Węgiel jest paliwem kopalnym , niezbędnym do wytwarzania energii elektrycznej, produkcji stali i różnych procesów przemysłowych. Ta lekcja omawia powstawanie, rodzaje, wykorzystanie i wpływ węgla na środowisko.
Węgiel powstał ze szczątków roślin, które żyły na bagnach miliony lat temu. Z biegiem czasu warstwy materiału roślinnego pokryły się błotem i wodą, zatrzymując ten materiał organiczny pod wysokim ciśnieniem i temperaturą. Proces ten, znany jako uwęglanie , przekształca materiał roślinny w węgiel poprzez zmiany biochemiczne i fizyczne. Główne etapy uwęglania obejmują torf, węgiel brunatny, bitum i antracyt, reprezentujące rosnący poziom zawartości węgla i potencjału energetycznego.
Węgiel ma różne zastosowania, przede wszystkim w wytwarzaniu energii elektrycznej i jako surowiec w procesach przemysłowych. W elektrowniach węgiel spala się w celu podgrzania wody w kotłach, tworząc parę. Para napędza turbiny połączone z generatorami, wytwarzając energię elektryczną. Węgiel jest również niezbędny w przemyśle stalowym, gdzie pełni funkcję paliwa i środka redukującego przy produkcji żelaza z rud żelaza w wielkich piecach.
Wykorzystanie węgla ma istotne konsekwencje dla środowiska. Spalanie węgla powoduje uwalnianie substancji zanieczyszczających, w tym dwutlenku siarki ( \(SO_2\) ), tlenków azotu ( \(NO_x\) ) i cząstek stałych, przyczyniając się do zanieczyszczenia powietrza i problemów zdrowotnych. Najbardziej niepokojącym produktem ubocznym spalania węgla jest dwutlenek węgla ( \(CO_2\) ), gaz cieplarniany odpowiedzialny za globalne ocieplenie i zmiany klimatyczne. Środki łagodzące te skutki obejmują stosowanie czystych technologii węglowych, których celem jest ograniczenie szkodliwych emisji, oraz przejście na odnawialne źródła energii.
Charakterystyka węgla różni się w zależności od jego rodzaju. Na przykład węgiel brunatny zawiera więcej wilgoci i mniej węgla niż antracyt, co wpływa na jego zawartość energii i sposób spalania. Właściwości te można ocenić ilościowo w warunkach laboratoryjnych, mierząc parametry, takie jak zawartość wilgoci, substancje lotne, węgiel związany i wartość opałowa (potencjał energetyczny).
Wydobycie węgla polega na wydobywaniu węgla z ziemi metodą odkrywkową lub podziemną. Wydobycie podziemne, choć bardziej kosztowne i niebezpieczne, jest konieczne, gdy pokłady węgla są zbyt głębokie, aby można je było wydobywać odkrywkowo. W górnictwie węgla kamiennego niezbędne są istotne środki bezpieczeństwa, aby zapobiegać wypadkom, w tym monitorowanie gazu (metanu) i zarządzanie pyłem węglowym, stanowiącym zagrożenie pożarowe.
Pomimo znacznych zasobów węgla i jego obecnej roli w globalnej produkcji energii, przyszłość węgla stoi przed wyzwaniami wynikającymi z ochrony środowiska i szybkiego rozwoju odnawialnych źródeł energii. Kraje na całym świecie pracują nad zrównoważeniem korzyści gospodarczych wynikających z węgla z koniecznością ograniczenia emisji gazów cieplarnianych i przeciwdziałania zmianom klimatycznym. Wiąże się to z inwestycjami w bardziej wydajne technologie węglowe i stopniowym przechodzeniem na zrównoważone systemy energetyczne.
Węgiel, jako paliwo kopalne, stał się kamieniem węgielnym rozwoju przemysłu i produkcji energii. Jego powstawanie, rodzaje i zastosowania podkreślają złożoność i wszechstronność tego zasobu naturalnego. Jednakże wpływ zużycia węgla na środowisko wymaga dokładnej ponownej oceny naszej zależności od paliw kopalnych. Postęp technologiczny i zwrot w kierunku odnawialnych źródeł energii mają kluczowe znaczenie dla zrównoważonej przyszłości.
