Akmens anglis: kas tai, sudėtis, panaudojimas ir poveikis klimatui

Akmens anglis: kas tai, sudėtis, panaudojimas ir poveikis klimatui — sužinokite apie kilmę, energetinį panaudojimą, taršą, CO2 emisijas ir alternatyvias sprendimus.

Akmens anglis yra kieta uoliena, kurią galima deginti kaip kietąjį iškastinį kurą. Daugiausia anglies, bet joje taip pat yra vandenilio, sieros, deguonies ir azoto. Tai nuosėdinė uoliena, susidariusi iš durpių, spaudžiant vėliau ant jų susidariusioms uolienoms.

Durpės, taigi ir akmens anglis, susidaro iš augalų, kurie prieš milijonus metų gyveno tropinėse pelkėse, pavyzdžiui, vėlyvojo karbono (Pensilvanijos) laikotarpio pelkėse, liekanų. Be to, iš medienos, kaitinamos beorėje erdvėje, gali susidaryti medžio anglis, kuri yra panaši į anglį.

Akmens anglis galima deginti energijai arba šilumai gauti. Maždaug du trečdaliai šiandien išgaunamų anglių sudeginama elektrinėse elektros energijai gaminti. Deginant anglis, kaip ir naftą, anglis jungiasi su ore esančiu deguonimi ir susidaro daug anglies dioksido, kuris sukelia klimato kaitą. Dėl šios ir kitos anglies keliamos oro taršos dauguma šalių pereina prie naujų energijos šaltinių, pavyzdžiui, saulės energijos. Tačiau kai kuriose pasaulio dalyse, pavyzdžiui, Kinijoje, vis dar statomos naujos anglimi kūrenamos elektrinės.

Akmens anglis galima skrudinti (kaitinti labai karštoje vietoje, kurioje nėra deguonies) ir gaminti koksą. Koksas gali būti naudojamas lydant metalus iš jų rūdų.

Kas yra akmens anglis — papildoma informacija

Akmens anglis yra organinės kilmės nuosėdinė uoliena, kuri susidaro ilgoje geologinėje procesų grandinėje. Anglies „laipsnis“ arba rank (nuo durpių iki antracito) priklauso nuo tekančios temperatūros ir slėgio bei laiko, per kurį medžiaga buvo transformuojama. Kuo aukštesnis anglies kiekis ir mažesnis drėgnumas/alyvos kiekis, tuo aukštesnė anglies šiluminė vertė ir dažniau ji naudojama pramonėje.

Kokie yra pagrindiniai anglies tipai

• Durpės – ankstyvasis organinės medžiagos kaupimosi etapas, turi mažai anglies ir daug vandens.
• Ruda anglis (lignitas) – žemesnės kokybės anglis, palyginti drėgna, naudojama vietiniam šildymui ir kai kuriose elektrinėse.
• Polanglis (sub-bituminė) – vidutinės kokybės, mažesnės emisijos už rudas anglis, bet vis tiek gana teršianti.
• Bituminė anglis – plačiai naudojama elektrinėse ir pramonėje, geresnė šiluminė vertė.
• Antracitas – aukščiausios kokybės (daug anglies, mažai priemaišų), degina švariau ir karščiau.

Kaip susidaro akmens anglis — procesai

Anglies susidarymas prasideda nuo organinių medžiagų (pelynų, medžių, augalų) kaupimosi pelkėse. Šios medžiagos ilgainiui tampa durpėmis, kurios palaipsniui gilinant ir būnant taikomoje temperatūroje bei slėgyje transformuojasi į žemesnio ir vėliau aukštesnio laipsnio anglis. Procesą veikia geologiniai pokyčiai, mikrobiologinė skaidyba ir termodinaminės sąlygos. Skirtingas laipsnis lemia ir skirtingas panaudojimo galimybes.

Panaudojimas

• Elektrinės: kaip nurodyta aukščiau, didesnė dalis išgaunamos anglies naudojama elektros energijai gaminti.
• Pramonė: anglis ir jos produktai (pvz., koksas) naudojami plieno gamyboje, cemento pramonei, cheminiams produktams gaminti ir katilų kūrenimui.
• Metalo lydymas: koksas yra svarbus reduktorius ir energijos šaltinis dideliuose plieno krosneliuose.
• Degimo alternatyvos: anglis gali būti dujinama arba skystinama (anglies dujinimas, Fischer–Tropsch procesai) ir taip tiekiama kaip skystas arba dujinis kuras bei cheminė žaliava.
• Vietinis šildymas: kai kuriose šalyse anglis vis dar naudojama namų ūkiuose.

Poveikis klimatui ir aplinkai

Dėl deginimo akmens anglis prisideda prie šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimo, ypač anglies dioksido. Karštos ir neefektyvios krosnys bei senos elektrinės išmeta daug CO2, todėl anglis yra viena didžiausių antropogeninių klimato kaitos priežasčių. Be to, anglies deginimas sukelia:

• Oro taršą — sieros dioksidas (SO2), azoto oksidai (NOx), kietosios dalelės (PM), sunkieji metalai (pvz., gyvsidabris), kurie kelia grėsmę sveikatai ir aplinkai.
• Kietąsias atliekas — pelenai ir šlakai, kuriuos reikia saugiai šalinant ir tvarkant.
• Vandens taršą ir ekologinius pokyčius — povandeninis drenažas iš kasyklų, rūgštieji išskyrimai.
• Kasybos poveikį kraštovaizdžiui — atvirų kasyklų anglis išgraužia žemę, sukelia uolienų nuolaužų ir rekultivacijos poreikį.

Taip pat reikšmingos ir socialinės bei sveikatos pasekmės: vietos gyventojų sveikatos sutrikimai dėl blogesnės oro kokybės, darbo sąlygų rizikos kalnakasiams (pvz., plaučių ligos — „juodoji plaučių liga“), bei gyvūnų ir augalų bendrijų nykimas pažeistose teritorijose.

Kaip mažinama žala ir kokios yra alternatyvos

• Emisijų kontrolė – šiluminėse elektrinėse montuojamos sieros dioksido nuėmimo sistemos (FGD), azoto oksidų mažinimo technologijos (SCR/SNCR), išankstinio dulkėtumo valymo filtrai ir aktyvios anglies sistemos sunkiesiems metalams sulaikyti.
• Energijos efektyvumas – modernios krosnys ir kombinuoto ciklo technologijos leidžia daugiau energijos pagaminti mažesnėmis CO2 išmetimo sąnaudomis.
• Carbon Capture and Storage (CCS) – anglies dioksido surinkimas ir ilgalaikis saugojimas arba panaudojimas (CCU). Tai technologija, kuri gali sumažinti emisijas, bet yra brangi ir dar nėra plačiai išplėtota.
• Pereinamasis periodas – daugelis valstybių investuoja į atsinaujinančius energijos išteklius (pvz., saulės energija, vėjo energija), energijos saugojimo sprendimus ir tinklų modernizavimą, siekdamos sumažinti anglies poreikį.
• Kasybos rekultivacija – uždarius kasyklas, atliekama žemės atstatymo programa, vandens valymas ir naujų ekosistemų atkūrimas.

Ateities perspektyvos

Akmens anglies vaidmuo pasaulinėje energijos balanso dalyje pamažu mažėja, ypač dėl klimato politikos, ekonomikų prisitaikymo prie atsinaujinančių šaltinių ir kainos mažėjimo atsinaujinančiai energetikai. Visgi anglis ir toliau bus svarbi kai kuriose pramonės šakose (pvz., kai kuriuose metalurgijos procesuose) ir regionuose, kuriuose perėjimas prie alternatyvų vyksta lėčiau. Svarbu derinti energetikos plėtrą su tvarumo reikalavimais, sveikatos apsauga ir skaidriomis kasybos bei energetikos politikomis.

Jei norite, galiu parengti trumpą santrauką skirtą mokiniams arba suvestinę apie technologijas (pvz., CCS arba anglies dujinimą) su paprastais paaiškinimais.

Istorija

Anglis buvo svarbiausias pramonės revoliucijos kuras. XX a. anglis buvo svarbi geležinkelių krovinių gabenimo dalis Jungtinėje Karalystėje - ji sudarė didžiąją dalį kai kurių bendrovių krovinių kiekio. XXI a. pradžioje, siekiant sumažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą, Jungtinėje Karalystėje ir keliose kitose šalyse buvo uždaryta dauguma anglimi kūrenamų elektrinių.

Didžiosios Britanijos anglių telkiniai XIX amžiuje.

Skirtingos anglies rūšys ir jų susidarymo būdai

Tinkamomis sąlygomis augalinė medžiaga palaipsniui transformuojama į

1. Durpės - tai dar ne anglis.
2. Lignitas (rusvosios anglys) yra nešvariausia anglis, kurią sudaro apie 60-70 proc. anglies ir kuri naudojama kaip kuras elektros energijai gaminti. Smalkės yra kompaktiška lignito forma, kuri kartais poliruojama ir nuo seno naudojama kaip dekoratyvinis akmuo.
3. Subbituminės akmens anglys naudojamos kaip kuras garų elektros energijos gamybai. Be to, jos yra lengvųjų aromatinių angliavandenilių šaltinis cheminės sintezės pramonėje.
4. Bituminės akmens anglys yra tanki uoliena, juoda, kartais tamsiai ruda. Tai palyginti minkšta anglis, kuri lengvai ir greitai skyla ir dega. Naudojama kaip kuras elektrinėse, šilumos ir elektros energijos gamybai, kalvystei ir koksui gaminti.
5. Kadaise akmens anglis buvo plačiai naudojama kaip garo lokomotyvų kuras. Dėl šios specializuotos paskirties JAV ji kartais vadinama jūrine akmens anglimi. Mažoji garo anglis (sausieji maži garo riešutai arba DSSN) buvo naudojama kaip kuras buitiniam vandens šildymui.
6. Antracitas yra kietesnė, blizganti, juoda anglis. Ji ilgiau dega ir daugiausia naudojama gyvenamosioms ir komercinėms patalpoms šildyti.
7. Grafitą sunku deginti, todėl jis ne taip dažnai naudojamas kaip kuras. Jis vis dar naudojamas pieštukuose, sumaišytuose su moliu. Sumaltas į miltelius jis gali būti naudojamas kaip tepalas.

Paprastai manoma, kad deimantas yra galutinis šio proceso rezultatas, tačiau tai nėra tiesa. Deimantas yra anglis, bet jis nesusidaro iš anglies.

Akmens anglių sudėtyje yra priemaišų. Nuo konkrečių priemaišų priklauso jų naudojimas. Koksavimo akmens anglys turi mažai pelenų, sieros ar fosforo. Jie sugadintų aukštakrosnėje pagamintą geležį.

Bituminių anglių sluoksnis Naujosios Škotijos pajūryje

Aplinkosaugos problemos

Deginant anglis, vienam energijos vienetui tenka beveik trečdaliu daugiau anglies dioksido nei deginant naftą ir 80 proc. daugiau nei deginant gamtines dujas. Beveik pusė žmonių išmetamo anglies dioksido susidaro deginant anglis, todėl tai yra didžiausia visuotinio atšilimo priežastis. Anglis prisideda prie rūgščiųjų lietų ir smogo susidarymo, ypač kai deginama be valymo įrenginių. Deginant anglis išsiskiria toksiškos cheminės medžiagos, įskaitant suodžius, gyvsidabrį ir anglies monoksidą, kurios sukelia tokias ligas kaip vėžys ir astma tiek žmonėms, tiek laukiniams gyvūnams. Anglies kasyba, ypač kalnų viršūnių kasyba, gali pažeisti didelius žemės plotus ir sunaikinti natūralias buveines. Aukštesnės rūšies anglys dega švariau nei žemesnės, nors jos vis tiek teršia labiau nei kitas kuras. Deginant anglis susidaro ne tik oro tarša, bet ir toksiški anglies pelenai, kurie, atsitiktinai patekę į aplinką, gali užteršti vandenį. Pasaulyje dega keletas požeminių kasyklų gaisrų. Dėl šių požeminių gaisrų į orą išsiskiria nuodingi dūmai, be to, gali sugriūti virš jų esantis gruntas. Dėl požeminės anglių kasyklos gaisro buvo evakuotas ir šiuo metu apleistas Centralijos miestas Pensilvanijos valstijoje.

Mirtys ir ligos dėl taršos

Sunku pateikti tikslius duomenis apie anglies poveikį sveikatai. Teigiama, kad dėl anglies kasmet anksčiau laiko miršta daugiau kaip 800 000 žmonių ir milijonai žmonių suserga. Anglies kasėjai dažnai suserga pneumokoniozėmis (juodųjų plaučių liga) dėl anglies dulkių poveikio.

Deginant anglis susidaro daug oro taršos

Protestai prieš anglį

Pasipriešinimas anglies taršai buvo viena iš pagrindinių priežasčių, dėl kurių XIX a. prasidėjo šiuolaikinis aplinkosaugos judėjimas.

Protestas prieš klimato kaitos daromą žalą Didžiajam barjeriniam rifui Australijoje


Medžių nameliai, skirti protestuoti prieš Hambacho miško dalies kirtimą dėl Hambacho paviršinės kasyklos Vokietijoje: 2018 m. kirtimas buvo sustabdytas

Anglies pikas

Anglies pikas - tai metai, kuriais iškasama arba sudeginama daugiausia anglies. Daugelyje šalių anglies piko metai jau praėjo, pavyzdžiui, Vokietijoje - 1985 m., o Jungtinėse Amerikos Valstijose - 2008 m. Dabar šios šalys išgauna ir degina mažiau anglies. Tačiau Kinija vis dar kasa daug anglies ir padeda kelioms šalims, pavyzdžiui, Pakistanui, iškasti daugiau anglies ir pastatyti daugiau anglimi kūrenamų elektrinių. Taigi anglies piko metai pasaulyje gali būti praėję.

Anglies suvartojimas pasaulyje

Klausimai ir atsakymai

K: Kas yra anglis?

K: Kaip susidaro akmens anglis?

Klausimas: Kokie yra kai kurie anglies panaudojimo būdai?

K: Koks neigiamas poveikis yra susijęs su anglies deginimu?

K: Ar šalys atsisako naudoti anglis kaip energijos šaltinį?

Paieška pagal raidę