Уголь

редактировать
Горючая осадочная порода, состоящая в основном из углерода

Уголь
Осадочная порода
Уголь битумный.jpg Битуминозный уголь
Состав
Первичныйуглерод
Вторичный
Лигнит (бурый уголь) Антрацит (каменный уголь)

Уголь - это горючая черная или коричневато-черная осадочная порода, образованная в виде пластов породы, называемых угольных пластов . Уголь в основном состоит из углерода с переменным количеством других элементов; главным образом водород, сера, кислород и азот. Уголь образуется, когда мертвое растительное вещество распадается на торф и превращается в уголь под воздействием тепла и давления глубокого захоронения в течение миллионов лет. Обширные залежи угля берут начало в бывших болотах, называемых угольных лесах, которые покрывали большую часть тропических земель Земли в конце карбона (Pennsylvanian ) и Пермский раз

Уголь в основном используется в качестве топлива. Хотя уголь был известен и использовался на протяжении тысяч лет, его использование было ограничено до промышленной революции. С изобретением паровой машины потребление угля увеличилось. По состоянию на 2016 год уголь остается важным топливом, поскольку он обеспечивает около четверти мировой первичной энергии и две пятых электроэнергии. Уголь сжигают при производстве некоторых железа и стали, а также в других промышленных процессах.

Добыча и использование угля является причиной многих преждевременных смертей и многих болезней. Угольная промышленность наносит ущерб окружающей среде, в том числе изменением климата, поскольку это крупнейший антропогенный источник углекислого газа, 14 гигатонны (Гт) в 2016 году, что составляет 40% от общих выбросов от ископаемого топлива и почти 25% от общих мировых выбросов парниковых газов. В рамках всемирного энергетического перехода многие страны сократили или полностью прекратили использование угольной энергии, и Генеральный секретарь ООН попросил правительства прекратить строительство новых угольных электростанций к 2020 году. Использование угля достигло пика в 2013 году, но для выполнения Парижского соглашения цель удержать глобальное потепление на уровне значительно ниже 2 ° C (3,6 ° F) угля. потребление должно сократиться вдвое с 2020 по 2030 год.

Крупнейшим потребителем и импортером угля является Китай. Китай добывает почти половину угля в мире, за ним следует Индия с примерно десятой долей. На Австралию приходится около трети мирового экспорта угля, за ней следуют Индонезия и Россия.

Содержание

  • 1 Этимология
  • 2 Геология
    • 2.1 Формация
    • 2.2 Типы
  • 3 История
  • 4 Интенсивность выбросов
    • 4.1 Плотность энергии
  • 5 Химия
    • 5.1 Состав
    • 5.2 Коксующийся уголь и использование кокса для плавки железа
      • 5.2.1 Использование в литейных компонентах
      • 5.2.2 Альтернативы коксу
    • 5.3 Газификация
    • 5.4 Сжижение
    • 5.5 Производство химикатов
  • 6 Уголь в качестве топлива для выработки электроэнергии
    • 6.1 Предварительная обработка сжиганием
    • 6.2 Сжигание на электростанциях
  • 7 Угольная промышленность
    • 7.1 Добыча угля
    • 7.2 Уголь как торгуемый товар
    • 7.3 Рыночные тенденции
    • 7.4 Основные производители угля
    • 7.5 Основные потребители угля
    • 7.6 Основные уголь экспортеры
    • 7.7 Основные импортеры угля
  • 8 Ущерб здоровью людей
  • 9 Ущерб окружающей среде
    • 9.1 Подземные пожары
    • 9.2 Глобальное потепление
  • 10 Снижение загрязнения углем
    • 10.1 Стандарты
    • 10.2 Спутниковый мониторинг
    • 10.3 C Электростанции с комбинированным циклом
    • 10.4 Улавливание и хранение углерода
  • 11 Экономика
    • 11.1 Субсидии
    • 11.2 Неэффективные активы
  • 12 Политика
    • 12.1 Коррупция
  • 13 Противодействие углю
  • 14 Переходный период вдали от угля
    • 14.1 Пик угля
    • 14.2 Переход на более чистые виды топлива и производство электроэнергии с меньшим содержанием углерода
    • 14.3 Угольные регионы с переходной экономикой
    • 14.4 Занятость
    • 14.5 Биоремедиация
  • 15 Культурное использование
  • 16 См. Также
  • 17 Ссылки
    • 17.1 Источники
  • 18 Дополнительная литература
  • 19 Внешние ссылки

Этимология

Слово первоначально имело форму col в древнеанглийском, из протогерманского * kula (n), которое, в свою очередь, предположительно происходит от протоиндоевропейского корня * g (e) u-lo- "уголь. германские родственные слова включают старофризское коле, среднеголландское коул, голландский коул, древневерхненемецкое chol, немецкий Kohle и древнескандинавский kol, а ирландское слово gual также является родственным через In до-европейский корень.

Геология

Уголь состоит из мацералов, минералов и воды. Ископаемые и янтарь может быть найден в угле.

Образование

Пример химической структуры угля

Одна теория утверждает, что около 360 миллионов лет назад некоторые растения развили способность производить лигнин, сложный полимер, из которого они целлюлоза стебли намного тверже и древеснее. Так возникли первые деревья. Но бактерии и грибки не сразу развили способность разлагать лигнин, поэтому древесина не полностью разложилась, а оказалась погребенной под осадком, в конечном итоге превратившись в уголь. Около 300 миллионов лет назад грибы и другие грибы развили эту способность, положив конец основному периоду углеобразования в истории Земли.

В разное время в геологическом прошлом на Земле были густые леса в низинных заболоченных районах.. Из-за природных процессов, таких как наводнение, эти леса оказались погребены под землей. Поскольку на них оседало все больше и больше почвы, они сжимались. Температура также повышалась, когда они опускались все глубже и глубже. По мере продолжения процесса растительный материал был защищен от биоразложения и окисления, обычно с помощью грязи или кислой воды. Это задержало углерод в огромных торфяных болотах, которые в конечном итоге были покрыты и глубоко погребены отложениями. Под высоким давлением и высокой температурой мертвая растительность медленно превращалась в уголь. Превращение мертвой растительности в уголь называется углефикацией. Углефикация начинается с превращения мертвого растительного вещества в торф. Затем в течение миллионов лет тепло и давление глубокого захоронения вызывают потерю воды, метана и углекислого газа и увеличение доли углерода. Таким образом, сначала лигнит (также называемый «бурый уголь»), затем полубитуминозный уголь, битуминозный уголь и, наконец, антрацит (также «каменный уголь» или «черный уголь»).

Широкие мелководные моря каменноугольного периода обеспечивали идеальные условия для образования угля, хотя уголь известен из большинства геологических периоды. Исключением является угольный промежуток в период пермско-триасового вымирания, где уголь встречается редко. Уголь известен из докембрийских пластов, предшествующих наземным растениям - предполагается, что этот уголь образовался из остатков водорослей.

Иногда угольные пласты (также известные как угольные пласты) переслаиваются с другими пластами. отложения в циклотеме.

Типы

Обнаружение побережья пласта Пойнт Акони в Новой Шотландии Система ранжирования угля, используемая Геологической службой США

В зависимости от геологических процессов давление на мертвый биотический материал с течением времени, при подходящих условиях его степень метаморфизма или ранг последовательно увеличивается до:

  • Торф, предшественник уголь
  • бурый уголь, или бурый уголь, уголь самого низкого сорта, наиболее вредный для здоровья, используемый почти исключительно в качестве топлива для выработки электроэнергии
    • Jet, компактная форма лигнита, иногда полированного; используется в качестве поделочного камня с верхнего палеолита
  • суббитуминозный уголь, свойства которого варьируются от лигнита до битуминозного угля, используется в основном в качестве топлива для пароэлектрической генерации.
  • Битуминозный уголь, плотная осадочная порода, обычно черная, но иногда темно-коричневая, часто с четко выраженными полосами яркого и тусклого материала. Он используется в основном в качестве топлива в пароэлектрической генерации и для производства кокса. Известный как энергетический уголь в Великобритании и исторически использовавшийся для производства пара в паровозах и кораблях
  • антрацит, высший сорт угля представляет собой более твердый глянцевый черный уголь, используемый в основном для отопления жилых и коммерческих помещений .
  • Графит трудно воспламеняется и обычно не используется в качестве топлива; он чаще всего используется в карандашах или порошкообразный для смазки.

Каннельный уголь (иногда называемый «свечным углем») представляет собой разновидность мелкозернистого высокосортного угля со значительным содержанием водорода, который состоит в основном из липтинита.

Существует несколько международных стандартов на уголь. Классификация угля обычно основана на содержании летучих. Однако наиболее важным различием является энергетический уголь (также известный как энергетический уголь), который сжигается для выработки электроэнергии с помощью пара; и металлургический уголь (также известный как коксующийся уголь), который сжигается при высокой температуре для производства стали.

Закон Хилта представляет собой геологическое наблюдение, которое (на небольшой территории) тем глубже чем уголь найден, тем выше его марка (или сорт). Это применимо, если градиент температуры полностью вертикальный; однако метаморфизм может вызвать латеральные изменения ранга, независимо от глубины.

История

Китайские угольщики в иллюстрации к энциклопедии Tiangong Kaiwu, опубликованной в 1637 году

Самое раннее признанное использование было обнаружено в Шэньяне области Китая, где к 4000 г. до н.э. Неолит жители начали вырезать украшения из черного лигнита. Уголь из шахты Фушунь на северо-востоке Китая использовался для выплавки меди еще в 1000 году до нашей эры. Марко Поло, итальянец, побывавший в Китае в 13 веке, описал уголь как «черные камни... которые горят, как бревна», и сказал, что угля было так много, что люди могли принимать три горячие ванны в неделю. В Европе самое раннее упоминание об использовании угля в качестве топлива содержится в геологическом трактате «О камнях» (круг. 16) греческого ученого Теофраста (около 371–287 до н.э.):

материалы, которые вырывают, потому что они полезны, те, что известны как антракоз [угли], сделаны из земли, и, будучи подожженными, они горят, как древесный уголь. Их можно найти в Лигурии... и в Элиде, когда человек приближается к Олимпии по горной дороге; и они используются теми, кто работает с металлами.

— Теофраст, На камнях (16) перевод

Обнажение уголь использовался в Великобритании в бронзовом веке (3000–2000 до н.э.), где он являлся частью погребальных костров. В Римской Британии, за исключением двух современных месторождений, «римляне добывали уголь на всех основных угольных месторождениях Англии и Уэльса <649.>К концу второго века нашей эры ». Свидетельства торговли углем, датируемые примерно 200 г. н.э., были найдены в римском поселении в Херонбридже, около Честера ; и в Fenlands в East Anglia, куда уголь из Midlands транспортировался по Car Dyke для использования при сушке зерна. Угольные угли были обнаружены в очагах вилл и римских фортов, особенно в Нортумберленде, датируемых примерно 400 годом нашей эры. На западе Англии современные писатели описал чудо постоянной угольной жаровни на алтаре Минервы в Aquae Sulis (современный Bath ), хотя на самом деле легко доступный поверхностный уголь из какого стало угольное месторождение Сомерсет было обычным делом в довольно скромных местных жилищах. Обнаружены свидетельства использования угля для обработки железа в городе в римский период. В Эшвейлер, Рейнланд месторождения битуминозного угля использовались римлянами для плавки железной руды.

Шахтер в Великобритании, 1942 г.

Нет свидетельств того, что этот продукт имел большое значение в Британии примерно до 1000 г. н.э., Средневековья. Минеральный уголь стал называться «морским углем» в 13 век; Причал, откуда материал прибыл в Лондон, был известен как Seacoal Lane, что было обозначено в хартии короля Генриха III, выданной в 1253 году. Первоначально это название было дано потому, что на берегу было найдено много угля, упавшего от обнаженных угольных пластов на скалах выше или смытых из подводных обнажений угля, но ко времени Генриха VIII считалось, что это произошло из-за того, как его доставили в Лондон по морю. В 1257–1259 годах уголь из Ньюкасл-апон-Тайн был отправлен в Лондон для кузнецов и известковых -горелочных зданий Вестминстерского аббатства. Сикоал-лейн и Ньюкасл-лейн, где уголь выгружался на причалах вдоль речного флота, все еще существуют.

Эти легкодоступные источники в значительной степени истощены (или не могут удовлетворить растущий спрос) из-за 13 век, когда была разработана подземная добыча шахтным способом или штольнями. Альтернативное название было «угольный уголь», потому что он пришел из шахт. Развитие промышленной революции привело к широкомасштабному использованию угля, поскольку паровая машина пришла на смену водяному колесу. В 1700 году пять шестых всего угля в мире добывалось в Великобритании. К 1830-м годам в Британии не осталось бы подходящих участков для установки водяных мельниц, если бы уголь не использовался в качестве источника энергии. В 1947 году в Великобритании насчитывалось около 750 000 горняков, но последняя глубокая угольная шахта в Великобритании закрылась в 2015 году.

Сорт между битуминозным углем и антрацитом когда-то был известен как «энергетический уголь», поскольку он широко использовался в качестве топливо для паровозов . В этом специализированном использовании его иногда называют «морским углем» в Соединенных Штатах. Небольшой «энергетический уголь», также называемый сухими небольшими паровыми орехами (или DSSN), использовался в качестве топлива для бытового нагрева воды.

Уголь играл важную роль в промышленности в XIX и XX веках. Предшественник Европейского Союза, Европейское сообщество угля и стали, было основано на торговле этим товаром.

Уголь продолжает поступать на пляжи по всему миру. как от естественной эрозии обнаженных угольных пластов, так и от разлитых ветром грузов с судов. Многие дома в таких районах собирают этот уголь в качестве значительного, а иногда и основного источника топлива для отопления дома.

Интенсивность выбросов

Интенсивность выбросов - парниковый газ, выделяемый в течение жизни генератор на единицу произведенной электроэнергии. Интенсивность выбросов угольных электростанций высока, так как они выбрасывают около 1000 г CO2-экв на каждый произведенный кВтч, в то время как природный газ имеет среднюю интенсивность выбросов - около 500 г CO2-экв на кВтч. Интенсивность выбросов угля зависит от типа и технологии генератора и в некоторых странах превышает 1200 г на кВтч.

Плотность энергии

Плотность энергии угля составляет примерно 24 мегаджоули на килограмм (приблизительно 6,7 киловатт-часов на кг). Для угольной электростанции с КПД 40% требуется примерно 325 кг (717 фунтов) угля для питания лампочки мощностью 100 Вт в течение одного года.

27,6% мировой энергии было произведено за счет угля в 2017 году. и Азия использовала почти три четверти этого количества.

Химия

Состав

Состав угля указывается как (влажность, летучие вещества, связанный углерод и зола) или (зола, углерод, водород, азот, кислород и сера). «Летучие вещества» не существуют сами по себе (за исключением некоторого количества адсорбированного метана), но обозначают летучие соединения, которые образуются и удаляются при нагревании угля. Типичный битуминозный уголь может иметь окончательный анализ на сухую беззольную основу, состоящую из 84,4% углерода, 5,4% водорода, 6,7% кислорода, 1,7% азота и 1,8% серы в пересчете на массу.

Состав золы, выраженный в виде оксидов, варьируется:

Состав золы, мас.%
SiO. 220-40
Al. 2O. 310-35
Fe. 2O. 35-35
CaO1-20
MgO0,3-4
TiO. 20,5-2,5
Na. 2O K. 2O1-4
SO. 30,1-12

Другие второстепенные компоненты включают:

Среднее содержание
ВеществоСодержание
Ртуть (Hg)0,10 ± 0,01 ppm
Мышьяк (As)1,4–71 ppm
Селен (Se)3 ppm

Коксующийся уголь и использование кокса для плавки железа

Коксовая печь в установка по производству бездымного топлива в Уэльсе, Соединенное Королевство

Кокс - это твердый углеродистый остаток, полученный из коксующегося угля (малозольный битуминозный уголь с низким содержанием серы, также известный как металлургический уголь), который используется при производстве стали и других изделий из железа. Кокс получают из коксующегося угля путем обжига в печи без кислорода при температуре до 1000 ° C, удаляя летучие компоненты и сплавляя вместе связанный углерод и остаточную золу. Металлургический кокс используется в качестве топлива и восстановителя при выплавке железной руды в доменной печи . Моноксид углерода, образующийся при его сгорании, восстанавливает гематит (оксид железа ) до железо.

Также образуется отработанный диоксид углерода (2 Fe 2 O 3 + 3 C ⟶ 4 Fe + 3 CO 2 {\ displaystyle {\ ce {2Fe2O3 + 3C ->4Fe + 3CO2}}}{\displaystyle {\ce {2Fe2O3 + 3C ->4Fe + 3CO2}}} ) вместе с чугуном, слишком богат растворенным углеродом, поэтому для получения стали его необходимо подвергать дальнейшей обработке.

Коксующийся уголь должен иметь низкое содержание золы, серы и фосфора, чтобы они не мигрировать в металл. Кокс должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать вес покрывающей породы в доменной печи, поэтому коксующийся уголь так важен при производстве стали обычным способом. Кокс из угля серый, твердый и пористый, с теплотворной способностью 29,6 МДж / кг. В некоторых процессах коксования образуются побочные продукты, в том числе углекислый газ. алый гудрон, аммиак, легкие нефти и угольный газ.

нефтяной кокс (нефтяной кокс) представляет собой твердый остаток, полученный при переработке нефти, который напоминает кокс, но содержит слишком много примесей, чтобы их можно было использовать в металлургии.

Использование в литейных компонентах

Тонкоизмельченный битуминозный уголь, известный в данной заявке как морской уголь, является составной частью формовочного песка. Пока расплавленный металл находится в форме кристаллизатора, уголь горит медленно, выделяя восстановительные газы под давлением и, таким образом, предотвращая проникновение металла в поры песка. Он также содержится в «промывке формы», пасте или жидкости с той же функцией, применяемой к форме перед отливкой. Морской уголь может быть смешан с глиняной футеровкой («бод»), используемой для дна вагранки. При нагревании уголь разлагается, и тело становится слегка рыхлым, что облегчает процесс взлома открытых отверстий для выпуска расплавленного металла.

Альтернативы коксу

Стальной лом может быть переработан в электродуговая печь ; и альтернативой производству железа плавкой является железо прямого восстановления, где любое углеродсодержащее топливо может использоваться для производства губчатого или окатыша. Для уменьшения выбросов диоксида углерода водород может использоваться в качестве восстановителя, а биомасса или отходы - в качестве источника углерода. Исторически древесный уголь использовался в качестве альтернативы коксу в доменной печи, в результате чего полученное железо было известно как угольное железо.

Газификация

Газификация угля как часть комплексной газификации Электростанция с комбинированным циклом (IGCC), работающая на угле, используется для производства синтез-газа, смеси монооксида углерода (CO) и водорода (H 2) газ для зажигания газовых турбин для производства электроэнергии. Синтез-газ также может быть преобразован в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, посредством процесса Фишера-Тропша ; в качестве альтернативы синтез-газ можно преобразовать в метанол, который можно напрямую подмешивать в топливо или преобразовать в бензин посредством процесса превращения метанола в бензин. Газификация в сочетании с технологией Фишера-Тропша использовалась химической компанией Sasol из Южной Африки для производства химикатов и моторного топлива из угля.

Во время газификации уголь смешивается с кислородом и паром при одновременном нагревании и повышении давления. Во время реакции молекулы кислорода и воды окисляют уголь до монооксида углерода (CO), одновременно выделяя газообразный водород (H 2). Раньше это делалось на подземных угольных шахтах, а также для производства городского газа, который подавался по трубам потребителям для сжигания для освещения, отопления и приготовления пищи.

3C (как уголь) + O 2 + H 2 O → H 2 + 3CO

Если нефтеперерабатывающий завод хочет производить бензин, синтез-газ направляется в реакцию Фишера-Тропша. Это называется непрямым ожижением угля. Однако, если желаемым конечным продуктом является водород, синтез-газ подают в реакцию конверсии водяного газа, где выделяется больше водорода:

CO + H 2 O → CO 2 + H 2

Сжижение

Уголь может быть преобразован непосредственно в синтетическое топливо, эквивалентное бензину или дизельному топливу, путем гидрогенизации или карбонизация. При сжижении угля выделяется больше диоксида углерода, чем при производстве жидкого топлива из сырой нефти. Смешивание биомассы и использование CCS приведет к выбросам немного меньше, чем при нефтяном процессе, но при высоких затратах. Государственная компания China Energy Investment управляет заводом по сжижению угля и планирует построить еще два.

Сжижение угля может также относиться к опасности груза при транспортировке угля.

Производство угля. химикаты

Производство химикатов из угля

Химикаты производятся из угля с 1950-х годов. Уголь может использоваться как сырье при производстве широкого спектра химических удобрений и других химических продуктов. Основным способом получения этих продуктов была газификация угля для производства синтез-газа. Первичные химические вещества, которые производятся непосредственно из синтез-газа, включают метанол, водород и оксид углерода, которые являются химическими строительными блоками, из которых состоит целый спектр производных химических веществ. произведено, включая олефины, уксусную кислоту, формальдегид, аммиак, мочевину и другие. Универсальность синтетического газа в качестве прекурсора для первичных химикатов и ценных производных продуктов дает возможность использовать уголь для производства широкого спектра товаров. В 21 веке, однако, использование метана угольных пластов становится все более важным.

Поскольку сланец химических продуктов, который может быть получен посредством газификации угля, может, как правило, также использовать получаемое сырье начиная с природного газа и нефти, химическая промышленность обычно использует то сырье, которое является наиболее рентабельным. Таким образом, интерес к использованию угля, как правило, возрастал по мере роста цен на нефть и природный газ и в периоды высоких темпов роста мировой экономики, которые могли затруднить добычу нефти и газа.

Уголь для химических процессов требует значительного количества воды. Большая часть угля для химического производства приходится на Китай, где зависящие от угля провинции, такие как Шаньси, пытаются контролировать его загрязнение.

Уголь как топливо для производства электроэнергии

Предварительная обработка сжиганием

Рафинированный уголь является продуктом технологии обогащения угля, которая удаляет влагу и определенные загрязняющие вещества из низкосортных углей, таких как полубитуминозные и бурые угли. Это одна из форм нескольких предварительных обработок и процессов обработки угля, которые изменяют характеристики угля перед его сжиганием. Повышение термической эффективности достигается за счет улучшенной предварительной сушки (особенно актуально для топлива с высоким содержанием влаги, такого как бурый уголь или биомасса). Цели угольных технологий предварительного сжигания заключаются в повышении эффективности и сокращении выбросов при сжигании угля. Технологию предварительного сжигания иногда можно использовать в качестве дополнения к технологиям после сжигания для контроля выбросов от котлов, работающих на угле.

Сжигание на электростанции

Электростанция Castle Gate около, США Угольные вагоны Бульдозер толкают уголь в Люблянская электростанция

Уголь, сжигаемый в качестве твердого топлива на угольных электростанциях до выработки электроэнергии, называется энергетическим углем. Уголь также используется для получения очень высоких температур путем сжигания. Ранняя смертность из-за загрязнения воздуха оценивается в 200 на ГВт-год, однако она может быть выше на электростанциях, где скрубберы не используются, или ниже, если они расположены далеко от городов. Усилия во всем мире по сокращению использования угля привели к тому, что некоторые регионы перешли на природный газ и электроэнергию из источников с низким содержанием углерода.

Когда уголь используется для выработки электроэнергии, он обычно измельчается, а затем сжигается в печи с котлом. Тепло печи преобразует котловую воду в пар, который затем используется для вращения турбин, которые включают генераторы и вырабатывают электричество. термодинамический КПД этого процесса варьируется от 25% до 50% в зависимости от обработки перед сжиганием, технологии турбины (например, сверхкритический парогенератор ) и возраста установки.

Было построено несколько электростанций с комбинированным циклом с интегрированной газификацией (IGCC), которые сжигают уголь более эффективно. Вместо того, чтобы измельчать уголь и сжигать его непосредственно в качестве топлива в парогенерирующем котле, уголь газифицируется для создания синтез-газа, который сжигается в газовой турбине для производства электроэнергии (как в турбине сжигается природный газ). Горячие выхлопные газы турбины используются для подъема пара в парогенераторе рекуперации тепла, который приводит в действие дополнительную паровую турбину . Общий КПД установки при использовании комбинированного производства тепла и электроэнергии может достигать 94%. Электростанции IGCC выбрасывают меньше локальных загрязнений, чем традиционные электростанции, работающие на пылеугольном топливе; однако технология улавливания и хранения углерода после газификации и перед сжиганием до сих пор оказалась слишком дорогой для использования с углем. Другие способы использования угля - это водоугольное топливо (CWS), которое было разработано в Советском Союзе, или в цикл доливки MHD. Однако они не получили широкого распространения из-за отсутствия прибыли.

В 2017 году 38% мировой электроэнергии приходилось на уголь, столько же, сколько 30 лет назад. В 2018 году глобальная установленная мощность составила 2 ТВт (из которых 1 ТВт приходится на Китай), что составляет 30% от общей мощности по выработке электроэнергии. Наиболее зависимой крупной страной является Южная Африка, где более 80% электроэнергии вырабатывается углем.

Максимальное использование угля было достигнуто в 2013 году. В 2018 году угольная электростанция коэффициент мощности в среднем 51%, то есть они проработали примерно половину доступного рабочего времени.

Угольная промышленность

Добыча угля

Ежегодно добывается около 8000 Мт угля, около 90% из них каменный уголь и 10% бурый уголь. По состоянию на 2018 год чуть более половины приходится на подземные рудники. При подземной разработке происходит больше аварий, чем при открытой разработке. Не все страны публикуют статистику несчастных случаев на шахтах, поэтому мировые цифры неопределенны, но считается, что большинство смертей приходится на несчастные случаи на шахтах в Китае : в 2017 году в Китай. Большая часть добываемого угля - это энергетический уголь (также называемый энергетическим углем, поскольку он используется для производства пара для выработки электроэнергии), но металлургический уголь (также называемый «метуголь» или «коксующийся уголь», поскольку он используется для производства кокса для производства железа) составляет 10 % до 15% мирового потребления угля.

Уголь как товар, продаваемый на рынке

Китай добывает почти половину мирового угля, за ним следует Индия с примерно десятой долей. На Австралию приходится около трети мирового экспорта угля, за ней следуют Индонезия и Россия ; а крупнейшими импортерами являются Япония и Индия.

Цена на металлургический уголь непостоянна и намного выше, чем цена на энергетический уголь, потому что металлургический уголь должен содержать меньше серы и требует большей очистки. Фьючерсные контракты на уголь предоставляют производителям угля и электроэнергетике важный инструмент для хеджирования и управления рисками.

В некоторых странах новые береговые ветровые или солнечная генерация уже стоит меньше, чем угольная энергия от существующих станций (см. Стоимость электроэнергии с разбивкой по источникам ). Однако для Китая это прогноз на начало 2020-х годов, а для Юго-Восточной Азии - не раньше конца 2020-х годов. В Индии строительство новых электростанций нерентабельно, и, несмотря на субсидирование, существующие станции теряют долю рынка в пользу возобновляемых источников энергии.

Тенденции рынка

Из стран, добывающих уголь Китайские шахты на сегодняшний день больше всего, почти половина мирового угля, за которым следует менее 10% Индии. Китай также является самым крупным потребителем. Следовательно, рыночные тенденции зависят от энергетической политики Китая. Хотя усилия по сокращению загрязнения означают, что глобальная долгосрочная тенденция заключается в том, чтобы сжигать меньше угля, краткосрочные и среднесрочные тенденции могут отличаться, отчасти из-за финансирования Китаем новых угольных электростанций в других странах.

Основные производители угля

Показаны страны с годовой добычей более 300 миллионов тонн.

Добыча угля по странам и годам (млн тонн)
Страна20002005201020152017Доля (2017)
Китай1,3842350323537473,52346%
Индия3354295746787169%
США9741,0279848137029%
Австралия3143754244854816%
Индонезия771522753924616%
Россия2622983223734115%
Остальное of World1380140414411374143319%
Всего в мире4,7266,0357,2557,8627,727100%

Основной уголь потребители

Показаны страны с годовым потреблением более 500 миллионов тонн. Акции основаны на данных, выраженных в тоннах нефтяного эквивалента.

Потребление угля по странам и годам (млн тонн)
Страна200820092010201120122013201420152016Доля
Китай26912,8923,3523,6774,5384,6784,5393,970 coal + 441 met coke = 4,4113,784 coal + 430 met coke = 4,21451%
India582640655715841837880890 coal + 33 met coke = 923877 coal + 37 met coke = 91411%
United States1,017904951910889924918724 coal + 12 met coke = 736663 coal + 10 met coke = 6739%
World Total7,6367,6998,137 8,6408,9019,0138,9077,893 угля + 668 мет кокс = 85617,606 угля + 655 метра кокс = 8261100%

Основные экспортеры угля

Экспорт угля по странам и годам (млн тонн)
Страна2018
Индонезия429
Австралия387
Россия210
США105
Колумбия84

Экспортеры рискуют сократить импортный спрос из Индии и Китая.

Основные импортеры угля

Импорт угля по странам и годам (млн тонн)
Страна2018
Китай281
Индия223
Япония189
Южная Корея149
Тайвань76
Германия44
Нидерланды44
Турция38
Малайзия34
Таиланд25

Ущерб здоровью людей

Использование угля в качестве топлива приводит к ухудшению здоровья и смерти. Добыча и переработка угля вызывают загрязнение воздуха и воды. Угольные электростанции выделяют оксиды азота, диоксид серы, твердые частицы и тяжелые металлы, которые отрицательно сказываются на здоровье человека. Добыча метана из угольных пластов важна для предотвращения несчастных случаев на шахтах.

Смертоносный Лондонский смог был вызван в первую очередь интенсивным использованием угля. По оценкам, во всем мире уголь является причиной 800 000 преждевременных смертей ежегодно, в основном в Индии и Китае.

Сжигание угля является основным источником диоксида серы, который приводит к образованию твердых частиц PM2,5 , наиболее опасная форма загрязнения воздуха.

Выбросы угольных дымовых труб вызывают астму, инсульты, снижение интеллекта, артерии закупорки, сердечные приступы, застойная сердечная недостаточность, сердечные аритмии, отравление ртутью, артериальная окклюзия, и рак легких.

Ежегодные затраты на здравоохранение в Европе в результате использования угля для производства электроэнергии оцениваются в размере до 43 миллиардов евро.

В Китае улучшение качества воздуха и здоровья человека увеличится с более жесткая климатическая политика, главным образом потому, что энергетика страны в значительной степени зависит от угля. И была бы чистая экономическая выгода.

Исследование, проведенное в 2017 году в Economic Journal, показало, что для Великобритании в период 1851–1860 годов «увеличение потребления угля на одно стандартное отклонение привело к увеличению детской смертности на 6–8%. и то, что использование промышленного угля объясняет примерно одну треть штрафов за смертность в городах, наблюдаемых в этот период ».

Вдыхание угольной пыли вызывает пневмокониоз угольных рабочих, который широко известен в просторечии. как «черные легкие», так называемые, потому что угольная пыль буквально превращает легкие в черный цвет от их обычного розового цвета. По оценкам, только в Соединенных Штатах ежегодно 1500 бывших сотрудников угольной промышленности умирают от воздействия вдыхания пыли угольных шахт.

Ежегодно образуется огромное количество угольной золы и других отходов. При использовании угля ежегодно образуются сотни миллионов тонн золы и других отходов. К ним относятся летучая зола, шлам и обессеривание дымовых газов ил, содержащие ртуть, уран, торий, мышьяк и другие тяжелые металлы, а также неметаллы, такие как селен.

. Около 10% угля составляет зола: угольная зола опасна и токсична для людей и некоторых других живых существ. Угольная зола содержит радиоактивные элементы уран и торий. Угольная зола и другие твердые побочные продукты сгорания хранятся на месте и улетучиваются методами, которые подвергаются воздействию людей, живущих рядом с угольными электростанциями, воздействием радиации и токсичных веществ в окружающей среде.

Ущерб окружающей среды

Аэрофотоснимок места Kingston Fossil Plant разлив шлама зольной пыли на следующий день после события

Добыча угля, заправка углем электростанций и промышленные нанести серьезный ущерб окружающей среде.

На водные системы влияет добыча угля. Размер, добыча влияния на уровни подземных вод и уровня грунтовых вод и кислотность. Разливы летучей золы, такие как разлив шлама летучей золы на заводе по производству ископаемых Кингстон, также могут загрязнять землю и водные пути и разрушать дом. Электростанции, сжигающие уголь, также потребляют большое количество воды. Это может повлиять на течение рек и, как следствие, на другие виды землепользования. В районах нехватки воды, таких как пустыня Тар в Пакистане, угледобывающие и угольные электростанции будут использовать большое количество воды.

Одним из самых ранних известных воздействий угля на круговорот воды был кислотный дождь. При сжигании угля выделяется примерно 75 Tg / S в год диоксида серы (SO 2). После выброса диоксид серы окисляется до газообразного H 2SO2, который рассеивает солнечное излучение, его увеличение в атмосфере оказывает охлаждающее воздействие на климат. Это выгодно маскирует потепление, вызванное выбросом парниковых газов. Однако серая вода остается в атмосфере в течение нескольких недель, как углекислый газ остается в атмосфере в течение сотен лет. Выброс SO 2 также способствует повсеместному закислению экосистем.

Вышедшие из употребления угольные шахты также могут вызывать проблемы. Опускание грунта над туннелями может привести к повреждению инфраструктуры или пахотных земель. Добыча угля также может вызвать длительные пожары, и было подсчитано, что тысячи пожаров угольных пластов горят в любой момент времени. Например, Бреннендер Берг горит с 1668 года и продолжает гореть в 21 веке.

Производство кокса из угля дает аммиак, каменноугольную смолу и газообразные соединения в качестве побочных продуктов, которые при сбросе в землю, воздух или водные пути могут загрязнять среду. Металлургический завод Уайалла является одним из примеров коксового завода, где жидкий аммиак сбрасывается в морскую среду.

Подземные пожары

По всему миру горят тысячи угольных пожаров.. Горящих под землей трудно бывает разрушить, а многих невозможно потушить. Пожары могут вызвать оседание земли наверху, их дымовые газы опасны для жизни, выбросы на поверхность могут вызвать наземные лесные пожары. Угольные пласты могут загореться самовозгоранием или контактом с горным пожаром или наземным пожаром. Удары молнии - важный источник возгорания. Уголь продолжает медленно гореть обратно в шов, пока кислород (воздух) не перестанет достигать фронта пламени. Пожар травы в угольной зоне может поджечь десятки угольных пластов. Угольные пожары в Китае сжигают около 120 миллионов тонн угля в год, уровня 360 миллионов метрических тонн CO 2, что составляет 2–3% годового мирового производства CO 2 из ископаемого топлива. В Сентралии, штат Пенсильвания (район, расположенный в угольном регионе США), открытая жила антрацита загорелась в 1962 году из-за пожара на мусоре в городском полигоне, расположенный в заброшенном антрацитовом разрезе карьера. Попытки потушить пожар оказались безуспешными, и он продолжает гореть под землей по сей день. Австралийская Горящая гора изначально считалась вулканом, но дым и пепел исходят от угольного костра, который горит около 6000 лет.

В Кух и Малик в Ягнобская долина, Таджикистан, угольные месторождения горели тысячи лет, создаваемые обширные подземные лабиринты, полные уникальные минералов, некоторые из которых очень красивы.

Красноватая порода алевролита, покрывающая совокупность хребтов и холмов в бассейне Паудер-Ривер в Вайоминг и в западной части Северной Дакоте, называется порцеланитом. который напоминает «клинкер» отходов сжигания угля или вулканический «шлак ». Клинкер - это горная порода, которая плавится в результате естественного сжигания угля. В бассейн Паудер-Ривер за последние три миллиона лет сгорело от 27 до 54 миллиардов тонн угля. О лесных пожарах угля в этом районе сообщали как исследователи, так и поселенцы в этом районе.

Глобальное потепление

Самым большим и наиболее долгосрочным эффектом использования выбросов углерода, парниковый газ, вызывающий изменение климата и глобальное потепление. Угольные электростанции внесли самый большой вклад в рост выбросов выбросов CO 2 в 2018 году, что составляет 40% выбросов химических веществ. Добыча угля может выделять метан, еще один парниковый газ.

В 2016 году мировые валовые выбросы двуокиси углерода от использования угля составили 14,5 гигатонн. На каждый произведенный мегаватт-час при производстве электроэнергии на угле выделяется около тонны диоксида углерода, что вдвое больше примерно 500 кг диоксида углерода, выбрасываемого электростанцией, работающей на природном газе . В 2013 году глава климатического агентства ООН посоветовал оставить большую часть запасов глобального потепления, чтобы избежать катастрофического глобального потепления. Чтобы поддерживать глобальное потепление ниже 1,5 ° C или 2 ° C, сотни, а возможно, и тысячи угольных электростанций должны быть выведены из эксплуатации досрочно.

Снижение загрязнения углем

Счетная палата правительства США диаграмма, показывающая выбросы контроля на угольной электростанции

Снижение загрязнения углем, называемое иногда чистым углем, представляет собой серию систем и технологий, направленных на смягчение воздействие угля на здоровье и среду ; в частности загрязнение воздуха от угольных электростанций, а также уголь, сжигаемый тяжелой промышленностью.

Основное внимание уделяется диоксиду серы (SO 2) и оксидам азота (NO x), наиболее важным газам. который вызвал кислотный дождь ; и твердые частицы, вызывающие видимое загрязнение воздуха, болезни и преждевременную смерть. SO 2 может быть удален посредством десульфуризации дымового газа, а NO 2 может быть удален посредством селективного каталитического восстановления (SCR). Твердые частицы можно удалить с помощью электрофильтров. Хотя, возможно, мокрые скрубберы менее эффективны, они могут удалять как газы, так и твердые частицы. Сокращение летучей золы снижает выбросы радиоактивных материалов. Выбросы ртути можно сократить до 95%. Однако улавливание углекислого газа из угля, как правило, экономически нецелесообразно.

Стандарты

Местные стандарты загрязнения включают GB13223-2011 (Китай), Индия, Директива о промышленных выбросах (ЕС) и Закон о чистом воздухе (США).

Спутниковый мониторинг

Спутниковый мониторинг теперь используется для перекрестной национальной проверки данных, например, Sentinel-5 Precursor показал, что китайский контроль над SO 2 был успешным только частично. Он также показал, что низкое использование таких технологий, как быстро выбросам NO 2 в Южной Африке и Индии.

Электростанции с комбинированным циклом

Несколько Построены угольные электростанции с комбинированным циклом с комплексной газификацией (IGCC) с газификацией угля. Хотя они сжигают уголь более эффективно, следовательно, они уменьшают загрязняющие вещества, эта технология в целом оказалась экономически невыгодной для угля, за исключением, возможно, Японии, хотя это вызывает споры.

Улавливание и хранение углерода

Хотя все еще интенсивно исследуются и считаются экономически целесообразными для некоторых видов использования, кроме угля; улавливание и хранение углерода было протестировано на угольных электростанциях Петра Нова и Граничная плотина и было признано технически осуществимым, но не экономически целесообразным использованием угля из-за снижения стоимости солнечных фотоэлектрических технологий.

Экономика

В 2018 году было инвестировано 80 миллиардов долларов США в поставку угля, но почти все для поддержания уровня производительности, а не открытия новых шахт. В долгосрочной перспективе уголь и нефть могут стоить миру триллионы в год. Один только уголь может стоить долларов Австралии миллиарды, в то время как расходы некоторых небольших компаний или городов могут достичь миллионов долларов. Экономикам, наиболее пострадавшим от угля (из-за изменений климата), могут быть Индия и США, поскольку они являются странами с самыми высокими социальными издержками углерода. Банковские ссуды для финансирования угля сэкономить риск для экономики Индии.

Китай - крупнейший производитель угля в мире. Это крупнейший в мире потребитель энергии, а уголь в Китае обеспечивает 60% его первичной энергии. Однако две пятых угольных электростанций Китая, оцененным покам, являются убыточными.

Загрязнение воздуха в результате хранения и обработки обходится в США почти в 200 долларов за дополнительную тонну хранящейся из-за PM2,5. Загрязнение углем обходится ЕС в 43 миллиарда евро ежегодно. Меры по снижению загрязнения воздуха приносят пользу людям в финансовом отношении и экономике таких стран, как Китай.

Субсидии

Общие субсидии на уголь в 2015 году оцениваются примерно в 2,5 триллиона долларов США, или около 3% мирового ВВП. По состоянию на 2019 год G20 страны не менее 63,9 млрд долларов США государственной поддержки в год для угля США, включая угольную энергию: многие субсидии невозможно определить количественно, но они включают 27,6 млрд долларов США внутри 20,9 млрд долларов США в виде фискальной поддержки и 20,9 млрд долларов США в виде государственной инфраструктуры предприятия (ГП) в год. В ЕС государственная помощь новым угольным электростанциям запрещена с 2020 года, а существующим угольным электростанциям - с 2025 года. Однако государственное финансирование новых угольных электростанций осуществляется через Эксимбанк Китая, Японский банк международного сотрудничества и индийские банки государственного сектора. Уголь в Казахстане был основным получателем субсидий на потребление угля на общую сумму 2 млрд долларов США в 2017 году. Уголь в Турции получили значительные субсидии.

Неэффективные активы

Некоторые угольные электростанции могут стать неэффективными активами, например, China Energy Investment, крупнейшая в мире энергетическая компания, риски потеряв половину своего капитал. Однако государственные энергетические компании, такие как Eskom в Южной Африке, Perusahaan Listrik Negara в Индонезии, Sarawak Energy в Малайзии, Taipower на Тайване., EGAT в Таиланде, Vietnam Electricity и EÜAŞ в Турции строят или планируют новые электростанции. По состоянию на 2019 год это может вызвать возникновение углеродного пузыря, который может вызвать финансовую нестабильность, если он лопнет.

Политика

Страны строят или финансируют новые угольные электростанции, такие как Китай, Индия и Япония, сталкиваются с растущей международной критикой за препятствие достижению целей Парижского соглашения. В 2019 году островные государства Тихого океана (в частности, Вануату и Фиджи ) раскритиковали Австралию за неспособность сократить свои выбросы более быстрыми темпами, чем они, сославшись на несостоятельность по поводу затопления и эрозии прибрежных отрицательно.

Коррупция

В Индии и Китае расследуются обвинения в коррупции.

Противодействие углю

Протест против ущерба, нанесенного Большому Барьерному рифу по изменение климата в Австралии Дома на деревьях в знак протеста против вырубки части леса Хамбах для открытого рудника Хамбах в Германии: после чего вырубка была приостановлена ​​в 2018 г.

Противодействие загрязнению углем было одной из главных причин, по которому современное экологическое движение началось в 19 веке.

Переход от угля

Для достижения глобальных климатических целей и обеспечения электроэнергией тех, у кого его в настоящее время нет, угольная энергия должна уменьшена с почти 10 000 ТВт-ч до менее 2 000 ТВт -ч на 2040. Поэтапный отказ от угля имеет краткосрочные преимущества для здоровья и окружающей среды, которые превышают затраты, но некоторые страны по-прежнему отдают предпочтение углю, и есть много разногласий по поводу того, как быстро его следует отказаться. Однако многие страны, такие как Powering Past Coal Alliance уже отказались от угля или отказаться от него; самый крупный переход, объявленный на данный момент, - это Германия, которая должна закрыть свою последнюю угольную электростанцию ​​в период с 2035 по 2038 год. Некоторые страны используют идеи «Справедливого перехода », например, чтобы использовать некоторые льготах перехода на досрочное пенсионное обеспечение угольщиков. Однако низменные острова Тихого океана обращены на то, что происходит недостаточно быстро и они будут затоплены повышением уровня моря ; поэтому они призвали страны ОЭСР полностью отказаться от угля к 2030 году, а другие страны - к 2040 году.

Пиковый уголь

Угольная шахта в Вайоминг, США Состояния. Системными крупнейшими в мире запасами угля.

Пик угля - это концепция, описывающая пиковое потребление или производство угля человеческим сообществом. В настоящее время пик потребления угля в мире пришелся на 2013 год, что на 0,7% выше уровня 2019 года. Пик доли угля в мировом энергобалансе пришелся на 2008 год, когда на уголь приходилось 30% мирового производства энергии. Снижение использования угля в обусловлено снижением потребления в США и Европе, а также в странах Азии. Основные угледобывающих стран, таких как Китай, Индонезия, Индия, Россия и Австралия, не достигли пикового уровня производства, при этом росте производительности заменил спад в странах Европы.

Пик угля может быть вызван пиковым спросом или пиком поставка. Исторически сложилось так, что было широко распространено мнение, что в результате сложится к пику угля в результате истощения запасов угля. Однако, поскольку глобальные усилия по ограничению изменения ниже климата усиливаются, потребление угля обусловлен спросом, который остается пикового уровня потребления 2013 года. Это в значительной степени связано с быстрым расширением использования природного газа и возобновляемых источников энергии. Многие страны обязались отказаться от угля, несмотря на оценки, согласно которым запасов угля хватит на столетия при текущих уровнях потребления. В некоторых странах потребление угля все еще растет, в том числе в странах Африки и Латинской Америки, а также у крупных производителей и потребителей, в Китае и Индии.

Переход на более чистые виды топлива и производство электроэнергии с меньшим содержанием углерода

Уголь при производстве электроэнергии выделяется примерно вдвое больше углекислого газа - около тонны на каждый произведенный мегаватт-час, - чем при сжигании природного газа из расчета 500 кг парникового газа на мегаватт-час. Помимо выработки электроэнергии, природный газ также популярен в некоторых странах для отопления и автомобильного топлива.

Использование угля в Соединенном Королевстве сократилось в результате развития Нефть Северного моря и последующий рывок за газом в 1990-е годы. В Канаде некоторые угольные электростанции, такие как Hearn Generating Station, перешли с угля на природный газ. В 2017 году угольная энергетика в США обеспечивала 30% электроэнергии по сравнению с примерно 49% в 2008 году из-за обильных поставок дешевого природного газа, полученного с помощью гидроразрыва плотные сланцевые образования.

Угольные регионы с переходной экономикой

Некоторые угледобывающие регионы сильно зависят от угля.

Занятость

Некоторые угольщики опасаются, что их рабочие места могут быть потеряны в переходный период. Справедливый переход с угля поддерживается Европейским банком реконструкции и развития.

Биоремедиация

Гриб белой гнили Trametes versicolor может расти и метаболизировать природный уголь. Было обнаружено, что бактерии диплококк разлагают уголь, повышая его температуру.

Использование в культуре

Уголь является официальным государственным минералом из Кентукки и официальный штат штата Юта ; оба США Штаты исторически связаны с добычей угля. В некоторых культурах считается, что дети, которые плохо себя ведут, вместо подарков получат на Рождество только кусок угля от Санта-Клауса в своих рождественских чулках. В Шотландии и на севере Англии также принято и считается удачей дарить уголь на Новый год. Это происходит как часть First-Footing и олицетворяет тепло на будущий год.

См. Также

  • icon Энергетический портал

Источники

Источники

Дополнительная литература

Внешние ссылки

Викибук Историческая геология имеет страницу по теме: Торф и уголь
Викибук Высшая школа наук о Земле имеет страницу по теме: Уголь
На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с Углем.
Искать уголь в Wiktionary, бесплатный словарь.
Последняя правка сделана 2021-05-15 12:51:35
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте