Ugalj

Угаљ је црна или црно-смеђа седиментна стена органског порекла која има способност горења, па се користи као фосилно гориво које се вади из

Ugalj je crna ili crno-smeđa sedimentna stena organskog porekla koja ima sposobnost gorenja, pa se koristi kao fosilno gorivo koje se vadi iz zemlje rudarskim metodama. Sastoji se primarno od ugljenika i ugljovodonika, ali i drugih supstanci.[1] Veoma je važno gorivo i izvor električne energije. Na primer, u SAD sagorevanjem uglja se dobija polovina potrebne električne energije, dok u Srbiji učestvuje u ukupnoj potrošnji preko 50%, dok u proizvodnji struje energetski učestvuje sa preko 85% (u termoelektranama). U finalnoj potrošnji ugalj (uz koks i sušeni lignit) učestvuje sa 14%. Proizvodnja uglja boljih kvaliteta u Srbiji je niska i sa trendom daljeg opadanja.

Ugalj
Lignit (smeđi ugalj)
Antracit (tvrdi ugalj)

Ugalj nastaje kada se mrtva biljna materija raspada u treset, i kada se dejstvom toplote i pritiska u dubokim slojevima Zemlje pretvara u ugalj tokom miliona godina.[2] Ogromna nalazišta uglja potiču iz bivših močvara - zvanih šume uglja - koje su pokrivale veći deo tropskih kopnenih područja Zemlje tokom kasnog karbona (pensilvanijana) i perma.[3][4]

Ugalj se prvenstveno koristi kao gorivo. Iako je ugalj poznat i korišćen hiljadama godina, njegova upotreba bila je ograničena pre industrijske revolucije. Izumom parne mašine povećana je potrošnja uglja. Prema podacima iz 2016. godine ugalj ostaje važno gorivo, jer je oko četvrtine svetske primarne energije i dve petine električne energije generisano iz uglja.[5] Proizvodnja gvožđa i čelika i deo drugih industrijskih procesa se sprovodi uz sagorevanje uglja.

Vađenje i upotreba uglja uzrokuje znatan broj preranih smrti i uvećanu zastupljenost bolesti.[6] Industrija uglja šteti životnoj sredini, uključujući klimatske promene, jer je to najveći antropogeni izvor ugljen dioksida, 14 gigatona (Gt) u 2016. godini,[7] što je 40% ukupne emisije fosilnih goriva[8] i skoro 25% ukupnih globalnih emisija gasova sa efektom staklene bašte.[9] Kao deo svetske energetske tranzicije, mnoge zemlje su prestale da koriste ili koriste manje uglja, a generalni sekretar UN-a zatražio je od vlada da zaustave izgradnju novih pogona do 2020.[10] Korišćenje uglja dostiglo je vrhunac 2013. godine,[11] ali da bi se postigao cilj Pariskog sporazuma da se globalno zagrevanje održi znatno ispod 2 °C (3,6 °F), upotreba uglja bi trebalo da se prepolovi od 2020. do 2030.[12]

Najveći potrošač i uvoznik uglja je Kina. Kina iskopava gotovo polovinu svetskog uglja, a njoj sledi Indija sa oko jedne desetine. Na Australiju otpada oko trećine svetskog izvoza uglja, zatim slede Indonezija i Rusija.[13]

Klasifikacija uglja uredi

Postoje razne metode za klasifikaciju prema poreklu, nameni, starosti, toplotnoj moći i drugim osobinama uglja.

Prema klasifikaciji Ekonomske komisije OUN za Evropu postoji samo podela na kameni i mrki ugalj. Kameni ugalj ima toplotnu moć, bez pepela, od 23,87 MJ/kg i više. Ispod te granice su vrste mrkog uglja, gde se lignit takođe računa u tu grupu. Međutim u nekim prikazima se odvojeno prikazuje i lignit gde se granica toplotne moći uglja vrednuje da je 12,5 MJ/kg.

Lignit se odlikuje očuvanom drvenastom strukturom, bledo su mrke ili prljavo žute boje. Sadržaj ugljenika je 60 do 65%, izuzetno do 70%, vodonika do 5,5% u suvoj materiji, kiseonika 25 do 30%, pepela 7 do 14% i vlage 40 do 50%. Toplotna vrednost iznosi od 6 do 12,5 MJ/kg, uz izvestan sadržaj sumpora.

Bitumenski ugalj ili smeđi ugalj se deli na više podgrupa. Kriterijum za klasifikaciju je količina isparljivih supstanci. Antracit ima 4 do 7% isparljivih supstanci, poluantarcit , 12 do 18%, maseni kameni ugalj 18 do 35%, gasni kameni 33 do 38% i gasnoplameni ugalj sa 37 do 45% isparljivih supstanci. Sadrže ugljenika 80 do 98%, pepela 0,5 do 40%, kiseonika oko 5%, vodonika oko 5%, a toplotna moć se kreće od 25 do 36 MJ/kg.

Nastanak uglja uredi

Proces nastanka uglja je u potpunosti objašnjen. Proces nastanka deli se na dve faze:

  • pripremna faza ili faza humifikacije
U ovoj fazi se vrši akumulacija , izmena i transformacija organske supstance u treset, odnosno saperol. Ovo se ostvaruje na površini zemlje u vodenoj sredini, pod dejstvom mikrobiotičkog faktora i u anaerobnim uslovima. Faza traje desetinama hiljada godina.
  • faza ugljenifikacije (karbonizacije)
Ova faza obuhvata procese u kojima se treset, odnosno sapropel, putem dijageneze i metamorfizma pretvaraju u lignit, mrki ugalj, kameni ugalj i antracit. Ova faza se odvija u delovima Zemljine kore gde postoje anaerobni uslovi i adekvatan pritisak i temperatura. U ovom procesu se ostvaruje povećanje procenta ugljenika u organskoj supstanci, uz smanjivanje procenta kiseonika, vodonika i azota.

Nova otkrića o nastanku uglja uredi

Istraživanja su pokazala da su za nastanak uglja potrebni milioni godina delovanja toplote i pritiska, kao što se pretpostavljalo. Poslednjih godina, nekoliko laboratorija je otkrilo način kako da se ćumur napravi brzo, za sat ili najviše nekoliko dana. Ovakvi procesi čak ne zahtevaju veliki pritisak, ali je visoka temperatura neophodna. Tada se zagrevanje mora izvršiti tako, da se organski materijal izoluje od kiseonika, kako se ne bi zapalio. Proces zahteva toplotu da bi bio započet, ali kada se jedanput startuje, proces proizvodi sopstvenu toplotu i pritisak.

Ovakvoj hemijskoj reakciji potreban je katalizator, koji je potreban da bi se reakcija brzo odvijala. Taj katalizator je izvesni tip gline, obično dobijen od vulkanskog pepela. Interesantno je da skoro sva ležišta uglja imaju ispod sebe takav sloj gline. Tanki vulkanski slojevi gline, koje neki nazivaju „razdeljci“, su takođe pronađeni u uglju, i često materijal vulkanskog porekla sam izlazi iz organskog materijala, i formira „zamke“ u kojima je ugalj formiran.

Ovi glineni razdeljci su sami po sebi vrlo interesantni. Mnogo puta ovi tanki, ravni slojevi prekrivaju hiljade kvadratnih kilometara površina. Nasuprot ovim, slični prostrani tanki slojevi ne postoje u modernim tresetnim močvarama, gde su površine sasvim talasaste, sa mnogim kosim kanalima i mestima lokalnih uzvišenja. Ne postoji tako nešto u tresetnim močvarama kao što je ravna površina. Izgleda da bi se treset pre morao akumulirati rapidno pod odgovarajućim uslovima, a takvi odgovarajući uslovi se ne javljaju u tresetnim močvarama.

Dana 18. maja 1980. eksplozija planine Sveta Helena opustošila je 400 km² šume, severno od ove planine. Za kratko vreme, preko milion stabala je plivalo u jezeru Spirit, opkoljeno velikom količinom organskog materijala i vulkanskog pepela. Za samo nekoliko godina, organski talog, sačinjen uglavnom od kore drveća i raspadnutog materijala drveća, zajedno sa vulkanskim pepelom, akumulirao se na dnu jezera. Ovaj „treset“ je imao umnogome isti sastav i geometriju kao ugalj. Mnogi delovi kore su se nagomilavali jedni preko drugih međusobnim tarenjem plivajućih stabala i tonjenjem na dno. Od tada se zna da je tvrdi, crni pojas u uglju u stvari „mumificirana kora“, i treset u Spirit jezeru izgleda kao veoma pogodan za nastanak uglja.

Ono što je još interesantnije jeste, da je mnogo plivajućih stabala tonulo u vodu, i kada su padali na dno, koren kao krajnji deo stabla se prvi ukopavao u organski mulj i raspadnutu koru drveća na dnu jezera. Kako se nastavljala akumulacija organskog materijala, i kako su se odvijali vulkanski i erozioni procesi, nagomilavali su se vulkanski pepeo i ostali sedimenti u jezero. Ako bi se sedimentacija nastavila.

Ne samo da ovaj treset liči na savremene slojeve uglja po osobinama i geometriji, nego je i glina vulkanskog porekla obilno prisutna. Ako bi došlo do ponovne erupcije iz ove planine, sloj vrelog materijala, koji bi se nataložio preko slojeva treseta, učinio bi da brzo dođe do pretvaranja u ugalj, koji bi ličio na slojeve bituminoznog uglja kojeg nalazimo danas u Kučevu i Kučajni.

Industrija uglja uredi

Godišnje se proizvede oko 8000 Mt uglja, od čega oko 90% kamenog uglja i 10% lignita, nešto više od polovine je iz podzemnih rudnika. Prilikom podzemne eksploatacije se dogodi više nesreća, nego što je to slučaj sa površinskim iskopavanje. Ne objavljuju sve zemlje statistiku o rudarskim nesrećama, tako da su svetski podaci nesigurni, ali smatra se da se većina smrtnih slučajeva dogodi u rudarskim nesrećama u Kini : u 2017. godini u Kini je bilo 375 smrtnih slučajeva povezanih sa eksploatacijom uglja. Većina uglja koji se vadi je termalni ugalj (koji se takođe naziva parni ugalj, jer se koristi za proizvodnju pare), ali metalurški ugalj (koji se naziva i „ugljen“ ili „koksni ugalj“, jer se koristi za proizvodnju koksa za proizvodnju gvožđa) čini 10% do 15% globalne upotrebe uglja.

Rezerve uglja uredi

Najveće rezerve uglja su na severnoj hemisferi prvenstveno između 35 i 50 stepeni severne geografske širine. Rezerve uglja su dobro istražene, pogotovo u razvijenim zemljama. Sa trenutnom godišnjom potrošnjom od oko 8,7 milijardi tona godišnje (kamenog i mrkog uglja) i 0,9 milijardi tona lignita potencijalno ima dovoljno uglja za 133 godina eksploatacije. [14] Trenutnon je samo mali deo ovih rezervi na raspolaganju za eksploataciju, tako da se rezerve uglja, koji je trenutno dostupan, procenjuju na 20 godina.

Dokazane rezerve uglja
vrsta uglja milijardi tona
Kameni ugalj 510
Mrki ugalj 279
Lignit 196
Ukupno 987

Raspodela rezervi ovog energenta je neravnomerna. Svega 6 zemalja raspolaže sa 75% svih svetskih rezervi. U poslednjih nekoliko godina su dodatna istraživanja još uvećala iznose rezervi.

Top-lista zemalja sa najvećim rezervama uglja
Zemlja %
SAD 25
Rusija 16
Kina 12
Australija 9
Indija 7,5
Nemačka 6

Proizvodnja električne enrgije uredi

Proces predsagorevanja uredi

Rafinisani ugalj je proizvod unapređene tehnologije koja uklanja vlagu i određene zagađivače iz uglja nižeg ranga kao što su sub-bitumenski i lignitni (smeđi) ugalj. To je jedan od nekoliko tretmana i procesa predsagorevanja uglja koji menjaju karakteristike uglja pre nego što sagore. Poboljšanja toplotne efikasnosti mogu se postići poboljšanim predsušenjem (posebno relevantno kod goriva sa visokom vlagom, poput lignita ili biomase). Ciljevi tehnologija sagorevanja uglja su povećanje efikasnosti i smanjenje emisije kada se ugalj sagoreva. Tehnologija predsagorevanja se ponekad može koristiti kao dodatak tehnologijama sagorevanja za kontrolu emisija iz kotlova na ugalj.

Termoelektrane uredi

U termoelektranama se primenjuje klasičan sistem sagorevanja uglja. Produkti sagorevanja su pepeo i šljaka, koje je kasnije neophodno deponovati . Toplota peći pretvara vodu iz kotla u paru, koja se zatim koristi za predenje turbina koje okreću generatore i stvaraju električnu energiju. Termodinamička efikasnost ovog procesa varira između oko 25% i 50% u zavisnosti od tretmana pred sagorevanje, turbinske tehnologije (npr. Superkritični generator pare ) i starosti postrojenja.

Potrošnja uredi

Prema postojećim podacima je poslednjih godina od ukupne količine iskopanog uglja 76% iskorišćeno za proizvodnju električne energije.

U strukturi ukupne potrošnje energije ugalj je sa 24,9% u 1973. godini varirao na 23,5% u 1999. godini. U proizvodnji električne energije ugalj učestvuje sa oko 40%. Ovaj odnos se nije značajnije menjao poslednjih 30 godina i sada iznosi oko 4800 TWh godišnje.

Uticaj na ljudsko zdravlje uredi

Prilikom sagorevanja uglja u postrojenjima dolazi do emisije gasova, poput ugljen-dioksida, sumpor dioksida, teških metala i zagađujućih čestica koje imaju loš uticaj na zdravlje ljudi. Napori širom sveta da se smanji upotrebu uglja doveli su do toga da su neki regioni prešli na prirodni gas i proizvodnju električne energije pomoću drugih izvora

Vidi još uredi

Reference uredi

  1. ^ Blander, M. „Calculations of the Influence of Additives on Coal Combustion Deposits” (PDF). Argonne National Laboratory. str. 315. Arhivirano iz originala (PDF) 28. 5. 2010. g. Pristupljeno 17. 12. 2011. 
  2. ^ „Coal Explained”. Energy Explained. US Energy Information Administration. 21. 4. 2017. Arhivirano iz originala 8. 12. 2017. g. Pristupljeno 13. 11. 2017. 
  3. ^ Cleal, C. J.; Thomas, B. A. (2005). „Palaeozoic tropical rainforests and their effect on global climates: is the past the key to the present?”. Geobiology. 3: 13—31. doi:10.1111/j.1472-4669.2005.00043.x. 
  4. ^ Sahney, S.; Benton, M.J.; Falcon-Lang, H.J. (2010). „Rainforest collapse triggered Pennsylvanian tetrapod diversification in Euramerica”. Geology. 38 (12): 1079—1082. Bibcode:2010Geo....38.1079S. doi:10.1130/G31182.1. 
  5. ^ „Global energy data”. International Energy Agency. 
  6. ^ „Lignite coal – health effects and recommendations from the health sector” (PDF). Health and Environment Alliance (HEAL). Arhivirano iz originala (PDF) 11. 12. 2018. g. Pristupljeno 20. 09. 2020. 
  7. ^ „CO2 Emissions from Fuel Combustion 2018 Overview (free but requires registration)”. International Energy Agency. Arhivirano iz originala 12. 11. 2020. g. Pristupljeno 14. 12. 2018. 
  8. ^ „China's unbridled export of coal power imperils climate goals”. Pristupljeno 7. 12. 2018. 
  9. ^ „Dethroning King Coal – How a Once Dominant Fuel Source is Falling Rapidly from Favour”. Resilience (na jeziku: engleski). 2020-01-24. Pristupljeno 2020-02-08. 
  10. ^ „Tax carbon, not people: UN chief issues climate plea from Pacific 'frontline'. The Guardian. 15. 5. 2019. 
  11. ^ „Coal Information Overview 2019” (PDF). International Energy Agency. Arhivirano iz originala (PDF) 16. 05. 2020. g. Pristupljeno 2020-03-28. „peak production in 2013 
  12. ^ „Analysis: Why coal use must plummet this decade to keep global warming below 1.5C”. Carbon Brief (na jeziku: engleski). 2020-02-06. Pristupljeno 2020-02-08. 
  13. ^ „Global energy data”. International Energy Agency. 
  14. ^ „World Coal Statistics - Worldometer”. www.worldometers.info (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2020-10-06. 

Literatura uredi

Spoljašnje veze uredi