически чистый и более безопасный в использовании продукт.

Как и его изготавливают и почему не применяют для выработки электроэнергии?

Производство древесного угля

Древесный уголь имеет общее происхождение с каменным углём. Они оба образуются из древесины, только каменный уголь формируется в результате разложения древесной породы, которое длится долгие века. А вот древесный уголь получают методом термического разложения древесины — пиролиза.

Предварительно высушенную древесную породу помещают в реторту — замкнутую стальную ёмкость, в которую не поступает воздух. Затем ёмкость устанавливается в специальную печь, где и происходит процесс нагревания. Под воздействием высоких температур материал в бескислородной среде разлагается, превращаясь в древесный уголь.

После пиролиза материал обязательно подвергается прокалке. Этот процесс также проводится в печи: его суть заключается в отделении от полученного угля лишних газов и смол. На заключительном этапе реторту достают из печи, а уголь отсеивают от мелких фракций и пыли.

В зависимости от выбора «исходного материала» производят разные виды древесного угля. Также они отличаются друг от друга разной степенью содержания нелетучего углерода.

Чёрный уголь (марка А) получают из мягких пород древесины – например, тополя, липы, осины. Он считается высшим сортом древесного угля: в материале содержится как минимум 90% нелетучего углерода и не более 2,5% золы.

Из берёз, дубов, ясеней и других твёрдых пород образуется так называемый белый уголь первого сорта (марка Б), а хвойные породы (сосна, ель или лиственница) дают красный древесный уголь (марка В).

Читайте также: «Зольность угля: методы определения».

Свойства биотоплива

В результате пиролиза древесины получают уголь с большим количеством микроскопических полостей, за счёт которых он приобретает высокую поглощающую способность.

Благодаря кислороду, попадающему в поры, топливо легко горит и выделяет много тепла. Даже небольшое количество биотоплива даёт длительный жар, причём при сжигании практически не выделяется дым. Ко всему прочему, древесный уголь не склонен к самовозгоранию.

Полученный древесный уголь состоит из углерода, водорода и кислорода. Их доля в материале зависит от температуры обугливания: чем она выше, тем выше содержание углерода и ниже – кислорода и водорода.

В среднем в древесном угле содержится около 80% углерода, причём как летучего, так и не летучего. Доля остальных веществ такова: кислорода – от 5 до 15%, водорода – порядка 4,5%.

Доля летучих веществ в продукте составляет не более 20%, золы – не более 3%, влаги – от 2-4% до 7-15% (если хранить материал в закрытых складах).

Калорийность или удельная теплота сгорания древесного угля варьируется в диапазоне от 7000 до 8000 Ккал/кг.

О характерных свойствах «классических» видов угля – бурого, каменного и антрацита – в нашем материале «Виды угля: какое топливо эффективней?».

Кому и зачем?

Древесный уголь применяют во многих сферах– к примеру, в пищевой промышленности, медицине, сельском хозяйстве. Также он используется для очистки промышленных стоков и газовых выбросов предприятий, а для выплавки ценных и редких металлов он просто необходим.

Помимо этого, древесный уголь используется в качестве топлива. Например, из угольной пыли, которая вырабатывается в процессе пиролиза, производят древесно-угольные брикеты.

Материал смешивают с каким-либо сырьём (как правило, это крахмальный клейстер), после чего отправляют на механический пресс, там их обжигают под высоким давлением и сжимают в бруски определённой формы и размеров.

Брикеты из древесного угля прогорают равномерно и полностью, при этом они превращаются в золу. Теплотворная способность такого топлива составляет свыше 8000 Ккал/кг.

В основном древесный уголь, как и брикеты, используется для
отопления частных домов, а не ТЭС. Дело в том, что стоит биотопливо практически
в два раза дороже, чем, например, каменный уголь.

Как работает уголь | Союз обеспокоенных ученых

Уголь десятилетиями обеспечивал электроэнергию Соединенных Штатов. Он также является основным фактором глобального потепления и оказывает серьезное негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду.

Но, несмотря на то, что в период с 1981 по 2008 год в Соединенных Штатах производилось более половины электроэнергии [1], производство электроэнергии из угля сокращается, и его в значительной степени заменяет другое ископаемое топливо, природный газ, а также альтернативные экологически чистые источники энергии, такие как ветер, солнечная энергия и электроэнергия. энергоэффективность.

Длительное нагревание и давление помогают формировать различные виды угля.

Источник: Адаптировано из Университета Кентукки

Как образуется уголь

Уголь образуется, когда мертвое растительное вещество, погруженное в болотную среду, подвергается воздействию геологических сил тепла и давления на протяжении сотен миллионов лет. Со временем растительное вещество превращается из влажного низкоуглеродистого торфа в уголь, черную или коричневато-черную осадочную породу с высокой плотностью энергии и углерода.

Уголь сам по себе имеет широкий спектр свойств и может быть разделен на четыре основных типа или ранга: бурый уголь, полубитуминозный, битуминозный и антрацитовый – в порядке увеличения содержания углерода и энергии. Большая часть угля, сжигаемого на электростанциях США, представляет собой битуминозный или суббитуминозный уголь.

Пятый тип, называемый металлургическим (или «коксующимся») углем, используется для производства стали.

Все виды угля также содержат серу , которая при сгорании выделяет в воздух токсичные загрязнения. Содержание серы определяется условиями образования угля. Месторождения угля с низким содержанием серы развиваются в пресноводных средах; месторождения с высоким содержанием серы происходят из солоноватых болот или морской среды [1].

В Соединенных Штатах содержание серы в угле варьируется в зависимости от географического положения: большинство, хотя и не все, восточных углей содержат большое количество серы, а западные – намного меньше.

Шахта в Вайоминге.

Фото: Грег Гебель/CC BY-SA (Flickr)

Как добывают уголь

В 2016 году в США было сожжено около 728 миллионов тонн угля, что достаточно для заполнения обычного железнодорожного вагона каждые 4 секунды [3]. На сектор электроэнергетики приходилось более 90 процентов всего угля, используемого в Соединенных Штатах, а остальное сжигается в промышленных и коммерческих целях.

Весь этот уголь поступает из шахт, которые находятся либо под землей, либо над землей («поверхность»). Обе формы несут серьезные экологические последствия, и обе считаются чрезвычайно опасными: подземная добыча полезных ископаемых остается одним из самых опасных занятий в Соединенных Штатах, ежегодно убивая десятки горняков.

Источник: Комиссия по ценным бумагам и биржам США

Подавляющее большинство подземной добычи угля приходится на два доминирующих метода: «камерно-столбовая» и «лавная» добыча.

При камерной и столбовой добыче пласты угля разрабатываются частично, оставляя нетронутыми большие столбы угля, поддерживающие вышележащие слои породы. Закончив, горняки практикуют «отступную» добычу, извлекая как можно больше угля из оставшихся столбов, когда они идут в обратном направлении, позволяя кровле пласта обрушиться.

Источник: Комиссия по ценным бумагам и биржам США

Добыча длинными забоями включает прорубку длинных тоннелей в угольном пласте и удаление извлеченного угля ленточным конвейером. Пока горняки и техника перемещаются вдоль пласта, гидравлическая система поддержки временно удерживает скальный свод на месте.

В настоящее время как камерно-столбовая, так и лавная выемка ведутся очень мощными горными машинами, которые быстро вырубают уголь из забоя угольных пластов. Эти машины постепенно вытеснили менее производительные и более опасные методы, требующие периодического бурения угольного пласта и подрыва его взрывчаткой.

Открытая разработка применяется, когда угольные пласты расположены близко к поверхности. Он зависит от очень крупного оборудования и требует гораздо меньше рабочих на единицу угля.

Сначала с непосредственной поверхности удаляются растительность и почва. Большой промежуточный слой отложений и горных пород, называемый в отрасли «вскрышными породами», затем взрывается и удаляется либо с помощью процесса, называемого «драглингом», либо большими грузовиками. После обнажения нижележащий угольный пласт удаляется полосами и вывозится ленточным конвейером или грузовиком.

По закону владельцы открытых карьеров обязаны восстанавливать и заново засаживать затронутые участки, хотя успешно рекультивированные площади относительно невелики по сравнению с акрами вновь разрабатываемой земли [8].

Хотя добыча угля долгое время наносила ущерб окружающей среде, наиболее разрушительным методом добычи на сегодняшний день является относительно новый тип добычи открытым способом, называемый удалением вершин гор или MTR. В настоящее время практикуемый в южной части Западной Вирджинии, юго-западной Вирджинии и восточном Кентукки, MTR требует срезать все деревья с вершины горы и взорвать вершину на несколько сотен футов взрывчаткой.

Образовавшиеся обломки затем сбрасываются в соседние долины, засыпая ручьи и серьезно — и безвозвратно — воздействуя на местную окружающую среду.

Шахты по расчистке горных вершин оставляют после себя выровненные участки с настолько бедными почвами, что они могут поддерживать только экзотические травы, вытесняя разнообразные и экологически важные лесные экосистемы. Воздействия включают потерю и фрагментацию экосистемы, повышенный риск местных наводнений и стоков, загрязнение местных ресурсов подземных вод и случайные несчастные случаи со смертельным исходом.

Только в Центральных Аппалачах угольные месторождения покрывают 48 000 квадратных километров (примерно 10,7 миллиона футбольных полей) горных вершин и долин Аппалачей, вытесняя существующие аппалачские леса и загрязняя или погребая более 4 процентов рек региона [15].

Карта угольных месторождений США.

Источник: ОВОС

Откуда берется уголь

Хотя в настоящее время уголь добывается в 25 штатах, основные источники угля в США очень сконцентрированы. В 2016 г. почти 58% всего добываемого в США угля приходилось всего на три штата — Кентукки, Западную Вирджинию и Вайоминг, на каждый из которых приходилось соответственно 6, 11 и 40% добычи угля в США [6].

В 1950 году подземные шахты, большинство из которых находились в Аппалачах, добывали 421 миллион коротких тонн, или 75 процентов американского угля. С тех пор добыча открытым способом обогнала подземную добычу, на долю которой в 2016 году приходилось 64 процента производства. В 2016 году крупнейшим источником угля в США был Вайоминг, большая часть которого поступала из огромного бассейна Паудер-Ривер [6].

Несмотря на то, что Вайоминг производит большую часть угля в стране, в 2016 году в штате работало всего 5 756 шахтеров, или 11 процентов от 51 79 шахтеров страны. 5 шахтеров. Это отражает крупномасштабную деятельность карьеров, на которых требуется гораздо меньше сотрудников. Напротив, в Западной Вирджинии в 2016 году работал 11 561 горняк, или 22 процента от общего числа шахтеров в стране.

Хотя на этот переход повлияло снижение производственных затрат, повлияло и содержание серы в угле. Закон о чистом воздухе, особенно после принятия поправок в 1990 году, привел к переходу на уголь с низким содержанием серы в качестве одного из основных методов сокращения выбросов диоксида серы на угольных электростанциях. Поскольку преимущественно суббитуминозный уголь к западу от Миссисипи выделяет гораздо меньше серы на единицу энергии, эта тенденция благоприятствовала западным карьерам как доминирующему источнику новой добычи угля. Это также увеличило использование добычи с удалением горных вершин в Центральных Аппалачах по тем же причинам — классический пример непредвиденных последствий.

Как перерабатывается уголь

Перед отправкой на большие расстояния уголь проходит процесс подготовки для снижения транспортных расходов и подготовки его к использованию на электростанциях. Подготовка обычно включает дробление угля и удаление тяжелых посторонних неугольных материалов.

Если уголь содержит большое количество серы или других примесей, его промывают водной или химической ванной, удаляя до 40 процентов неорганической серы из угля.

Не весь уголь готовится с использованием одного и того же процесса. Уголь с высоким содержанием серы обычно подвергается промывке в соответствии с экологическими нормами, в то время как уголь с низким содержанием серы часто измельчается и изменяется размер без промывки. К сожалению, загрязняющие вещества и неугольные материалы, удаляемые во время промывки, должны куда-то уходить и обычно остаются в больших прудах для сточных вод, известных как «шламовые» резервуары или водохранилища.

Только в Аппалачах насчитывается более 700 таких резервуаров, в которых хранятся сотни миллионов галлонов шахтных отходов. Загрязняющие вещества из этих резервуаров могут легко попадать в поверхностные и грунтовые воды; в экстремальных случаях дамбы, удерживающие эти водохранилища, могут разрушиться, затапливая местные водотоки и подвергая риску как дикую природу, так и сообщества, расположенные ниже по течению.

Объем отходов переработки угля может быть значительным; В 2010 г. 35-40% сырого угля, поступающего на типичные обогатительные фабрики, оставалось в виде отходов [11].

Около тридцати процентов движения грузовых поездов в США приходится на уголь.

Фото: Wsilver/CC BY (Flickr)

Как транспортируется уголь

Поскольку уголь добывается только в нескольких регионах страны, его обычно необходимо транспортировать перед сжиганием на электростанции. Например, уголь из бассейна Паудер-Ривер в Вайоминге доставляется по железной дороге на электростанции даже в Джорджию.

Поезда перевозят примерно 70 процентов угля, перевозимого в США каждый год [9]. Баржи и грузовики перемещают еще 11 процентов, а остальные доставляются в основном трамваем, ленточным конвейером или пульпопроводом.

Чтобы дать представление о масштабе: на уголь приходится около одной трети всех грузовых поездов США. Эти поезда, а также грузовики и баржи работают на дизельном топливе — основном источнике токсинов в воздухе, оксида азота и сажи.

Распространенным методом снижения транспортных расходов является строительство электростанций, непосредственно примыкающих к шахтам, с использованием ленточных конвейеров для перемещения угля. Этим так называемым «шахтным устьям» требуются линии электропередач на большие расстояния.

В 2012 г. 37 штатов были нетто-импортерами угля, а 82% импортируемого угля приходилось всего на три штата (Вайоминг, Западная Вирджиния и Кентукки) [10]. Исследование UCS 2014 года показало, как импорт угля заставил эти 37 штатов отправить миллиарды долларов из штата вместо того, чтобы инвестировать деньги в местную экономику.

Как сжигается уголь

Почти все угольные электростанции, работающие сегодня, используют технологию «угольной пыли» (ПУ), которая включает измельчение угля, сжигание его для получения пара и прогон пара через турбину для генерировать электроэнергию.

Более новая технология, известная как комбинированный цикл интегрированной газификации (IGCC), преобразует уголь в газ, пропускает газ через турбину внутреннего сгорания для выработки электроэнергии и использует избыточное тепло от этого процесса для выработки дополнительной электроэнергии с помощью паровой турбины (отсюда термин «комбинированный цикл»).

В дополнение к двуокиси углерода, обсуждаемой ниже, все угольные электростанции производят следующие загрязняющие вещества:

Двуокись серы, которая приводит к кислотным дождям. Сжигание угля является основным источником выбросов двуокиси серы в США.
Оксиды азота, основные источники образования приземного озона (смога) и респираторных заболеваний.
Твердые частицы (сажа), которые вызывают дымку и могут вызывать хронический бронхит, обострение астмы и преждевременную смерть (как двуокись серы, так и оксиды азота превращаются в твердые частицы в атмосфере).
Ртуть, нейротоксин, который может загрязнять водные пути, делать рыбу небезопасной для употребления в пищу и вызывать врожденные дефекты. Как и в случае с двуокисью серы, сжигание угля является основным источником выбросов ртути в Соединенных Штатах.
Углеводороды, окись углерода, летучие органические соединения (ЛОС), мышьяк, свинец, кадмий 8 и другие токсичные тяжелые металлы.

После сжигания угля оставшаяся зола и шлам часто выбрасываются на нефутерованные и неконтролируемые свалки и резервуары. Тяжелые металлы и токсичные вещества, содержащиеся в этих отходах, могут загрязнять источники питьевой воды и наносить ущерб местным экосистемам, а вышедшие из строя водохранилища могут затоплять угольные отходы в близлежащие районы.

Уголь и глобальное потепление

Из многих рисков для окружающей среды и здоровья населения, связанных с углем, наиболее серьезным с точки зрения его универсальных и потенциально необратимых последствий является глобальное потепление. Научное сообщество пришло к единому мнению, что климат Земли нагревается — с потенциально разрушительными последствиями в будущем — и что в значительной степени виновата деятельность человека, такая как сжигание ископаемого топлива и вырубка лесов.

Последствия глобального потепления включают повышение уровня тюленей и затопление прибрежных районов; более частые и интенсивные волны тепла; широкомасштабный экологический ущерб, включая, среди прочего, гибель лесов и исчезновение видов.

Электростанции, работающие на угле, являются крупнейшим источником выбросов CO2 в энергетическом секторе США, и в 2016 году на их долю приходилось 24 процента всех выбросов углекислого газа, связанных с энергетикой [14].

Китай, Индия и многие другие промышленно развитые страны полагаются на огромные запасы угля для производства электроэнергии. Несмотря на важные шаги по повышению энергоэффективности и инвестированию в возобновляемые источники энергии, Китай превзошел США по годовым выбросам CO2 и может значительно увеличить добычу угля.

Эти тенденции подчеркивают необходимость для Соединенных Штатов инвестировать в недорогие альтернативы углю и повышать их доступность на международном уровне.

Уголь и контроль за загрязнением

Часть существующих и все новых заводов предлагают некоторые технологии контроля загрязнения для сокращения их выбросов, особенно двуокиси серы и твердых частиц.

Общие методы борьбы с загрязнением включают скрубберы и фильтры. Скрубберы используют влажную известняковую суспензию для поглощения загрязняющих веществ по мере их прохождения. Фильтры представляют собой наборы больших тканевых мешков, которые улавливают частицы, когда они проходят через ткань. Более мелкие частицы с меньшей вероятностью поглощаются и могут выходить из дымовой трубы в воздух.

Технология IGCC дороже, чем технология пылеугольного топлива, но имеет определенные экологические преимущества. В то время как современные средства контроля загрязнения оксидами азота, диоксидом серы и твердыми частицами могут значительно сократить выбросы пылеугольных электростанций (на 90–99 процентов), установки IGCC способны еще больше сократить выбросы.

Кроме того, проще и дешевле улавливать и утилизировать ртуть с установки IGCC, чем с установки по производству пылеугольного топлива, что приобрело все большее значение после того, как в 2011 году вступили в силу ограничения на использование ртути [12].

В настоящее время имеющиеся в продаже технологии управления, которые можно использовать на угольных электростанциях для сокращения выбросов CO2, стоят дорого. Однако улавливание и хранение углерода (CCS) — это новая технология, которая может позволить операторам установок улавливать CO2, транспортировать его на место «геологического связывания» и закачивать в землю для постоянного хранения.

Что касается улавливания углерода, IGCC имеет дополнительное преимущество перед технологией пылеугольного топлива. Поскольку процесс газификации позволяет отделять и улавливать CO2 перед сгоранием газ все еще находится в относительно концентрированной и сжатой форме. Пылеугольные установки могут улавливать CO2 только после сжигания , когда он гораздо более разбавлен и его труднее отделить, что увеличивает затраты на внедрение CCS.

Ожидается, что технологии предварительного и последующего сжигания будут улавливать от 85 до 95 процентов выбросов CO2 на предприятии. Однако улавливание и сжатие CO2 является очень энергоемким процессом, что приводит к значительному сокращению количества чистой энергии, которую завод может производить.

Ожидается, что современные методы улавливания CO2 на пылеугольных электростанциях снизят выработку энергии электростанцией на четверть или более (при условии, что CCS встроена в первоначальный проект электростанции, а не добавлена в качестве модернизации, и в этом случае это еще больше снизит выходную мощность).

Несмотря на то, что потери на выходе для установок IGCC будут меньше, все же ожидается снижение более чем на 15 процентов. Принимая во внимание вероятное дополнительное топливо, используемое для обеспечения процесса удаления CO2, фактическое количество CO2, которого удается избежать на единицу электроэнергии, упадет до 80 или 9.0-процентный диапазон [13].

UCS поддерживает постоянные федеральные стимулы для исследований CCS, поскольку технология CSS будет играть важную роль в переходе к чистой энергии в будущем.

Число шахтеров в США резко сократилось за двадцатый век.

Источник: Национальная горнодобывающая ассоциация и EIA

Сообщества угольщиков

Мужчины и женщины в касках, глубоко под землей, работающие для того, чтобы свет США горел: этот образ запечатлелся в нашем национальном воображении. В какой-то момент в угледобывающей промышленности США работало много сотен тысяч человек, часто проживающих в сельских районах, где добыча полезных ископаемых представляла наилучшие возможности для получения достойного и стабильного дохода.

Но благодаря механизации, повышению эффективности и переходу к менее трудоемкой открытой добыче, занятость в угольной промышленности сократилась на протяжении второй половины двадцатого века, хотя производство продолжало неуклонно расти.

Сегодня во всей угольной промышленности, включая шахты и электростанции, занято около 160 000 человек. Для масштаба солнечная промышленность обеспечивает 374 000 рабочих мест в США, причем большинство из этих людей — 261 000 — работают на солнечной энергии по крайней мере половину рабочего дня.

Если вы работаете шахтером или живете в шахтерском поселке, переход на новый уровень был трудным. Угольные шахты часто являются крупнейшими работодателями в местных сообществах, а иногда представляют собой наилучшую возможность обеспечить семью, не говоря уже о налоговой базе, которая поддерживает местные школы и службы.

Но цифры занятости не говорят всей истории. В угольных шахтах США погибло больше мужчин и женщин, чем всех жителей Соединенных Штатов, погибших во Вьетнаме, войне в Персидском заливе и войне в Ираке вместе взятых. Черные легкие, астма, рак и другие изнурительные состояния непропорционально сильно влияют на сообщества угольщиков; то же самое можно сказать и о неврологических расстройствах, проблемах развития у детей и других проблемах, вызванных загрязнением воздуха.

Будущее угля

Уголь находится в упадке. В 2011 г. совокупная стоимость четырех ведущих угольных компаний составляла 34 млрд долл. США: к 2016 г. их стоимость оценивалась в 150 млн долл. США [18]. Поскольку двуокись углерода становится все более важной для регулирования и ограничения, а также при отсутствии успешных технологий улавливания и секвестрации углерода, добыча угля, вероятно, продолжит сокращаться.

Причины падения добычи угля структурные, а не циклические. Старение угольных электростанций, дешевая цена на природный газ, воздействие угля на окружающую среду и нормативные акты, направленные на смягчение этого воздействия, являются основными причинами. Ветряные и солнечные технологии также становятся все более конкурентоспособными по стоимости и будут продолжать вытеснять уголь на рынке.

Но даже при упадке угольной промышленности США по-прежнему прогнозируется, что они войдут в тройку крупнейших стран-потребителей угля, наряду с Китаем и Индией [22]. Учитывая настоятельную необходимость сокращения выбросов парниковых газов и учитывая огромный вклад угольной энергетики в эти выбросы, UCS стремится уменьшить зависимость страны от угля и одновременно инвестировать в угольные сообщества.

Снижение потребления угля уменьшит выбросы, и улучшат здоровье населения, снизят воздействие на окружающую среду и сделают экономику США более чистой и сильной.

Ссылки:

[1] Управление энергетической информации. 2016. Ежегодный энергетический обзор. Таблица 8.4b Потребление электроэнергии для производства по источникам энергии: сектор электроэнергетики, 1949-2011 гг.

[2] Управление энергетической информации. 2016. Какова выработка электроэнергии в США по источникам энергии?

[3] Управление энергетической информации. 12 июля 2016 г. Краткосрочный отчет о перспективах энергетики – Уголь

[4] Управление энергетической информации. 10 февраля 2016 г. Инвестиции в горнодобывающую и геологоразведочную деятельность США в 2015 г. сократились на 35%

[5] Управление энергетической информации. 7 июля 2015 г. Добыча угля с использованием горных выемок сократилась на 62% с 2008 г.

[6] Управление энергетической информации. Ноябрь 2017 г. Годовой отчет по углю за 2016 г.

[7] Управление энергетической информации. 3 сентября 2015 г. Производительность труда шахтера в час растет по мере закрытия небольших угольных шахт

[8] Кеннеди, Брюс. Добыча полезных ископаемых. МСБ 1990, с. 68

[9] Управление энергетической информации. 26 января 2015 г. Добыча и транспортировка угля.

[10] Союз неравнодушных ученых. 2014. Burning Coal, Burning Cash: рейтинг штатов, импортирующих больше всего угля. 2014 Update

[11] Yoginder P.C. и П.Т. Бехум. 2014. Практика обращения с угольными отходами в США: обзор. Int J Coal Sci Technol (2014) 1: 163. https://doi.org/10.1007/s40789-014-0023-4.

[12] Агентство по охране окружающей среды. 2016. Регулирующие действия – Окончательные стандарты ртути и токсичных веществ в воздухе (MATS) для электростанций

[13] Агентство по охране окружающей среды. 10 июля 2015 г. Обзор литературы по технологии улавливания углерода

[14] Управление энергетической информации. 16 мая 2017 г. Каковы выбросы углекислого газа в США, связанные с энергетикой, по источникам и секторам? Ссылка: https://www.eia.gov/tools/faqs/faq.php?id=75&t=11

[15] Агентство по охране окружающей среды. Март 2011 г. Влияние шахт на вершинах гор и насыпей долин на водные экосистемы угольных месторождений Центральных Аппалачей

[16] Министерство труда США. 2016. Правило о вдыхаемой пыли: исторический шаг вперед в усилиях по искоренению черной болезни легких

[17] Ассоциация американских железных дорог. 2016. Данные о грузовых железнодорожных перевозках. (630 млн т угля из общего объема 1720 млн т)

[18] Rhodium Group. 15 декабря 2017 г. Скрытая причина коллапса угля в Америке

[19] Управление энергетической информации. 2016. Обозреватель данных по углю — общее количество шахт по добыче угля, США, активные

[20] Управление энергетической информации. 1 марта 2016 г. Солнечная энергия, природный газ и ветер составляют большую часть прироста генерации в 2016 г.

[21] Гринтек Медиа. 13 августа 2015 г. Новые данные NREL предполагают, что ветер может заменить уголь в качестве основного источника выработки электроэнергии в стране

[22] Управление энергетической информации. 11 мая 2016 г. International Energy Outlook 2016 – Глава 4. Уголь

Связанные ресурсы

Как образуется уголь? | Журнал BBC Science Focus Magazine

Уголь — это органическая осадочная горная порода, невозобновляемый источник энергии, который можно сжигать в качестве топлива и использовать для выработки электроэнергии. Археологи проследили его потенциальное использование еще в 349 г.0BC из провинции Шэньси в Китае.

Промышленная революция, начавшаяся в 18 веке, привела к огромному спросу на уголь для его использования в выплавке железа и в паровых двигателях. Пик добычи угля пришелся на 1913 год, когда Великобритания произвела в том году колоссальные 292 миллиона метрических тонн. Однако сжигание угля добавляет в атмосферу значительное количество углекислого газа, и это самый большой вклад в антропогенное изменение климата.

Добыча угля (как открытой, так и глубокой добычи) и импорт неуклонно снижались после Первой мировой войны, и с тех пор были приняты различные законы о чистом воздухе для борьбы с выбросами дыма и загрязнением воздуха, вызванным сжиганием угля.

В Великобритании выработка электроэнергии из угля упала с 2,1% до 1,8% в период с 2020 по 2021 год, отчасти из-за пандемии COVID-19, в то время как в США в 2021 году 21,8% электроэнергии, выработанной из угля, приходилось на уголь.

Согласно текущим планам, Великобритания стремится к 2024 году полностью отказаться от угольных электростанций.

Как образуется уголь?

Уголь формируется слоями или «пластами», и этот процесс начинается с отложения растительности.

Разлагающееся органическое вещество образует торф

Около 300 миллионов лет назад, в каменноугольном периоде, климат Земли был теплым и влажным, а большие болота были в изобилии.

Поскольку растительный материал (и другой органический материал) из этих густых заболоченных лесов накапливался и разлагался на дне этих болот, материал был захоронен и впоследствии уплотнен. Из этого частично разложившегося органического вещества в анаэробных условиях от недостатка кислорода образовался торф.

Торф напоминает губчатую массу коричневого волокнистого материала, а стоячая вода в каменноугольных болотах создала отличные условия для предотвращения окисления или разрушения материала бактериями. Если вам не повезло оказаться похороненным в торфе вскоре после вашей смерти (или, возможно, это следует рассматривать как удачу?), то по мере того, как наверху образуется новый торф, высвобождается гуминовая кислота, и ваше тело может быть сохранено почти таким же образом. как маринование.

Торф превращается в бурый уголь

Как только торф оказывается захороненным между слоями отложений, биологическое разложение прекращается и начинают происходить изменения, являющиеся результатом повышения температуры и давления при захоронении.

Когда этот торф был захоронен на относительно небольшой глубине, продолжающееся тепло и давление сжимали его между слоями отложений в бурый уголь: мягкий коричневато-черный углеподобный материал с высоким содержанием влаги. Он также часто содержит древесину и растительные остатки в мелкозернистой основной массе. Лигнит также известен как бурый уголь, и существует два типа: ксилоидный лигнит (окаменелая древесина) и компактный лигнит. Струя драгоценного камня формируется из лигнита.

Лигнит превращается в уголь

При продолжающемся захоронении, нагревании и структурной деформации этот лигнит превращается в полубитуминозный и битуминозный уголь (мягкий уголь). Наконец, он становится антрацитом (каменным углем), и чем больше метаморфизма, тем тверже и углеродистее становится уголь.

Полубитуминозный уголь имеет фиксированное содержание углерода 46-60 процентов, а битуминозный уголь считается «нормальным» типом угля. Как правило, он богат летучими углеводородами, что облегчает воспламенение и горение относительно длинным пламенем.

Больше похоже на это

Антрацит, с другой стороны, имеет очень низкое содержание летучих веществ, но в настоящее время считается самой чистой формой угля для сжигания. Вы будете знакомы с ним, если у вас есть открытый огонь, так как Великобритания недавно перешла на использование антрацита в качестве «бездымного угля». При продолжающемся метаморфизме из-за дальнейшего нагревания и давления антрацит в конечном итоге станет графитом. Графит обычно не используется в качестве топлива, так как его трудно воспламенить.

Для чего используется уголь?

Во время промышленной революции уголь был чудо-топливом и использовался для питания нового изобретения того времени — паровой машины. Это, в свою очередь, способствовало развитию железных дорог, производства чугуна и стали, а также судоходства. Подсчитано, что Титаник использовал от 600 до 825 тонн угля в день. Сегодня уголь используется на угольных электростанциях для выработки электроэнергии, и во всем мире уголь по-прежнему является крупнейшим источником электроэнергии. Газификация и сжижение угля производят газообразное и жидкое топливо, которое можно легко хранить в резервуарах или транспортировать по трубопроводу.

Некоторые побочные продукты сжигания угля, такие как летучая зола, могут быть переработаны и использованы в производстве бетона. Помимо энергетики, его также можно использовать в производстве специальных технологий, включая активированный уголь, используемый в водяных и воздушных фильтрах, и углеродное волокно, используемое в строительстве. Уголь также является одним из сырьевых материалов, используемых для производства металлического кремния, широко используемого в металлургической промышленности для изготовления солнечных батарей, чипов в электронике и в автомобильной промышленности в качестве легирующего агента для упрочнения алюминия.

Какой породой является уголь?

Уголь состоит в основном из скоплений углерода из органического материала, спрессованных в слои. Это делает его биохимически произведенной осадочной породой, известной как органическая осадочная порода.