زغال سنگ چیست و آشنایی با فواید و موارد مصرف آن

زغال سنگ چیست؟ سنگی رسوبی و قابل احتراق است که عموما سیاه و یا قهوه ای بوده و حاوی مقادیر زیادی کربن و هیدروکربن است. زغال سنگ در دسته سوخت های تجدیدناپذیر قرار می گیرد زیرا تشکیل آن میلیون ها سال طول می کشد. این سنگ حاوی انرژی ذخیره شده توسط گیاهانی است که صدها میلیون سال پیش در جنگل های باتلاقی زندگی می کرده اند.

نحوه شکل گیری

شکل گیری زغال سنگ را به 300 میلیون سال پیش نسبت می دهند، جاییکه سطح زمین از دریاهای وسیع، کم عمق و جنگل های متراکم پوشیده شده بود. با گذشت زمان و بر اثر سیل گیاهان خصوصا خزه ها و جلبک در درون گل و لای دفن و فشرده شدند. در حالی که این گیاه ها هر چه بیشتر دفن می شدند، تحت دما و فشار بیشتری قرار می گرفتند.

در این مرحله گل و آب اسیدی مانع از تماس گیاه با اکسیژن می شوند، در نتیجه تجزیه گیاه با سرعت کمتری انجام شده و گیاه می تواند بیشتر کربن خود را حفظ کند. در طی سال ها باتلاقی از این گیاهان دفن شده درست می شود و به آن زغال سنگ نارس گفته می شود.

زغالسنگ نارس منبعی غنی از ترکیبات کربنی است که می تواند به عنوان سوخت مورد استفاده قرار گیرد. این باتلاق ها منبع اصلی انرژی گرمایی در کشورهایی مانند اسکاتلند، ایرلند و روسیه است. در شرایط مناسب نوع نارس می تواند طی فرآیند کربونیزاسیون به زغال سنگ تبدیل شود. کربونیزاسیون تحت فشار و دمای بسیار بالا صورت می گیرد.

معرفی:

زغال سنگ (Coal)، یکی از مهمترین سوخت‌های فسیلی است که در دسته مواد رسوبی طبقه بندی می‌شود. ماده‌ای غنی از کربن که معمولا قهوه‌ای یا سیاه است. حدود 40 درصد از برق در سراسر دنیا از طریق سوختن آن تولید می‌شود. این آمار در بعضی از کشور‌ها بسیار بیشتر است، به طور مثال هلند حدود 94%، آفریقای جنوبی حدود 92%، چین حدود 77% و استرالیا حدود 76% از برق خود را با استفاده از سوختن این سوخت فسیلی تولید می‌کنند. این ماده نقش مهمی را در قرن‌های اخیر ایفا کرده است، نه فقط به خاطر تولید برق بلکه به خاطر نقش مهمی که در تولید فولاد، سیمان و سایر فعالیت‌های صنعتی داشته است.

انواع و موارد مصرف آن:

Coal به طور کلی به چهار دسته: آنتراسیت، بیتومینوس، ساب‌بیتومینوس و زغال سنگ قهوه‌ای تقسیم می‌شود. این طبقه بندی بر اساس نوع و مقدار کربن و انرژی حرارتی که بر اثر سوختن آزاد می‌شود انجام گرفته است. درجه سختی نیز به میزان فشار  و درجه حرارتی بستگی دارد که در طول سال‌ها به گیاهان اعمال شده است.

آنتراسیت (Anthracite): حدودا 86% تا 97% کربن دارد و در بین انواع زغال سنگ بیشترین مقدار ارزش حرارتی را دارد. این ماده عمدتا توسط صنایع مربوط به فلزات مورد استفاده قرار می‌گیرد. میزان ذخایر این ماده در سطح جهان کمتر از 1% کل ذخایر coal است.

بیتومینوس  (Bituminous): این نوع حاوی حدود 45% تا 86% درصد کربن می‌باشد. این ماده در ایالات متحده آمریکا 100 میلیون تا 300 میلیون سال قدمت دارد. معمولا از بیتومینوس برای تولید برق در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. همچنین از آن هم به عنوان سوخت و هم به عنوان مواد اولیه در صنعت آهن و فولاد استفاده می‌شود. حدود 53% از منابع این ماده مربوط به این نوع می‌باشد.

ساب‌بیتومینوس (نیمه بیتومین)  (Subbituminous): این ماده حدود 35% تا 45% کربن دارد و بر اثر سوختن حرارت کمتری نسبت به بیتومینوس تولید می‌کند. این نوع، حدود 30% از ذخایر زغال سنگ جهان را شامل می‌شود و بیشتر در صنعت سیمان کاربرد دارد.

زغال سنگ قهوه‌ای (Lignite): این ماده حدود 25% تا 35% کربن دارد و در این دسته بندی کمترین ارزش حرارتی را نسبت به سایر انواع این ماده دارد. coal قهوه‌ای نسبتا جوان است و در معرض گرما و فشار شدید قرار نگرفته است. این ماده به راحتی خرد می‌شود و از رطوبت بالایی نیز برخوردار است، و به همین دلیل ارزش حرارتی آن پایین است. حدود 13% از کل ذخایر این ماده در جهان را شامل می‌شود.

معادن و روش‌های استخراج:

انتخاب روش استخراج معادن این منبع انرژی تا حد زیادی به زمین شناسی منطقه آن بستگی دارد. معادن زیر زمینی حدود 60 درصد از تولید این ماده در جهان را شامل می‌شود، اگرچه در چندین کشور مهم تولید کننده coal معادن سطحی متداول‌تر هستند. استخراج سطحی حدود 80% از تولید استرالیا و 67% ایالات متحده آمریکا را شامل می‌شود.

استخراج زیر سطحی:

در استخراج زیر سطحی دو روش اصلی وجود دارد: روش اتاق_ستون و روش جبهه کار طولانی

در روش اتاق_ستون، شبکه‌ای از اتاق‌ها در شکاف معدن ایجاد می‌شود و ستون‌هایی از زغال سنگ به منظور جلوگیری از ریزش سقف در هر اتاق ایجاد شده و رها می‌شود و سپس ذخایر آن استخراج می‌شود. این ستون‌ها حدود 40% از حجم معدن را شامل می‌شوند. هر چند این coal گاهی در مراحل بعدی قابل بازیابی است. این امر می‌تواند تحت عنوان فرآیندی به اسم “عقب نشینی معدن” حاصل شود. در این فرآیند با عقب نشینی کارگران، ذخایر از ستون‌ها استخراج می‌شود، سپس سقف سقوط می‌کند و در نهایت معدن متروک می‌شود.

روش جبهه کار طولانی با استفاده از برش‌های مکانیکی استخراج کامل از شکاف معدن صورت می‌گیرد. در این روش قبل از شروع فرآیند استخراج باید برنامه‌ریزی دقیقی انجام گیرد تا اطمینان حاصل شود زمین‌شناسی مطلوبی در تمام بخش‌های معدن وجود دارد. انتخاب روش استخراج معدن معمولا بر اساس ملاحظات اقتصادی است. در بعضی مواقع از هر دو روش بالا به صورت ترکیبی استفاده می‌شود.

استخراج سطحی:

استخراج سطحی تنها زمانی اقتصادی است که شکاف معدن در نزدیکی سطح باشد. بازیابی ذخایر در این روش نسبت به روش زیرسطحی بالاتر می‌باشد چراکه در این روش 90% یا بیشتر از coal قابل استخراج است. در این معادن مساحت بسیار زیادی اشغال می‌شود و همچنین از تجهیزات بسیار بزرگی مانند بیل‌های مکانیکی و کامیون‌های بسیار بزرگ نیز استفاده می‌شود.

قیمت زغال‌ سنگ:

در نمودار شکل زیر قیمت هر تن از این محصول مربوط به مناطق مختلف جهان بر حسب دلار آمریکا از سال 2003 تا پایان 2018 نمایش داده شده است. همانطور که از نمودار مشخص است این محصول در سال 2008 بیشترین قیمت را داشته است.

ذخایر جهانی:

در شکل زیر ذخایر حامل‌های انرژی شامل نفت، گاز طبیعی و Coal موجود در سطح جهان نمایش داده شده است. همانطور که مشاهده می‌کنیم بیشترین ذخایر Coal در آمریکا، اروپا، آسیا و اقیانوسیه موجود می‌باشد.