Cărbune

Dezambiguizare - Dacă sunteți în căutarea altor semnificații, consultați Cărbune (dezambiguizare) .

Cărbune
Proprietăți fizico-chimice
Densitate (g / cm 3 , în cs )	1.9 [1]
Temperatura de topire ( K )	1273 (1000 ° C) [1]
Coeficientul de dilatare termică liniară ( K -1 )	4,5 × 10 −6 - [1]
Proprietăți mecanice
Modulul longitudinal de elasticitate ( GPa )	5,88 [1]

Cărbunele (sau cărbunele tare ) este un combustibil fosil sau rocă sedimentară extrasă din minele subterane sau cu carieră deschisă sau produse artificial. Formarea cărbunelui datează de acum aproximativ 345 milioane de ani, când un climat cald și umed și o concentrație ridicată de CO _{2 au} favorizat creșterea copacilor uriași: după moartea lor, cauzată de inundații, a fost creat un strat mare de lemn, care nu a fost degradat din cauza absenței ciupercilor și bacteriilor specifice încă nedezvoltate, acoperite apoi de diferite straturi de alte sedimente care l-au supus la presiuni ridicate și absenței oxigenului. Acest proces în curs de desfășurare a condus la formarea a ceea ce noi cunoaștem ca cărbune tare.

Este un combustibil gata de utilizare, format în roci sedimentare negre sau maro închis. Este compus în principal din carbon și conține urme de hidrocarburi , precum și diverse alte minerale asortate, inclusiv unele pe bază de sulf . Există diverse metode de analiză pentru a o caracteriza . Începutul exploatării sale masive este adesea asociat cu Revoluția Industrială și rămâne în continuare un combustibil important: un sfert din electricitatea mondială este produsă cu cărbune, aproximativ jumătate din electricitatea din Statele Unite și aproximativ 10% în Italia. ^[2] . În trecut, era folosit și pentru alimentarea unor mijloace de transport, cum ar fi locomotivele și navele cu aburi, și pentru încălzirea clădirilor.

Utilizarea cărbunelui pentru producerea de energie este la nivel global unul dintre principalii factori ai emisiei antropice de dioxid de carbon în atmosfera terestră , principala cauză a efectului de seră și a încălzirii globale . Cărbunele activ utilizat în chimie poate fi obținut din cărbune . În plus, gudronul de cărbune este obținut ca un produs secundar din spălarea gazelor de cărbune.

Etimologie

Cuvântul cărbune provine din latinescul carbo, -onis (acuzativ „carbonem”> vulgar: cărbune (m) ), similar cu grecescul karpho (καρφω), care înseamnă „a face uscat, arid”. Mijloacele auto rădăcină indo-europene „a arde“. Cărbunele nu a fost extras decât în Evul Mediu târziu .

Formarea geologică

Același subiect în detaliu: Carbogeneza .

Secțiune de-a lungul unei mine care arată apariția băncilor de cărbune, vizibile în mod clar ca straturi negre cu grosime metrică, intercalate cu alte straturi de roci sedimentare mai ușoare

Cărbunele este alcătuit din materiale carbonice. Se estimează că aceste materiale reprezintă peste 50% din greutatea sa și peste 70% din volumul său. Cărbunele este rezultatul transformării resturilor vegetale care au fost comprimate, modificate chimic și transformate de căldură și presiune de-a lungul timpului geologic .

Din observațiile paleontologice , stratigrafice și sedimentare , s-a ajuns la concluzia că cărbunele s-a format în principal din plante cultivate în ecosisteme mlăștinoase . Când aceste plante au murit, biomasa lor a fost depusă în medii subacvatice anaerobe în care nivelul scăzut de oxigen prezent a împiedicat degradarea lor, a prevenit oxidarea , descompunerea și eliberarea de dioxid de carbon . Nașterea și moartea generațiilor succesive de plante au format depozite groase de materie organică din lemn neoxidată, acoperite ulterior cu sedimente și compactate în depozite carbonice precum turbă , bitum sau antracit . Indiciile privind tipul de plante care au generat un depozit pot fi urmărite în rocile de șist sau în gresia care îl acoperă sau, cu tehnici particulare, în cărbunele în sine.

Epoca geologică în timpul căreia s-au format majoritatea zăcămintelor de cărbune cunoscute în prezent în lume este Carboniferul , între 280 și 345 de milioane de ani în urmă. Aceasta este epoca care a văzut explozia vieții vegetale pe continent și care și-a luat numele pentru abundența acestor depozite care au provenit în formațiunile geologice care aparțin acestei perioade.

Utilizarea cărbunelui

Cărbunele este una dintre principalele surse de energie ale umanității. În 2010, aproximativ 40% din electricitatea mondială a fost produsă prin arderea cărbunelui și rezervele dovedite s-au ridicat la cel puțin 300 de ani de producție.

Din cărbune este posibil să se obțină alte tipuri de combustibil mai ușor de transportat și cu o eficiență mai mare; procesele utilizate în mod normal pentru rafinarea acestuia sunt gazeificarea și lichefierea.

Gazificare

Același subiect în detaliu: Gazificarea .

În trecut, cărbunele a fost transformat în gaz, apoi canalizat către clienți pentru a fi ars pentru iluminat , încălzire și gătit. Astăzi se folosesc gaze naturale , cum ar fi metanul , deoarece sunt mai sigure. Cu toate acestea, gazificarea rămâne o posibilitate pentru utilizarea viitoare a cărbunelui, deoarece gazul arde de obicei la temperaturi mai ridicate și este mai curat decât cărbunele convențional.

Lichefiere

Cărbunele poate fi, de asemenea, transformat în combustibili lichizi, cum ar fi benzina sau motorina , printr-o varietate de procese. Procesul Fischer-Tropsch de sinteză indirectă a hidrocarburilor lichide a fost utilizat în Germania nazistă și de câțiva ani în Africa de Sud ; în ambele cazuri , motivația a fost izolarea politică a acestor regimuri care nu au putut să cumpere țiței de petrol pe piețele internaționale. Cărbunele a fost gazificat pentru a produce gaz de sinteză , un amestec purificat și echilibrat de CO și _H2, care a fost apoi condensat folosind un catalizator Fischer-Tropsch pentru a produce hidrocarburi ușoare, care au fost apoi transformate în benzină și motorină . În plus, Syngas poate fi transformat în metanol , un combustibil suplimentar sau aditiv pentru combustibil , care poate fi transformat înapoi în benzină prin procesul Mobil M-gas.

Există, de asemenea, un proces direct de lichefiere numit procesul Bergius (lichefiere prin hidrogenare), niciodată folosit în afara Germaniei, care l-a exploatat în timpul primului și al doilea război mondial . În Africa de Sud, compania SASOL a făcut câteva experimente în această direcție.

Un alt proces pentru obținerea hidrocarburilor lichide din cărbune este carbonizarea la temperatură scăzută (LTC) sau carbonizarea la temperatură scăzută. Cărbunele este transformat în cocs la temperaturi cuprinse între 450 și 700 ° C , în loc de 800-1000 ° de cocs utilizat în metalurgie . Această temperatură facilitează producerea de gudroane mai bogate în hidrocarburi ușoare decât gudroane normale. Gudronul este apoi transformat în combustibil. Acest proces a fost dezvoltat de Lewis Kerrick, un tehnician de șist petrolier la Biroul Mineristic al Statelor Unite în anii 1920 .

Toate aceste metode de producere a combustibilului lichid eliberează CO ₂ ( dioxid de carbon ). Izolarea CO ₂ este de dorit, pentru a preveni eliberarea acestuia în atmosferă, contribuind la efectul de seră . Deoarece producția de CO ₂ este unul dintre fluxurile principale ale procesului, separarea acestuia este mai ușoară decât este posibil pornind de la gazele produse de arderea cărbunelui cu aerul , în care CO ₂ este amestecat cu azot și altele. .

Lichefierea cărbunelui este una dintre tehnologiile care limitează creșterea prețului petrolului. Estimările costului producerii combustibililor lichizi din cărbune sugerează că acesta devine competitiv atunci când prețul petrolului depășește un anumit prag. ^[3] Având tehnologii mature comercial, avantajul economic al lichefierii indirecte a cărbunelui față de lichefierea directă a fost dezvăluit de William și Larson în 2003 .

Grafitare

Grafitarea este un proces de electroinducție chimică care transformă carbonul amorf în grafit artificial. ^[4] Procesul are loc în cuptoare alimentate de curent continuu la intensitate foarte mare.

Tipuri de cărbune

Carbune tare

Calitatea combustibililor, adică compoziția chimică a cărbunilor, este strâns legată de timpul scurs pentru formarea lor.

Turbă

Același subiect în detaliu: Turba .

Stiva de turbă.

Turba nu este un cărbune tare, deoarece provine din plante erbacee care au suferit o transformare parțială. Are un aspect spongios sau chiar șiros și o culoare închisă. Se găsește în depozite superficiale numite turbării , din care se extrage cu o dragă (mașină de excavat). Conține multă apă și are un conținut ridicat de cenușă. Este utilizat în principal în agricultură pentru a îmbogăți solul cu substanțe bogate în humus .

S-a format prin descompunerea plantelor în zone mlăștinoase cu un climat temperat sau rece umed, deoarece în climatele calde viteza de evaporare a apei și descompunerea rapidă și totală nu permit formarea turbei la temperaturi ridicate. Unele dintre aceste zone sunt Tierra del Fuego , Irlanda, Falkland , Islanda , Germania , Olanda și Austria .

Tot în Italia există zăcăminte de turbă: în Alpi , în special dealul Mont Cenis , pasul San Gottardo , pasul Piccolo San Bernardo , în văile Brenta și Piave , în Alice Superiore lângă Ivrea , în Iseo , Varese , Verona , Udine ; la gurile râurilor precum Po , Adige , Arno , Tibru , acestea se ridică la aproximativ 36 de milioane de tone.

Procentul de apă proaspăt extrasă este destul de mare, în jur de 70-90%; poate cădea prin uscare în aer câteva zile până la aproximativ 50%, lăsând săptămâni întregi să atingă maximum 30%. Obținerea acestuia în mod artificial nu este convenabilă deoarece se consumă mai mult de 20,3 MJ / kg (4850 kcal / kg) pentru a produce turbă uscată, obținându-se un produs cu o putere calorică care nu depășește 23,0 MJ / kg (5500 kcal / kg).

Este greu folosit ca combustibil , cu excepția localului; utilizarea principală este ca îngrășământ , deoarece este ușor de impregnat cu îngrășăminte .

Lignit

Același subiect în detaliu: cărbune brun .

Lignit.

Numele derivă din latinul lignum „lemn” cu sufixul științific „-ite”, indicând mineral. ^[5] Are un conținut de carbon de aproximativ 70% și o putere calorică de 18,8-25,1 MJ / kg (4500-6000 kcal / kg); formarea sa datează de acum aproximativ 80 de milioane de ani. Acest cărbune are încă structura lemnului din care a provenit. Depozitele se găsesc în principal la suprafață și, prin urmare, sunt extrase în mine deschise. Nu este un combustibil bun și, prin urmare, din punct de vedere economic nu este foarte convenabil; este de obicei folosit pentru alimentarea centralelor electrice sau pentru producerea de gaze, amoniac, ulei sintetic.

Lignitul este un cărbune relativ recent format, originar din pădurile secundare și terțiare.

Este un sediment fosil, organic și combustibil; are o culoare maro până la negru și, prin urmare, este numit și cărbune maro.

Lignitul are o umiditate relativă destul de ridicată, în medie mai mare de 21% (poate chiar să depășească 45%) și carbonificarea sa nu este niciodată complet completă, ceea ce îl face un combustibil de valoare limitată.

Are o putere calorică mai mare în jur de 23,9 MJ / kg (5700 kcal / kg), având în vedere substanța fără cenușă.

Conținutul de umiditate este cel stabilit la o temperatură de 30 ° C pentru o umiditate relativă de 96%.

Acest combustibil a fost utilizat pe scară largă în toată Italia până în anii 1950 și 1960, în special pentru producția de energie electrică necesară industriei italiene în naștere.

Este dificil de depozitat și transportat, deoarece prezintă un risc ridicat de ardere, iar în aer liber tinde să se pulverizeze.

Căldura generată de lignit variază între 9 și 17 milioane Btu / tonă (10-20 MJ / kg), pentru materialul umed fără componente minerale. Căldura generată din lignitul SUA este în medie de 13 milioane Btu / tonă (15 MJ / kg).

Lignitele sunt de trei tipuri:

• lignit picea , cu un conținut de umiditate cuprins între 20 și 25% și un conținut de cenușă de 9 până la 13%;
• lignit xiloid , cu un conținut de umiditate de 40 până la 70% și conținut de cenușă de 2 până la 6%; în unele câmpuri acest conținut poate ajunge la 13%. Tipic pentru acest tip de lignit este cultivarea de zi deschisă;
• lignit turbos , cu conținut ridicat de umiditate și putere calorică redusă.

Unele dintre caracteristicile lor sunt prezentate în tabel:

Datorită uscării în aer liber sub copertine, pot fi atinse concentrații de apă de 20-25%.

Utilizarea principală este ca combustibil, în focuri de grătar adecvate pentru combustibili de dimensiuni mici sau în sisteme de combustibil pulverizate.

Pentru a distinge lignitul de litantrax există câteva eseuri:

• încălzire în absența aerului: dezvoltarea acidului acetic ( amoniacul este eliberat cu litanthrax);
• încălzire în HNO ₃ diluat: se degajă gaze care colorează lichidul în roșu (hidroxili fenolici );
• încălzirea în NaOH diluat: lichid maro, fulgi maro ( acizi humici ) precipită prin adăugarea de H ⁺ .

Producția mondială

Producția de lignit în milioane de tone

		1970	1980	1990	2000	2001
1.	Germania	369.3	388,0	356,5	167,7	175,4
2.	Rusia	127,0	141,0	137.3	86.4	83.2
3.	Statele Unite	5.4	42.3	82,6	83,5	80,5
4.	Australia	24.2	32.9	46.0	65.0	67,8
5.	Grecia	8.1	23.2	51.7	63.3	67,0
6.	Polonia	32,8	36.9	67.6	61.3	59,5
7.	curcan	4.4	15.0	43,8	63.0	57.2
8.	Republica Cehă	67,0	87,0	71.0	50.1	50,7
9.	China	13.0	22.0	38.0	40.0	47.0
10.	Serbia și Muntenegru	26.0	43,0	60.0	35,5	35,5
11.	România	14.1	27.1	33,5	17.9	29,8
12.	Coreea de Nord	5.7	10.0	10.0	26.0	26.5
13.	Austria	3.7	1.7	2.5	1.3	1.2
14.	alții	103.3	157,9	213,5	116.4	113,5
	Totaluri	804,0	1.028,0	1.214,0	877,4	894,8

Litantrax

Litantrax.

Litantrax este cărbune în adevăratul sens al termenului. Termenul provine din greacă: λίϑος (lithos) „piatră” și ἄνϑραξ (ànthrax) „cărbune”. ^[6]

Are un conținut de carbon între 75% și 90% și o putere calorică de 29,3-35,6 MJ / kg (7000-8500 kcal / kg); formarea sa datează de acum aproximativ 250 de milioane de ani și se găsește în straturi comprimate între roci de diferite compoziții. Este cel mai răspândit cărbune în natură și cel mai utilizat industrial și pentru producția de energie electrică. Coca-Cola se obține și din aceasta, un cărbune artificial compact și rezistent utilizat în furnalele.

Dur și compact, are în general un procent foarte mic de umiditate, de ordinul a 2-3%, cu un conținut de cenușă destul de mic, care este de obicei 3-7% și atinge doar rareori valori mai mari.

Prin creșterea timpului de fosilizare , cantitatea de apă scade: acesta este un aspect foarte important deoarece prezența apei crește costurile de transport și scade puterea calorică a cărbunelui.

Potrivit lui Gruner, litantraceae sunt clasificate în cinci mari categorii bazate pe două proprietăți fundamentale:

• conținutul de substanțe volatile: litanthracs cu flacără lungă : substanțe volatile> 25%; litanthrac cu flacără scurtă <25%
• puterea de cocsificare: litantraci gras : cocs compact și coerent cu o putere de cocsificare ridicată; litantraci slabi : cocs praf și incoerent cu putere redusă de cocsificare.

Termenul de substanțe volatile indică acea fracțiune care, după încălzirea necesară obținerii cocsului, este eliminată sub formă de compuși gazoși.

Lungimea flăcării este legată de conținutul de substanțe volatile care, în timpul arderii, parțial distilează și apoi ard, dând naștere la flăcări mai mult sau mai puțin lungi în funcție de cantitate.

Cele mai bune litanthracs sunt grăsimi cu flacără scurtă și grăsimi proprii din care este posibil să se obțină un cocs relativ poros cu rezistență mecanică ridicată la compresiune.

Este utilizat pe scară largă în producția de fontă pornind de la minereuri de fier și, prin urmare, se numește cocs de oțel.

Litantrax bituminos

Litantraxul bituminos este un cărbune dens, în general negru, uneori maro închis, adesea cu dungi bine definite de material ușor și fragil, utilizat în principal în centrale electrice cu turbină și în cantități deloc neglijabile pentru instalațiile de încălzire și producție pentru obținerea cocsului. Produce fum în timpul arderii și se descompune ușor atunci când este expus la aer.

Litantraxul bituminos este cel mai produs cărbune din Statele Unite . Conținutul său de umiditate este mai mic de 20% sau chiar 12% pentru calitatea comerțului pe mare , potrivit pentru transport maritim ^{[pentru a clarifica: de ce? ]} .

Puterea sa calorică variază de la 21 la 30 de milioane Btu / tonă (de la 24 la 35 MJ / kg) pentru materialul pur. Această calitate a cărbunelui din Statele Unite generează în medie 24 de milioane Btu / tonă (28 MJ / kg), în stare brută.

Litantrax sub-bituminos

Proprietățile acestui material sunt intermediare între cele ale lignitului și litantraxului bituminos. Este utilizat în principal ca combustibil în centralele cu turbină, arderea generează mult fum și pulverizează destul de lent. Poate varia în funcție de nivelul la care este extras: moale la atingere, sfărâmicios, maro închis sau negricios în straturile inferioare, sau mai deschis, lemnos și relativ dur în straturile superioare.

Litantraxul sub-bituminos poate conține umiditate de la 20 la 30% din greutatea sa. Căldura generată de acest material variază de la 17 la 24 de milioane Btu / tonă (de la 20 la 21 MJ / kg), pornind de la materia primă. Cea mai mare producție de litantrax sub-bituminos din Statele Unite este bazinul râului Powder din statul Wyoming .

Antracit

Antracit.

Numele derivă din grecescul ἄνϑραξ (ànthrax) „cărbune” cu sufixul științific „-ite”, indicând mineral. ^[7] Este cel mai vechi cărbune din resturile plantei preistorice; conține un procent de carbon egal cu 90% și are o putere calorică de 35,6 MJ / kg (8500 kcal / kg). Acest tip de cărbune datează de acum aproximativ 400 de milioane de ani. Are culoarea neagră și luciu metalic, este un carbon dur și casant și mai greu decât celelalte. Dă o flacără scurtă, cu puțin fum, dezvoltă multă căldură, fiind cel mai vechi cărbune este cel mai bogat în carbon, dar se folosește foarte puțin pentru că este foarte scump, fiind greu de găsit.

Antracitul este cărbunele de cea mai bună calitate utilizat în principal pentru încălzirea casnică. Este negru dur, fragil și strălucitor, conține un procent ridicat de carbon fix și un procent scăzut de materie volatilă. Umiditatea conținută în antracitul proaspăt extras este în general mai mică de 15%. Valoarea calorică specifică a antracitului pur variază de la 22 la 28 de milioane Btu / tonă (de la 26 la 33 MJ / kg). Antracitul consumat în Statele Unite conține în medie 25 de milioane Btu / tonă (29 MJ / kg).

Din 1980, deșeurile și resturile antracite sunt utilizate pentru producerea de energie electrică. Acest combustibil asigură în medie 15 milioane Btu / tonă (17 MJ / kg) sau mai puțin.

Avion

Jetul este un mineraloid care este o formă naturală și compactă de lignit care a fost în mare parte lustruită și utilizată ca piatră ornamentală încă din epoca fierului .

Cărbune non-fosil

Cărbune

Tipul de cărbune produs printr-un proces de carbonizare a lemnului, printr-o groapă de cărbune .

Coca-Cola

Cuptoare de cocs pentru industria siderurgică ( Aberdare )

Coca-Cola

Coca-Cola este un reziduu carbonos solid de litantrax bituminos cu niveluri scăzute de cenușă și sulfuri , din care componentele volatile au fost extrase prin ardere într-un cuptor la o temperatură de 1000 ° C și în absența oxigenului. Acest proces permite topirea carbonului fix cu cenușa.

Este gri, dur și poros și are o putere calorică de 29,6 MJ / kg. Subprodusele de conversie a cărbunelui în cocs sunt gudron sau smoală , amoniac , uleiuri ușoare și „cărbune carbogazoasă“, sau „ gaz de cocserie “.

Coca-Cola este obținută din procesele de rafinare a uleiului și litantraxului în plante numite centrale de cocsificare, care fac de obicei parte dintr-un complex de oțeluri. Planta de cocsificare este compusă din cuptoare formate dintr-o serie de celule căptușite intern cu cărămizi refractare silicioase sau silico-aluminice, dispuse unul lângă altul într-o baterie. Celulele au o formă îngustă și alungită; au aproximativ 0,40 / 0,60 m lățime, 4-6 m înălțime și 10-16 m adâncime.

Cărbunele este închis ermetic în celulele care sunt încălzite din exterior cu flăcările unui gaz care arde în cavitatea dintre o celulă și alta. Cărbunele rămâne în celule la o temperatură de 1200-1300 ° C timp de 14-15 ore, timp în care scapă de cea mai mare parte a sulfului și a materialelor volatile și capătă acele caracteristici de porozitate și rezistență mecanică necesare pentru utilizarea sa .în furnal.

În medie, pentru fiecare 1000 kg de cărbune fosil se obțin 300 Nm³ de gaz, 700 kg de cocs, 55 kg de hidrocarburi grele și aromatice (naftalină, benzen, gudron, apă amoniacală, coloranți, materii prime pentru industria farmaceutică, îngrășăminte , etc.). Gazul este un combustibil excelent, având în vedere că are o putere calorică de 17/21 MJ / Nm³, iar după o purificare adecvată este utilizat în aceeași fabrică siderurgică ca combustibil pentru instalația de cocsificare, pentru recuperatorii Cowper , pentru instalația termoelectrică , etc. Cărbunele tare nu poate fi utilizat în aplicații metalurgice , deoarece este compact, fragil, bogat în sulf și materiale volatile.

Datorită puterii sale calorice ridicate, cocsul este utilizat ca combustibil și ca agent de reducere în cuptoarele de topire pentru minereuri metalice ( furnale ).

Caracteristici

• Valoare calorică : 30 MJ / kg
• Masa densității reale: 1,8-2,2 kg / dm³
• Densitate aparentă: 1 kg / dm³
• Rezistența la compresiune: 1400-2000 N / m²
• Dimensiunea compresiei: 20–60 mm

Istorie

Cărbunele de replică se formează pe părțile superioare ale retortelor unde are loc distilarea cărbunelui.

Rezervele mondiale de cărbune

Același subiect în detaliu: țări după producția de cărbune .

Mina de cărbune Open Pit ( Wyoming )

1908: băieți mineri și catâri într-un tunel al minelor de cărbune

În 1996 s-a estimat că rezervele mondiale de cărbune accesibil economic, cu tehnicile miniere cunoscute astăzi, se ridicau la aproximativ 15 miliarde de tone, din care jumătate din antracit . Energia conținută de cărbune în întreaga lume depășește cu mult 10 trilioane de yottajoule . Cu rata actuală de consum, se estimează că rezervele vor dura puțin sub 300 de ani. Departamentul de Energie al SUA estimează rezervele naționale la 1.081.279 milioane de tone, ceea ce corespunde la aproximativ 4.786 BBOE (barili echivalent petrol). ^[8] Cantitatea de cărbune arsă în 2001 s-a ridicat la 2.337 GTOE ( gigatone echivalent petrol), corespunzând la 46 MBOED (milioane de barili echivalent petrol pe zi). La această tendință, rezervele vor dura 285 de ani. Prin comparație, în 2001, gazul natural a furnizat 51 MBOED, iar petrolul 76 MBD (milioane de barili pe zi). Națiunea cu cel mai mare consum de cărbune este China, a cărei producție și consum de petrol a crescut continuu din 2000. În 2012, China a extras 46% din producția mondială de cărbune și a consumat 49% din producția mondială, în mare parte pentru a produce electricitate necesară dezvoltare economică. Mai general, 90% din producția mondială de cărbune este furnizată de zece țări, SUA ocupând locul al doilea, extragând 12% din totalul mondial în spatele Chinei; în ceea ce privește consumul, 85% din cărbune este consumat de zece țări, dintre care opt fac parte din grupul marilor producători, SUA este al doilea mare producător care consumă 11% din producția mondială ^[9] .

Pericolul minelor

Minele în aer liber au un impact imens asupra mediului. În schimb, cele tradiționale merg de obicei la peste 200 de metri adâncime, în tuneluri prăfuite și cu temperaturi în jur de 30 ° C. Aceasta implică, chiar și cu cele mai moderne tehnologii miniere, riscuri puternice pentru sănătatea minerilor și o mortalitate considerabilă, atât datorită posibilității de a contracta boli precum silicoza , cât și a producerii de accidente datorate incendiilor de gaze produse de cărbune, declanșat chiar de doar o mică scânteie ^[10] . Peste 5.000 de mineri mor în fiecare an numai în China ^{[ este necesară citarea ]} ; în ciuda acestui fapt, unele companii de electricitate continuă să favorizeze munca minerilor pentru a putea cumpăra cărbune la un preț mai mic decât în ​​restul lumii. Mai mult, gazele produse de activitatea minei implică un efect de seră important, care se estimează a fi mai mare decât CO ₂ eliberat prin arderea cărbunelui extras. ^{[ fără sursă ]}

Utilizarea cărbunelui

Cărbunele este o sursă naturală de carbon. Cu toate acestea, sursa principală rămâne petrolul . Tehnologiile moderne par să demonstreze că produsele cheie de dezvoltare, cum ar fi fibrele de carbon și nanostructurile, pot fi derivate din acest element.

Utilizări diferite ale minelor

Tehnologiile nedovedite ar face posibilă exploatarea minelor de cărbune existente pentru a produce combustibil în moduri alternative, de exemplu prin recuperarea metanului generat de descompunerea cărbunelui. Acest lucru ar permite optimizarea cantității de carbon extras dintr-o mină și, între timp, ar limita eliberarea gazului în atmosferă și efectul de seră consecvent. Questo comporterebbe anche la custodia degli impianti dismessi, prevenendo l'innesco di giganteschi incendi sotterranei che oggi, in tutto il mondo, sono fonte considerevole di inquinamento, gas serra e gas tossici.

Analisi e valutazione tecnologica del carbone

È possibile effettuare un' analisi elementare per valutare la composizione percentuale nei vari elementi costituenti (% di C, H, N, S, …).

Un altro tipo di analisi è quella cosiddetta immediata, cui fanno riferimento i contratti commerciali ei requisiti di qualità; tra queste ci sono la percentuale di acqua, di sostanze volatili e di ceneri .

La percentuale di acqua (% H ₂ O) si determina come perdita in peso a 105 °C; la percentuale di sostanze volatili (% SV) si determina come perdita in peso a 950 °C; infine la percentuale di ceneri si determina come residuo dopo calcinazione . Si effettuano anche misure della plasticità e della resistenza meccanica quali l'indice di libero rigonfiamento, il potere agglutinante e il potere agglomerante.

L'indice di libero rigonfiamento (ilr) si misura dopo riscaldamento ad 820 °C confrontando il residuo con un profilo di riferimento.

Il potere agglutinante (pa) si determina riscaldando il campione polverizzato e disperso in un materiale inerte ; si ottiene un materiale cementato di cui si misura la resistenza meccanica : si misura l'attitudine del carbone a cementare a sé materiali inerti. È indice della compattezza e resistenza del coke ottenibile.

Il potere cokificante è l'attitudine del carbone, scaldato in assenza di aria, ad aumentare di volume formando una massa porosa. Si effettua scaldando il campione a 600 °C e valutando forma e consistenza del residuo.

Esistono diversi tipi di carboni fossili che si differenziano a seconda dell'età ( carbogenesi ): il più antico è l' antracite , quindi litantrace , poi lignite e il più giovane, la torba .

La composizione chimica elementare varia con l'età, arricchendosi in carbonio e perdendo ossigeno :

Il loro potere calorifico aumenta da torba ad antracite, mentre il rapporto H/C è sempre più piccolo:

Comportamento al riscaldamento in assenza di aria

Inizialmente si ha una reazione endotermica (~ 150 °C) con perdita di acqua e formazione di una fase instabile M.

Tra 350 e 500 °C si ha la rottura dei legami intermolecolari, lo sviluppo di CH ₄ e H ₂ (fase G1) derivanti dalla rottura dei legami pendenti, formazione di radicali nel residuo solido e loro ricombinazione.

Si formano quindi dei prodotti di decomposizione liquidi che fungono da lubrificante per il resto del solido: si forma il cosiddetto semicoke (R), un materiale rigonfiato che si forma per solidificazione della massa solida molle.

Tra 600 e 700 °C si ha un'altra depolimerizzazione, che continua fino a 900-1000 °C, con sviluppo di un secondo gas G2 (NH ₃ acquosa, catrame , altri prodotti) e formazione di un solido S, il coke.

Infine si ha la risolidificazione di S, con sviluppo di calore , dovuta alla fusione totale con distruzione della struttura originaria del carbone: questa presenta unità aromatiche condensate disposte a strati, con formazione di piani paralleli a tratti.

All'inizio del processo di cokificazione (80% di C) si ha una "struttura aperta", caratterizzata da strati brevi, legami intermolecolari e struttura porosa. Durante il processo, quando gli idrocarburi lubrificano la massa, si ha una "struttura liquida" (89% C) con strati più orientati e diminuzione dei legami intermolecolari e della porosità. Alla fine si ha una "struttura antracitica" (94% C) che presenta strati più estesi e più orientati e pori di forma allungata tra pacchetti di strati.

Effetti nocivi della combustione del carbone

La combustione del carbone, come quella di ogni altro composto del carbonio , produce anidride carbonica (CO ₂ ), monossido di carbonio, anidride solforosa e ossidi di azoto. Per ridurre le emissioni sono state proposte tecniche di "sequestro" della CO ₂ , anche se queste applicazioni sono ancora in fase di approfondimento e messa a punto in numerosi paesi avanzati (USA, Germania, UK, Italia, Giappone, ecc.), causa l'elevato costo che queste tecnologie richiedono per un'applicazione in larga scala.

L'anidride solforosa reagisce con l' acqua , formando acido solforoso . Quando l'anidride solforosa viene rilasciata nell'atmosfera, reagisce con il vapore acqueo ed eventualmente torna sulla terra in forma di pioggia acida . Per evitare questo, le moderne centrali sono equipaggiate con sistemi di desolforazione e denitrificazione, oltre che di filtrazione dei fumi post-combustione, per ridurre l'emissione di particolato in atmosfera.

Queste tecnologie hanno spostato la pressione inquinante di questi impianti: non sono più gli ossidi di azoto e di zolfo il problema più rilevante, ma l'emissione di monossido di carbonio e di metalli pesanti. Infatti la combustione del carbone a basso tenore di ossigeno, nelle caldaie ipersupercritiche, riduce ulteriormente e alla fonte l'emissione di ossidi di zolfo (SOx) e azoto (NOx), incrementando però d'altra parte inevitabilmente l'emissione di monossido di carbonio, il cui ruolo nella genesi delle malattie cardiovascolari ^[11] i è oramai ben noto, e il volume di carbone che ogni anno è possibile incenerire senza superare i limiti emissivi dei NOx e SOx.

Le emissioni della combustione di carbone in centrali elettriche rappresentano così, oltre alla più grande fonte artificiale di anidride carbonica, anche quella di monossido di carbonio.

Tra le emissioni della combustione del carbone ci sono i metalli pesanti ^[12] . Il carbone minerale può contenere, oltre allo zolfo, anche tracce di metalli pesanti quali nichel , cadmio , vanadio, piombo , mercurio , cromo e arsenico , di alogeni, in particolare fluoro , cloro ei loro composti, e di materiali naturalmente radioattivi ^[13] . La combustione del carbone è considerata tra le principali fonti di emissione antropogenica di Arsenico ^[14] e Mercurio ^[15] . Le ceneri leggere (fly ash) e altri rifiuti di una centrale a carbone rilascerebbero nell'area circostante una quantità di radiazioni 100 volte superiore a quella di un impianto nucleare a parità di energia prodotta, ^[16] .

Secondo uno studio commissionato da Greenpeace ^[17] all'istituto di ricerca indipendente non-profit SOMO, L'impatto ambientale della combustione del carbone è indicato come responsabile di 366 morti premature ogni anno in Italia.

Significati nelle tradizioni popolari

Il carbone viene associato al segno astrologico del Capricorno ^{[ senza fonte ]} .
Veniva portato indosso dai ladri come protezione dall'individuazione e come aiuto alla fuga durante gli inseguimenti. ^{[ senza fonte ]}
Fa parte di rituali popolari associati alla notte di capodanno ^[18] .
Sognare il carbone ha vari significati nella Smorfia napoletana secondo l'azione in cui è coinvolto ^[19] .
La Befana lascia un sacchetto di carbone, al posto dei regali, ai bambini che si sono comportati male durante l'anno ^[20] .

Note

Bibliografia

• Luigi Rolla, Chimica e mineralogia. Per le Scuole superiori , 29ª ed., Dante Alighieri, 1987, p. 339.

Voci correlate

• Carbone attivo
• Carbogenesi
• Lignite
• Stufa a carbone
• Torba
• Carbonia (composto)

Altri progetti

• Wikiquote contiene citazioni di o su carbone
• Wikizionario contiene il lemma di dizionario « carbone »
• Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su carbone

Collegamenti esterni

• Carbone , su Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana .
• ( EN ) Carbone / Carbone (altra versione) / Carbone (altra versione) , su Enciclopedia Britannica , Encyclopædia Britannica, Inc.
• ( EN ) Opere riguardanti Carbone , su Open Library , Internet Archive .
• Carbone , in Treccani.it – Enciclopedie on line , Istituto dell'Enciclopedia Italiana.
• European Association for Coal and Lignite www.google.it
• WWF: il carbone pulito non esiste ^{[ collegamento interrotto ]} , su beta.wwf.it .
• a proposito dell'utilizzo di carbone come fonte di energia , su microsoft.com .
• rapporto dell'emittente televisiva MSNBC sugli effetti dell'inquinamento da carbone sulla sanità pubblica degli Stati Uniti ( EN )
• comunicato del WWF , su wwf.ch .
• Considerazioni sul futuro ruolo del carbone , su energoclub.it . URL consultato il 17 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 17 maggio 2005) .
• Geologia.com . URL consultato il 18 maggio 2005 (archiviato dall' url originale il 10 aprile 2005) .
• The fantastically strange origin of most coal on Earth , su nationalgeographic.com

Portale Chimica	Portale Energia	Portale Geologia
Portale Materiali	Portale Mineralogia	Portale Scienze della Terra