Co to jest węgiel?

Produkcja energii elektrycznej z węgla może być szkodliwa dla środowiska

Węgiel mineralny

Obraz Briana Patricka Tagalog na Unsplash

Węgiel mineralny to paliwo kopalne wydobywane z ziemi w wyniku wydobycia. Pochodzi z rozkładu materii organicznej (pozostałości drzew i roślin), która zgromadziła się pod warstwą wody miliony lat temu. Zasypanie tej materii organicznej przez osady gliny i piasku powoduje wzrost ciśnienia i temperatury, co przyczynia się do koncentracji atomów węgla i wydalania atomów tlenu i wodoru (karbonizacja).

Węgiel mineralny dzieli się według wartości opałowej i występowania zanieczyszczeń, uznając go za niskiej jakości (węgiel brunatny i podbitumiczny) i wysokiej jakości (bitumiczny lub węgiel i antracyt). Według Służby Geologicznej Brazylii węgiel mineralny można podzielić według jego jakości, która zależy od takich czynników, jak rodzaj materii organicznej, która go utworzyła, klimat i ewolucja geologiczna obszaru.

Torf

Wydobywanie torfu następuje przed osuszeniem terenu, co zmniejsza jego wilgotność. Często jest osadzany na otwartej przestrzeni, aby stracić więcej wilgoci.

Zastosowanie: jest cięty na bloki i używany jako paliwo w piecach termoelektrycznych, do uzyskiwania gazu opałowego, wosków, parafiny, amoniaku i smoły (produkt z którego pozyskuje się oleje i inne substancje o dużym znaczeniu dla przemysłu chemicznego)

Węgiel brunatny

Może wystąpić na dwa sposoby, jak materiał brązowy lub czarny, i ma różne nazwy.

Zastosowanie: gazogeny otrzymujące smołę, woski, fenole i parafiny. Popiół ze spalania można wykorzystać jako cement pucolanowy i ceramikę.

Węgiel

Węgiel można podzielić na dwa główne rodzaje: węgiel energetyczny i węgiel hutniczy. Pierwszy, zwany też węglem energetycznym, uważany jest za najbiedniejszy i jest wykorzystywany bezpośrednio w piecach, głównie w elektrociepłowniach. Węgiel hutniczy lub koksujący jest uważany za szlachetny. Koks jest materiałem porowatym, lekkim i metalicznym połyskiem, używanym jako paliwo w hutnictwie (wielkie piece). Węgiel jest również używany do produkcji smoły.

Antracyt

Ma powolne spalanie, wskazane do ogrzewania domu. Znajduje również zastosowanie w procesach uzdatniania wody.

Skład i zastosowanie węgla mineralnego

Węgiel w dowolnej fazie składa się z części organicznej i mineralnej. Organiczny składa się z węgla i wodoru oraz niewielkich ilości tlenu, siarki i azotu. Minerał składa się z krzemianów, które tworzą popioły.

Ponieważ jest podzielony na kilka typów, zastosowań węgla jest wiele. Głównym zastosowaniem węgla mineralnego jest źródło energii. Według Międzynarodowej Agencji Energetycznej (IEA) węgiel mineralny odpowiada za 40% światowej produkcji energii elektrycznej. Węgiel mineralny jest również używany w przemyśle metalurgicznym.

Innym rodzajem węgla drzewnego występującego w przyrodzie są warzywa, które powstają w wyniku karbonizacji drewna opałowego. Węgiel drzewny jest często używany w procesach przemysłowych, ale nie jest znaczącym źródłem do produkcji energii elektrycznej.

Zachęty do produkcji energii elektrycznej z węgla

Chociaż nie są odnawialne, istnieją silne zachęty do produkcji energii elektrycznej z węgla mineralnego. Dwa główne argumenty przemawiające za produkcją energii z węgla kamiennego to obfitość rezerw gwarantująca bezpieczeństwo dostaw i niski koszt rudy (w porównaniu z innymi paliwami kopalnymi) oraz proces produkcji.

Według danych Państwowej Agencji Energii Elektrycznej (Aneel) światowe zasoby węgla kamiennego wynoszą 847,5 mld ton. Taka ilość wystarczyłaby na pokrycie obecnej produkcji węgla przez okres około 130 lat. Inną zachętą jest to, że w przeciwieństwie do ropy naftowej i gazu ziemnego zasoby węgla kamiennego znajdują się w znaczących ilościach w 75 krajach - chociaż około 60% całkowitego wolumenu koncentruje się w Stanach Zjednoczonych (28,6%), Rosji (18, 5%) i Chinami (13,5%). Brazylia zajmuje 10. pozycję.

Według World Coal Association największymi producentami węgla na świecie są Chiny i Stany Zjednoczone , a następnie odpowiednio Indie, Indonezja i Australia. Ponadto większość macierzy energetycznej, zarówno w Chinach, jak iw Stanach Zjednoczonych, opiera się na produkcji energii elektrycznej z węgla kamiennego, co jest również reprezentatywne w macierzy energetycznej innych krajów, takich jak Niemcy, Polska, Australia. i RPA.

Jednak pomimo korzyści ekonomicznych, produkcja energii elektrycznej z węgla jest jedną z najbardziej agresywnych form produkcji energii ze społeczno-środowiskowego punktu widzenia. Negatywne efekty zewnętrzne występują w całym procesie produkcyjnym, od wydobycia węgla mineralnego.

Wydobywanie węgla

Wydobycie lub wydobycie węgla może odbywać się pod ziemią lub na otwartej przestrzeni. Będzie się to różnić w zależności od głębokości, na której znajduje się węgiel.

Kiedy warstwa pokrywająca rudę jest wąska lub gleba nie jest odpowiednia (piasek lub żwir), poszukiwania prowadzi się zwykle na otwartej przestrzeni. Jeśli minerał jest w głębokich warstwach, konieczne jest zbudowanie tuneli.

Według Aneel, górnictwo odkrywkowe jest dominującą formą wydobycia rudy w Brazylii, a także bardziej wydajną niż podziemne. Co nie odpowiada rzeczywistości międzynarodowej, w której dominuje eksploatacja podziemna, stanowi 60% światowego wydobycia węgla.

Odprowadzanie kwasu z kopalni i produkcja odpadów poflotacyjnych to negatywny wpływ na środowisko, wspólny dla obu rodzajów wydobycia.

Kwaśne odwadnianie kopalni (DAM)

Kwaśne odwadnianie kopalni odbywa się za pomocą pomp, które uwalniają wodę siarkową do środowiska zewnętrznego, powodując zmiany mineralogiczne (tworzenie nowych związków), chemiczne (obniżenie pH) i fizyczne (niska zdolność retencyjna) gleby przepuszczalność), które różnią się w zależności od geologii terenu.

Według raportu Ministerstwa Nauki i Technologii, usuwanie kwasów z kopalni jest uważane za jeden z najważniejszych wpływów procesów wydobywczych w ogóle.

W wyniku tych zmian w glebie pogarsza się również jakość wód gruntowych. Może wystąpić obniżenie wartości pH wody, co przyczynia się do rozpuszczania metali i skażenia wód gruntowych, co w przypadku połknięcia może mieć wpływ na zdrowie ludzi.

Łagodzenie chemicznych i fizycznych problemów gleby spowodowanych górnictwem jest pierwszym krokiem do odbudowy dotkniętych obszarów.

Wpływ górnictwa odkrywkowego

Wykopaliska dużych objętości gleby skalistej powodują widoczne oddziaływanie środowiskowe na szatę roślinną i faunę, odpowiedzialną za degradację dużych obszarów i zanieczyszczenie wizualne, nie wspominając o intensyfikacji procesów erozji. Ponadto użytkowanie maszyn i urządzeń powoduje również zanieczyszczenie hałasem (hałas).

Oddziaływania górnictwa podziemnego

Jeśli chodzi o zdrowie pracowników, głównym problemem jest zapalenie płuc u pracowników węgla (PTC). Pneumokoniozy to choroby wywoływane przez wdychanie cząstek stałych powyżej zdolności oczyszczania układu odpornościowego. Jest to przewlekłe narażenie na wdychanie pyłu węgla mineralnego, po którym następuje gromadzenie się pyłu w płucach i zmiany w tkance płucnej.

PTC wyzwala proces zapalny i może rozwinąć masywne postępujące zwłóknienie FMP, chorobę znaną jako „czarne płuca”.

Według raportu Ministerstwa Zdrowia wśród górników zdiagnozowano ponad 2000 przypadków pylicy.

Inne oddziaływania związane z górnictwem podziemnym to obniżanie się lustra wody, które może przyczynić się do wygaszania źródeł, oddziaływanie na powierzchnię sieci hydrologicznej oraz drgania wywołane eksplozjami.

Przeróbka węgla

Według Brazylijskiego Stowarzyszenia Węgla Mineralnego, wzbogacanie to zbiór procesów, którym poddawany jest surowy węgiel mineralny, otrzymywany bezpośrednio z kopalni, w celu usunięcia materii organicznej i zanieczyszczenia, mające na celu zapewnienie ich jakości. Obróbka węgla zależy od jego oryginalnych właściwości i przeznaczenia.

Zgodnie z raportem Aneel, w wyniku przetwarzania powstają stałe odpady poflotacyjne, które zwykle są osadzane na obszarze w pobliżu kopalni i wyrzucane bezpośrednio do cieków wodnych lub tam, tworząc rozległe obszary pokryte płynnym materiałem. Substancje toksyczne obecne w odpadach poflotacyjnych są rozcieńczane w wodzie deszczowej (wymywanie), która w postaci cieczy powoli wnika do gleby (przesączanie), zanieczyszczając wody gruntowe.

Odpady te zawierają zwykle duże stężenia pirytu (siarczek żelaza - FeS2) lub innych materiałów siarczkowych, które przyczyniają się do powstawania kwasu siarkowego i intensyfikacji procesu „kwaśnego odwadniania kopalń”.

Transport

Według Aneel transport jest najbardziej kosztowną czynnością w procesie produkcji węgla mineralnego. Z tego powodu zwykle transportowany węgiel to tylko ten, który ma niską zawartość zanieczyszczeń i większą ekonomiczną wartość dodaną.

W przypadku, gdy przeznaczeniem węgla mineralnego jest produkcja energii elektrycznej, w pobliżu obszaru wydobywczego buduje się elektrociepłownię, tak jak ma to miejsce w przypadku pięciu elektrociepłowni opalanych węglem w kraju.

Z ekonomicznego punktu widzenia korzystniejsze jest inwestowanie w linie przesyłowe do dystrybucji już wyprodukowanej energii elektrycznej niż w transport węgla na duże odległości.

Na krótkie odległości najbardziej efektywną metodą jest użycie przenośnika. Stosowane są również rurociągi, którymi transportowany jest węgiel zmieszany z wodą w postaci mułu.

Wytwarzanie energii z węgla

Węgiel mineralny po wydobyciu z gruntu jest rozdrabniany i składowany w silosach. Następnie jest transportowany do elektrociepłowni.

Według Furnasa, elektrownię termoelektryczną definiuje się jako zespół robót i urządzeń, których funkcją jest wytwarzanie energii elektrycznej w procesie tradycyjnie podzielonym na trzy etapy.

Pierwszym krokiem jest spalenie paliwa kopalnego, aby przekształcić wodę w kotle w parę. W przypadku węgla mineralnego przed procesem spalania jest on zamieniany na proszek. Gwarantuje to maksymalne wykorzystanie termiczne procesu wypalania.

Drugi etap to wykorzystanie pary wytworzonej pod wysokim ciśnieniem do obracania turbiny i uruchamiania generatora elektrycznego. Przepływ pary przez turbinę powoduje ruch turbiny i generatora, który jest sprzężony z turbiną, przekształcając energię mechaniczną w energię elektryczną.

Cykl zamyka się w trzecim i ostatnim etapie, w którym para jest skraplana i przekazywana do niezależnego obwodu chłodniczego, powracając do stanu ciekłego, jak woda z kotła

Wytworzona energia jest transportowana z generatora do transformatora za pomocą przewodów przewodzących. Transformator z kolei rozprowadza energię elektryczną do centrów poboru za pośrednictwem linii przesyłowych.

Emisje

Podczas spalania węgla zawarte w nim pierwiastki ulegają odparowaniu (odparowaniu) i uwalnianiu do atmosfery wraz z częścią materii nieorganicznej, która uwalnia się w postaci cząstek pyłu (popiołu lotnego).

tutaj

Węgiel mineralny to materiał o wysokim stężeniu węgla. W ten sposób spalany węgiel emituje duże stężenia tlenku węgla.

Tlenek węgla jest toksycznym gazem, który jest wyjątkowo szkodliwy dla zdrowia ludzkiego i może w przypadku ostrego zatrucia prowadzić do śmierci. Według State Environmental Company w São Paulo (Cetesb) główną drogą zatrucia tlenkiem węgla jest droga oddechowa. Wdychany gaz jest szybko wchłaniany przez płuca i wiąże się z hemoglobiną, uniemożliwiając skuteczny transport tlenu. Dlatego długotrwałe narażenie na tlenek węgla wiąże się ze wzrostem częstości występowania zawałów wśród osób starszych.

Ponadto tlenek węgla znajdujący się w atmosferze może ulec utlenieniu do dwutlenku węgla.

Dwutlenek węgla

Dwutlenek węgla może być emitowany bezpośrednio przez spalanie węgla i innych paliw kopalnych lub może powstawać w atmosferze w wyniku reakcji chemicznych, na przykład w wyniku reakcji utleniania tlenku węgla.

Dwutlenek węgla uważany jest za jeden z głównych gazów w procesie intensyfikacji efektu cieplarnianego, związany ze zwiększonym globalnym ociepleniem. Jest to również jeden z głównych rodzajów gazów emitowanych podczas spalania węgla.

Należy zwrócić uwagę, że spalanie jest fazą łańcucha produkcyjnego węgla, w której występuje największa emisja dwutlenku węgla, ale do całkowitej emisji przyczyniają się również etapy składowania i składowania odpadów poflotacyjnych. Jednak zgodnie z raportem Ministerstwa Nauki i Techniki brak znajomości czasu przechowywania rudy w każdym przypadku jest czynnikiem ograniczającym przy obliczaniu emisji całkowitych.

Siarka

Według raportu Brazylijskiego Towarzystwa Planowania Energii, ze wszystkich emisji z elektrowni węglowych najbardziej niepokojąca jest emisja siarki. Podczas spalania siarka tworzy szereg związków gazowych, które są uwalniane do atmosfery, jeśli nie ma sprzętu do jej wychwytywania. Spośród nich wyróżnia się dwutlenek siarki (SO2).

Dwutlenek siarki (SO2) ulega utlenieniu w atmosferze i tworzy trójtlenek siarki (SO3), który z kolei po związaniu z wodą deszczową (H2O) tworzy kwas siarkowy (H2SO4), powodując kwaśne deszcze .

Kwaśne deszcze mają bezpośredni wpływ na życie roślin i zwierząt, zwłaszcza wodnych. W warzywach prowadzi do zmian pigmentacji i tworzenia oraz do martwicy. U zwierząt powoduje śmierć organizmów, takich jak ryby i żaby. Kwaśne deszcze powodują również uszkodzenia dóbr materialnych, ponieważ sprzyjają procesom korozyjnym.

Według Ministerstwa Środowiska wpływ dwutlenku siarki na zdrowie człowieka może być związany ze zwiększoną częstością problemów oddechowych w ogóle i astmy, na co wskazuje wzrost liczby przyjęć do szpitali.

Metan

Węgiel mineralny ma wysoką zawartość metanu (CH4). Spalanie węgla mineralnego uwalnia do atmosfery metan, który może być związany z parą wodną i dwutlenkiem węgla i jest uważany za jeden z głównych gazów cieplarnianych.

Metan powstaje w wyniku rozkładu materii organicznej. Z tego powodu jego występowanie jest związane z paliwami kopalnymi.

Należy zauważyć, że pomimo procesu spalania węgla kamiennego, który uwalnia do atmosfery znaczne ilości metanu, emisje metanu w procesie wydobycia węgla kamiennego występują od momentu wydobycia rudy, zwłaszcza w podziemnych kopalniach i przy składowaniu materiału pogórniczego, jak widać w raporcie Ministerstwa Nauki i Techniki

Tlenki azotu (NOx)

Węgiel mineralny ma również wysokie stężenie azotu. Dlatego spalanie węgla powoduje emisję tlenków azotu do atmosfery. Gazy spalinowe składają się zwykle głównie z tlenku azotu. Kiedy dostaje się do atmosfery, jest szybko utleniany do dwutlenku azotu.

Dwutlenek azotu związany z wodą deszczową (H2O) wytwarza kwas azotowy (HNO3), który podobnie jak kwas siarkowy (H2SO4) powoduje również kwaśne deszcze.

Ponadto wysokie stężenia NO2 wpływają na powstawanie ozonu troposferycznego i procesy fotochemicznego smogu .

Pył zawieszony (MP)

Według Cetesb materiał w postaci cząstek to cały stały i ciekły materiał, który pozostaje zawieszony w atmosferze ze względu na swoje małe rozmiary. Pył zawieszony tworzy się również w atmosferze ze wspomnianego dwutlenku siarki (SO2) i tlenków azotu (NOx)

Wielkość cząstek jest bezpośrednio związana z możliwością wywołania problemów zdrowotnych.

Rtęć

Oprócz wyżej wymienionych gazów węgiel mineralny zawiera również znaczne ilości rtęci, która w wyniku spalania rudy ulatnia się do atmosfery.

Według Agencji Ochrony Środowiska EPA, elektrownie węglowe są największym antropogenicznym źródłem emisji rtęci.

Lotna rtęć obecna w atmosferze jest włączana do cyklu deszczowego, docierając do ciał wodnych i prowadząc do skażenia środowiska i zniszczenia organizmów wodnych. Zanieczyszczenie rtęcią jest również problemem zdrowia publicznego, ponieważ spożycie organizmów wodnych skażonych rtęcią może prowadzić do ostrego zatrucia, aw niektórych przypadkach do śmierci.


Original text