Uhlí
Uhlí (lidově či nářečně též uhel) je hnědá, černá nebo hnědo-černá hořlavá hornina. Získává se dolováním z povrchových nebo hlubinných dolů a používá se jako palivo. Uhlí je složeno především z uhlíku, vodíku a kyslíku, obsahuje však také další chemické prvky především síru a příměsi radioaktivní (uran a thorium). Od doby průmyslové revoluce je uhlí především důležitou energetickou surovinou. Velká část světové výroby elektřiny (40%) využívá spalování uhlí, které probíhá v klasických uhelných respektive v tepelných elektrárnách. Uhlí se kromě výroby elektrické energie používá také k vytápění a ohřevu vody (výroba technologického tepla), uhlí je také velmi cennou primární surovinou pro mnoho odvětví chemického průmyslu.
Vznik
Uhlí vzniklo z rostlinných a živočišných zbytků, které byly uloženy v anaerobních vodních prostředích, kde nízké hladiny kyslíku bránily jejich kompletnímu rozkladu a oxidaci (hnití).
Typy
- Lignit - také označovaný jako hnědé uhlí je nejméně kvalitní druh uhlí. Užívá se výhradně pro výrobu elektřiny nebo výrobu technologického tepla. Leštěné bylo využíváno jako ozdobný kámen od doby železné. Je třetihorního původu.
- Hnědé uhlí - používá se k vytápění domácností nebo k výrobě tepla a elektřiny
- Hnědo-černé - jeho vlastnosti spadají mezi hnědé a černé uhlí. Využívá se pro výrobu elektřiny, tepla a chemickou výrobu
- Černé uhlí - má vysokou hustotu, jeho barva je obvykle černá až hnědočerná. Uhlí je prvohorního a druhohorního původu. Vzniká rozkladem a prouhelňováním vyhynulých stromových plavuní, které se propadly do bažin (období perm).
- Antracit - jde o nejkvalitnější uhlí, používá se na vytápění a k výrobě chemikálií.
Využití
Palivo
Uhlí je nejčastěji používaný tuhý materiál pro výrobu tepla a elektřiny. Světová spotřeba uhlí v roce 2007 byla 7 192 milionů tun[1], z toho 75% je využíváno pro výrobu elektřiny. Čína jako největší spotřebitel spotřebovala 2 893 milionů tun (asi 40% světove spotřeby).
Při výrobě elektřiny se spaluje uhlí v kotli,kde se ohřívá voda na vodní páru, která roztáčí parní turbíny a elektrické generátory respektive alternátory. Při současné spotřebě vystačí zásoby uhlí na mnoho stovek let.
Koksování a použití koksu
Koks je pevný uhlíkatý zbytek odvozený z nízkopopelového, nízkosirného černého uhlí z kterého jsou odstraněny prchavé složky v peci s omezeným přístupem kyslíku v teplotách kolem 1000 °C. Při tom vzniká také kamenouhelný dehet, čpavek, lehké oleje a svítiplyn. Koks se používá jako palivo a jako redukční činidlo mj. ve vysoké peci. Koks z uhlí je šedý, tvrdý a pórovitý a má výhřevnost 29,6 MJ/kg
Zplyňování
Vysoké ceny ropy a zemního plynu zvyšují zájem o „BTU konverzi“ – technologie jako zplyňování, zkapalňování a tuhnutí. V minulosti bylo uhlí používáno na výrobu svítiplynu, který byl dopravován ke spotřebitelům potrubím a byl využíván na svícení, vaření i topení. Dnes je svítiplyn nahrazen bezpečnějším zemním plynem. Jižní Afrika stále využívá zplyňování uhlí pro mnoho petrochemických potřeb.
Zkapalnění
Uhlí může být zpracováno na kapalná paliva jako benzín nebo nafta několika různými způsoby.
Fischer-Tropschův proces – syntéza kapalných uhlovodíků – byl použit v nacistickém Německu nebo v jižní Africe, protože tyto země byly politicky izolované a neschopné koupit surovou ropu. Uhlí může být zplyňované na syngas (vyvážená čištěná směs CO a H2 plynů) a syngas zkapalněný Fischer-Tropschovou metodou na lehké uhlovodíky, které jsou dále zpracovávány na benzín a naftu. Syngas může být také převedený na methylalkohol, který může být použitý jako palivo nebo přísada do paliva.
Přímé kapalnění Bergiusovým procesem – kapalnění hydrogenací – je také dosažitelné, ale není užívané vně Německa, kde byly oba tyto procesy ovládané během první a druhé světové války.
Dalším způsobem výroby kapalných uhlovodíků je nízkoteplotní karbonizace (LTC). Uhlí je dopované v teplotách mezi 450 a 700 °C ve srovnání s 800 až 1000 °C pro hutnický koks. Tyto teploty jsou optimální pro výrobu kamenouhelných dehtů. Na rozdíl od klasického dehtu obsahuje mnohem více lehkých uhlovodíků. Kamenouhelný dehet je potom dále zpracováván na paliva. Proces byl vyvinut Lewisem Karrickem roku 1920.
Zachytávat oxid uhličitý uvolňovaný těmito procesy je mnohem snazší než filtrování ze spalin vzniklých spalováním uhlí se vzduchem, kde je smíchaný s dusíkem a dalšími plyny.
Škodlivé účinky spalování uhlí
Spalování uhlí produkuje oxid uhličitý spolu s proměnným množstvím oxidu siřičitého v závislosti na kvalitě. Oxid siřičitý reaguje s vodou za tvorby kyseliny siřičité. Jestliže se dostane do atmosféry, reaguje s vodní párou a vrací se na zem ve formě kyselých dešťů. Emise z uhelných elektráren představují největší umělý zdroj oxidu uhličitého a tím výrazně přispívají ke globálnímu oteplování. Moderní elektrárny využívají mnoho technik pro omezení škodlivosti odpadních látek a zvýšení účinnosti. Ačkoli jsou tyto techniky široce využívány v některých zemích, jsou pořád příliš drahé. Uhlí také obsahuje mnoho stopových prvků včetně arsenu a rtuti, které jsou nebezpečné pokud se dostanou do ovzduší. Uhlí také obsahuje malé množství uranu, thoria a dalších přirozeně se vyskytujících radioaktivních izotopů, jejichž vypuštění do ovzduší může vést k radioaktivnímu zamoření. I když jsou tyto prvky v uhlí pouhými stopovými nečistotami, způsobují, že v okolí uhelných elektráren je úroveň radioaktivního záření mnohdy vyšší než v okolí elektráren jaderných.
Požáry uhlí
Ve světě jsou stovky ohňů uhlí, hoří pod povrchem, tudíž je nemožné je uhasit. Ohně mohou způsobit propadání půdy a kouřové plyny jsou životu nebezpečné. Mimo to mohou vystupovat prasklinami na povrch a vytvářet povrchové požáry. Uhelné jeskyně se mohou samovznítit nebo zapálit od důlního ohně, případně povrchového ohně. Uhelné ohně v Číně spálí ročně 120 milionů tun uhlí- z toho vznikne 360 milionů tun CO2, což se rovná 2-3 % z roční celosvětové produkce CO2 z fosilních paliv. Věřilo se, že australská Hořící hora (Burning Mountain) je vulkán, ale později se zjistilo, že jde o uhelný oheň, který hoří už více než 5000 let.
Výskyt ve světě a těžba
Existuje celá řada velmi významných a světově známých uhelných pánví (kupř. Doněcká uhelná pánev). Velká ložiska kvalitního černého uhlí nebyla ještě v některých průmyslově méně rozvinutých zemích prakticky vůbec těžena, takové mohutné ložisko velice kvalitního černého uhlí se nachází kupř. ve Vietnamu.[zdroj?!]
Celkové zásoby
V následující tabulce jsou uvedeny zásoby, které mouhou být s velkou pravděpodobností využity za současných ekonomických a technologických podmínek. Při současném tempu spotřeby tyto zásoby vydrží na 122 let.
| Země | Černé uhlí | Hnědé uhlí | Celkově | Podíl |
|---|---|---|---|---|
| Spojené státy Americké | 108 950 | 129 358 | 238 308 | 28,9 |
| Rusko | 49 088 | 107 922 | 157 010 | 19,0 |
| Čína | 62 200 | 52 300 | 114 500 | 13,9 |
| Austrálie | 36 800 | 39 400 | 76 200 | 9,2 |
| Indie | 54 000 | 4 600 | 58 600 | 7,1 |
| Ukrajina | 15 351 | 18 522 | 33 873 | 4,1 |
| Kazachstán | 28 170 | 3 130 | 31 300 | 3,8 |
| Jihoafrická republika | 30 408 | – | 30 408 | 3,7 |
| Evropská Unie | 8 427 | 21 143 | 29 570 | 3,6 |
| Polsko | 6 012 | 1 490 | 7 502 | 0,9 |
| Brazílie | - | 7 059 | 7 059 | 0,9 |
| Kolumbie | 6 434 | 380 | 6 814 | 0,8 |
| Německo | 152 | 6 556 | 6 708 | 0,8 |
| Kanada | 3 471 | 3 107 | 6 578 | 0,8 |
| Česko | 1 673 | 2 828 | 4 501 | 0,5 |
| Indonésie | 1 721 | 2 607 | 4 328 | 0,5 |
| Řecko | - | 3 900 | 3 900 | 0,5 |
| Celosvětově | 411 321 | 414 680 | 826 001 | 100,0 |
Statistika těžby
| Země | Množství | Podíl |
|---|---|---|
| Čína | 2 803 | 39,9 |
| Spojené státy Americké | 1 234 | 17,5 |
| Indie | 529 | 7,5 |
| Austrálie | 428 | 6,1 |
| Rusko | 347 | 4,9 |
| Jihoafrická republika | 283 | 4,0 |
| Německo | 228 | 3,2 |
| Indonésie | 180 | 2,6 |
| Polsko | 162 | 2,3 |
| Kazachstán | 103 | 1,5 |
| Turecko | 84 | 1,2 |
| Kanada | 76 | 1,1 |
| Kolumbie | 75 | 1,1 |
| Řecko | 73 | 1,0 |
| Česko | 70 | 0,9 |
| Ukrajina | 65 | 0,9 |
| Srbsko | 57 | 0,7 |
| Vietnam | 44 | 0,6 |
| Rumunsko | 39 | 0,6 |
| Severní Korea | 37 | 0,5 |
| Celosvětově | 7 036 | 100,0 |
Výskyt v ČR
Uhlí se v České republice nachází hlavně v Ostravsko-karvinském regionu (vysoce kvalitní černé uhlí), těží se ale již pouze na Karvinsku (těží společnost OKD patřící NWR. Dále pak ve dvou pánvích pod Krušnými horami se vyskytuje hnědé uhlí. Jedná se o Mosteckou uhelnou pánev (těží společnost Severočeské doly patřící do Skupiny ČEZ) a Sokolovskou uhelnou pánev (těží Sokolovská uhelná). Hnědé uhlí (těžba 2008 cca 70 mil. tun ročně) se prakticky všechno spotřebuje v České republice, černé uhlí (těžba cca 13 mil. tun) se ze 40% vyváží. Lignitové doly se nacházejí na Břeclavsku a Českobudějovicku (Mydlovary). Malé černouhelné pánve - kdysi hojně využívané a dnes již fakticky opuštěné - se nachází jihozápadně od Brna (Rosice, Oslavany), dále mezi Kladnem a Rakovníkem či Plzní, malé ložisko černého uhlí se též nachází v Podkrkonoší u Žacléře. Uhelné sloje malých mocností lze nalézt na mnoha jiných místech České republiky (třeba na Lounsku, Litoměřicku a Mělnicku a jinde), tyto malé sloje se ale prozatím pro těžbu vůbec nehodí především z ekonomických důvodů (zde jsou předpokládané neúměrně vysoké investiční a provozní náklady na jejich těžbu).[4]
Odkazy
Reference
- ↑ Energy Information Administration - World Coal Consumption, Most Recent Annual Estimates, 1980-2007
- ↑ BP Statistical review of world energy 2009 [online]. [cit. 2009-07-31]. Dostupné online.
- ↑ Energy Information Administration - World Coal Production, Most Recent Annual Estimates, 1980-2007
- ↑ http://media.rozhlas.cz/izurnal/cesko/_binary/00509400.pdf