Kohle

Kohle

Kohle (EINSCHLAG: /ˈkəʊl/ ) ist ein fossiler Brennstoff durch Untertagebau oder Tagebau (Surface Mining) aus dem Boden gewonnen. Es ist ein leicht brennbares schwarzes oder bräunlich-schwarzes Sedimentgestein. Es besteht hauptsächlich aus Kohlenstoff zusammen mit verschiedenen anderen Elementen, einschließlich Schwefel . Oft in Verbindung mit der Industrielle Revolution bleibt Kohle ein enorm wichtiger Brennstoff. Es ist die größte einzelne Brennstoffquelle für die Erzeugung von Elektrizität weltweit und eine wichtige Komponente bei der Reduzierung von Eisen Erz.

Frühe Nutzung

Outcrop-Kohle wurde in Großbritannien während der verwendet Bronzezeit (2-3000 Jahre v. Chr.), wo festgestellt wurde, dass es Teil der Zusammensetzung von Scheiterhaufen ist. Es wurde auch häufig in der frühen Periode des verwendet Römische Besetzung . Hinweise auf den Handel mit Kohle (datiert auf etwa 200 n. Chr.) Wurden im Binnenhafen von Heronbridge in der Nähe von Chester und in der Moorland von East Anglia, wo Kohle aus den Midlands über den Car Dyke zum Trocknen von Getreide transportiert wurde. Kohleschlacken wurden in den Herden von gefunden Villen und militärische Festungen , insbesondere in Northumberland, datiert auf etwa 400 n. Chr. Im Westen Englands beschrieben zeitgenössische Schriftsteller das Wunder eines permanenten Kohlenbeckens auf dem Altar der Minerva Die Gewässer von Sulis (heutiges Bath), obwohl tatsächlich leicht zugängliche Oberflächenkohle aus dem heutigen Somerset-Kohlefeld in recht niedrigen Wohnhäusern vor Ort allgemein verwendet wurde.

Es gibt jedoch keine Hinweise darauf, dass das Produkt in Großbritannien vor dem Hochmittelalter, nach etwa 1000 n. Chr., Von großer Bedeutung war. Mineral Kohle wurde als 'Seekohle' bezeichnet, wahrscheinlich weil sie an vielen Orten in Ostengland vorkam, darunter auch London , auf dem Seeweg. Dies wird als wahrscheinlichere Erklärung für den Namen akzeptiert, als dass er an Stränden gefunden wurde, nachdem er von den freigelegten Kohleflözen darüber gefallen oder aus Unterwasser-Kohleflözen herausgespült worden war. Diese leicht zugänglichen Quellen waren weitgehend erschöpft (oder konnten die wachsende Nachfrage nicht decken). 13. Jahrhundert , als der Untertagebau aus Schächten oder Stollen entwickelt wurde. Im London Es gibt immer noch eine Seacoal Lane (an der Nordseite von Ludgate Hill), wo früher die Kohlehändler ihre Geschäfte abwickelten. Ein alternativer Name war 'Pitcoal', weil es aus Minen stammte.

Etymologie und Folklore

Der Begriff stammt aus dem angelsächsischen Wort Kol „Holzkohle“ und ist verwandt mit einer gemeinsamen germanischen Wurzel ansonsten unklarer Herkunft.

Es ist verbunden mit der astrologische Zeichen Steinbock und wird von Dieben getragen, um sie vor Entdeckung zu schützen und ihnen bei der Verfolgung bei der Flucht zu helfen. Es ist ein Element eines beliebten Rituals, das mit Silvester verbunden ist. Von brennenden Kohlen zu träumen, ist ein Symbol für Enttäuschung, Ärger, Leiden und Verlust, es sei denn, sie brennen hell, wenn das Symbol Erbauung und Fortschritt verspricht.

In den angelsächsischen Ländern Weihnachtsmann soll statt Weihnachtsgeschenken einen Klumpen Kohle in den Strümpfen unartiger Kinder hinterlassen.

Im Schottland Kohle wird einem Haushalt als symbolisches Geschenk im Hogmanay-Ritual des ersten Schrittes gebracht.

Komposition

Kohlenstoff bildet mehr als 50 Gewichtsprozent und mehr als 70 Volumenprozent der Kohle (einschließlich Eigenfeuchte). Dieser ist auf Kohle angewiesen Rang , mit höherwertigen Kohlen, die weniger Wasserstoff, Sauerstoff und Stickstoff enthalten, bis eine Kohlenstoffreinheit von 95 % bei Anthrazit-Reinheit und höher erreicht wird. Aus Kohle gebildeter Graphit ist das Endprodukt der thermischen und diagenetischen Umwandlung von Pflanzenmaterial (50 Vol.-% Wasser) in reinen Kohlenstoff.

Kohle enthält normalerweise eine beträchtliche Menge an zufälliger Feuchtigkeit, bei der es sich um das Wasser handelt, das in der Kohle zwischen den Kohlepartikeln eingeschlossen ist. Kohlen werden normalerweise nass abgebaut und können nass gelagert werden, um eine Selbstentzündung zu verhindern, daher wird der Kohlenstoffgehalt von Kohle sowohl als „wie abgebaut“ als auch als „feuchtigkeitsfrei“ angegeben.

Braunkohle und andere minderwertige Kohlen enthalten immer noch eine beträchtliche Menge an Wasser und anderen flüchtigen Bestandteilen, die in den Partikeln der Kohle eingeschlossen sind, die als Mazerale bekannt sind. Dieses ist entweder in den Kohlepartikeln oder als Wasserstoff- und Sauerstoffatome in den Molekülen vorhanden. Dies liegt daran, dass Kohle aus Kohlenhydratmaterial wie Zellulose in Kohlenstoff umgewandelt wird, was ein inkrementeller Prozess ist (siehe unten). Kohlekohlenstoffgehalte hängen daher auch stark davon ab, inwieweit dieser Zellulosebestandteil in der Kohle erhalten bleibt.

Andere Bestandteile von Kohlen umfassen Mineral Materie, meist als Silikatmineralien wie z Tone , Illit, Kaolinit usw. sowie karbonatische Mineralien wie Siderit, Calcit und Aragonit. Eisensulfidmineralien wie z Pyrit sind übliche Bestandteile von Kohlen. Es werden auch Sulfatmineralien gefunden, ebenso wie eine Form von Salz, Spuren von Metallen, insbesondere Eisen, Uran, Cadmium und (selten) Gold.

Methangas ist ein weiterer Bestandteil von Kohle, das durch Methanogenese entsteht. Methan in Kohle ist gefährlich, da es Kohleflözexplosionen verursachen kann, insbesondere in Untertageminen, und eine Selbstentzündung der Kohle verursachen kann. Es ist jedoch ein wertvolles Nebenprodukt des Kohlebergbaus und dient als bedeutende Quelle für Erdgas .

Die Kohlezusammensetzung wird durch spezifische Kohleanalysetechniken bestimmt und wird durchgeführt, um das physikalische, chemische und mechanische Verhalten der Kohle zu quantifizieren, einschließlich dessen, ob sie ein guter Kandidat für Kokskohle ist.

Einige der Mazerale der Kohle sind:-

• Vitrinit: fossiles Holzgewebe, wahrscheinlich oft Holzkohle aus Waldbränden in den Kohlenwäldern
• Fusinit: aus Torf aus Rindengewebe
• Exinit: fossile Sporenhüllen und Pflanzenkutikula
• Resinit: fossiles Harz und Wachs
• Alginit: fossiles Algenmaterial

Herkunft der Kohle

Dikrodium Farnfossilien im Bohrkern, Surat-Becken, Queensland, aus Schlick, der sich in Kohleflözen trennt. Versteinertes Pflanzenmaterial deutet darauf hin, dass sich diese Kohle um Pflanzen herum gebildet hat.

Kohle wird aus Pflanzenresten gebildet, die im Laufe der geologischen Zeit durch Hitze und Druck verdichtet, gehärtet, chemisch verändert und umgewandelt wurden.

Kohle wurde in Sumpfökosystemen gebildet, die in Sedimentbecken im Tiefland bestanden, ähnlich beispielsweise den Torfsümpfen von Borneo heute. Diese Sumpfumgebungen wurden während des langsamen Absinkens passiver Kontinentalränder gebildet, und die meisten scheinen sich neben Mündungs- und Meeressedimenten gebildet zu haben, was darauf hindeutet, dass sie sich möglicherweise in Gezeitendeltaumgebungen befunden haben. Sie werden oft als „Kohlewälder“ bezeichnet.

Wenn Pflanzen in diesen Torfsumpfumgebungen sterben, wird ihre Biomasse in anaeroben aquatischen Umgebungen abgelagert, wo sie niedrig sind Sauerstoff Ebenen verhindern ihren vollständigen Zerfall durch Bakterien und Oxidation. Damit Massen von unzersetztem organischem Material erhalten bleiben und wirtschaftlich wertvolle Kohle bilden, muss die Umwelt über längere Zeiträume stabil bleiben, und das Wasser, das diese Torfsümpfe speist, muss im Wesentlichen frei von Sedimenten bleiben. Dies erfordert eine minimale Erosion im Hochland der Flüsse, die die Kohlesümpfe speisen, und ein effizientes Einfangen der Sedimente.

Schließlich und normalerweise aufgrund des anfänglichen Beginns der Orogenese oder anderer tektonischer Ereignisse hört die kohlebildende Umgebung auf. In den meisten Fällen ist dies abrupt, wobei die meisten Kohleflöze einen messerscharfen oberen Kontakt mit den darüber liegenden Sedimenten haben. Dies deutet darauf hin, dass der Beginn einer weiteren Sedimentation das Torfsumpf-Ökosystem schnell zerstört und es während des anhaltenden Absinkens durch mäandrierende Bach- und Flussumgebungen ersetzt.

Die Bestattung durch Sedimentbelastung auf dem Torfsumpf wandelt die organische Substanz durch die folgenden Prozesse in Kohle um:

• Verdichtung aufgrund der Belastung der Sedimente auf der Kohle, die die organische Substanz plattdrückt
• Entfernung des Wassers, das im Torf zwischen den Pflanzenfragmenten enthalten ist
• bei fortschreitender Verdichtung Entzug von Wasser aus der interzellulären Struktur versteinerter Pflanzen
• mit Wärme und Verdichtung Entfernung von molekularem Wasser
• Methanogenese; Ähnlich wie bei der Behandlung von Holz in einem Schnellkochtopf entsteht Methan, das Wasserstoff und etwas Kohlenstoff und etwas weiteren Sauerstoff (als Wasser) entfernt.
• Dehydrierung, die Hydroxylgruppen aus der Zellulose und anderen Pflanzenmolekülen entfernt, was zur Produktion von wasserstoffreduzierter Kohle führt

Im Allgemeinen werden zur Bildung eines Kohleflözes mit einer Mächtigkeit von 1 Meter zwischen 10 und 30 Meter Torf benötigt. Torf hat einen Feuchtigkeitsgehalt von bis zu 90 %, daher ist der Wasserverlust von größter Bedeutung bei der Umwandlung von Torf in Braunkohle, die niedrigste Art von Steinkohle. Braunkohle wird dann durch Dehydrierung und Methanogenese in Steinkohle umgewandelt. Weitere Dehydrierungsreaktionen, bei denen nach und nach mehr Methan und höhere Kohlenwasserstoffgase wie Ethan, Propan usw. entfernt werden, erzeugen bituminöse Kohle, und wenn dieser Prozess bei submetamorphen Bedingungen abgeschlossen ist, werden Anthrazit und Graphit gebildet.

Dichrodium Farnfossilien aus Kohlenflözen, Queensland. Kohle enthält im Grunde immer solche fossilen Abdrücke, die ihren organischen Ursprung verraten.

Hinweise auf die Arten von Pflanzen, die zu kohlenstoffhaltigen Ablagerungen beigetragen haben, können gelegentlich in den Schiefer- und Sandsteinsedimenten gefunden werden, die über Kohleablagerungen und in der Kohle liegen. Fossile Beweise sind am besten in Braunkohlen und subbituminösen Kohlen erhalten, obwohl Fossilien in Anthrazit nicht allzu selten sind. Bisher wurden nur drei Fossilien in aus Kohle entstandenen Graphitflözen gefunden.

Die größte Kohlebildungszeit in der Erdgeschichte war während der Karbon Ära (vor 280 bis 345 Millionen Jahren). Weitere große Kohlevorkommen finden sich in der Perm , mit weniger, aber immer noch signifikant Trias und Jura Einlagen und kleinere Kreide und jüngere Braunkohlevorkommen. In den modernen europäischen Niederungen Hollands und Deutschlands haben sich beträchtliche Torfschichten angesammelt, die von der Allgegenwart des Kohlebildungsprozesses zeugen.

In Europa, Asien und Nordamerika ist die Karbon Kohle wurde aus tropischen Sumpfwäldern gebildet, die manchmal als 'Kohlewälder' bezeichnet werden. Karbonkohle der südlichen Hemisphäre entstand aus der Glossopteris-Flora, die auf der kalten periglazialen Tundra wuchs, als der Südpol weit im Landesinneren von Gondwanaland lag.

Arten von Kohle

Da geologische Prozesse im Laufe der Zeit Druck auf Torf ausüben, wird er sukzessive umgewandelt in:

• Braunkohle – auch Braunkohle genannt – ist die unterste Kohleklasse und wird fast ausschließlich als Brennstoff für die dampfelektrische Stromerzeugung verwendet. Jet ist eine kompakte Form von Braunkohle, die manchmal poliert ist und seit dem als Schmuckstein verwendet wird Eisenzeit .
• Substeinkohle - deren Eigenschaften von denen der Braunkohle bis zu denen der Steinkohle reichen und hauptsächlich als Brennstoff für die Stromerzeugung aus Dampf und Strom verwendet werden.
• Steinkohle - eine dichte Kohle, normalerweise schwarz, manchmal dunkelbraun, oft mit gut definierten Bändern aus hellem und mattem Material, die hauptsächlich als Brennstoff in der Dampf-Elektro-Stromerzeugung verwendet wird, wobei erhebliche Mengen auch für Wärme- und Stromanwendungen in der Fertigung und verwendet werden Cola zu machen.
• Anthrazit - der höchste Rang; eine härtere, glänzende schwarze Kohle, die hauptsächlich zum Heizen von Wohn- und Gewerberäumen verwendet wird.

Verwendet

Kohletriebwagen in Ashtabula, Ohio.

Kohle als Brennstoff

Kohle wird hauptsächlich als fester Brennstoff zur Erzeugung von Strom und Wärme durch Verbrennung verwendet. Der weltweite Kohleverbrauch beträgt jährlich etwa 5.800 Millionen Tonnen (5,3 Petagramm), von denen etwa 75 % für die Stromerzeugung verwendet werden. Die Region inkl Volksrepublik China und Indien verbraucht jährlich etwa 1.700 lange Tonnen (1,5 Pg), voraussichtlich mehr als 3.000 Millionen kurze Tonnen (2,7 Pg) im Jahr 2025. Die USA verbrauchen jedes Jahr etwa 1.100 Millionen kurze Tonnen (1,0 Pg) Kohle, wobei 90 % davon für die Erzeugung verwendet werden Elektrizität. Kohle ist die am schnellsten wachsende Energiequelle der Welt, wobei der Kohleverbrauch in dem im Dezember 2004 endenden Dreijahreszeitraum um 25 % gestiegen ist (BP Statistical Energy Review, Juni 2005).

Wenn Kohle zur Stromerzeugung verwendet wird, wird sie normalerweise pulverisiert und dann in einem Ofen mit einem Kessel verbrannt. Die Ofenwärme wandelt Kesselwasser in Dampf um, der dann zum Drehen von Turbinen verwendet wird, die Generatoren antreiben und Strom erzeugen. Die thermodynamische Effizienz dieses Prozesses wurde im Laufe der Zeit verbessert. 'Standard'-Dampfturbinen haben für den gesamten Prozess einen thermodynamischen Wirkungsgrad von etwa 35–40 % erreicht, aber das Aufkommen von überkritischen Turbinen, die bei extrem hohen Temperaturen und Drücken laufen, hat zu Wirkungsgraden von 46 % geführt, mit weiteren Erhöhungen des Temperatur- und Druckangebots Potenzial für noch höhere Wirkungsgrade Ungefähr 40 % der weltweiten Stromerzeugung verwendet Kohle, und die gesamten bekannten Vorkommen, die durch aktuelle Technologien gewinnbar sind, reichen für eine Nutzung von 300 Jahren bei den derzeitigen Nutzungsniveaus aus, obwohl die maximale Produktion innerhalb von Jahrzehnten erreicht werden könnte (siehe World Coal Reserves , unter).

Ein vielversprechender, energieeffizienterer Weg, Kohle zur Stromerzeugung zu nutzen, wären Festoxid-Brennstoffzellen oder Schmelzkarbonat-Brennstoffzellen (oder alle auf Sauerstoffionentransport basierenden Brennstoffzellen, die nicht zwischen Brennstoffen unterscheiden, solange sie Sauerstoff verbrauchen ), die einen kombinierten Wirkungsgrad von 60 % bis 85 % erreichen könnten (direkter Strom + Abhitzedampfturbine). Derzeit können diese Brennstoffzellentechnologien nur gasförmige Brennstoffe verarbeiten, und sie sind auch empfindlich gegenüber Schwefelvergiftungen, Probleme, die erst ausgearbeitet werden müssten, bevor ein großtechnischer kommerzieller Erfolg mit Kohle möglich ist. Soweit gasförmige Brennstoffe gehen, ist eine Idee pulverisierte Kohle in einem Gasträger, wie beispielsweise Stickstoff. Eine weitere Option ist die Kohlevergasung mit Wasser, die die Brennstoffzellenspannung senken kann, indem Sauerstoff auf der Brennstoffseite des Elektrolyten zugeführt wird, aber auch die Kohlenstoffbindung stark vereinfachen kann.

Verkokung und Verwendung von Koks

Koks ist ein fester kohlenstoffhaltiger Rückstand aus asche- und schwefelarmer Steinkohle, aus dem die flüchtigen Bestandteile durch Backen in einem Ofen ohne Sauerstoff bei Temperaturen von bis zu 1.000 ° C (1.832 ° F) ausgetrieben werden, so dass der feste Kohlenstoff und Restasche werden miteinander verschmolzen. Koks wird als Brennstoff und als Reduktionsmittel beim Schmelzen verwendet Eisen Erz in einem Hochofen. Koks aus Kohle ist grau, hart und porös und hat einen Heizwert von 24,8 Millionen Btu/Tonne (29,6 MJ/kg). Nebenprodukte dieser Umwandlung von Kohle zu Koks sind Kohlenteer, Ammoniak , Leichtöle und 'Kohlengas'.

Petrolkoks ist der bei der Ölraffination erhaltene feste Rückstand, der Koks ähnelt, aber zu viele Verunreinigungen enthält, um für metallurgische Anwendungen nützlich zu sein.

Vergasung

Hohe Öl- und Erdgaspreise führen zu einem verstärkten Interesse an „BTU Conversion“-Technologien wie z Kohlevergasung , Methanisierung und Verflüssigung.

Die Kohlevergasung zerlegt die Kohle in ihre Bestandteile, normalerweise indem sie hohen Temperaturen und Drücken ausgesetzt wird, wobei Dampf und abgemessene Mengen an Sauerstoff verwendet werden. Dabei entstehen Kohlendioxid und Sauerstoff sowie andere gasförmige Verbindungen.

In der Vergangenheit wurde Kohle in Kohlegas umgewandelt, das zum Verbrennen zum Beleuchten, Heizen und Kochen an die Kunden geleitet wurde. Derzeit, desto sicherer Erdgas wird stattdessen verwendet. Südafrika verwendet immer noch die Vergasung von Kohle für einen Großteil seines petrochemischen Bedarfs.

Die Vergasung ist auch eine Möglichkeit für die zukünftige Energienutzung, da sie im Allgemeinen heißer und sauberer verbrennt als herkömmliche Kohle und somit eine effizientere Gasturbine statt einer Dampfturbine antreiben kann. Es macht auch möglich, dass keine Kohlendioxidemissionen entstehen, obwohl die Energie aus der Umwandlung von Kohlenstoff in Kohlendioxid stammt. Dies liegt daran, dass bei der Vergasung eine viel höhere Konzentration an Kohlendioxid entsteht als bei der direkten Verbrennung von Kohle Luft (das ist hauptsächlich Stickstoff). Die höheren Kohlendioxidkonzentrationen machen die Kohlenstoffabscheidung und -speicherung wirtschaftlicher als es sonst der Fall wäre.

Verflüssigung

Kohle kann auch durch verschiedene Prozesse in flüssige Brennstoffe wie Benzin oder Diesel umgewandelt werden. Das Fischer-Tropsch-Verfahren zur indirekten Synthese flüssiger Kohlenwasserstoffe wurde in verwendet Nazi Deutschland seit vielen Jahren und wird heute von Sasol in verwendet Südafrika – in beiden Fällen, weil diese Regime politisch isoliert waren und Rohöl nicht auf dem freien Markt kaufen konnten. Kohle würde vergast werden, um Synthesegas herzustellen (eine ausgewogene gereinigte Mischung aus CO und H _zwei Gas) und das Synthesegas kondensiert mit Fischer-Tropsch-Katalysatoren zu leichten Kohlenwasserstoffen, die zu Benzin und Diesel weiterverarbeitet werden. Synthesegas kann auch in Methanol umgewandelt werden, das als Kraftstoff, Kraftstoffadditiv verwendet oder über das Mobil M-Gas-Verfahren zu Benzin weiterverarbeitet werden kann.

Ein direktes Verflüssigungsverfahren Bergius-Verfahren (Verflüssigung durch Hydrierung) ist ebenfalls verfügbar, wurde jedoch nicht außerhalb verwendet Deutschland , wo solche Prozesse sowohl während betrieben wurden Erster Weltkrieg und Zweiter Weltkrieg . SASOL in Südafrika hat mit direkter Hydrierung experimentiert. Mehrere andere direkte Verflüssigungsverfahren wurden entwickelt, darunter die SRC-I- und SRC-II-Verfahren (Solvent Refined Coal), die von Gulf Oil entwickelt und in den 1960er und 1970er Jahren als Pilotanlagen in den Vereinigten Staaten implementiert wurden.

Ein weiteres direktes Hydrierungsverfahren wurde 1976 von der NUS Corporation erforscht und von Wilburn C. Schroeder patentiert. Der Prozess umfasste getrocknete, pulverisierte Kohle, gemischt mit etwa 1 Gew.-% Molybdän-Katalyse. Die Hydrierung erfolgte durch Verwendung von Hochtemperatur- und Hochdruck-Synthesegas, das in einem separaten Vergaser erzeugt wurde. Das Verfahren ergab schließlich ein synthetisches Rohprodukt, Naphtha, eine begrenzte Menge an C ₃ /C ₄ Gas, leichte bis mittelschwere Flüssigkeiten (C ₅ -C ₁₀ ) als Brennstoff geeignet, geringe Mengen NH ₃ und erhebliche Mengen an CO _zwei .

Noch ein weiteres Verfahren zur Herstellung flüssiger Kohlenwasserstoffe aus Kohle ist die Niedertemperaturkarbonisierung (LTC). Kohle wird bei Temperaturen zwischen 450 und 700 °C verkokt, verglichen mit 800 bis 1000 °C für metallurgischen Koks. Diese Temperaturen optimieren die Produktion von Kohlenteeren, die reicher an leichteren Kohlenwasserstoffen sind als normaler Kohlenteer. Der Kohlenteer wird dann zu Kraftstoffen weiterverarbeitet. Das Karrick-Verfahren wurde in den 1920er Jahren von Lewis C. Karrick entwickelt, einem Ölschiefertechnologen beim U.S. Bureau of Mines.

Alle diese Herstellungsverfahren für Flüssigbrennstoff setzen frei Kohlendioxid (CO _zwei ) im Umwandlungsprozess, weit mehr als bei der Gewinnung und Raffination der flüssigen Kraftstoffproduktion aus Erdöl freigesetzt wird. Wenn diese Methoden eingeführt würden, um die abnehmenden Erdölvorräte zu ersetzen, würden die Kohlendioxidemissionen weltweit stark zunehmen. Für zukünftige Verflüssigungsprojekte wird die Sequestrierung von Kohlendioxid vorgeschlagen, um eine Freisetzung in die Atmosphäre zu vermeiden. Als CO _zwei ist einer der Prozessströme, deren Sequestrierung einfacher ist als aus Rauchgasen, die bei der Verbrennung von Kohle entstehen Luft , wo CO _zwei wird durch verdünnt Stickstoff- und andere Gase. Die Sequestration wird jedoch die Kosten erhöhen.

Die Kohleverflüssigung ist eine der Backstop-Technologien, die möglicherweise die Eskalation der Ölpreise begrenzen und die Auswirkungen einer Energieknappheit im Transportwesen bei Peak Oil mildern könnte. Dies hängt davon ab, ob die Produktionskapazität der Verflüssigung groß genug wird, um die sehr große und wachsende Nachfrage nach Erdöl zu befriedigen. Schätzungen der Kosten für die Herstellung flüssiger Brennstoffe aus Kohle deuten darauf hin, dass die inländische US-Produktion von Brennstoff aus Kohle bei einem Ölpreis von etwa 35 USD pro Barrel (Break-Even-Kosten) kostenmäßig wettbewerbsfähig wird. Dieser Preis liegt zwar über dem historischen Durchschnitt, aber deutlich unter den aktuellen Ölpreisen. Dies macht Kohle vorerst zu einer rentablen finanziellen Alternative zu Öl, obwohl die Produktion nicht groß genug ist, um Synfuels in großem Maßstab rentabel zu machen. .

Unter den kommerziell ausgereiften Technologien wird von Williams und Larson (2003) über den Vorteil der indirekten Kohleverflüssigung gegenüber der direkten Kohleverflüssigung berichtet. Schätzungen werden für Standorte in China gemeldet, an denen die Break-Even-Kosten für die Kohleverflüssigung im Bereich zwischen 25 und 35 USD/Barrel Öl liegen könnten.

Schädliche Auswirkungen der Kohleverbrennung

Die Verbrennung von Kohle erzeugt wie jede andere kohlenstoffhaltige Verbindung Kohlendioxid (CO _zwei ) und Stickoxide (NO _x ) zusammen mit unterschiedlichen Mengen an Schwefeldioxid (SO _zwei ) abhängig davon, wo es abgebaut wurde. Schwefeldioxid reagiert mit Sauerstoff zu Schwefeltrioxid (SO ₃ ), das dann mit Wasser reagiert, um sich zu bilden Schwefelsäure . Die Schwefelsäure wird der Erde als zurückgeführt saurer Regen .

Emissionen aus Kohlekraftwerken stellen die größte Quelle dar Kohlendioxid Emissionen, die als Hauptursache für verwickelt wurden Erderwärmung . Kohlebergbau und stillgelegte Bergwerke emittieren auch Methan, eine weitere Ursache für die globale Erwärmung. Da der Kohlenstoffgehalt von Kohle viel höher ist als der von Öl, ist die Verbrennung von Kohle eine ernsthaftere Bedrohung für die Stabilität des globalen Klimas. Viele andere Schadstoffe sind in den Emissionen von Kohlekraftwerken vorhanden. Eine von Umweltverbänden in Auftrag gegebene Studie behauptet, dass die Emissionen von Kohlekraftwerken allein in den Vereinigten Staaten jährlich für Zehntausende von vorzeitigen Todesfällen verantwortlich sind. Moderne Kraftwerke verwenden eine Vielzahl von Techniken, um die Schädlichkeit ihrer Abfallprodukte zu begrenzen und die Effizienz der Verbrennung zu verbessern, obwohl diese Techniken in den USA keinen Standardprüfungen oder -vorschriften unterliegen und in einigen Ländern nicht weit verbreitet sind, wie sie hinzufügen die Kapitalkosten des Kraftwerks. Um CO zu eliminieren _zwei Emissionen aus Kohlekraftwerken, Kohlenstoffabscheidung und -speicherung vorgeschlagen, muss aber noch kommerziell genutzt werden.

Kohle und Kohleabfallprodukte einschließlich Flugasche, Bodenasche, Kesselschlacke und Rauchgasentschwefelung enthalten viele Schwermetalle, einschließlich Arsen , führen , Merkur , Nickel , Vanadium , Beryllium , Cadmium , Barium , Chrom , Kupfer , Molybdän , Zink , Selen und Radium , die bei Freisetzung in die Umwelt gefährlich sind. Kohle enthält auch geringe Mengen an Uran , Thorium , und andere natürlich vorkommende radioaktive Isotope, deren Freisetzung in die Umwelt zu einer radioaktiven Kontamination führen kann. Während diese Substanzen Spurenverunreinigungen sind, wird genug Kohle verbrannt, dass erhebliche Mengen dieser Substanzen freigesetzt werden, was paradoxerweise zu mehr radioaktivem Abfall führt als Kernkraftwerke.

Aufgrund ihres wissenschaftlich anerkannten Zusammenhangs mit dem Klimawandel, der weltweiten Abhängigkeit von Kohle als Energiequelle und gesundheitlichen Bedenken in Gebieten mit schlechter Luftreinhaltung bezeichnete The Economist die Verbrennung von Kohle kürzlich als „Umweltfeind Nr. 1“.

Energiedichte

Die Energiedichte von Kohle beträgt etwa 24 Megajoule pro Kilogramm. Es ist vielleicht sinnvoller, dies in eine andere Energieeinheit, Kilowattstunden, umzuwandeln. Dies ist die Einheit, die Elektrizität wird am häufigsten verkauft. In diesem Fall beträgt die Energiedichte von Kohle 6,67 kW*Stunden/kg.

Man kann diese Informationen verwenden, um herauszufinden, wie viel Kohle benötigt wird, um Dinge anzutreiben. Um beispielsweise einen 100-Watt-Computer ein Jahr lang zu betreiben, wird so viel Strom benötigt:

.

Ein typischer thermodynamischer Wirkungsgrad von Kohlekraftwerken liegt bei etwa 30 %. Von den 6,67 kWh Energie pro Kilogramm Kohle können etwa 30 % erfolgreich verstromt werden – der Rest ist Abwärme. Kohlekraftwerke erhalten ~2,3 kW*Stunden/kg verbrannte Kohle.

Setzt man diese Informationen ein, findet man heraus, wie viel Kohle verbrannt werden muss, um einen typischen Computer ein Jahr lang mit Strom zu versorgen:

.

Es braucht 838 Pfund Kohle, um einen Computer ein ganzes Jahr lang mit Strom zu versorgen.

Kohlefeuer

Weltweit brennen Hunderte von Kohlebränden. Diejenigen, die unter der Erde brennen, können schwer zu lokalisieren sein und viele können nicht gelöscht werden. Brände können dazu führen, dass der Boden darüber absinkt, Verbrennungsgase lebensgefährlich sind und ein Ausbruch an die Oberfläche Flächenbrände auslösen kann. Siehe auch Minenbrand.

Kohleflöze können durch Selbstentzündung oder Kontakt mit einem Minen- oder Oberflächenbrand in Brand gesetzt werden. Ein Grasbrand in einem Kohlerevier kann Dutzende Kohleflöze in Brand setzen. Kohlebrände in China verbrennen jährlich 120 Millionen Tonnen Kohle und stoßen dabei 360 Millionen Tonnen Kohlendioxid aus. Dies entspricht 2-3% der jährlichen weltweiten CO-Produktion _zwei aus fossilen Brennstoffen oder so viel, wie von allen Autos und leichten Lastwagen in den Vereinigten Staaten emittiert wird.

In Centralia, Pennsylvania (ein Stadtteil in der Kohleregion der Vereinigte Staaten ) eine freigelegte Kohleader, die sich 1962 aufgrund eines Müllbrandes in der Deponie des Bezirks entzündete, die sich in einer verlassenen anthrazitfarbenen Tagebaugrube befand. Löschversuche blieben erfolglos, bis heute brennt es unterirdisch weiter.

Der rötliche Siltstone-Felsen, der viele Grate und Buttes im Powder River Basin (Wyoming) und im Westen von North Dakota bedeckt, wird genannt Porzellanit , die auch dem kohleverbrennenden Abfall „Klinker“ oder der vulkanischen „Schlacke“ ähneln können. Klinker ist Gestein, das durch die natürliche Verbrennung von Kohle geschmolzen wurde. Im Fall des Powder River Basin wurden in den letzten drei Millionen Jahren etwa 27 bis 54 Milliarden Tonnen Kohle verbrannt. Wilde Kohlenbrände in der Gegend wurden von der Lewis and Clark Expedition sowie Entdeckern und Siedlern in der Gegend gemeldet.

Das australisch Burning Mountain wurde ursprünglich für einen Vulkan gehalten, aber der Rauch und die Asche stammen von einem Kohlefeuer, das möglicherweise seit über 5.500 Jahren brennt.

Weltweite Kohlereserven

Kohleregionen in den USA

Es wurde geschätzt, dass ab 1996 etwa ein Exagramm (1 × 10 ^fünfzehn kg oder 1 Billion Tonnen) der gesamten Kohlereserven, die mit der aktuellen Bergbautechnologie zugänglich sind, wobei etwa die Hälfte davon Steinkohle ist. Der Energiewert der gesamten Kohle der Welt beträgt weit über 100.000 Billiarden BTU (100 Zettajoule). Wahrscheinlich reicht die Kohle für 300 Jahre. Diese Schätzung geht jedoch von keinem Bevölkerungswachstum und keinem verstärkten Einsatz von Kohle aus, um zu versuchen, die Erschöpfung von Erdgas und Erdöl auszugleichen. Eine aktuelle (2003) Studie des Wissenschaftlers Gregson Vaux, die diese Faktoren berücksichtigt, schätzt, dass die Kohle in den Vereinigten Staaten im Durchschnitt bereits 2032 ihren Höchststand erreichen könnte. „Peak“ bedeutet nicht, dass die Kohle verschwindet, sondern definiert die Zeit, nach der die Kohleproduktion unabhängig von den aufgewendeten Anstrengungen in Menge und Energiegehalt zu sinken beginnt. Das Verschwinden der Kohle wird viel später, um das Jahr 2267 herum, eintreten, vorausgesetzt, alle anderen Faktoren ändern sich nicht. British Petroleum schätzt in seinem Jahresbericht 2006, dass es Ende 2005 909.064 Millionen Tonnen waren bewiesen Kohlereserven weltweit oder 155 Jahre Reserve-zu-Produktion-Verhältnis.

Das Energieministerium der Vereinigten Staaten verwendet Schätzungen von Kohlereserven im Bereich von 1.081.279 Millionen Tonnen, was etwa 4.786 BBOE (Milliarden Barrel Öläquivalent) entspricht. Die im Jahr 2001 verbrannte Kohlemenge wurde mit 2,337 GTOE (Gigatonnen Öläquivalent) berechnet, was etwa 46 MBOED (Millionen Barrel Öläquivalent pro Tag) entspricht. Bei dieser Rate reichen diese Reserven für 285 Jahre. Zum Vergleich: Erdgas lieferte im Jahr 2001 51 MBOED und Öl 76 MBD (Millionen Barrel pro Tag).

Von den 3 fossilen Brennstoffen hat Kohle die am weitesten verbreiteten Reserven, und Kohle wird in über 100 Ländern und auf allen Kontinenten außer der Antarktis abgebaut. Die größten Reserven befinden sich in den USA, Russland, China, Pakistan, Indien, Australien und Südafrika.

Land	Bitumen (einschließlich Anthrazit)	Subbituminös	Braunkohle	GESAMT
vereinigte Staaten von Amerika	115891	101021	33082	249994
Russische Föderation	49088	97472	10450	157010
China	62200	33700	18600	114500
Indien	82396		2000	84396
Australien	42550	1840	37700	82090
Deutschland	23000		43000	66000
Südafrika	49520			49520
Ukraine	16274	15946	1933	34153
Kasachstan	31000		3000	34000
Polen	20300		1860	22160
Serbien, Montenegro	64	1460	14732	16256
Brasilien		11929		11929
Kolumbien	6267	381		6648
Kanada	3471	871	2236	6578
Tschechische Republik	2114	3414	150	5678
Indonesien	790	1430	3150	5370
Botswana	4300			4300
Usbekistan	1000		3000	4000
Truthahn	278	761	2650	3689
Griechenland			2874	2874
Bulgarien	13	233	2465	2711
Pakistan		2265		2265
Iran (Islamische Rep.)	1710			1710
Vereinigtes Königreich	1000		500	1500
Rumänien	1	35	1421	1457
Thailand			1268	1268
Mexiko	860	300	51	1211
Chili	31	1150		1181
Ungarn		80	1017	1097
Peru	960		100	1060
Kirgistan			812	812
Japan	773			773
Spanien	200	400	60	660
Korea (Demokratische Volksrepublik)	300	300		600
Neuseeland	33	206	333	572
Zimbabwe	502			502
Niederlande	497			497
Venezuela	479			479
Argentinien		430		430
Philippinen		232	100	332
Slowenien		40	235	275
Mosambik	212			212
Swasiland	208			208
Tansania	200			200
Nigeria	einundzwanzig	169		190
Grönland		183		183
Slowakei			172	172
Vietnam	150			150
Kongo (Demokratische Rep.)	88			88
Koreanische Republik)	78			78
Niger	70			70
Afghanistan	66			66
Algerien	40			40
Kroatien	6		33	39
Portugal	3		33	36
Frankreich	22		14	36
Italien		27	7	3. 4
Österreich			25	25
Ecuador			24	24
Ägypten (Arabische Rep.)		22		22
Irland	14			14
Sambia	10			10
Malaysia	4			4
Zentralafrikanische Republik			3	3
Myanmar (Burma)	zwei			zwei
Malawi		zwei		zwei
Neu-Kaledonien	zwei			zwei
Nepal	zwei			zwei
Bolivien	1			1
Norwegen		1		1
Taiwan (Republik China)	1			1
Schweden		1		1