Cărbune

De la Wikipedia, enciclopedia liberă
Salt la: Navigare, căutare
Acest articol se referă la o rocă sedimentară. Pentru alte sensuri, vedeți Cărbune (dezambiguizare).
Cămin în care se arde turbă.

Cărbunele este o rocă sedimentară de culoare brun - neagră cu proprietăți combustibile formată prin (carbonizare) îmbogățirea în carbon (în condițiile lipsei oxigenului) a resturilor unor plante din epocile geologice. Procesul de incarbonizare a plantelor preistorice s-a produs cu milioane de ani în urmă, prin două procese mai importante:

  1. faza biochimică produsă de bacterii și ciuperci care transformă celuloza și lignina din plante;
  2. faza geochimică, faza propriu zisă de incarbonizare, care se produce la temperaturi și presiuni ridicate formându-se într-un timp îndelungat huila și antracitul. Acest proces are ca rezultat o îmbogățire de peste 50 % din volum în carbon.

Datorită energiei termice ridicate degajate prin ardere huila mai poartă numele de aurul negru.

Formare[modificare | modificare sursă]

Materia inițială de bază din care ia naștere cărbunele sunt resturi de plante fosile, care constau mai ales din feriga uriașă (Pteridopsida sau Polypodiopsida) care în urmă cu 400 de milioane de ani alcătuia adevărate păduri, azi feriga are între 9000 și 12000 de varietăți.

După moartea lor aceste plante se scufundau în mlaștină unde fiind izolate de aerul atmosferic urmează o serie de procese anaerobe, în primele faze se formează turba.

Prin migrația mărilor aceste mlaștini au fost acoperite cu sedimente, creându-se temperaturi și presiuni ridicate, care intensifică procesele de încarbonizare, presiunea elimină apa din turbă astfel ia naștere cărbunele brun.

Dacă aceste presiuni mari persistă mai departe se continuă eliminarea apei din cărbunele brun rezultând cărbunii cu cea mai mare putere calorifică, huila și în final antracitul care este în același timp și cărbunele cel mai vechi. La antracit procentul de carbon ajunge la 90 - 96 %.

Zăcămintele de huilă s-au format cu cca. 280 - 345 milioane de ani în urmă, constituind azi una dintre principalele resurse energetice ale globului. Cărbunele brun este un cărbune mai tânăr formându-se în peroada terțiară în urmă cu 2,5 - 65 milioane de ani.

Compoziție[modificare | modificare sursă]

În tehnică, compoziția cărbunilor se exprimă parțial în elemente chimice, carbon (C), hidrogen (H), azot (N), oxigen (O) și sulf (S), parțial în substanțe ca masa minerală (A - de:Asche, en:ash) și umiditatea (W - de:Wasser, en:water).

Compoziția se poate exprima ca:

  • masă organică, care conține C, H, N, O și S din combinațiile organice;
  • masă combustibilă (en:DAF - dry, ash free), care conține și S din combinațiile minerale (pirite), care arde și el, adică tot ce arde - ceea ce nu arde (masa minerală plus umiditatea) este balastul;
  • masă anhidră, care conține și masa minerală, adică tot, mai puțin apa;
  • masa uscată la aer (masa pentru analiză), care conține și umiditatea de constituție și cea higroscopică, compoziție folosită în determinările de laborator, fiind stabilă;
  • masa inițială (en:raw), care conține și umiditatea de îmbibație, adică compoziția cărbunelui introdus în focare.

În timpul încălzirii, din cărbune se degajă gaze combustibile, numite materii volatile. Cu cât se degajă mai multe materii volatile, cu atât cărbunele se aprinde mai ușor.

Prin aprindere și ardere cărbunele degajă căldură. Cantitatea de căldură eliberată prin arderea completă a unui kilogram de combustibil (aici cărbune) este puterea calorifică (sau căldura de ardere) a combustibilului, care în SI se exprimă în MJ/kg. În practică, utilă este puterea calorifică inferioară (Qi).

Clasificarea cărbunilor din România[modificare | modificare sursă]

În România cărbunii se clasifică conform STAS.

Clasificarea cărbunilor din România
Clasa Grupa Caracteristici
Turbă (T) - Culoare: galben deschis până la negru.
Structură vegetală fibroasă pronunțată.
Cărbune brun (B) Cărbune brun pământos (BP) Culoare: brun închis.
Aspect pământos amorf, sfărâmicios, fără structură vegetală. Se poate bricheta fără liant. Urmă brună.
Cărbune brun lemnos (BL)
Lignit
Culoare: galben-brun până la negru.
Aspect lemnos. Structură lemnoasă pronunțată. Exfoliere naturală. Spărtura lemnoasă conține uneori incluziuni cu aspect pământos sau negru lucios. Urmă brună.
Cărbune brun mat (BM) Culoare: brun negru.
Eventuale urme de structură lemnoasă. Spărtura complet plană, uneori pământoasă. Urmă brună.
Cărbune brun cu luciu smolos (BS) Culoare: negru brun până la negru.
Structură compactă. Spărtură concoidală. Urma brun închis.
Cărbune brun huilos (B/H) - Culoare închisă.
Fâșii alternative lucioase, mate. Spărtură plană sau plan concoidală. Urmă neagră cu nuanță brună.
Huilă (H) Huilă cu flacără lungă (HL) Culoare: neagră.
Fâșii alternative lucioase, mate. Spărtură plan concoidală. Urmă neagră cu nuanță brună.
Huilă de gaz (HG) Stratificarea puțin clară, lucios. Spărtură plană sau concoidală. Urmă neagră cu nuanță brună.
Huilă grasă (HGr) Culoare neagră.
Luciu puternic. De cele mai multe ori sfărâmicios și prăfos. Urmă neagră.
Huilă de cocs (HC) Culoare neagră.
Luciu puternic. De cele mai multe ori sfărâmicios și prăfos. Urmă neagră.
Huilă slabă degresantă (HS) Culoare neagră.
Luciu puternic. De cele mai multe ori sfărâmicios și prăfos. Urmă neagră.
Huilă antracitoasă (HA) Culoare neagră.
Luciu puternic. De cele mai multe ori sfărâmicios și prăfos. Urmă neagră.
Antracit (A) - Culoare neagră.
Luciu metalic. De obicei sfărâmicios. Urmă neagră.

Turba este cel mai tânăr cărbune, din Neogen, formându-se și astăzi. Conține 52 - 62 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă foarte multe materii volatile. În momentul extracției ea conține 75 - 80 % umiditate, ca urmare trebuie uscată, stare în care are o putere calorifică de 12 - 20 MJ/kg. Turba uscată și brichetată se folosește drept combustibil casnic. De asemenea, ea se poate folosi ca material filtrant sau ca îngrășământ.

Cărbunele brun este un cărbune mai vechi, din Paleogen. Conține 60 - 78 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă multe materii volatile. În momentul extracției conține 30 - 45 % umiditate. Are o putere calorifică de 6 - 18 MJ/kg (uzual 7 - 9 MJ/kg). Este mult folosit, în special lignitul, care se găsește în cantități mari, de exemplu în România în bazinul Olteniei, în scopuri energetice, fiind combustibilul clasic în termocentralele pe bază de cărbune.

Cărbunele brun huilos este un cărbune specific României, are aspect de huilă, însă putere calorifică sub 20 MJ/kg, ca urmare nu poate fi considerat huilă. Este folosit în scopuri energetice.

Huilă.

Huila este un cărbune vechi, datând din Cretacic și Jurasic. Conține 75 - 92 % carbon în masa combustibilă, iar prin încălzire degajă suficiente materii volatile pentru aprindere. În momentul extracției conține 1 - 5 % umiditate. Are o putere calorifică de 20 - 29 MJ/kg. Este cel mai prețios cărbune. Huilele cu flacără lungă (numele vine de la durata degajării volatilelor, care ard cu flacără vizibilă) și de gaz (numele vine tot de la cantitatea volatilelor) nu cocsifică, ca urmare se folosesc în scopuri energetice. Huila de cocs și parțial cea grasă (în amestec cu cea de cocs) cocsifică, ca urmare este folosită la producerea cocsului, valorificare mult mai valoroasă decât prin ardere. Huilele slabă și antracitoasă au puține volatile, sunt greu de ars.

Antracitul este cel mai vechi cărbune, datând din Jurasic. Conține 92 - 98 % carbon în masa combustibilă, dar aproape deloc materii volatile, ceea ce îl face foarte dificil de aprins. Aprinderea trebuie făcută cu un combustibil de suport, care să-l aducă la temperatura de 800 °C, temperatura de aprindere a carbonului. În momentul extracției conține 3 - 12 % umiditate. Are o putere calorifică de 20 - 25 MJ/kg. Datorită aprinderii dificile este puțin folosit în energetică, fiind folosit în industria chimică la producerea electrozilor.

În concluzie, cărbunele se folosește:

  • Drept combustibil, atât casnic, cât și în producerea de curent electric produs cu ajutorul turbinelor din termocentrale. Prin ardere cărbunele eliberează căldură și produce gaze de ardere ca dioxid de carbon, dioxid de sulf și vapori de apă. In anul 2003 24,4 % din energia primară produsă pe glob și 40,1 % din energia electrică era produsă pe bază de cărbune, cu ponderea însemnată a huilei și lignitului. Termocentralele moderne au redus substanțial emisiile de gaze nocive rezultate din arderea cărbunilor.

Rezervele de cărbuni[modificare | modificare sursă]

Rezervele de cărbuni pe glob estimate în anul 2004 au fost de 783,1 miliarde de tone, din care 27 % aparține SUA, 16 % Rusiei, 12 % Chinei, 12 % Indiei, 7 % Uniunii Europene și 7 % Australiei.
Aceste rezerve, dacă se continuă folosirea cărbunilor în același ritm ca în anul 2003 (3,8 miliarde de tone), ar acoperi necesarul globului pe o perioadă de 203 ani. Rezervele de cărbune ale României, aflate în evidența națională la începutul lui 2007, sunt următoarele: huilă 721 mil.tone; cărbune brun 65 mil.tone; lignit 3.400 mil.tone.

Exploatarea cărbunilor[modificare | modificare sursă]

În anul 2011, cel mai ridicat consum de cărbune s-a înregistrat în China - 1,839 miliarde tone echivalent petrol (tep), SUA - 501,9 milioane tep și India - 295,6 milioane tep.[1] În Uniunea Europeană consumul a fost de 285,9 milioane tep și a reprezentat 7,7% din consumul mondial.[1]

Exploatare exprimată în mii de tone
Ordine Țara 1970 1980 1990 2000 2004
1. Germania 406.034 387.930 356.524 167.724 181.926
2. USA 5.963 42.300 82.608 77.620 75.750
3. Grecia 8.703 23.207 49.909 63.948 71.237
4. Rusia 128.100 141.500 138.500 86.200 70.300
5. Australia 25.648 32.895 47.725 67.363 66.343
6. Polonia 36.118 36.866 67.584 59.505 61.198
7. China 16.960 26.288 44.520 42.774 50.000
8. Cehia 84.894 90.145 80.205 51.063 48.290
9. Turcia 4.400 16.967 46.892 61.315 43.754
10. Serbia 18.341 27.921 45.376 34.037 35.620
11. India 3.908 4.548 14.110 22.947 30.341
12. România 15.575 28.128 34.897 26.882 28.648
13. Bulgaria 31.806 29.946 31.532 26.183 26.455
14. Thailanda 441 1.427 12.421 17.714 20.060
15. Ungaria 26.102 22.636 15.842 13.532 12.730
16. Canada 3.919 5.971 9.407 11.190 11.600
17. Bosnia 7.340 11.174 18.160 7.441 9.000
18. Macedonia 4.940 7.519 6.640 7.516 8.500
19. Spania 3.121 15.390 20.870 8.524 8.147
20. Coreea de Nord 5.700 10.000 12.500 6.500 6.500
... ... ... ... ... ... ...
... Austria 4.045 2.865 2.448 1.255 235
... Lume 869.626 1.080.335 1.153.970 877.417 915.789

Sursă: United States Geological Survey

Bibliografie[modificare | modificare sursă]

  • Barbu, I. ș.a. A doua tinerețe a cărbunilor, Editura Albatros, București, 1986
  • Popa, B. ș.a. Manualul inginerului termotehnician, vol I, Editura Tehnică, București, 1984
  • Ungureanu, C. Generatoare de abur pentru instalații energetice, clasice și nucleare, Editura Didactică și Pedagogică, București, 1977
  • „Carbonul în sute de veșminte”, Victor Laiber, Editura Ion Creangă, 1988

Vezi și[modificare | modificare sursă]

Note[modificare | modificare sursă]

  1. ^ a b Cât cărbune a produs România anul trecut, 18 iunie 2012, Departamentul Economic, Evenimentul zilei, accesat la 18 iunie 2012

Legături externe[modificare | modificare sursă]

Commons
Wikimedia Commons conține materiale multimedia legate de Cărbune
Huilă
Cărbune brun