Rodzaje węgla: skład, zużycie i wartość energetyczna

Węgiel jest osadową czarną lub ciemnobrązową skałą, która różni się składem. Niektóre rodzaje węgla palą się gorętsze i czystsze, podczas gdy inne zawierają wysoką wilgotność i związki, które przyczyniają się do kwaśnych deszczy i innych zanieczyszczeń podczas spalania.

Węgle o różnym składzie są stosowane jako palne paliwo kopalne do wytwarzania energii elektrycznej i stali na całym świecie. Jest to najszybciej rozwijające się źródło energii na świecie w XXI wieku, zgodnie z Międzynarodowa Agencja Energetyczna (IEA)

Procesy geologiczne i rozkładająca się materia organiczna tworzą węgiel przez tysiące lat. Wydobywana jest z podziemnych formacji lub „szwów”, przez podziemne tunele lub przez usuwanie dużych obszarów powierzchni Ziemi. Wydobywany węgiel należy oczyścić, umyć i przetworzyć, aby przygotować go do użytku komercyjnego.

Chiny produkują obecnie więcej węgla niż jakikolwiek inny kraj na świecie, chociaż jego potwierdzone rezerwy zajmują czwarte miejsce za Stanami Zjednoczonymi, Rosją i Indiami. IEA szacuje, że globalna podaż powinna wzrosnąć o około 0,6 procent do 2020 r.

Australia przoduje na światowej liście eksporterów, wysyłając 298 milionów ton węgla za granicę w 2010 roku. Indonezja i Rosja zajęły drugie i trzecie miejsce, eksportując odpowiednio 162 i 109 milionów ton metrycznych. Stany Zjednoczone zajęły czwarte miejsce na świecie, wysyłając 74 miliony ton metrycznych poza swoje granice w tym samym roku.

Republika Południowej Afryki w największym stopniu opiera się na węglu, pobierając 93 procent energii elektrycznej z tego źródła energii. Chiny i Indie również w dużym stopniu polegają na węglu w przypadku znacznych ilości energii, odpowiednio 79 i 69 procent. USA pobiera 45 procent energii elektrycznej z tego źródła, zajmując 11 miejsce na globalnej liście krajów, które wytwarzają energię z tego źródła.

Hard vs. Miękki: Węgiel dzieli się na dwie główne kategorie: twardy i miękki. Węgiel miękki jest również znany jako węgiel brunatny lub węgiel brunatny. Chiny produkują więcej węgla kamiennego niż jakikolwiek inny kraj trzykrotnie. Ogromne 3 162 miliony ton metrycznych węgla kamiennego wytwarzanego przez Chiny przewyższa produkcję producenci z drugiego i trzeciego miejsca w USA - 932 miliony ton metrycznych i Indie - 538 milionów ton metrycznych mnóstwo.

Niemcy i Indonezja niemal walczą o uhonorowanie najwyższych zaszczytów w produkcji miękkiego węgla brunatnego. Kraje te wykopały odpowiednio 169 milionów i 163 milionów ton metrycznych.

Koksowanie vs. Parowy: Węgiel koksowy, znany również jako węgiel metalurgiczny, ma niską zawartość siarki i fosforu i może wytrzymać wysokie ciepło. Węgiel koksowy jest wprowadzany do pieców i poddawany beztlenowej pirolizy, czyli procesowi, w którym węgiel jest podgrzewany około 1100 stopni Celsjusza, topiąc go i odpędzając wszelkie lotne związki i zanieczyszczenia, aby je opuścić czysty węgiel. Gorący, oczyszczony, upłynniony węgiel zestala się w grudki zwane „koksem”, które można wprowadzać do wielkiego pieca wraz z rudą żelaza i wapieniem w celu produkcji stali.

Węgiel energetyczny, znany również jako węgiel termiczny, nadaje się do produkcji energii elektrycznej. Węgiel parowy jest mielony na drobny proszek, który szybko się pali w wysokich temperaturach i jest wykorzystywany w elektrowniach do podgrzewania wody w kotłach napędzanych turbinami parowymi. Może być również stosowany do ogrzewania pomieszczeń dla domów i firm.

Wszystkie rodzaje węgla zawierają węgiel stały, który zapewnia zmagazynowaną energię i różne ilości wilgoci, popiołu, substancji lotnych, rtęci i siarki. Ponieważ właściwości fizyczne i jakość węgla różnią się znacznie, elektrownie opalane węglem muszą być zaprojektowane tak, aby pomieścić szczególne właściwości dostępnego surowca i ograniczenia emisji zanieczyszczeń, takich jak siarka, rtęć i dioksyny.

Węgiel uwalnia energię cieplną lub ciepło podczas spalania wraz z węglem i popiołem. Popiół składa się z minerałów takich jak żelazo, aluminium, wapień, glina i krzemionka, a także pierwiastki śladowe, takie jak arsen i chrom.

Zmagazynowany potencjał energetyczny węgla jest określany jako „wartość opałowa”, „wartość opałowa” lub „zawartość ciepła”. Mierzy się go w brytyjskich jednostkach termicznych (Btu) lub milijulach na kilogram (MJ / kg). Btu to ilość ciepła, która ogrzeje około 0,12 galonów amerykańskich - funt wody - o 1 stopień Fahrenheita na poziomie morza. MJ / kg reprezentuje ilość energii zmagazynowanej w kilogramie. Jest to wyrażenie gęstości energii dla paliw mierzonej wagowo.

Międzynarodowa organizacja normalizacyjna ASTM (dawniej American Society for Testing and Materials) opublikował metodę rankingową do klasyfikacji gatunków węgla utworzonego z biodegradowalnych substancji humusowych na bazie torfu i materiału organicznego lub witrynu. Ranking węgla oparty jest na poziomach metamorfozy geologicznej, ustalonego węgla i wartości opałowej. Jest znany jako ASTM D388–05 Standardowa klasyfikacja węgli według rangi.

Z reguły im twardszy węgiel, tym wyższa jest jego wartość energetyczna i ranga. Porównawczy ranking czterech różnych rodzajów węgla od najgęstszego węgla i energii do najmniejszej gęstości przedstawia się następująco: