11 twarzy węgla

4 grudnia obchodziliśmy Barbórkę, czyli Dzień Górnika. Ale tego dnia świętują nie tylko górnicy, to również święto geologów i przedstawicieli innych zawodów związanych z poszukiwaniem paliw kopalnianych. Z tej okazji chcieliśmy wam przybliżyć oblicza węgla. A ten ma wiele twarzy...

Niekórych rodzajów węgla, opisywanego i widocznego na poniższych zdjęciach, możesz własnoręcznie dotknąć w Centrum Nauki i Techniki EC1. Tuż po wejściu do Centrum widzisz wózki konwejera (to nazwa systemu transportu węgla wewnątrz dawnej Elektrowni Łódzkiej) - właśnie na nich znajdują się różne odmiany "czarnego złota". Uważajcie przy dotykaniu, bo oczywiście... brudzą. Bardzo!

 

TORF

 

11 twarzy węgla - tak wygląda torf

 

Torf to czarna albo brunatna skała osadowa pochodzenia organicznego (głównie roślinnego), powstała w wyniku procesu torfienia (powstawania torfu). Proces ten zaczyna się od przykrycia szczątków roślin młodszymi osadami. Torf składa się z obumarłych (w różnym stopniu) szczątków roślinnych oraz próchnicy (roślin w trakcie rozkładu). Torf jest nasycony substancjami mineralnymi, z których najczęściej spotykany jest kwarc, rzadziej związki żelaza czy fosforu. Zawiera mniej niż 60% węgla pierwiastkowego. W wyniku kolejnych procesów po upływie milionów lat torf może się zamienić w inne formy węgla, czyli węgiel brunatny, a następnie w węgiel kamienny.

 

 

WĘGIEL BRUNATNY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel brunatny

 

Węgiel brunatny powstał w neogenie (od 23 do 2,5 miliona lat temu) w erze kenozoicznej ze szczątków lądowych roślin błotnych, zielnych, drzewiastych (widłaki, skrzypy i paprocie) oraz drzew rosnących na terenach podmokłych i bagiennych miliony lat temu. Powstał w wyniku przykrywania torfowisk warstwami osadów morskich i rzecznych. Węgiel brunatny składa się w około 60 do 75% z węgla pierwiastkowego.
Węgiel brunatny stosowany jest w przemyśle najczęściej jako źródło energii. Jednak duża zawartość siarki (3-4%) i wysoka popielność (zawartość substancji nieorganicznych – czyli popiołu stałego – do 40%) sprawiają, że spalanie węgla brunatnego ma negatywny wpływ na środowisko. Powoduje emisję dwutlenku siarki, tlenków azotu, tlenku węgla, pyłów i metali ciężkich. Węgla brunatnego nie stosuje się w domach, ponieważ mimo jego niższej ceny jest mniej wydajny i trzeba go zakupić ponad 2 razy więcej niż węgla kamiennego. Jest to związane z tym, że łatwo chłonie wilgoć i wytwarza mniej ciepła podczas spalania.
Węgiel brunatny jest nam bliski dlatego, że największa elektrownia w Polsce mieści się nieopodal Łodzi - w Bełchatowie. W pobliskiej kopalni wydobywa się węgiel brunatny, który odpowiada za sporą część produkcji prądu w naszym kraju.

Obecnie, ze względu na okres powstawania, rozróżnia się trzy odmiany węgla brunatnego:
węgle twarde – subbitumiczne (nieposiadające zdolności spiekania), posiadające dużą zwięzłość i kaloryczność (wartość opałową) - 17-24 MJ/kg. MJ/kg to jednostka gęstości energii, która wyraża ilość energii znajdującej się w danej masie np. sprężyna ma gęstość energii na poziomie 0,0003 MJ/kg. Wśród węgli subbitumicznych występują węgle błyszczące (witryn) oraz matowe (duryn);
węgle miękkie – mniej zwięzłe i posiadające niższą kaloryczność (mniej niż 17 MJ/kg). Po wysuszeniu stają się kruche. Dzielą się na węgle ziemiste i łupkowe;
węgle ksylitowe (lignitowe, lignity) - odznaczające się widoczną strukturą drewna z którego powstały, rzadko wydobywane ze względu na nietrwałość i niskokaloryczność.

Z kolei ze względu na zastosowanie węgla brunatnego można wyróżnić:
węgiel energetyczny o wartości opałowej powyżej 6 MJ/kg i zawartości popiołu stałego poniżej 40%, który wykorzystywany jest do spalania w elektrowniach/elektrociepłowniach;
węgiel brykietowy o wartości opałowej ponad 8 MJ/kg i zawartości popiołu stałego poniżej15%, którego używa się do produkcji brykietów;
węgiel wytlewny zawierający w stanie suchym poniżej 20% popiołu stałego, który stosuje się do produkcji smoły i paliw płynnych;
węgiel ekstrakcyjny, który wykorzystuje się do produkcji wosku ekstrakcyjnego i bituminów (środków spajających).

 

 

WĘGIEL KAMIENNY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel kamienny

 

Węgiel kamienny to czarna, twarda i krucha skała osadowa pochodzenia organicznego, która zawiera między 75 a 97% węgla pierwiastkowego. Węgiel kamienny powstał w erze paleozoicznej, głównie w karbonie, czyli 300 milionów lat temu. Proces jego powstawania polegał na uwęglaniu (wzroście zawartości pierwiastka węgla) szczątków roślinnych zalegających na dużych głębokościach bez dostępu tlenu.
Węgiel kamienny stosowany jest jako nieodnawialne paliwo spalane w elektrowniach, elektrociepłowniach i paleniskach domowych. Wartość opałowa węgla kamiennego wynosi około 24 MJ/kg.

 

 

WĘGIEL PŁOMIENNY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel płomienny

 

Węgiel płomienny to odmiana węgla kamiennego o najmniejszej wartości opałowej - 20-26 MJ/kg. Spala się jasnożółtym płomieniem. Pozostawia mało koksu. Ponieważ szybko się spala, czasami nazywany jest węglem papierowym. Jest matowy, jasnoszary, niekiedy występują w nim złote wtrącenia. Węgiel płomienny stosowany jest zarówno w piecach przemysłowych jak i domowych.

 

 

WĘGIEL GAZOWO-PŁOMIENNY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel gazowo-płomienny

 

Węgiel gazowo-płomienny to odmiana węgla kamiennego o wartości opałowej 26-29 MJ/kg. Spala się pomarańczowo-czarnym płomieniem. Jest błyszczący, czarny. Jest stosowany jest zarówno w piecach przemysłowych jak i domowych. Wykorzystuje się go również przy wytlewaniu (odgazowywaniu węgla) i uwodornianiu (przyłączanie wodoru do związku chemicznego).

 

 

WĘGIEL GAZOWY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel gazowy

 

Węgiel gazowy to odmiana węgla kamiennego o wartości opałowej 29-31 MJ/kg. Jest czarny, błyszczący, bardzo twardy. Trudny w spalaniu, wydziela dużo gazów, spala się ciemnopomarańczowym płomieniem. Po jego spaleniu pozostaje długo palący się koks.
Węgiel gazowy stosowany jest w gazownictwie (wytwarzaniu gazu), koksownictwie (wytwarzaniu koksu) i wytlewaniu (odgazowywaniu węgla).

 

 

WĘGIEL TŁUSTY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel tłusty

 

Węgiel tłusty to odmiana węgla kamiennego, która charakteryzuje się wydzielaniem dużej ilości substancji lotnych (substancji ulatniających się podczas ogrzewania), w tym smoły i gazu koksowniczego. Węgiel tłusty stosowany jest do produkcji koksu. Nie jest przeznaczony do spalania w domach. Mimo to na Śląsku, gdyż górnicy otrzymywali go w ramach deputatu (część wynagrodzenia dostarczana w innej formie niż pieniężna – w tym przypadku w postaci węgla).

 

 

WĘGIEL KOKSOWY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel koksowy

 

Węgiel koksowy to odmiana węgla kamiennego, charakteryzująca się średnią zawartością części lotnych (substancji ulatniających się podczas ogrzewania) i dobrą spiekalnością.
Spiekalność węgla kamiennego to zdolność do przechodzenia w stan plastyczny i tworzenia dobrze spieczonego i twardego koksu w wyniku zlepiania się ziaren węglowych. Zjawisko to zachodzi w czasie ogrzewania węgla w temperaturze od 350 do 500°C.
Jest wykorzystywany do produkcji koksu. Nie jest przeznaczony do spalania w domach. Podobnie jak węgiel tłusty, był jednak stosowany do ogrzewania domów na Śląsku ponieważ stanowił część tzw. deputatu górników.

 

 

WĘGIEL CHUDY

 

11 twarzy węgla - tak wygląda węgiel chudy

 

Węgiel chudy to odmiana węgla kamiennego, charakteryzująca się małą zawartością części lotnych (substancji ulatniających się podczas ogrzewania) i brakiem spiekalności.
Węgiel chudy stosowany jest zarówno w piecach przemysłowych, jak i domowych.

 

 

ANTRACYT - PRAWDZIWE CZARNE ZŁOTO

 

11 twarzy węgla - tak wygląda antracyt

 

Antracyt to silnie przeobrażona (o wysokiej zawartości węgla pierwiastkowego) odmiana kopalnego węgla kamiennego powstała na dużych głębokościach, głównie w osadach karbońskich, w wyniku działania temperatury i ciśnienia o wyższej wartości niż w warunkach normalnych. Antracyt charakteryzuje się bardzo wysoką zawartością węgla pierwiastkowego (92-95%) oraz najwyższą wartością energetyczną ze spalania. Zawiera bardzo małą zawartością części lotnych (związków organicznych łatwo przechodzących w stan gazowy). Nie wykazuje zdolności spiekania czy koksujących. Jest czarną, zbitą i twardą skałą o silnym szklistym bądź półmetalicznym połysku. Zawiera niewielkie ilości węglowodorów, niekiedy także pirytu i kwarcu. Wykazuje stosunkowo duże przewodnictwo elektryczne.

Antracyt jest najcenniejszą odmianą skał węglowych. Niestety jest dość rzadki. To właśnie on odpowiadał za bogactwo regionu Doniecka (Ukraina), co niestety nie skończyło się w XXI wieku najlepiej. Równie bogate złoża można znaleźć np. w Stanach Zjednoczonych w Pensylwanii - hrabstwo Luzerne jest nazywane "węglowym zaglębiem" (The Coal Region). W Polsce jedyne złoża antracytu mieściły się w okolicach Wałbrzycha i Nowej Rudy, ale skończyły się już po sześciu latach eksploatacji. Obecnie uznaje się, że Polska nie ma już złóż antracytu.

 

 

SZUNGIT

 

11 twarzy węgla - tak wygląda szungit

 

Szungit to czarny, intensywnie błyszczący węgiel kopalny o najwyższej spośród skał węglowych zawartości węgla pierwiastkowego (do 99% masy). Charakteryzuje go krystaliczna budowa o niezwykłej strukturze węglowej podobnej do piłki nożnej, która została określona pojęciem fulleren.

 

Jak widzicie, węgiel węglowi nierówny. To jeden z najważniejszych darów natury, bez niego prawdopodobnie nie weszlibyśmy jako cywilizacja w erę przemysłową. Jego wykorzystanie jest jednak bardzo nieekologiczne i dlatego, podobnie jak w przypadku ropy naftowej, musimy się z nim powoli żegnać. Zastąpienie tych konwencjonalnych źródeł energii jest kosztowne i trudne, ale jako gatunek - nie mamy wyjścia. Bez tego naszej planecie może nie udać się przetrwać.

dr Karolina Mirowska