carvão

carvão

Carvão (de PGmc. * Kula- , althochdeutsch kolo m., Kol n., Kol alemão médio alto , Rare glycols f. "Carvão, carvão") é uma rocha sedimentar sólida preta ou marrom-escura obtida por carbonização de planta biomassa é produzida. Consiste principalmente no elemento químico carbono e em compostos complexos de carbono .

O carvão está disponível em todos os continentes. Seu principal período geológico foi o Carbonífero Superior ( Pensilvânia ) e o carvão correspondente está principalmente disponível como carvão duro . Além disso, existem carvões duros ainda mais recentes, por exemplo no Jura e no Chalk do Canadá Ocidental. Em relação à Europa Central, o " Terciário " é também um importante período de formação de carvão. No entanto, esse carvão está disponível predominantemente como linhita .

O carvão é usado principalmente como transportador de energia fóssil . Quando são queimados , é liberado calor que pode ser usado para aquecimento . A queima de carvão é uma das técnicas mais utilizadas para geração de energia elétrica em todo o mundo . Também é importante como matéria-prima na fabricação de coque e grafite , bem como na extração de hidrocarbonetos líquidos e fundição de ferro . O valor calorífico de uma unidade de carvão serve de referência para outros combustíveis.

Tanto a coalificação quanto a queima de carvão são partes essenciais do ciclo global do carbono .

A quantidade de reservas globais de carvão é objeto de pesquisas em andamento. As estimativas do ano de 2004 calculam com consumo constante várias centenas de anos até a sua exaustão, outras estimativas assumem que a produção máxima de carvãopoderia ser alcançada em 2025. As taxas de entrega dos tipos individuais de carvão podem ser encontradas em Carvão / Tabelas e Gráficos .

Emergência

A matéria-prima do carvão é principalmente de origem vegetal. A formação típica de carvão (carvão húmus, consulte as informações gerais sobre a classificação: tipos de carvão ) começa em extensas florestas pantanosas nas terras baixas . As árvores usam a fotossíntese para ligar o dióxido de carbono do ar e convertê-lo em carboidrato, celulose e outros compostos orgânicos . Depois que as árvores morrem, elas afundam no pântano e, portanto, são retiradas do processo de decomposição aeróbica normal - inicialmente forma-se turfa .

A posterior história geológica da região em questão é decisiva para saber se a turfa é transformada em carvão. A crosta terrestre geralmente experimenta uma subsidência tectônica na área de terras baixas ( subsidência , ver também bacias sedimentares ). Se esta subsidência persistir ao longo de períodos geológicos de tempo (ou seja, muitas dezenas de milhões de anos), os sedimentos turfosos do pântano, muitas vezes sob diferentes condições ambientais (incluindo a cobertura do mar de longa duração), são continuamente sobrepostos com sedimentos e, ao mesmo tempo, afundados em a crosta superior mais profunda da terra. Tanto a pressão quanto a temperatura ambiente aumentam conforme a profundidade de afundamento aumenta . Isso causa a chamada coalificação dos sedimentos turfosos. A pressão espreme a água e o aumento da temperatura provoca a conversão química dos compostos orgânicos, durante os quais ocorre um enriquecimento de carbono . Inicialmente, a linhita é produzida . A coalificação se intensifica com o aumento da subsidência. A linhita se transforma em carvão duro e, finalmente, em antracita . É por isso que a qualidade do carvão geralmente é melhor quanto mais fundo ele se encontra no solo e quanto mais antigo ele é.

Os depósitos de carvão mais importantes hoje (não raramente, apenas do ponto de vista econômico histórico ) foram formados no Carbonífero Superior por volta de 323,2 a 298,9 milhões de anos atrás. No início do Carbonífero Superior, a matéria-prima mais importante para a turfa em questão consistia em 60 a 80% de plantas de musgo tipo árvore . Seus troncos dificilmente eram feitos de madeira , mas tinham uma periderme (casca) muito espessa . No Carbonífero Superior médio dos Apalaches , os cordaítas fortemente lenhosos dominavam . No final do Carbonífero Superior Euramérica , predominavam os samambaias arbóreas fracamente lenhosas da ordem Marattiales . Os depósitos de linhito economicamente importantes na Europa Central (Baixo Reno, Alemanha Central, Niederlausitz, Egergraben) foram criados no " Terciário " 66 a 2.588 milhões de anos atrás e são, portanto, muito mais jovens.

Dependendo da posição paleogeográfica da área educacional, uma distinção é feita entre as formações de carvão palustric (ou límbico) e parali. Palustric / limnic é entendido como a formação de carvão em zonas húmidas perto de águas interiores. Paralelamente, significa que o depósito de carvão remonta à formação de um pântano em uma planície costeira. Então, repetidamente, sedimentos marinhos são inseridos entre as camadas de carvão individuais , que podem ser rastreados até fases transgressivas de curto prazo . Se os depósitos de carvão têm sua origem em áreas de formação palustriana dentro de bacias em regiões montanhosas, pode-se falar especificamente de formação de carvão intramontânea.

Novos estudos sugerem uma estreita ligação entre a formação de depósitos de carvão carbonáceo enormemente ricos e a evolução da podridão branca , ou seja, de tipos de fungos que eram capazes de quebrar a lignina , principal componente da madeira. Análises de relacionamento genético molecular em conexão com o método do relógio molecular mostraram que a podridão branca provavelmente só surgiu no final do Carbonífero ou no início do Permiano .

Extração

Latas de carvão tanto acima do solo em mina a céu aberto quanto em mineração subterrânea são incentivadas. Em todo o mundo, cerca de 40% do carvão é extraído da mineração a céu aberto, o restante da mineração subterrânea.

Stocks

As reservas de linhito na Alemanha totalizaram cerca de 76,8 bilhões de toneladas em fevereiro de 2014, das quais 40,3 bilhões de toneladas poderiam ser extraídas economicamente com a tecnologia atual. Com produção constante (2013: 183 milhões t), as reservas seriam suficientes para 220 anos.

Cerca de 24 bilhões de toneladas de reservas alemãs de carvão duro são consideradas recuperáveis. Com base na cota de produção de 2004 (25,7 milhões de toneladas), isso resultaria em um intervalo teórico de mais de 900 anos. Devido às condições geológicas, no entanto, apenas uma parte dessas reservas recuperáveis ​​pode ser minerada de forma competitiva internacionalmente de acordo com o estado da técnica. Representantes da indústria carbonífera alemã estimam, portanto, o alcance do carvão mineral alemão em cerca de 400 anos, supondo que o volume de produção na época fosse mantido.

O German Energy Watch Group , um grupo independente de analistas liderado por cientistas de Ludwig-Bölkow -Stiftung (Munique), chegou a uma conclusão diferente na primavera de 2007 no que diz respeito às reservas globais de carvão e especialmente no que diz respeito à situação das reservas na Alemanha:

“Muitas estatísticas estão desatualizadas. […] Presumivelmente, significativamente menos carvão está disponível do que é amplamente assumido. [...] Muitas das informações não são atualizadas há anos. Onde isso era feito, as reservas eram geralmente revisadas para baixo, às vezes de forma muito drástica. ' O Instituto Federal de Geociências, por exemplo, havia declarado que as reservas alemãs de carvão duro em 23 a 24 bilhões de toneladas por décadas. Em 2004, eles foram rebaixados para 183 milhões de toneladas, ou seja, reduzidos em 99%. Também houve desvalorizações dramáticas de mais de 80% para o linhito. A Alemanha é o maior produtor de linhito do mundo. Existem tendências semelhantes, se não tão massivas, na Grã-Bretanha e na Polônia, por exemplo. [...] Se alguém assumir agora que o carvão deve absorver os declínios na produção de gás natural e petróleo bruto nas próximas décadas , uma expansão da produção global em 30 por cento seria inicialmente concebível. Esse aumento deve vir principalmente da Austrália, China, Rússia, Ucrânia, Cazaquistão e África do Sul. Depois disso, o subsídio permanecerá constante, apenas para diminuir continuamente a partir de 2025. ”

- Comunicado à imprensa do Energy Watch Group de 3 de abril de 2007

No segundo trimestre de 2016, o preço do carvão vapor no mercado mundial rondava os 56 euros por tonelada de carvão.

Taxa de entrega

De acordo com o 67º Relatório Mundial de Energia da BP, a China teve uma participação de 46,4% da produção global de carvão em 2017, pouco mais do que o dobro da participação de todos os países da OCDE (22,6%). Os EUA (9,9%), Austrália (7,9%), Índia (7,8%), Indonésia (7,2%) e Rússia (5,5%) vieram atrás. A Alemanha ficou em 11º lugar com 1,0% da produção mundial.

Desenvolvimento da produção mundial de "carvão duro" (linhito duro, carvão duro
e antracito) desde 1978 (em milhões de t)
Desenvolvimento da produção global de linhita mole desde 1978 (em milhões de t)

Classificações e recursos de qualidade padrão

Informações gerais sobre classificação

A classificação do carvão ou carvão é feita de acordo com diferentes sistemas, dependendo do foco. Do ponto de vista técnico, dois termos em particular devem ser cuidadosamente distinguidos: tipos de carvão e tipos de carvão .

Tipos de carvão

Os tipos de carvão são nomes tradicionais específicos do carvão para tamanhos de grãos que são separados ( classificados ) do carvão bruto não classificado (carvão de alimentação ) por peneiramento . Embora cada área de mineração de carvão alemã originalmente tivesse suas próprias denominações de variedade, embora muitas vezes semelhantes, um sistema de variedade uniforme foi introduzido em 1941. De acordo com isso, todos os fragmentos maiores que 80 mm são chamados de carvão em bloco . Os componentes menores do carvão vegetal (150–80 mm) são chamados de mordiscar . Abaixo de 80 mm, uma outra distinção é feita entre

  • Carvão de noz
    • Porca 1, 80-50 mm
    • Porca 2, 50-30 mm
    • Porca 3, 30-18 mm
    • Porca 4, 18-10 mm
    • Porca 5, 10-6 mm
  • Carvão fino
    • Carvão fino I, 10-0 mm
    • Carvão fino II, 6-0 mm
  • Pó de carvão, 0,5-0 mm

Tipos de carvão

Os tipos de carvão são diferenciados de acordo com suas propriedades químicas e físicas, que estão intimamente relacionadas com a história geológica da jazida. Principalmente dois critérios são usados ​​para definir o tipo de carvão: tipo de carvão e classificação de carvão .

  • O tipo de carvão está intimamente ligado à história de sedimentação do carvão, especialmente o tipo de espaço de depósito e o tipo de material orgânico depositado. É feita uma distinção entre dois tipos básicos de carvão : carvão húmus e carvão sapropel . Carvões de húmus são carvões no sentido estrito da palavra e são os muito mais comuns dos dois tipos principais de carvão. Eles têm sua origem em áreas de armazenamento terrestre úmidas caracterizadas por vegetação densa (“pântanos de carvão”), surgem em grande parte de matéria vegetal lenhosa e herbácea e se desenvolvem através do estágio intermediário de turfa . Macroscopicamente , eles são idealmente caracterizados por uma estrutura listrada na faixa de centímetros. Os carvões de sapropel, por outro lado, surgem em águas paradas e vêm de material não lenhoso de plantas terrestres (principalmente folhas ), mas também parcialmente de algas e se desenvolvem a partir de lama digerida (sapropel). Eles não têm uma estrutura listrada e se quebram como uma concha . Freqüentemente, eles formam entrelaçamentos finos em uma sucessão de carvões de húmus e testemunham o aumento do alagamento da área do depósito.
  • A classificação do carvão é uma expressão do grau de maturidade ou do progresso da coalificação . Está intimamente ligada à história geológica posterior (cf. →  Diagênese ) do material orgânico uma vez depositado ou turfa ou lama digerida, especialmente com a quantidade de afundamento em áreas mais profundas da crosta terrestre e o aumento associado na temperatura ambiente . À medida que o grau de maturidade aumenta, as diferenças detectáveis ​​macroscopicamente e microscopicamente entre os carvões de húmus e sapropel podem tornar-se cada vez mais confusas.

Para uma análise mais detalhada dos tipos de carvão, veja abaixo .

Composição de carvão

Fórmula estrutural exemplar de uma seção da estrutura orgânica complexa do carvão
Imagens microscópicas de um carvão do Baixo Permiano da China, cada um sob luz incidente branca à esquerda, fluorescência à direita ; os diferentes macerais são rotulados

O carvão é composto de carbono cristalino, matéria orgânica , minerais e água. O nível da proporção de substância mineral (inorgânica) também é referido como o grau de carbono . O termo “teor de cinzas” é frequentemente usado porque as substâncias minerais dificilmente contribuem para o valor calorífico do carvão; depois que o carvão é queimado, o carvão permanece e forma a cinza . No entanto, a substância mineral do carvão não queimado também contém os chamados minerais voláteis , que escapam como gases durante a combustão e não contribuem para a formação de cinzas (por exemplo, dióxido de carbono ligado aos carbonatos ). Os minerais presentes no carvão não queimado não são, portanto, necessariamente representados nas cinzas correspondentes. A substância mineral pode ter entrado no carvão principalmente, ou seja, no decurso da sedimentação (por exemplo , minerais de argila , partículas de silte feitas de quartzo ) ou secundariamente durante a diagênese (minerais de argila, calcita ). O grau de teor de carvão e cinzas tem uma influência decisiva no valor ou na qualidade do carvão.

A matéria orgânica consiste principalmente de carbono, hidrogênio, nitrogênio, enxofre e oxigênio. Ele forma uma estrutura macromolecular complexa , cuja estrutura e composição variam dependendo do tipo de carvão e da origem do carvão. Conforme o grau de coalificação aumenta, a proporção de carbono para hidrogênio, oxigênio, nitrogênio e enxofre muda na direção do carbono (ver também a tabela abaixo), com a proporção de oxigênio sendo particularmente forte e a proporção de hidrogênio diminuindo ligeiramente e a proporção de enxofre e nitrogênio permanecendo mais ou menos constantes.

Com base em suas propriedades ópticas em seções finas e polidas, a matéria orgânica é dividida em diferentes macerais . A proporção desses macerais em um carvão é baseada principalmente nas plantas (partes) de onde originalmente emergiu. Na petrografia de carvão , o tipo de carvão é determinado com base na proporção, e a classificação do carvão é determinada com base na refletividade, especialmente da proporção de vitrinita .

Estados de referência

Embora o conteúdo de matéria orgânica e minerais seja praticamente invariável em condições ambientais normais, o conteúdo de água pode flutuar amplamente, ou seja, H. O carvão absorve água e a libera novamente. Portanto, os estados de referência são definidos levando isso em consideração. Uma distinção é feita principalmente entre os seguintes estados:

  • cru: na condição de entrega (combustível no momento da amostragem sem perda de água, corresponde aproximadamente à condição em que é utilizado)
  • ligado: molhado para análise (combustível finamente moído no momento da análise)
  • wf: anidro (combustível seco a 106 ° C)
  • wafer: sem água e cinzas (combustível seco e sem cinzas)

O estado de referência waf é hipotético, aqui a proporção de água e cinzas é subtraída aritmeticamente; é usado para caracterizar a matéria orgânica. Todos os estados de referência podem ser convertidos um no outro.

Métodos analíticos

Uma vez que algumas de suas propriedades são de considerável importância para o valor material do carvão (preços com base em dados de análise) e devem ser determinadas nacional e internacionalmente usando os mesmos métodos, padrões nacionais (DIN) e internacionais (ISO) foram desenvolvidos para a análise de carvão . Na Alemanha, o comitê de trabalho “Ensaios de combustíveis sólidos” do Comitê de Normas de Mineração (FABERG) da DIN foi responsável, internacionalmente o comitê técnico ISO / TC 27 “Combustíveis Sólidos” da ISO .

Determinação do teor de água

Em termos de teor de água, é feita uma distinção entre umidade grosseira e higroscópica. A umidade grossa refere-se à água aderente puramente mecanicamente; a umidade higroscópica é a água retida nos capilares dos grãos de carvão. A determinação é realizada de acordo com DIN 51718. Para a maioria dos carvões, a determinação é realizada em duas etapas: A umidade grossa é determinada em uma cabine de secagem a 30 ± 2 ° C, a umidade higroscópica a 106 ± 2 ° C sob uma atmosfera de nitrogênio. No caso de carvões oxidativamente estáveis ​​(antracita), o teor total de água também pode ser determinado em uma etapa a 106 ° C no ar. Outro método é a destilação de xileno com subsequente determinação volumétrica de água.

Determinação das cinzas

A cinza é o resíduo inorgânico que, de acordo com a DIN 51719, permanece após a queima do carvão no forno a 815 ° C. As cinzas são uma mistura de sais alcalinos, alcalino-terrosos, ferro e alumínio, como óxidos, sulfatos, silicatos e fosfatos.

Determinação do conteúdo volátil

Os componentes voláteis não podem ser claramente definidos, a determinação é um procedimento convencional. Eles são determinados de acordo com a norma DIN 51720: o carvão é aquecido a 900 ° C por 7 minutos. Os constituintes que escapam, corrigidos para a água que vaza, são por convenção os constituintes voláteis.

Tipos de carvão

Informações gerais sobre a subdivisão

Os tipos de carvão não são divididos internacionalmente de maneira uniforme. A tabela mostra uma compilação do Instituto Federal de Geociências e Recursos Naturais (BGR). Os principais critérios de classificação são o conteúdo energético (valor calorífico), os componentes voláteis e a reflexão da vitrinita.

Comparação da classificação de carvão BGR com os sistemas da UN-ECE (carvão in-seam) e dos EUA
Tipos de carvão
UN-ECE Estados Unidos Alemanha
Turfa Turfa turfa
Ortho-Lignite Lignite Carvão marrom macio
Meta-linhita Lignita / carvão sub-betuminoso Carvão marrom mate
Carvão sub-betuminoso Carvão sub-betuminoso Carvão marrom brilhante
Carvão betuminoso Carvão sub-betuminoso / carvão betuminoso volátil médio Carvão em chamas
Carvão betuminoso volátil médio Carvão de chama de gás
Carvão betuminoso volátil médio Carvão de gás
Carvão betuminoso volátil médio Carvão
Carvão betuminoso de baixa volatilidade Carvão comestível
Antracite Semi-antracite Carvão magro
Antracite antracite

Uma classificação semelhante dos tipos de carvão ocorre de acordo com o conteúdo dos constituintes voláteis, esta classificação é especialmente comum na mineração do Ruhr. A próxima tabela mostra os tipos de carvão e as composições elementares típicas.

Sobrenome Coalificação Conteúdo de água do carvão bruto Voláteis

(waf) em%

Carbono C%

(waf)

H hidrogênio%

(waf)

O oxigênio%

(waf)

Valor calórico (waf) em

MJ / kg

Carvão marrom baixo 45-60 60-43 65-75 8,0-5,5 30-12 <25–28
Carvão em chamas 4-7 45-40 75-81 6,6-5,8 > 9,8 > 32
Carvão de chama de gás 3-6 40-35 81-85 5,8-5,6 9,8-7,3 33,0-34,2
Carvão de gás 3-5 35-28 85-87,5 5,6-5,0 7,3-4,5 33,9-34,8
Carvão 2-4 28-19 87,5-89,5 5,0-4,5 4,5-3,2 34,5-35,6
Carvão comestível 2-4 19-14 89,5-90,5 4,5-4,0 3,2-2,8 35,2-35,6
Carvão magro 1-3 14-12 90,5-91,5 4,0-3,75 2,8-2,5 35,2-35,5
antracite Alto <2 <12 > 91,5 <3,75 <2.0 35,0-35,3

Devido ao alto teor de água, o valor calorífico da linhita bruta é apenas cerca de 2/3 tão alto quanto o do carvão mineral.

O carvão também contém nitrogênio na faixa de cerca de 0,8% a cerca de 2%, enxofre na faixa de cerca de 0,2% a cerca de 3%, em casos individuais ainda mais. Com o aumento da coalificação, os componentes voláteis, o conteúdo de hidrogênio e oxigênio diminuem, o valor calorífico aumenta.

Carvão marrom

Hoje, o linhito - moído e seco - é usado quase exclusivamente como combustível para a geração de eletricidade . A proporção da produção que é prensada em briquetes diminuiu significativamente. A linhita é acastanhada a preta e tem um alto teor de umidade de até 50 por cento. Seu conteúdo de carbono é de 65-70% no carvão anidro. O teor de enxofre é de até 3%. É extraído principalmente em mineração a céu aberto .

Existem três grandes áreas de mineração de linhito na Alemanha:

A maior empresa alemã de linhito é a RWE Rheinbraun AG em Colônia , seus briquetes são comercializados sob o nome de Union-Brikett .

A época de origem da linhita é o Terciário . Tal como acontece com o carvão duro, a madeira de árvores mortas também desempenha um papel aqui, pois passou pelo processo de coalificação sob pressão e na ausência de ar. No entanto, a linhita se originou em uma era geológica mais recente, razão pela qual difere qualitativamente do carvão duro, por exemplo, em seu maior teor de enxofre e uma massa de base grossa, solta e porosa, na qual grandes inclusões (às vezes tocos de árvores inteiras) podem ser encontrado.

No caso da linhita, é feita uma distinção entre linhita, linhita fosca e linhita mole. Os tipos com uma alta proporção de componentes voláteis podem ser processados em coque em uma planta de coque . Smoldering ou Grudekoks são obtidos, dependendo da temperatura do processo . O coque de linhita é usado principalmente em escala industrial para filtração , material que substitui o carvão ativado feito de madeira, comum em escala de laboratório .

A cinza volante de linhita é um subproduto da combustão de linhita .

De acordo com o livro de Gerhard Madaus sobre plantas medicinais de 1938, o coltsfoot é a única planta que pode se desenvolver com carvão puro sem problemas.

Carvão duro

Extração de carvão duro em uma fenda 1965
Antracite (esquerda) e coque (direita)
Mina de carvão em média: 1ª seção; 2. local de desmontagem; 3. Förderberg ; 4ª galeria; 5. construção do poço; 6. Complexo administrativo; 7. armazém; 8. armazenamento de carvão; 9. Haldenberg.

Carvão vegetal é um termo coletivo para carvão de qualidade superior. Ele surgiu a partir de grandes extensões de floresta primitiva, que, em processo de morte, acumulou grande quantidade de biomassa, semelhante ao que acontece em um pântano de turfa hoje. Esses depósitos foram parcialmente cobertos em intervalos regulares (é por isso que geralmente existem várias camadas de carvão na mineração de carvão duro ) por outros sedimentos , como argilas e areia / arenitos. Como resultado, o material orgânico de partida foi comprimido e convertido sob a exclusão de ar e em altas pressões e temperaturas até que uma ligação sólida de carbono , água e inclusões minerais não combustíveis fosse criada. A substância mineral é alterada durante a combustão e, em seguida, aparece na forma de cinza. O carvão duro é caracterizado por uma base sólida preta, na qual podem ser encontradas inclusões e impressões de plantas pré-históricas.

Antigas áreas de mineração na Alemanha:

Com a expiração do subsídio ao carvão mineral em 2018, a mineração de carvão mineral na Alemanha foi interrompida. Mais recentemente, foi executado em minas de até 1.750 metros de profundidade, com arado de carvão ou tesoura-pá .

Outros termos

Pitch carvão

O carvão mineral foi extraído na Baviera (Penzberg, Peißenberg, Peiting, Hausham etc.). Sua idade corresponde à do linhito. No entanto, devido à maior pressão da montanha, ele tem propriedades como o antracito. Os túneis do departamento de mineração do Deutsches Museum em Munique foram construídos com carvão de piche nas paredes.

Carvão shungita

Rochas encontradas em alguns lugares da Finlândia e da Rússia com até 95% de carbono são conhecidas como carvão shungita.

Carvão sapropel

Em vários depósitos de carvão duro, há uma quantidade muito pequena de carvão sapropel, que foi formado a partir do lodo digerido. É suave e fácil de editar, de modo que z. B. As figuras podem ser esculpidas.

usar

O carvão é usado principalmente como combustível sólido para gerar calor por meio da combustão. Para z. B. para gerar energia elétrica em usinas movidas a carvão , o vapor de água é gerado por meio do calor liberado, que por sua vez aciona turbinas a vapor . Para comparar qual quantidade de energia pode ser obtida com qual carvão, geralmente é utilizada a unidade de carvão duro .

Em 2003, 24,4% da energia primária e 40,1% da energia elétrica mundial foram gerados pelo uso industrial do carvão como combustível. O carvão mineral e a linhita são representados de forma quase igual. Em modernas usinas de energia movidas a carvão, várias técnicas são usadas para reduzir os poluentes e aumentar a eficiência.

Uma parte não desprezível do carvão é aproveitada após o processamento adequado para a redução de minérios , principalmente minério de ferro , em altos-fornos e é um elemento importante no processo de fundição de ferro .

Na Grã-Bretanha , a mineração de carvão desenvolveu-se a partir do início do século 18 e tornou-se uma base essencial para a industrialização que aí começou . A partir do século XIX, o carvão também era utilizado para a produção de gás de cidade , que servia para iluminação pública, cozinha e aquecimento. Nas fábricas de gás , o gás de cidade era obtido do carvão por destilação a seco - o coque era um subproduto . No século 20, o gás da cidade foi amplamente substituído pelo gás natural .

No século 18, o carvão marrom era usado como pigmento de cor sob o nome de Umber ou terra de Cölln .

Produtos feitos de carvão

Coca

O coque é um resíduo carbonáceo sólido que é preferencialmente obtido a partir de carvão gordo com baixo teor de cinzas e baixo teor de enxofre. Nas coquerias, os constituintes voláteis são removidos por aquecimento em um forno com exclusão do ar a mais de 1000 ° C, de modo que o carbono sólido e as cinzas restantes se fundam juntos. O gás de coqueria e o alcatrão de carvão são produzidos como subprodutos . Esse processo, conhecido como coque, faz parte do processo de refino do carvão . A Coca queima com uma chama azul quase invisível. Não há fuligem ou gás de fumaça visível. O coque é usado como combustível e como agente redutor na produção de ferro em altos-fornos. Tem uma cor cinzenta opaca e é duro e poroso.

Briquetes

Um briquete feito de linhita

Os briquetes são feitos por prensagem, principalmente de linhita. Os briquetes de carvão duro (carvões de ovo) são de pouca importância para os fogos domésticos na Alemanha, apenas os feitos de antracite ainda são vendidos.

Liquefação de carvão

A liquefação de carvão se refere a processos químicos que produzem hidrocarbonetos líquidos a partir do carvão sólido. O processo de hidrogenação direta do carvão foi usado para produzir gases, carburador e combustíveis diesel. A motivação para o uso em larga escala da liquefação do carvão é a substituição do petróleo bruto como matéria-prima para os setores petroquímico e de energia. Os processos tornam-se mais importantes quando o petróleo não está disponível em quantidades suficientes.

Questões ambientais e climáticas

Extração

Vapor faixas de formação de nuvens nas torres de resfriamento da usina de carvão marrom perto de Colônia Niederaußem
Mina de carvão a céu aberto El Cerrejón na Colômbia

A extração de carvão na mineração a céu aberto está associada a uma imensa quantidade de terras . Enquanto na Alemanha apenas o linhito é extraído em mineração a céu aberto, em outros países z. Às vezes, o carvão duro é extraído dessa forma, por exemplo, na mina El Cerrejón na Colômbia, a maior mina de carvão duro da América do Sul, com uma área de cerca de 690 km².

Outra forma é o v. uma. A mineração de remoção do topo das montanhas é praticada nas Montanhas Apalaches americanas , nas quais os topos das montanhas são primeiro detonados e removidos para então poder extrair o carvão na mineração a céu aberto. Apenas nas Montanhas Apalaches, as áreas de mineração atualmente (2012) se estendem por uma área de cerca de 5.700 quilômetros quadrados, muitas vezes áreas florestais originais. Além disso, metais pesados ​​como arsênio e mercúrio são liberados durante a mineração, que poluem o meio ambiente e colocam em risco a saúde dos residentes locais, e muitas vezes ocorrem inundações, já que os rios muitas vezes são soterrados pela deposição de estéril nos vales.

A fim de explorar os depósitos o máximo possível, aldeias inteiras às vezes são realocadas, o que pode levar a um potencial conflito com a população (ver também a lista de cidades escavadas ). Sob certas circunstâncias, áreas ecológica ou culturalmente particularmente valiosas também são destruídas - exemplos disso são a paisagem do lago Lacoma e a aldeia de Lakoma , que teve que dar lugar à mina a céu aberto Cottbus-Nord , bem como numerosas aldeias no assentamento Sorbian áreas que tiveram que ceder nas últimas décadas ou em alguns casos até hoje estão ameaçadas (ver Mühlrose ).

Em minas a céu aberto de linhita, semelhantes a campos extensos e secos na agricultura, podem surgir grandes quantidades de poeira. Portanto, o uso de tecnologia de controle de poeira eficiente é essencial.

Outro aspecto é o rebaixamento do nível do lençol freático para um nível abaixo do nível de extração mais profundo na mineração de lignito a céu aberto. Isso é feito com bombas submersíveis em poços especialmente criados. A redução do nível do lençol freático pode ter efeitos negativos na flora , pois as camadas superiores do solo podem secar. O rebaixamento também leva à secagem de poços próximos, que retiram sua água do aqüífero afetado .

Por outro lado, o fechamento de uma mina a céu aberto leva a um aumento do nível do lençol freático assim que as bombas submersíveis são desligadas. Isso pode causar grandes danos aos edifícios construídos na área. Um exemplo bem conhecido disso é a área ao redor da cidade de Korschenbroich , cujos residentes têm lutado com o aumento do nível do lençol freático desde que a mina a céu aberto Garzweiler I foi gradualmente fechada.

O gás metano do efeito estufa também escapa das minas de carvão .

combustão

Poluição do ar por uma usina termoelétrica a carvão nos EUA
As usinas a carvão são uma causa da poluição do ar em cidades como Pequim.

Quando o carvão é queimado, dióxido de carbono , vapor d'água e outros gases como dióxido de enxofre são produzidos , e poluentes como cinzas volantes , poeira fina e metais pesados que são prejudiciais ao meio ambiente e à saúde são emitidos. Em comparação com outros combustíveis fósseis usados ​​em grandes quantidades, a maior quantidade de dióxido de carbono (CO 2 ) do gás de efeito estufa é liberada por conteúdo de energia utilizável . Devido à sua menor eficiência, as usinas de lignita (aprox. 1080 gramas CO 2 / kWh ) são menos favoráveis ​​do que as usinas de carvão (aprox. 800 g CO 2 / kWh). A liberação de CO 2 durante a combustão com oxigênio só pode ser reduzida melhorando a eficiência das usinas e, assim, diminuindo o consumo de carvão. Além do CO 2 emitido diretamente em usinas de energia e plantas industriais, mais CO 2 pode ser liberado por meio de queimadas indesejadas de carvão .

O dióxido de enxofre , que é produzido principalmente quando a lignita é queimada , é parcialmente responsável pela chuva ácida . Nas modernas usinas de carvão e lignita, os gases de exaustão são limpos de dióxido de enxofre em sistemas de dessulfuração de gases de combustão (ver também gesso FGD ), óxidos de nitrogênio por desnitrificação catalítica ( SCR ) ou não catalítica ( SNCR ) e poeira em separadores elétricos. As cinzas produzidas quando o carvão é queimado contém concentrações aumentadas de metais pesados , como B. arsênio e mercúrio , mas também os elementos radioativos urânio e tório . Devido à emissão de poeira, particularmente em países com regulamentações de proteção ambiental baixas, há poluição do ar severa e prejudicial à saúde , bem como poluição atmosférica intimamente relacionada . Este é um grande problema, especialmente na China, que depende muito do carvão como fonte de energia.

Os danos ambientais, à saúde e ao clima são efeitos negativos da utilização do carvão, que não são suportados pelos poluidores, mas sim pelo público em geral. Em termos econômicos, fala-se dos chamados custos externos . Esses custos sociais e ecológicos da geração de energia convencional têm um impacto significativo e, em alguns casos, até excedem os preços ao consumidor final dos consumidores de eletricidade. Para os EUA, por exemplo, os custos externos de geração de eletricidade a partir do carvão foram determinados entre 175 e 523 bilhões de dólares americanos por ano, com uma média provável calculada conservadoramente de 345 bilhões de dólares ou 17,8 ct / kWh. Alguns efeitos conseqüentes negativos, como B. Efeitos ambientais por meio da liberação de produtos químicos tóxicos e metais pesados ​​no meio ambiente, eutrofização das águas por meio da entrada de nitrogênio, efeitos secundários da chuva ácida e algumas das consequências do aquecimento global.

Saída de carvão

Para minimizar os danos ambientais, à saúde e ao clima causados ​​pela geração de energia e ainda conseguir cumprir a meta de dois graus , considera-se necessária uma saída da geração de eletricidade a partir do carvão. Se a meta de dois graus for atingida com probabilidade de mais de 50%, segundo dados do IPCC, um máximo de 870 a 1.240 gigatoneladas (bilhão de toneladas) de dióxido de carbono pode ser liberado entre 2011 e 2050 . Convertido em reservas, isto significa que no contexto global cerca de um terço das reservas de petróleo, metade das reservas de gás natural e mais de 80% das reservas de carvão não devem ser queimadas. Um elemento central da transição energética é, portanto, a eliminação do carvão.

O aumento da expansão das usinas termelétricas a carvão, que era forte até poucos anos atrás, recentemente perdeu fôlego; desde 2010, apenas um terço das usinas termelétricas a carvão planejadas foram realmente implementadas em todo o mundo. Na China e nos EUA, o consumo de carvão está caindo e se desacoplando do crescimento econômico. Vários governos estão procurando reduzir significativamente ou eliminar totalmente o carvão. A província canadense de Ontário foi a primeira grande unidade administrativa a eliminar o carvão em 2014. Para reduzir as emissões de CO 2 e a poluição, 12 das 34 províncias chinesas querem reduzir o consumo de carvão.

Veja também

literatura

Links da web

Wikcionário: Carvão  - explicações de significados, origens de palavras, sinônimos, traduções
Commons :  Álbum de carvão com fotos, vídeos e arquivos de áudio
Wikiquote: Coal  Quotes

Evidência individual

  1. Linhite especial. Arquivado do original em 12 de janeiro de 2012 ; Recuperado em 3 de março de 2015 .
  2. a b Site do Grupo Energy Watch : O alcance do carvão está claramente superestimado ( Memento de 28 de janeiro de 2016 no Arquivo da Internet ) (3 de abril de 2007; PDF; 146 kB), último acesso em 28 de janeiro de 2016.
  3. David Hibbett, Robert Blanchette, Paul Kenrick, Benjamin Mills: Clima, decadência e a morte das florestas de carvão . In: Current Biology . fita 26 , no. 13 , 2016, p. R563-567 , doi : 10.1016 / j.cub.2016.01.014 ( acesso em texto completo alternativo: Clark University ).
  4. ^ Hans Murawski, Wilhelm Meyer: Dicionário geológico. 12ª edição. Spektrum Akademischer Verlag, 2010, ISBN 978-3-8274-1810-4 , pp. 97, 121.
  5. Dimitrios Floudas, Manfred Binder, Robert Riley e 68 outros autores: A Origem Paleozóica da Decomposição Enzimática da Lignina Reconstruída a partir de 31 Genomas Fúngicos . In: Science . fita 336 , no. 6089 , 2012, p. 1715–1719 , doi : 10.1126 / science.1221748 (acesso de texto completo alternativo: Clark University ).
  6. ^ Nicola Armaroli , Vincenzo Balzani : Energia para um mundo sustentável - da era do petróleo a um futuro movido a energia solar . Wiley-VCH 2011, p. 86.
  7. Brown coal in Germany 2013. Bundesverband Braunkohle, acessado em 6 de março de 2015 .
  8. Preço do carvão em países terceiros. Escritório Federal de Economia e Controle de Exportação , acessado em 7 de novembro de 2016 .
  9. BP plc: BP Statistical Review of World Energy 2018. Londres, 2018 ( PDF 6.5 MB), p. 38
  10. a b BGR: Estudo Energético 2015. Reservas, recursos e disponibilidade de matérias-primas energéticas (19). Hanover 2015 ( online )
  11. ^ Wilhelm Gumz, Lothar Hardt: Breve manual de tecnologia de combustível e combustão. Springer-Verlag, 1962, ISBN 978-3-642-51615-3 , p. 203 (Tabela 5-9)
  12. a b c carvão. Spectrum online enciclopédia de geociências
  13. a b Jennifer MK O'Keefe, Achim Bechtel, Kimon Christanis e 10 outros autores: Sobre a diferença fundamental entre classificação e tipo de carvão. International Journal of Coal Geology. Vol. 118, 2013, pp. 58–87, doi: 10.1016 / j.coal.2013.08.007 ( acesso em texto completo alternativo: Bibliotecas Smithsonian )
  14. Carvão Sapropel. Spectrum online enciclopédia de geociências
  15. Eberhard Lindner; Química para engenheiros; Lindner Verlag Karlsruhe, página 258.
  16. Recursos energéticos 2009: Reservas, recursos, disponibilidade, Instituto Federal de Geociências e Matérias-Primas (BGR), Hanover, página 21, ISBN 978-3-9813373-1-0 .
  17. Classificação internacional de tipos de carvão; Arquivo PDF (149 kB).
  18. Franck e Knoop: Refinamento de Carvão. Química e Tecnologia, Springer-Verlag, Heidelberg; após G.Kölling e F.Schnur: Matérias-primas químicas do carvão, Thieme, Stuttgart 1977.
  19. Fora com as montanhas . In: Die Zeit , 18 de outubro de 2007. Retirado em 16 de maio de 2012.
  20. Josh Gabbatiss: As minas de carvão emitem mais metano do que o setor de petróleo e gás, concluiu o estudo. Carbon Brief, 24 de março de 2020, acessado em 29 de março de 2020 .
  21. Die Zeit, Pequim - O quanto a poluição atmosférica o deixa doente? , 27 de fevereiro de 2014.
  22. Agência Internacional de Energia: Emissões de CO2 da Combustão de Combustíveis 2010 - Destaques (PDF; 2,3 MB). P. 37.
  23. Konrad Kleinknecht : Quem se senta na estufa , Piper, 2007, ISBN 978-3-492-05011-1 .
  24. CINZA DE CARVÃO NO ALASKA: NOSSA SAÚDE, NOSSO DIREITO DE SABER - Um relatório sobre produtos químicos tóxicos encontrados em resíduos de combustão de carvão no Alasca ( Memento de 18 de julho de 2014 no Arquivo da Internet ). P. 8.
  25. a b Deutschlandfunk, energia do carvão: país da poluição atmosférica, China como protetor do clima , 11 de abril de 2014.
  26. G20: Os subsídios às usinas de carvão mais que dobraram - derStandard.at. In: DerStandard.at. 26 de junho de 2019, acessado em 22 de novembro de 2019 (alemão austríaco).
  27. ^ Nicola Armaroli , Vincenzo Balzani , Rumo a um mundo movido a eletricidade . In: Energy and Environmental Science 4, (2011), 3193-3222, p. 3195, doi : 10.1039 / c1ee01249e .
  28. ^ Epstein et al., Custo total que explica o ciclo de vida do carvão . In: Annals of the New York Academy of Sciences 1219, (2011), 73-98, p. 93, doi : 10.1111 / j.1749-6632.2010.05890.x .
  29. IPCC, grupo de trabalho três resultados publicados: Resumo para formuladores de políticas , 13 de abril de 2014.
  30. Christophe McGlade, Paul Ekins , A distribuição geográfica de combustíveis fósseis não utilizados Ao limitar o aquecimento global a 2 ° C . Nature 517, (2015), 187-190, doi : 10.1038 / nature14016 .
  31. Germanwatch: Evidência de uma reviravolta na política internacional de clima e energia. Bonn 2015, PDF ( Memento de 8 de março de 2016 no Internet Archive )
  32. ^ Província de Ontário, comunicado de imprensa, criando um ar mais limpo em Ontário - a província eliminou a geração a carvão , 15 de abril de 2014.