Kohle

Kohle
Sedimentgestein
Bituminous Coal.JPG
Steinkohle, das Üblichste Kohlequalität
Komposition
Primär Kohlenstoff
Sekundär

Kohle ist ein brennbar schwarz oder bräunlich-schwarz Sedimentgestein, gebildet als Felsschicht genannt Kohlenähte. Kohle ist meistens Kohlenstoff mit variablen Mengen anderer Elementehauptsächlich Wasserstoff, Schwefel, Sauerstoff, und Stickstoff-.[1] Kohle wird gebildet, wenn sie tot sind Pflanzenmaterie zerfällt in Torf und wird durch die Hitze und den Druck der tiefen Bestattung über Millionen von Jahren in Kohle umgewandelt.[2] Riesige Kohlevorkommen stammen aus ersteren Feuchtgebiete-genannt Kohlewälder- Das deckte in der späten Zeit einen Großteil der tropischen Landgebiete der Erde ab Kohlenstoff (Pennsylvanian) und Perm mal.[3][4] Viele bedeutende Kohlevorkommen sind jedoch jünger als diese und stammen aus dem Mesozoikum und Zenozoisch Epochen.

Kohle wird hauptsächlich als Kraftstoff verwendet. Während Kohle seit Tausenden von Jahren bekannt und verwendet wurde, wurde ihre Verwendung bis zur Begrenzung begrenzt Industrielle Revolution. Mit der Erfindung der Dampfmaschine, Kohlekonsum stieg. Im Jahr 2020 lieferte Kohle etwa ein Viertel der Welt der Welt Primäre Energie und über ein Drittel seiner Elektrizität.[5] Etwas Eisen und Stahl Herstellung und andere industrielle Prozesse verbrennen Kohle.

Die Extraktion und Verwendung von Kohle verursacht vorzeitige Todesfälle und Krankheiten.[6] Die Verwendung von Kohle Schädigt die Umweltund es ist die größte anthropogene Quelle von Kohlendioxid beitragen zu Klimawandel. 14 Milliarden Tonnen Kohlendioxid wurden von Burning Coal im Jahr 2020 emittiert.[7] Das sind 40% der gesamten Emissionen fossiler Brennstoffe[8] und über 25% der gesamten weltweiten Treibhausgasemissionen.[9] Als Teil des weltweiten Energieübergang Viele Länder haben reduziert oder beseitigt den Einsatz von Kohlekraft.[10][11] Das UN -Generalsekretär bat die Regierungen, den Aufbau neuer Neue aufzuhören Kohlekraftwerke in 2020.[12] Global Kohlekonsum hat ihren Höhepunkt erreicht im Jahr 2013.[13] Um das zu treffen Pariser Vereinbarung Ziel des Haltens Erderwärmung bis unter 2 ° C (3,6 ° F) Der Kohleverbrauch muss halbieren von 2020 bis 2030,,[14] und die Absetzung der Kohle wurde in der vereinbart Glasgow Climate Pakt.

Der größte Verbraucher und Importeur von Kohle im Jahr 2020 war China. China macht fast die Hälfte der jährlichen Kohleproduktion der Welt aus, gefolgt von Indien mit ungefähr einem Zehntel. Indonesien und Australien am meisten exportieren, gefolgt von Russland.[15]

Etymologie

Das Wort nahm ursprünglich die Form an col in Altes Englisch, aus Proto-Germanic *Kula(n), was wiederum angenommen wird, von der zu kommen Proto-indo-europäisch Wurzel *g(e)u-lo- "Live Coal".[16] germanisch Verwandte umfassen die Alter Friesisch Kole, Mittlerer Niederländisch Cole, Niederländisch cool, Althochdeutsch Chol, Deutsch Kohle und Altnordische Kol, und die irisch Wort Gual ist auch über die verwandt Indoeuropäisch Wurzel.[16]

Geologie

Kohle besteht aus Macerals, Mineralien und Wasser.[17] Fossilien und Bernstein kann in Kohle gefunden werden.

Formation

Beispiel Chemische Struktur der Kohle

Die Umwandlung von toter Vegetation in Kohle wird als Koalifikation bezeichnet. Zu verschiedenen Zeiten in der geologischen Vergangenheit hatte die Erde dichte Wälder[18] in niedrig liegenden Feuchtgebieten. In diesen Feuchtgebieten begann der Prozess der Kohle Biologischer Abbau und Oxidationnormalerweise durch Schlamm oder saures Wasser und wurde in umgewandelt in Torf. Dadurch fangen den Kohlenstoff in großer Einheit ein Torfgeräte Das wurden schließlich tief durch Sedimente begraben. Dann, über Millionen von Jahren, verursachten die Hitze und der Druck der tiefen Bestattung den Verlust von Wasser, Methan und Kohlendioxid und erhöhten sich im Anteil von Kohlenstoff.[17] Die produzierte Kohlequalität hing von dem maximalen Druck und der erreichten Temperatur ab, mit Leichtigkeit (auch "braune Kohle" genannt) unter relativ milden Bedingungen hergestellt und subbituminöse Kohle, Steinkohle, oder Anthrazitkohle (Auch "harte Kohle" oder "schwarze Kohle" genannt), die wiederum mit zunehmender Temperatur und Druck erzeugt werden.[2][19]

Von den Faktoren, die an der Koalifizierung beteiligt sind, ist die Temperatur viel wichtiger als der Druck oder die Bestattungszeit.[20] Subbituminöse Kohle kann bei Temperaturen von nur 35 bis 80 ° C (95 bis 176 ° F) bilden, während Anthrazit eine Temperatur von mindestens 180 bis 245 ° C (356 bis 473 ° F) benötigt.[21]

Obwohl die Kohle aus den meisten geologischen Perioden bekannt ist, wurden 90% aller Kohlebetten in der abgelagert Kohlenstoff und Perm Perioden, die nur 2% der geologischen Geschichte der Erde darstellen.[22] Paradoxerweise war dies während der Spätes paläozoisches Eishaus, eine Zeit der globalen Zeit Vergletscherung. Der Rückgang des globalen Meeresspiegels, der die verglückwalige Entlassung einhergeht Kontinentalregal Das war zuvor untergetaucht worden, und diese wurden weit hinzugefügt Flussdeltas erzeugt durch erhöhte Erosion wegen des Rückgangs Basis Level. Diese weit verbreiteten Gebiete von Feuchtgebieten lieferten ideale Bedingungen für die Kohlebildung.[23] Die schnelle Formation von Kohle endete mit dem Kohlelücke in dem Perm -Trisic -Aussterben, wo Kohle selten ist.[24]

Eine günstige Geographie allein erklärt nicht die umfangreichen kohlenstoffhaltigen Kohlenbetten.[25] Andere Faktoren, die zur schnellen Kohleabscheidung beitrugen, waren hoch Sauerstoff Niveaus über 30%, die intensiv förderten Waldbrände und Bildung von Holzkohle Das war so gut wie unverdaulich durch Zersetzung von Organismen; hoch Kohlendioxid Niveaus, die das Pflanzenwachstum förderten; und die Natur von Kohlenstoffwäldern, die enthielten Lycophyte Bäume, deren Wachstum bestimmen bedeutete, dass Kohlenstoff nicht in gebunden war Kernholz für lange Zeiträume lebende Bäume.[26]

Eine Theorie deutete darauf hin, dass einige Pflanzen vor etwa 360 Millionen Jahren die Fähigkeit zu produzieren konnten Lignin, ein komplexes Polymer, das ihre machte Zellulose steckt viel härter und holziger. Die Fähigkeit, Lignin zu produzieren, führte zur Entwicklung des ersten Bäume. Aber Bakterien und Pilze entwickelten die Fähigkeit, Lignin zu zersetzen, nicht sofort, so dass das Holz nicht vollständig verfälscht wurde, sondern unter Sediment begraben wurde und sich schließlich in Kohle verwandelte. Vor etwa 300 Millionen Jahren entwickelten Pilze und andere Pilze diese Fähigkeit und beendeten die Hauptkohlebildungsperiode der Erdengeschichte.[27][28] Obwohl einige Autoren auf einige Hinweise auf einen Ligninabbau während des Karbons hinwiesen und vorschlugen, dass klimatische und tektonische Faktoren eine plausiblere Erklärung waren, waren[29] Die Rekonstruktion von Ahnenenzymen durch phylogenetische Analyse orientierte eine Hypothese, dass in Pilzen ungefähr 200 mya ligninabbauende Enzyme auftraten.[30]

Ein wahrscheinlich tektonischer Faktor war der Zentrale Pangean -Berge, eine riesige Spektrum, die entlang des Äquators verläuft, der in der Nähe dieser Zeit seine größte Höhe erreichte. Die Klimamodellierung legt nahe, dass die zentralen Pangeran -Berge zur Ablagerung großer Kohlemengen in späten Kohlenstoffbildern beigetragen haben. Die Berge schufen einen Gebiet von ganzjährig schwerem Niederschlag, ohne dass eine Trockenzeit typisch für a Monsun Klima. Dies ist für die Erhaltung von Torf in Kohlensümpern erforderlich.[31]

Kohle ist bekannt aus Precambrian Strata, die vor Landpflanzen geht. Es wird vermutet, dass diese Kohle aus den Rückständen von Algen stammt.[32][33]

Manchmal sind Kohlenähte (auch als Kohlenbetten bekannt) mit anderen Sedimenten in a eingebettet Zyklothem. Zyklotheme werden angenommen, dass sie ihren Ursprung haben Gletscherzyklen Das führte zu Schwankungen in Meereshöhe, die abwechselnd große Gebiete des Kontinentalschelfs freigelegt und dann überflutet.[34]

Chemie der Koalifizierung

Das Holzgewebe von Pflanzen besteht hauptsächlich aus Cellulose, Hemicellulose und Lignin. Moderner Torf ist größtenteils Lignin mit einem Gehalt an Cellulose und Hemicellulose von 5% bis 40%. Es sind auch verschiedene andere organische Verbindungen wie Wachse und Stickstoff- und Schwefelhaltige Verbindungen vorhanden.[35] Lignin hat eine Gewichtszusammensetzung von etwa 54% Kohlenstoff, 6% Wasserstoff und 30% Sauerstoff, während Cellulose eine Gewichtszusammensetzung von etwa 44% Kohlenstoff, 6% Wasserstoff und 49% Sauerstoff aufweist. Bituminöse Kohle hat eine Zusammensetzung von etwa 84,4% Kohlenstoff, 5,4% Wasserstoff, 6,7% Sauerstoff, 1,7% Stickstoff und 1,8% Schwefel, auf Gewichtsbasis.[36] Dies impliziert, dass chemische Prozesse während der Koalifizierung den größten Teil des Sauerstoffgens und eines Großteils des Wasserstoffs entfernen müssen, sobald Kohlenstoff, ein Prozess genannt Verkohlung.[37]

Carbonisierung erfolgt hauptsächlich durch Dehydration, Decarboxylierungund Demethanation. Dehydration entfernt Wassermoleküle aus der reifenden Kohle durch Reaktionen wie z.[38]

2 r -oh → r -o - r + h2O
2 R-CH2-O-CH2-R → R-CH = CH-R + H2O

Die Dekarboxylierung entfernt Kohlendioxid aus der reifenden Kohle und erfolgt durch Reaktion wie Reaktion wie z.[38]

Rcooh → rh + co2

Während Demethanation durch Reaktion wie Reaktion wie z.

2 R-ch3 → r-ch2-R + ch4
R-ch2-CH2-CH2-R → r-ch = ch-r + ch4

In jeder dieser Formeln stellt R den Rest eines Cellulose- oder Ligninmoleküls dar, an den die reagierenden Gruppen befestigt sind.

Dehydration und Decarboxylierung findet früh in der Koalifikation statt, während die Demethanierung erst beginnt, nachdem die Kohle bereits einen Bituminusrang erreicht hat.[39] Der Effekt der Decarboxylierung besteht darin, den Prozentsatz des Sauerstoffs zu verringern, während die Demethanierung den Prozentsatz von Wasserstoff verringert. Dehydration führt beides und (zusammen mit der Demethanierung) die Sättigung des Kohlenstoff Rückgrats (erhöht die Anzahl der Doppelbindungen zwischen Kohlenstoff).

Wenn die Karbonisierung verläuft, Aliphatische Verbindungen (Kohlenstoffverbindungen, die durch Kohlenstoffatome gekennzeichnet sind) werden durch ersetzt durch aromatische Verbindungen (Kohlenstoffverbindungen, die durch Ringe von Kohlenstoffatomen gekennzeichnet sind) und aromatische Ringe beginnen zu verschmelzen Polyaromatisch Verbindungen (verknüpfte Ringe von Kohlenstoffatomen).[40] Die Struktur ähnelt zunehmend Graphen, das strukturelle Element von Graphit.

Chemische Veränderungen werden von physikalischen Veränderungen begleitet, wie z. B. eine Abnahme der durchschnittlichen Porengröße.[41] Die Macerals (organische Partikel) von Braunkohle bestehen aus Huminit, was im Aussehen erdig ist. Wenn die Kohle zu subbituminoser Kohle reift, wird Huminit durch Glaskörper (glänzend) ersetzt. Vitrinit.[42] Die Reifung von bituminöser Kohle ist gekennzeichnet durch Bitumenisierung, in welchem ​​Teil der Kohle umgewandelt wird Bitumen, ein kohlenwasserstoffreiches Gel.[43] Reifung zu Anthrazit ist durch gekennzeichnet durch Debituminisierung (von Demethanation) und die zunehmende Tendenz des Anthrazits, mit a zu brechen konchoidale Fraktur, ähnlich wie dickes Glas bricht.[44]

Typen

Küstenexposition des Punktes Aconi -Naht in Neuschottland
Kohle -Ranking -System, das von der verwendet wird United States Geological Survey

Wie geologische Prozesse gelten Druck zum Tod biotisches Material Im Laufe der Zeit unter geeigneten Bedingungen seine Metamorphe Grad oder Rang steigt nacheinander in::

  • Torf, ein Vorläufer von Kohle
  • Leichtigkeit, oder braune Kohle, der niedrigste Rang der Kohle, die Gesundheit am schädlichsten,[45] fast ausschließlich als Kraftstoff für die Stromerzeugung verwendet
    • Jet, eine kompakte Form von Braunkosten, manchmal poliert; verwendet als Zierstein seit dem Oberpaläolithikum
  • Subbituminöse Kohle, deren Eigenschaften zwischen denen von Braunkohle und denen von bituminöser Kohle liegen, wird hauptsächlich als Kraftstoff für die Erzeugung von Dampfleistung verwendet.
  • Steinkohle, ein dichter sedimentärer Gestein, normalerweise schwarz, aber manchmal dunkelbraun, oft mit gut definierten Bändern aus hellem und stumpfem Material. Es wird in erster Linie als Kraftstoff bei der Erzeugung von Dampf-Elektrizität und zur Herstellung verwendet Koks. Bekannt als Dampfkohle in Großbritannien und historisch verwendet, um Dampf in Dampflokomotiven und Schiffen zu erhöhen
  • Anthrazitkohle, der höchste Rang der Kohle, ist eine härtere, glänzende schwarze Kohle Raumheizung.
  • Graphit ist schwer zu zögern und nicht üblicherweise als Kraftstoff verwendet; Es wird am meisten in Stiften verwendet oder für Pulver für Pulver Schmierung.
  • Kanalkohle (Manchmal als "Kerzenkohle" bezeichnet) ist eine Vielzahl von feinkörnigen, hochrangigen Kohle mit einem signifikanten Wasserstoffgehalt, der hauptsächlich aus besteht Liptinit.

Es gibt mehrere internationale Standards für Kohle.[46] Die Klassifizierung von Kohle basiert im Allgemeinen auf dem Inhalt von Volatile. Die wichtigste Unterscheidung besteht jedoch zwischen thermischer Kohle (auch als Dampfkohle bekannt), das verbrannt wird, um über Dampf Strom zu erzeugen. und Metallurgische Kohle (auch bekannt als Coking Coal), das bei hoher Temperatur verbrannt wird, um sie zu machen Stahl.

Griffgesetz ist eine geologische Beobachtung, die (innerhalb eines kleinen Bereichs) je tiefer die Kohle gefunden wird, desto höher sein Rang (oder die Grad). Es gilt, wenn der thermische Gradient vollständig vertikal ist; jedoch, Metamorphismus kann unabhängig von der Tiefe laterale Rangänderungen verursachen. Zum Beispiel einige der Kohlenähte der Madrid, New Mexico Kohlefeld wurden teilweise in Anthrazit umgewandelt von Wenden Sie sich an die Metamorphismus von einem magmatischen Schwelle während der Rest der Nähte als bituminöse Kohle blieb.[47]

Geschichte

Chinesische Kohleminenarbeiter in einem Abbild der Tiangong Kaiwu Enzyklopädie, veröffentlicht 1637

Der früheste erkannte Gebrauch stammt von der Shenyang Gebiet von China, wo 4000 v. Chr. neolithisch Die Bewohner hatten begonnen, Ornamente aus schwarzen Braunkosten zu schnitzen.[48] Kohle aus dem Fushun Mine im Nordosten Chinas war es gewohnt, sich zu riechen Kupfer Bereits 1000 v. Chr.[49] Marco PoloDer Italiener, der im 13. Jahrhundert nach China reiste, beschrieb Kohle als "schwarze Steine ​​... die wie Baumstämme brennen", und sagte, Kohle sei so reichlich, dass die Menschen drei heiße Bäder pro Woche nehmen konnten.[50] In Europa stammt der früheste Hinweis auf die Verwendung von Kohle als Kraftstoff aus der geologischen Abhandlung Auf Steinen (Lap. 16) vom griechischen Wissenschaftler Theophrastus (c. 371–287 v. Chr.):[51][52]

Unter den Materialien, die gegraben werden, weil sie nützlich sind, diejenigen, die als bekannt sind Anthrakes [Kohlen] bestehen aus der Erde und brennen, sobald sie in Brand gesetzt werden, wie Holzkohle [Anthrakes]. Sie sind in Ligurien gefunden ... und in Elis als man sich Olympia an der Bergstraße nähert; Und sie werden von denen verwendet, die in Metallen arbeiten.

-Theophrastus auf Steinen (16) [53]

Aufschluss Kohle wurde in Großbritannien während der verwendet Bronzezeit (3000–2000 v. Chr.), Wo es Teil von war Beerdigung Pyres.[54][55] Im Römisches Großbritannienmit Ausnahme von zwei modernen Feldern "die" Römer haben Kohlen in allen wichtigen Koalfeldern in ausnutzen England und Wales bis zum Ende des zweiten Jahrhunderts ad ".[56] Nachweis des Kohlehandels, der auf etwa 200 n. Chr. Aus datiert wurde Römische Siedlung in Heronbridge, nahe Chester; und in der Fenlands von Ostanglien, wo Kohle von der Midlands wurde über die transportiert Auto Deich zum Einsatz beim Trocknen von Getreide.[57] Kohleputz wurden in den Herds von gefunden Villen und Römische Festungen, speziell in Northumberland, datiert auf rund 400 n. 400. Im Westen England Minerva bei Aquae Sulis (Moderne Bad), obwohl tatsächlich leicht zugänglicher Oberflächenkohle aus dem, was zum der wurde Somerset Coalfield war in ziemlich niedrigen Wohnungen vor Ort in allgemeinem Gebrauch.[58] Es wurde der Hinweis auf die Verwendung von Eisenarbeit in der Stadt während der Römerzeit gefunden.[59] Im Eschweiler, Rheinland, Ablagerungen von Steinkohle wurden von den Römern für das Schmelzen von verwendet Eisenerz.[56]

Kohleminer in Großbritannien, 1942

Es gibt keine Beweise dafür, dass Kohle in Großbritannien vor etwa 1000 n. Chr. Von großer Bedeutung ist, die Hohes Mittelalter.[60] Kohle wurde im 13. Jahrhundert als "Seekleier" bezeichnet; Der Kai, in dem das Material in London ankam König Heinrich III Zugegeben im Jahr 1253.[61] Zunächst wurde der Name gegeben, weil viel Kohle am Ufer gefunden wurde, nachdem sie von den exponierten Kohlenähten auf Klippen oben oder aus Unterwasserkohleausschlüssen gewaschen wurden.[60] aber bis zur Zeit von Heinrich der AchteEs wurde verstanden, dass es sich aus der Art und Weise ergibt, wie es auf dem Seeweg nach London getragen wurde.[62] In 1257–1259 Kohle aus Newcastle über Tyne wurde für die nach London verschifft Smiths und Limette-Burnergebäude Westminster Abbey.[60] Seacoal Lane und Newcastle Lane, wo Kohle entlang der Kais entlang des Flussflotte, noch vorhanden.[63]

Diese leicht zugänglichen Quellen waren bis zum 13. Jahrhundert weitgehend erschöpft (oder konnten die wachsende Nachfrage nicht erfüllen) Wellenabbau oder Verbindungen wurde entwickelt.[54] Der alternative Name war "Pitcoal", weil er aus Minen stammte.

Koch- und Heimheizung mit Kohle (zusätzlich zu Brennholz oder anstelle dessen) wurde in verschiedenen Zeiten und Orten während der gesamten Geschichte der Menschheit durchgeführt, insbesondere in Zeiten und Orten, an denen die Grundfläche Kohle verfügbar war und Brennholz knapp, aber eine weit verbreitete Abhängigkeit von Es gab wahrscheinlich nie Kohle für Haushaltsherds, bis ein solcher Wechsel in London im späten 16. und frühen 17. Jahrhundert in London stattfand.[64] Historiker Ruth Goodman hat die sozioökonomischen Wirkungen dieses Schalters und ihre spätere Verbreitung in ganz Großbritannien verfolgt[64] und schlug vor, dass seine Bedeutung für die Gestaltung der industriellen Einführung von Kohle zuvor unterschätzt wurde.[64]: XIV - XIX

Die Entwicklung der Industrielle Revolution führte zur groß angelegten Verwendung von Kohle wie die Dampfmaschine übernahm von der Wasserrad. Im Jahr 1700 wurden in Großbritannien fünf Sechstel der Weltkohle abgebaut. Großbritannien hätte in den 1830er Jahren keine geeigneten Standorte für Wassermühlen mehr haben, wenn Kohle nicht als Energiequelle verfügbar gewesen wäre.[65] 1947 gab es in Großbritannien rund 750.000 Bergleute[66] Aber die letzte tiefe Kohlemine in Großbritannien wurde 2015 geschlossen.[67]

Ein Grad zwischen bituminöser Kohle und Anthrazit war einst als "Dampfkohle" bezeichnet, da sie weit verbreitet als Kraftstoff für verwendet wurde Dampflokomotiven. In dieser speziellen Verwendung ist es in den Vereinigten Staaten manchmal als "Seekohle" bezeichnet.[68] Kleine "Dampfkohle", auch genannt Trockene kleine Dampfmuttern (oder DSSN) wurde als Kraftstoff für Haushalt verwendet Wassererwärmung.

Kohle spielte im 19. und 20. Jahrhundert eine wichtige Rolle in der Industrie. Der Vorgänger der europäische Union, das Europäische Gemeinschaft für Kohle und Stahl, war auf dem Handel mit dieser Ware.[69]

Kohle kommt weiterhin an Stränden auf der ganzen Welt aus der natürlichen Erosion von exponierten Kohlenähten und windgepeitschten Verschüttungen von Frachtschiffen an. Viele Häuser in Bereichen sammeln diese Kohle als bedeutende und manchmal primäre Quelle für Heizungskraftstoff.[70]

Emissionsintensität

Emissionsintensität ist der Treibhausgas emittiert über das Leben eines Generators pro Elektrizitätseinheit erzeugt. Die Emissionsintensität von Kohlekraftwerke ist hoch, da sie für jedes kWh rund 1000 g CO2EQ emittieren, während Erdgas bei etwa 500 g CO2EQ pro kWh mit mittlerer Einstellung intensität ist. Die Emissionsintensität der Kohle variiert mit der Typ- und Generatortechnologie und übersteigt in einigen Ländern 1200 g pro kW.[71]

Energiedichte

Das Energiedichte von Kohle ist ungefähr 24 Megajoule pro Kilogramm[72] (ungefähr 6,7 Kilowatt-Stunden pro kg). Für ein Kohlekraftwerk mit einer Effizienz von 40% dauert es schätzungsweise 325 kg Kohle, um ein Jahr lang eine 100 -W -Glühbirne mit Strom zu versorgen.[73]

27,6% der Weltergie wurden 2017 von Kohle geliefert und Asien verwendete fast drei Viertel davon.[74]

Chemie

Komposition

Die Zusammensetzung von Kohle wird entweder als nahezu standmarke Analyse (Feuchtigkeit, flüchtiger Materie, fester Kohlenstoff und Asche) oder als ultimative Analyse (Asche, Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Schwefel) berichtet. Die "flüchtige Materie" existiert nicht von selbst (mit Ausnahme einiger adsorbiertes Methan), bezeichnet jedoch die flüchtigen Verbindungen, die durch Erhitzen der Kohle produziert und abgetrieben werden. Eine typische bituminöse Kohle kann eine ultimative Analyse auf trockener, aschfreier Basis von 84,4% Kohlenstoff, 5,4% Wasserstoff, 6,7% Sauerstoff, 1,7% Stickstoff und 1,8% Schwefel auf Gewichtsbasis haben.[36]

Die Zusammensetzung der Asche, die in Oxiden verabreicht wird, variiert:[36]

Aschezusammensetzung, Gewicht Prozent
Siio
2
20-40
Al
2
O
3
10-35
Fe
2
O
3
5-35
Cao 1-20
Mgo 0,3-4
Tio
2
0,5-2,5
N / A
2
O
& K
2
O
1-4
ALSO
3
0,1-12[75]

Weitere kleinere Komponenten sind:

Durchschnittlicher Inhalt
Substanz Inhalt
Quecksilber (Hg) 0,10±0,01ppm[76]
Arsen (Wie) 1.4–71 ppm[77]
Selen (Se) 3 ppm[78]

Kohle und Verwendung von Cola zum Eisenbügel

Cola -Ofen bei a Rauchloser Kraftstoff pflanzen in Wales, Vereinigtes Königreich

Cola ist ein solider kohlenstoffhaltiger Rückstand, der abgeleitet ist Kohle abrufen (eine bituminöse Kohle mit niedrigem ashem, niedrigem Sulfur, auch bekannt als Metallurgische Kohle), der zur Herstellung verwendet wird Stahl und andere Eisenprodukte.[79] Koks besteht aus Kohle durch Backen in einem Ofen ohne Sauerstoff bei Temperaturen von bis zu 1.000 ° C, das Abfahren der flüchtigen Bestandteile und das Zusammenführen der festen Kohlenstoff- und Restasche. Metallurgische Cola wird als verwendet Treibstoff und als a Reduktionsmittel in Schmelzen Eisenerz in einem Hochofen.[80] Das durch seine Verbrennung erzeugte Kohlenmonoxid verringert sich Hematit (ein Eisenoxid) zu Eisen.

Es wird ebenfalls Kohlendioxid produziert () zusammen mit Roheisen, was zu reich an gelöstem Kohlenstoff ist und muss also weiter behandelt werden, um Stahl herzustellen.

Coking Coal sollte in der Asche gering sein, Schwefel, und Phosphor, damit diese nicht zum Metall wandern.[79] Die Cola muss sein stark genug Um dem Gewicht der Überlastung im Hochofen zu widerstehen, ist das Coking -Kohle so wichtig für die Herstellung von Stahl mit der herkömmlichen Route. Cola aus Kohle ist grau, hart und porös und hat einen Heizwert von 29,6 MJ/kg. Einige Cokemaking -Prozesse produzieren Nebenprodukte, einschließlich Kohle -Teer, Ammoniak, leichte Öle und Kohlengas.

Petroleum Cola (Petcoke) ist der feste Rückstand in Öl-Raffination, was Cola ähnelt, aber zu viele Verunreinigungen enthält, um in metallurgischen Anwendungen nützlich zu sein.

Verwendung in Gießereikomponenten

Fein gemahlene bituminöse Kohle, die in dieser Anwendung als Seekohle bekannt ist, ist ein Bestandteil von von Gießereisand. Während das geschmolzene Metall in der ist Schimmel, die Kohle brennt langsam und freisetzt Gase reduzieren bei Druck und so verhindern, dass das Metall die Sandporen durchdringt. Es ist auch in 'Formwaschanlage', eine Paste oder Flüssigkeit mit der gleichen Funktion, die vor dem Gießen auf die Form aufgetragen wird.[81] Seekohle kann mit der Tonauskleidung (dem "Bod") gemischt werden, die für den Boden von a verwendet werden Kuppelofen. Beim Erhitzen zersetzt sich die Kohle und der BSB wird leicht bröckig, was den Prozess des Aufbrechens von Löchern zum Klopfen des geschmolzenen Metalls erleichtert.[82]

Alternativen zu Cola

Schrottstahl kann in einem recycelt werden Elektrolichtbogenofen; und eine Alternative zum Eisen durch Schmelzen ist Direkter reduziertes Eisen, wo kohlenstoffhaltiger Kraftstoff verwendet werden kann, um Schwamm oder pelletisiertes Eisen herzustellen. Kohlendioxidemissionen verringern Wasserstoff kann als Reduktionsmittel verwendet werden[83] und Biomasse oder Verschwendung als Kohlenstoffquelle.[84] Historisch gesehen wurde Holzkohle als Alternative zu Cola in einem Hochofen verwendet, wobei das daraus resultierende Eisen bekannt ist Holzkohleeisen.

Vergasung

Kohle -Vergasung als Teil eines Integrierter Vergasung kombinierter Zyklus (IGCC) Kohlekraftwerk, wird zur Herstellung verwendet Syngas, eine Mischung aus Kohlenmonoxid (CO) und Wasserstoff (h)2) Gas, um Gasturbinen zu feuern, um Strom zu erzeugen. Syngas können auch in Transportstoffe umgewandelt werden, wie z. Benzin und Diesel-, durch die Fischer -TROPSCH -Prozess; Alternativ können Syngas in konvertiert werden in Methanol, die direkt in Kraftstoff gemischt oder über den Methanol in Benzinprozess in Benzin umgewandelt werden können.[85] Die Vergasung in Kombination mit der Fischer -TROPSCH -Technologie wurde von der verwendet Sasol Chemische Gesellschaft von Südafrika Chemikalien und Kraftfahrzeuge aus Kohle herstellen.[86]

Während der Vergasung wird die Kohle mit gemischt Sauerstoff und Dampf während gleichzeitig erhitzt und unter Druck gesetzt. Während der Reaktion, Sauerstoff- und Wassermoleküle oxidieren die Kohle in Kohlenmonoxid (CO) und gleichzeitig freigegeben Wasserstoff Gas (h2). Dies geschah früher in unterirdischen Kohleminen und auch zu machen Stadtgas Dies wurde an Kunden geleitet, um wegen Beleuchtung, Heizung und Kochen zu verbrennen.

3c (als Kohle) + O2 + H2O → h2 + 3co

Wenn der Raffiner Benzin produzieren will, werden die Syntien in eine Fischer -Topsch -Reaktion verlegt. Dies ist als indirekte Kohleverflüssigung bekannt. Wenn Wasserstoff jedoch das gewünschte Endprodukt ist, wird die Syngas in die eingespeist Reaktion der Wassergasverschiebung, wo mehr Wasserstoff freigesetzt wird:

Co + h2O → co2 + H2

Verflüssigung

Kohle kann direkt in umgewandelt werden in synthetische Kraftstoffe Äquivalent zu Benzin oder Diesel durch Hydrierung oder Verkohlung.[87] Kohleverflüssigung emittiert mehr Kohlendioxid als Flüssigkeitsbrennstoffproduktion aus Rohöl. Das Mischen von Biomasse und die Verwendung von CCs würde etwas weniger ausstrahlen als der Ölprozess, jedoch zu hohen Kosten.[88] Staatsbesitz China Energy Investment betreibt eine Kohleflüssigkeitsanlage und plant, 2 weitere zu bauen.[89]

Die Kohleverflüssigung kann sich auch auf die Frachtrisiko beziehen, wenn sie Kohle versendet.[90]

Produktion von Chemikalien

Produktion von Chemikalien aus Kohle

Seit den 1950er Jahren werden Chemikalien aus Kohle hergestellt. Kohle kann als Ausgangsmaterial bei der Herstellung einer Vielzahl von chemischen Düngemitteln und anderen chemischen Produkten verwendet werden. Der Hauptweg zu diesen Produkten war Kohlevergasung produzieren Syngas. Primärchemikalien, die direkt aus den Syntien hergestellt werden Methanol, Wasserstoff und Kohlenmonoxid, die die chemischen Bausteine ​​sind, aus denen ein ganzes Spektrum von Derivatchemikalien hergestellt wird, einschließlich Olefins, Essigsäure, Formaldehyd, Ammoniak, Harnstoff und andere. Die Vielseitigkeit von Syngas Als Vorläufer für primäre Chemikalien und hochwertige Derivatprodukte bietet die Verwendung von Kohle eine Vielzahl von Waren. Im 21. Jahrhundert jedoch die Verwendung von Kohlebett Methan wird wichtiger.[91]

Da die Tafel chemischer Produkte, die über Kohlevergasung hergestellt werden können Erdgas und PetroleumDie chemische Industrie neigt dazu, alle Ausgangsmaterialien am kostengünstigsten zu verwenden. Daher stieg das Interesse an der Verwendung von Kohle tendenziell an höheren Öl- und Erdgaspreisen und in Zeiten mit hohem globalem Wirtschaftswachstum, die möglicherweise die Öl- und Gasproduktion angespannt haben könnten.

Kohle zu chemischen Prozessen erfordern erhebliche Wassermengen.[92] Viel Kohle zur chemischen Produktion ist in China[93][94] wo kohleabhängige Provinzen wie z. Shanxi kämpfen darum, seine Verschmutzung zu kontrollieren.[95]

Stromerzeugung

Vorbumbehandlung

Raffinierte Kohle ist das Produkt einer Kohle-Upgrading-Technologie, die Feuchtigkeit und bestimmte Schadstoffe aus Kohlen mit niedrigerem Rang wie subbituminous und brauner Kohlen (braune). Es handelt sich um eine Form mehrerer Vorkombenbehandlungen und -prozesse für Kohle, die die Merkmale der Kohle verändern, bevor sie verbrannt werden. Verbesserungen der thermischen Effizienz sind durch verbessertes Vordiefen erreichbar (insbesondere mit hohem Moisturenbrennstoff wie Braunkoomasse).[96] Die Ziele der Kohletechnologien für Vorbumsträge sind die Effizienz und die Verringerung der Emissionen beim Verbrennen der Kohle. Die Vorbumstechnologie kann manchmal als Ergänzung zu Postcombustion-Technologien verwendet werden, um die Emissionen von Kohlekesseln zu kontrollieren.

Kraftwerksverbrennung

Schlosskraftwerk in der Nähe von Helfer, Utah, uns
Kohlebahnautos
Bulldozer Kohle hineinschieben Ljubljana Kraftwerk, Slowenien

Kohle verbrannt als a fester Kraftstoff in Kohlekraftwerke zu Elektrizität generieren wird genannt Kraftwerkskohle. Kohle wird auch verwendet, um durch Verbrennung sehr hohe Temperaturen zu produzieren. Frühe Todesfälle aufgrund von Luftverschmutzung wurden auf 200 pro GW-Jahr geschätzt. Sie können jedoch um Kraftwerke höher sind, bei denen Wäsche nicht verwendet oder niedriger sind, wenn sie weit von Städten entfernt sind.[97] Die Anstrengungen auf der ganzen Welt, die Verwendung von Kohle zu verringern, haben einige Regionen dazu veranlasst, aus niedrigeren Kohlenstoffquellen auf Erdgas und Elektrizität umzusteigen.

Wenn Kohle für verwendet wird Stromerzeugunges wird normalerweise pulverisiert und dann in einem Ofen mit a verbrannt Kessel (siehe auch Pulverisierter Kohlekessel).[98] Der Ofenwärme wandelt Kesselwasser in Dampf, was dann zum Drehen verwendet wird Turbinen welche dreht Generatoren und Strom schaffen.[99] Das thermodynamische Effizienz Von diesem Prozess variiert je nach der Turbinentechnologie vor der Verbrennung zwischen etwa 25% und 50% (z. Superkritischer Dampfgenerator) und das Alter der Pflanze.[100][101]

Ein paar Integrierter Vergasung kombinierter Zyklus (IGCC) Kraftwerke wurden gebaut, die Kohle effizienter verbrennen. Anstatt die Kohle zu pulverisieren und sie direkt als Kraftstoff im mit Dampf erzeugenden Kessel zu verbrennen, die Kohle wird vergeuert erschaffen Syngas, was in a verbrannt wird Gasturbine Elektrizität zu produzieren (genau wie Erdgas wird in einer Turbine verbrannt). Heiße Abgase aus der Turbine werden verwendet, um Dampf in a zu erhöhen Wärmewiederherstellungsdampfgenerator was eine ergänzende Macht versorgt Dampfturbine. Die Gesamtanlageneffizienz bei der Bereitstellung kombiniert Wärme und Kraft kann bis zu 94%erreichen.[102] IGCC-Kraftwerke geben weniger lokale Verschmutzung aus als konventionelle pulverisierte Kohlekraftwerke; Die Technologie jedoch für CO2 -Erfassung und -speicher Nach der Vergasung und vor dem Verbrennen hat sich bisher als zu teuer für die Verwendung mit Kohle erwiesen.[103] Andere Möglichkeiten zur Verwendung von Kohle sind als Kohlewasserschlammbrennstoff (CWS), das in der entwickelt wurde Sovietunion, oder in Ein MHD -Top -Zyklus. Diese werden jedoch aufgrund mangelnder Gewinn nicht weit verbreitet.

Im Jahr 2017 stammten 38% des weltweiten Stroms aus Kohle, der gleiche Prozentsatz wie 30 Jahre zuvor.[104] Im Jahr 2018 betrug die globale installierte Kapazität 2TW (davon 1TW in China), was 30% der gesamten Stromerzeugungskapazität betrug.[105] Das abhängigste Großland ist Südafrika, wobei über 80% seines Stroms durch Kohle erzeugt werden.[106] Allerdings erzeugt China allein mehr als die Hälfte des weltweit mit Kohle generierten Elektrizität.[107]

Maximale Verwendung von Kohle wurde 2013 erreicht.[108] Im Jahr 2018 Kohlekraftwerk Kapazitätsfaktor Durchschnittlich 51%, dh für etwa die Hälfte ihrer verfügbaren Betriebsstunden betrieben.[109]

Kohleindustrie

Bergbau

Jährlich werden etwa 8000 MT Kohle produziert, von denen etwa 90% harte Kohle und 10% Braunkohle sind. Ab 2018 Etwas mehr als die Hälfte stammt von unterirdischen Minen.[110] Während des unterirdischen Bergbaus treten mehr Unfälle auf als Oberflächenabbau. Nicht alle Länder veröffentlichen Bergbauunfall Statistiken sind so weltweite Zahlen ungewiss, aber es wird vermutet, dass die meisten Todesfälle in auftreten Kohlebergbauunfälle in China: 2017 gab es in China 375 Todesfälle im Zusammenhang mit Kohleabbau.[111] Die meisten Kohle abgebaut sind thermische Kohle (auch als Dampfkohle bezeichnet, um Dampf zu erzeugen, um Strom zu erzeugen), aber metallurgische Kohle (auch als "Metcoal" oder "Coking Coal" bezeichnet wird, da sie Coke zum Eisen machen wird). % bis 15% des globalen Kohleverbrauchs.[112]

Als gehandelte Ware

Umfangreiche Kohledocke in Toledo, Ohio, 1895

China Minen Fast die Hälfte der Kohle der Welt, gefolgt von Indien mit ungefähr einem Zehntel.[113] Australien macht etwa ein Drittel der Weltkohleexporte aus, gefolgt von einem Drittel der Weltkohleexporte, gefolgt von Indonesien und Russland; Während die größten Importeure sind Japan und Indien.

Der Preis für metallurgische Kohle ist volatil[114] und viel höher als der Preis der thermischen Kohle, da metallurgische Kohle im Schwefel niedriger sein muss und mehr Reinigung erfordert.[115] Kohle -Futures -Verträge bieten Kohleproduzenten und die Elektromotzahl ein wichtiges Werkzeug für Absicherung und Risikomanagement.

In einigen Ländern neue Onshore Wind oder Solar- Die Erzeugung kostet bereits weniger als Kohlekraft von bestehenden Pflanzen (siehe Stromkosten nach Quelle).[116][117] Für China ist dies jedoch für die frühen 2020er Jahre prognostiziert[118] und für Südostasien erst Ende 2020.[119] In Indien ist der Aufbau neuer Anlagen unwirtschaftlich und trotz subventionierter Subventionen verlieren bestehende Pflanzen den Marktanteil gegen erneuerbare Energien.[120]

Markt-Trends

Des Länder, die Kohle produzieren China Mines am meisten, fast die Hälfte der Weltkohle, gefolgt von weniger als 10% von Indien. China ist auch bei weitem der größte Verbraucher. Daher hängen Markttrends davon ab, von Chinesische Energiepolitik.[121] Obwohl die Bemühungen zur Verschmutzung bedeutet, dass der globale langfristige Trend darin besteht, weniger Kohle zu verbrennen, können sich die kurzen und mittelfristigen Trends unterscheiden, was teilweise auf die chinesische Finanzierung neuer Kohlekraftwerke in anderen Ländern zurückzuführen ist.[105]

Hauptproduzenten

Kohleproduktion nach Region

Länder mit einer jährlichen Produktion von mehr als 300 Millionen Tonnen werden gezeigt.

Produktion von Kohle nach Land und Jahr (Millionen Tonnen)[122][113][123][124]
Land 2000 2005 2010 2015 2017 Aktie (2017)
China 1.384 2.350 3.235 3.747 3,523 46%
Indien 335 429 574 678 716 9%
Vereinigte Staaten 974 1.027 984 813 702 9%
Australien 314 375 424 485 481 6%
Indonesien 77 152 275 392 461 6%
Russland 262 298 322 373 411 5%
Rest der Welt 1380 1404 1441 1374 1433 19%
Welt insgesamt 4,726 6.035 7,255 7.862 7,727 100%

Hauptverbraucher

Länder mit einem jährlichen Verbrauch von mehr als 500 Millionen Tonnen werden gezeigt. Die Aktien basieren auf Daten, die in Tonnenöläquivalent ausgedrückt werden.

Kohleverbrauch nach Land und Jahr (Millionen Tonnen)[125] [126]
Land 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 Teilen
China 2.691 2.892 3.352 3.677 4,538 4.678 4,539 3.970 Kohle + 441 traf Cola = 4,411 3.784 Kohle + 430 met Coke = 4,214 51%
Indien 582 640 655 715 841 837 880 890 Kohle + 33 met Coke = 923 877 Kohle + 37 traf Coke = 914 11%
Vereinigte Staaten 1.017 904 951 910 889 924 918 724 Kohle + 12 Met Coke = 736 663 Kohle + 10 Met Coke = 673 9%
Welt insgesamt 7.636 7.699 8,137 8.640 8,901 9.013 8,907 7.893 Kohle + 668 met Coke = 8561 7.606 Kohle + 655 met Coke = 8261 100%

Große Exporteure

Kohleexporte nach Land und Jahr (Millionen Tonnen)[127]
Land 2018
Indonesien 472
Australien 426
Russland 231
Vereinigte Staaten 115
Kolumbien 92
Südafrika 88
Mongolei 39
Kanada 37
Mosambik 16

Exporteure sind einem Risiko einer Verringerung der Importnachfrage aus Indien und China ausgesetzt.[128]

Hauptimporteure

Importe von Kohle nach Land und Jahr (Millionen Tonnen)[129][130]
Land 2018
China 281
Indien 223
Japan 189
Südkorea 149
Taiwan 76
Deutschland 44
Niederlande 44
Truthahn 38
Malaysia 34
Thailand 25

Schädigung der menschlichen Gesundheit

Die Verwendung von Kohle als Kraftstoff verursacht Krankheit und Todesfälle.[131] Bergbau und Verarbeitung von Kohle verursachen Luft- und Wasserverschmutzung.[132] Kohlekraftwerke emittieren Stickoxide, Schwefeldioxid, Partikelverschmutzung und Schwermetalle, die die menschliche Gesundheit nachteilig beeinflussen.[132] Kohlebett -Methan -Extraktion ist wichtig, um Bergbauunfälle zu vermeiden.

Der tödliche London Smog wurde hauptsächlich durch den starken Gebrauch von Kohle verursacht. Es wird geschätzt, dass weltweit Kohle jedes Jahr 800.000 vorzeitige Todesfälle verursacht.[133] Meistens in Indien[134] und China.[135][136][137]

Verbrennungskohle ist ein wichtiger Emitter von Schwefeldioxid, was PM2.5 schafft Partikel, die gefährlichste Form der Luftverschmutzung.[138]

Raucheremissionen für Kohle verursachen Ursache Asthma, Striche, reduziert Intelligenz, Arterie Blockaden, Herzinfarkt, Herzinsuffizienz, Herzrhythmusstörungen, Quecksilbervergiftung, arterielle Okklusion, und Lungenkrebs.[139][140]

Die jährlichen Gesundheitskosten in Europa durch die Verwendung von Kohle zur Stromerzeugung werden auf bis zu 43 Milliarden Euro geschätzt.[141]

In China würde die Verbesserung der Luftqualität und der menschlichen Gesundheit mit strengeren Klimapolitik zunehmen, hauptsächlich weil die Energie des Landes so stark von Kohle abhängt. Und es würde einen wirtschaftlichen Nettovorteil geben.[142]

Eine Studie von 2017 in der Wirtschaftsjournal stellte fest, dass für Großbritannien im Zeitraum 1851–1860 eine Erhöhung des Kohleverbrauchs mit einer Standardabweichung um 6–8% die Kindersterblichkeit erhöhte und dass der industrielle Kohleverbrauch ungefähr ein Drittel der in diesem Zeitraum beobachteten städtischen Sterblichkeitsstrafe erklärt. "[143]

Einatmen Kohlenstaub Ursachen Pneumokoniose des Kohlearbeiter oder "schwarze Lunge", sogenannte, weil der Kohlestaub die Lunge buchstäblich schwarz aus ihrer üblichen rosa Farbe macht.[144] Allein in den Vereinigten Staaten wird geschätzt, dass jedes Jahr 1.500 ehemalige Mitarbeiter der Kohlebranche an den Auswirkungen des Atmens in Kohleminenstaub sterben.[145]

Riesige Mengen an Kohleasche und anderer Abfälle werden jährlich hergestellt. Die Verwendung von Kohle erzeugt jedes Jahr Hunderte Millionen Tonnen Asche und andere Abfallprodukte. Diese beinhalten Flugasche, Bodenasche, und Rauchgasentschwefelung Schlamm, der enthält Merkur, Uran, Thorium, Arsen, und andere Schwermetallezusammen mit Nichtmetallen wie z. Selen.[146]

Rund 10% der Kohle sind Asche:[147] Kohleasche ist gefährlich und giftig für Menschen und einige andere Lebewesen.[148] Kohleasche enthält die radioaktiven Elemente Uran und Thorium. Kohleasche und andere Nebenprodukte für feste Verbrennung werden lokal gelagert und entkommen auf verschiedene Weise, die diejenigen, die in der Nähe von Kohlekraftwerken leben, Strahlung und Umwelttoxien ausgesetzt.[149]

Schaden für die Umwelt

Luftaufnahme des Standorts der Kingston Fossilpflanze Kohle -Flugasche Die Aufschlämmung am Tag danach genommen das Ereignis

Kohle abbauen und Kohlekraft Kraftwerke und industrielle Prozesse können zu erheblichen Umweltschäden führen.[150]

Wassersysteme werden vom Kohleabbau betroffen.[151] Zum Beispiel Affekte des Bergbaus Grundwasser und Grundwasserspiegel Niveaus und Säure. Flutasche wie die Kingston Fossile Pflanze Kohle Flugasche Aufschlämmung verschüttet, kann auch Land und Wasserstraßen kontaminieren und Häuser zerstören. Kraftwerke, die Kohle verbrennen, verbrauchen auch große Mengen Wasser. Dies kann die Flüsse der Flüsse beeinflussen und hat Folgeauswirkungen auf andere Landnutzungen. In Gebieten von Wassermangel, so wie die Die Wüste in PakistanKohleabbau und Kohlekraftwerke würden erhebliche Mengen Wasser verwenden.[152]

Eine der frühesten bekannten Auswirkungen von Kohle auf die Wasserkreislauf war saurer Regen. Im Jahr 2014 ungefähr 100 Tg/S von Schwefeldioxid (ALSO2) wurde freigelassen, von denen mehr als die Hälfte aus brennender Kohle stammte.[153] Nach der Freisetzung wird das Schwefeldioxid zu H oxidiert2ALSO4 Die Solarstrahlung streuert, daher wirkt sich die Atmosphäre aus, weist einen Kühlungseffekt auf das Klima aus. Dieser vorteilhafte Masken eines Teils der Erwärmung durch erhöhte Treibhausgase. Der Schwefel wird jedoch in wenigen Wochen als saurer Regen aus der Atmosphäre ausgefällt,[154] während Hunderte von Jahren Kohlendioxid in der Atmosphäre bleibt. Freigabe von SO2 trägt auch zur weit verbreiteten Ansäuerung von Ökosystemen bei.[155]

Nicht verwendete Kohleminen können auch Probleme verursachen. Das Absenken kann oberhalb der Tunnel auftreten, was zu einer Schädigung der Infrastruktur oder der Ackerland führt. Kohleabbau kann auch lang anhaltende Brände verursachen, und es wurde geschätzt, dass Tausende von Tausenden von Kohlefeuerbrände brennen zu einem bestimmten Zeitpunkt.[156] Zum Beispiel, Brennender Berg Brennt seit 1668 und brennt im 21. Jahrhundert immer noch.[157]

Die Produktion von Cola aus Kohle produziert Ammoniak, Kohle-Teer und gasförmige Verbindungen als Nebenprodukte, die bei Land, Luft oder Wasserstraßen die Umwelt verschmutzen können.[158] Das Whyalla Steelworks ist ein Beispiel für eine Koks -Produktionsanlage, in der flüssiges Ammoniak in die Meeresumgebung abgeleitet wurde.[159]

Untergrundbrände

Tausende Kohlebrände brennen weltweit.[160] Diejenigen, die unterirdisch brennen, können schwer zu lokalisieren sein und viele können nicht gelöscht werden. Brände können dazu führen, dass der Boden oben nachlässt, ihre Verbrennungsgase sind gefährlich für das Leben, und die Ausbrüche an die Oberfläche kann die Oberfläche initiieren Waldbrände. Kohlenähte können von in Brand gesetzt werden Selbstentzündung oder Kontakt mit einem Minenfeuer oder Oberflächenfeuer. Blitzangriffe sind eine wichtige Zündquelle. Die Kohle brennt weiterhin langsam zurück in die Naht, bis Sauerstoff (Luft) die Flammefront nicht mehr erreichen kann. Ein Grasbrand in einem Kohlebereich kann Dutzende von Kohlenähten in Brand setzen.[161][162] Kohlebrände in China verbrennen schätzungsweise 120 Millionen Tonnen Kohle pro Jahr und senden 360 Millionen Tonnen CO2in Höhe von 2–3% der jährlichen weltweiten Produktion von CO2 aus fossile Brennstoffe.[163][164] Im Centralia, Pennsylvania (a Bezirk liegt in den Kohleregion von den Vereinigten Staaten), eine exponierte Venen von Anthraziten, die 1962 aufgrund eines Müllbrandes auf der Deponie in der Bezirk in einem verlassenen Müllbrand entzündet wurde Anthrazit Tagebau Grube. Versuche, das Feuer zu löschen, waren erfolglos, und es verbrennt bis heute unterirdisch unterirdisch. Der Australier Brennender Berg Es wurde ursprünglich als Vulkan angenommen, aber der Rauch und die Asche stammen aus einem Kohlebrand, das seit rund 6.000 Jahren brennt.[165]

Bei kuh ich malik in Yagnob Valley, TadschikistanKohlevorkommen brennen seit Tausenden von Jahren und bildeten riesige unterirdische Labyrinths voller einzigartiger Mineralien, von denen einige sehr schön sind.

Der rötliche Schlicksteingestein, der viele Grate und Buttes in der bedeckt Powder River Basin in Wyoming und im Western Norddakota wird genannt Porzelanit, der dem Kohlebrennabfall "Klinker" oder Vulkan "ähnelt"Schlacke".[166] Clinker ist Stein, der durch das natürliche Verbrennen von Kohle verschmolzen wurde. Im Powder River Basin brannten ungefähr 27 bis 54 Milliarden Tonnen Kohle innerhalb der letzten drei Millionen Jahre.[167] Wildkohlebrände in der Gegend wurden von der gemeldet Lewis und Clark Expedition sowie Entdecker und Siedler in der Gegend.[168]

Klimawandel

Der größte und langfristigste Effekt des Kohleverbrauchs ist die Freisetzung von Kohlendioxid, a Treibhausgase das verursacht Klimawandel. Kohlekraftwerke leisteten den größten Beitrag zum Wachstum des globalen CO2 Emissionen im Jahr 2018,[169] 40% der gesamten Emissionen fossiler Brennstoffe,[8] und mehr als ein Viertel der Gesamtemissionen.[170][Anmerkung 1] Kohleabbau kann Methan ausgeben, ein weiteres Treibhausgas.[171][172]

2016 World Gross Kohlenstoffdioxid-Ausstoß Aus dem Kohleverbrauch waren 14,5 Gigatonnes.[173] Für jede erzeugte Megawattstunde emittiert die Kohlekraftwerbung um eine Tonne Kohlendioxid, was doppelt so hoch ist wie die von einem freigesetzten ca. 500 kg Kohlendioxid Erdgas-Biredes Elektromanät.[174] Im Jahr 2013 teilte der Leiter der UN -Klimaagentur mit, dass die meisten Kohlereserven der Welt im Boden bleiben sollten, um eine katastrophale globale Erwärmung zu vermeiden.[175] Um die globale Erwärmung unter 1,5 ° C oder 2 ° C Hunderte oder möglicherweise Tausende von Kohlekraftwerken zu halten, müssen frühzeitig im Ruhestand gezogen werden.[176]

Umweltverschmutzung

Emissionskontrollen bei a Kohlekraftwerk

Minderung der Kohleverschmutzung, manchmal als sauberer Kohle bezeichnet, ist eine Reihe von Systemen und Technologien, die versuchen, die zu mildern Gesundheits- und Umweltauswirkungen von Kohle;[177] im Speziellen Luftverschmutzung aus Kohlekraftwerkeund aus Kohle, die durch verbrannt wurde Schwerindustrie.

Der Hauptaugenmerk liegt auf Schwefeldioxid ( ALSO2) und Stickoxide ( NEINx) die wichtigsten Gase, die verursacht wurden saurer Regen; und Partikel die sichtbare Luftverschmutzung, Krankheit und vorzeitige Todesfälle verursachen. ALSO2 kann durch entfernt werden von Rauchgasentschwefelung und NEIN2 durch Selektive katalytische Reduktion (Scr). Partikel können mit entfernt werden mit Elektrostatische Abhöhungen. Obwohl vielleicht weniger effizient, nasse Wäscher kann sowohl Gase als auch Partikel entfernen. Reduzierung Flugasche reduziert die Emissionen von radioaktive Materialien. Quecksilber Die Emissionen können auf 95%reduziert werden.[178] Jedoch Erfassen von Kohlendioxidemissionen aus Kohle ist im Allgemeinen nicht wirtschaftlich realisierbar.

Standards

Zu den lokalen Verschmutzungsstandards gehören GB13223-2011 (China), Indien,[179] das Richtlinie der industriellen Emissionen (EU) und die Clean Air Act (Vereinigte Staaten).

Satellitenüberwachung

Die Satellitenüberwachung wird nun verwendet, um nationale Daten zu überschreiten Sentinel-5-Vorläufer hat gezeigt, dass die chinesische Kontrolle davon so2 war nur teilweise erfolgreich.[180] Es hat auch gezeigt2 Emissionen in Südafrika und Indien.[181]

Kombinierte Zykluskraftwerke

Ein paar Integrierter Vergasung kombinierter Zyklus (IGCC) Kohlekraftwerke wurden mit gebaut Kohlevergasung. Obwohl sie Kohle effizienter verbrennen und daher weniger Umweltverschmutzung abgeben, hat sich die Technologie für Kohle im Allgemeinen nicht als wirtschaftlich als wirtschaftlich erwiesen, außer möglicherweise in Japan, obwohl dies umstritten ist.[182][183]

CO2 -Erfassung und -speicher

Obwohl es für einige andere Verwendungszwecke als mit Kohle intensiv erforscht und wirtschaftlich realisierbar ist; CO2 -Erfassung und -speicher wurde an der getestet Petra Nova und Grenzdamm Kohlekraftwerke und hat sich aufgrund der Verringerung der Kosten der Solar-PV-Technologie als technisch machbar, aber nicht wirtschaftlich lebensfähig für die Verwendung mit Kohle.[184]

Wirtschaft

2018 80 Milliarden US -Dollar wurde in die Kohleversorgung investiert, aber fast alle für die Aufrechterhaltung der Produktionsniveaus, anstatt neue Minen zu eröffnen.[185] In langfristigen Kohle und Öl könnten die Weltbillionen Dollar pro Jahr kosten.[186][187] Kohle allein kann Australien Milliarden kosten,[188] Während die Kosten für einige kleinere Unternehmen oder Städte im Umfang von Millionen Dollar liegen könnten.[189] Die durch Kohle am stärksten beschädigten Volkswirtschaften (über den Klimawandel) können Indien und die USA sein, da sie die Länder mit den höchsten sind soziale Kosten von Kohlenstoff.[190] Bankkredite zur Finanzierung von Kohle sind ein Risiko für die indische Wirtschaft.[134]

China ist der größte Kohleproduzent der Welt. Es ist der weltweit größte Energieverbraucher und Kohle in China liefert 60% seiner Primärergie. Es wird jedoch geschätzt, dass zwei Fünftel der chinesischen Kohlekraftwerke als Verlustfindung geschätzt werden.[118]

Die Luftverschmutzung aus Kohlelager und Handhabung kostet die USA fast 200 Dollar für jedes zusätzliche Ton, das aufgrund von PM2,5 gespeichert ist.[191] Die Kohleverschmutzung kostet jedes Jahr 43 Milliarden €.[192] Maßnahmen zur Reduzierung der Luftverschmutzung profitieren Einzelpersonen finanziell und die Volkswirtschaften der Länder[193][194] wie China.[195]

Subventionen

Die allgemein definierten Gesamtsubventionen für Kohle im Jahr 2015 wurden geschätzt, um etwa US $ 2,5 Billionen US -Dollar, etwa 3% der globalen BIP.[196] Ab 2019 G20 Länder liefern mindestens 63,9 Milliarden US -Dollar[169] der staatlichen Unterstützung pro Jahr für die Produktion von Kohle, einschließlich Kohlekraft: Viele Subventionen sind unmöglich zu quantifizieren[197] aber sie beinhalten 27,6 Milliarden US -Dollar in nationalen und internationalen öffentlichen Finanzen, 15,4 Milliarden US -Dollar in der fiskalischen Unterstützung und 20,9 Milliarden US -Dollar in staatlichen Enterprise (SOE) Investitionen pro Jahr.[169] In der EU-staatlichen Hilfe für neue Kohlekraftwerke ist ab 2020 und an bestehende Kohlekraftwerke ab 2025 verboten.[198] Als PF 2018 wurde die staatliche Finanzierung neuer Kohlekraftwerke von geliefert Exim Bank of China,[199] das Japan Bank für internationale Zusammenarbeit und Banken des indischen öffentlichen Sektors.[200] Kohle in Kasachstan war der Hauptempfänger von Kohleverbrauchszuschüssen in Höhe von insgesamt 2 Milliarden US -Dollar im Jahr 2017.[201] Kohle in der Türkei profitierte von erheblichen Subventionen im Jahr 2021.[202]

Vermögenswerte gestrandet

Einige Kohlekraftwerke könnten werden Vermögenswerte gestrandet, zum Beispiel China Energy InvestmentDas weltweit größte Energieunternehmen besteht darin, die Hälfte seines Kapitals zu verlieren.[118] Staatliche Stromversorger wie z. Eskom in Südafrika, Perusahaan Listrik Negara in Indonesien, Sarawak Energie in Malaysia, Taipower in Taiwan, Egat in Thailand, Elektrizität Vietnam und Eüaş in der Türkei bauen oder planen neue Pflanzen.[203] Ab 2021 kann dies dazu beitragen, a zu verursachen Kohlenstoffblase Dies könnte finanzielle Instabilität verursachen, wenn es platzt.[204][205][206]

Politik

Länder, die neue Kohlekraftwerke wie China, Indien, Indonesien, Vietnam, die Türkei und Bangladesch aufbauen oder finanzieren Pariser Vereinbarung.[105][207][208] 2019 die pazifischen Inselstaaten (insbesondere die Pazifik -Nationen Vanuatu und Fidschi) Kritisierte Australien dafür, dass sie ihre Emissionen nicht schneller reduziert hatten als sie, und zitierte Bedenken hinsichtlich der Überschwemmung und Erosion an der Küste.[209] Im Mai 2021 stimmten die G7 -Mitglieder zu, neue direkte Unterstützung der Regierungsregierung für die Erzeugung der internationalen Kohlekraft zu beenden.[210]

Opposition gegen Kohle

Protestieren gegen Schäden an der Great Barrier Reef verursacht durch Klimawandel in Australien
Baumhäuser, die gegen das Fällen eines Teils von einem Teil von protestieren, Hambach -Wald für die Hambach Oberflächenmine in Deutschland: Danach wurde das Fällen 2018 suspendiert

Die Opposition gegen Kohleverschmutzung war einer der Hauptgründe der Moderne Umweltschutzbewegung Begonnen im 19. Jahrhundert.

Übergang von Kohle weg

Um die globalen Klimaziele zu erreichen und denjenigen, die derzeit keine Kohlemacht haben, die Macht zu liefern, muss bis 2040 von fast 10.000 TWH auf weniger als 2.000 TWH reduziert werden.[211] Die Ausgabe von Kohle hat kurzfristige Gesundheits- und Umweltvorteile, die die Kosten übersteigen.[212] Aber einige Länder bevorzugen immer noch Kohle,[213] Und es gibt viel Meinungsverschiedenheiten darüber, wie schnell es auslaufen sollte.[214][215] Wie viele Länder wie die auch Vergangenes Kohleallianz, haben bereits oder werden von Kohle weggewiesen;[216] Der bisher größte Übergang, der bisher in Deutschland angekündigt wurde, das sein letztes Kohlekraftwerk zwischen 2035 und 2038 schließt.[217] Einige Länder verwenden die Ideen eines "Übergang einfach"Zum Beispiel, um einige der Vorteile des Übergangs zu nutzen, um frühe Renten für Kohleminenarbeiter zu liefern.[218] Wie tief liegend Pazifische Inseln sind betroffen, der Übergang ist nicht schnell genug und dass sie von überschwemmt werden Meeresspiegel steigt; Also haben sie gefordert OECD Länder, die bis 2030 und andere Länder bis 2040 vollständig ausgehen.[209] Obwohl China einige Pflanzen baute, wurde weltweit mehr Kohlekraft im Ruhestand als gebaut: die UN -Generalsekretär hat das auch gesagt OECD Die Länder sollten bis 2030 und den Rest der Welt bis 2040 aufhören, Strom aus Kohle zu erzeugen.[219] Die Abhungerung der Kohle wurde vereinbart über COP26 in dem Glasgow Climate Pakt.

Peakkohle

Eine Kohlemine in Wyoming, Vereinigte Staaten. Die Vereinigten Staaten haben die weltweit größten Kohlereserven.

Peakkohle ist der Spitzenverbrauch oder die Produktion von Kohle durch eine menschliche Gemeinschaft. Der globale Kohleverbrauch erreichte 2013 ihren Höhepunkt und war bis zum Ende der 2010er Jahre leicht gesunken.[220][221] Der Höhepunkt des Kohleanteils am globalen Energiemischung war im Jahr 2008, als Kohle 30% der globalen Energieerzeugung ausmachte.[220] Der Rückgang des Kohleverbrauchs wird größtenteils durch den Verbrauchsrückgang in den USA und in Europa sowie auf entwickelte Volkswirtschaften in Asien angetrieben.[220] Im Jahr 2019 entschädigten die Produktionssteigerungen in Ländern wie China, Indonesien, Indien, Russland und Australien die Stürze in den USA und in Europa.[221] Der strukturelle Rückgang der Kohle wurde jedoch in den 2020er Jahren fortgesetzt.[222]

Spitzenkohle kann durch Spitzenbedarf oder Spitzenangebot angetrieben werden. Historisch gesehen wurde allgemein angenommen, dass die Versorgungsseite aufgrund der Erschöpfung von schließlich die Spitzenkohle antreiben würde Kohlereserven. Seit den zunehmenden globalen Bemühungen um eine Begrenzung KlimawandelDie Spitzenkohle wurde von der Nachfrage angetrieben, die unter dem Spitzenverbrauch von 2013 geblieben ist.[220] Dies ist zum großen Teil auf die rasche Ausdehnung von Erdgas und erneuerbarer Energie zurückzuführen.[220] Viele Länder haben sich verpflichtet AusstiegskohleTrotz der Schätzungen, dass Projektkohlevorbehalt die Kapazität haben, Jahrhunderte auf den aktuellen Verbrauch zu halten. In einigen Ländern[die?] Der Kohleverbrauch kann in den frühen 2020er Jahren immer noch zunehmen.[223]

Wechseln Sie zu saubereren Brennstoffen und einer geringeren Kohlenstoffstromerzeugung

Die Kohlefeuer-Generation setzt ungefähr doppelt so viel Kohlendioxid-um eine Tonne für jede Megawattstunde, die erzeugt wird-wie durch Verbrennung von Erdgas bei 500 kg von Strom erzeugt wird Treibhausgase pro Megawattstunde.[224] Neben der Erzeugung von Strom ist Erdgas auch in einigen Ländern zum Heizen beliebt und als Kfz -Kraftstoff.

Die Verwendung von Kohle im Vereinigten Königreich aufgrund der Entwicklung von abgenommen Nordseeöl und die nachfolgende Strich für Gas In den 1990er Jahren. In Kanada einige Kohlekraftwerke, so wie die Hearn -Erzeugungsstation, von Kohle zu Erdgas umgestellt. 2017, Kohlekraft in den Vereinigten Staaten vorausgesetzt 30% des Stroms, von rund 49% im Jahr 2008.[225][226][227] Aufgrund reichlicher Versorgung mit kostengünstigen Erdgas, die durch erhalten wurden, hydraulisches Bruch von engen Schieferformationen.[228]

Kohleregionen im Übergang

Etwas Kohlebergregionen sind stark von Kohle abhängig.[229]

Beschäftigung

Einige Kohleberhige sind besorgt, dass ihre Arbeit im Übergang verloren gehen.[230] A Übergang einfach aus Kohle wird von der unterstützt Europäische Bank für Wiederaufbau und Entwicklung.[231]

Bioremediation

Der weiße Fäusepilz Trametes versicolor kann auf natürlich vorkommende Kohle wachsen und metabolisieren.[232] Die Bakterien Diplococcus Es wurde festgestellt, dass die Kohle abschließt und die Temperatur erhöht.[233]

Kultureller Nutzung

Kohle ist die Offizieller Staatsmineral von Kentucky[234] und der offizielle Staatsgestein von Utah;[235] beide US -Bundesstaaten Haben Sie eine historische Verbindung zum Kohleabbau.

Einige Kulturen sind der Ansicht, dass Kinder, die sich schlecht benehmen Weihnachtsmann zu Weihnachten in ihren weihnachtssocken statt Geschenke.

Es ist auch üblich und als glücklich angesehen in Schottland und die Nördlich Englands Kohle als Geschenk an geben Neujahr. Dies geschieht als Teil von Erste Rast und stellt Wärme für das kommende Jahr dar.

Siehe auch

Verweise

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Quellen

Anmerkungen

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