Uhlí
Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Uhlí je černá nebo hnědo-černá (tzv. hnědé uhlí) hořlavá hornina. Získává se dolováním z povrchových nebo hlubinných dolů a používá se jako palivo. Od doby průmyslové revoluce je uhlí nesmírně důležitou energetickou surovinou; většina světové výroby elektřiny se děje v uhelných elektrárnách. Je složeno především z uhlíku, obsahuje také rozmanité další elementy včetně sirných. Je celosvětově nejdůležitějším zdrojem pro výrobu elektřiny (40%).
Obsah |
[editovat] Vznik uhlí
Uhlí vzniklo z rostlinných a živočišných zbytků, které byly uloženy v anaerobních vodních prostředích, kde nízké hladiny kyslíku bránily jejich kompletnímu rozkladu a oxidaci (hnití).
[editovat] Typy uhlí
- lignit - Také označovaný jako hnědé uhlí je nejméně kvalitní druh uhlí. Užívá se výhradně pro parní výrobu elektřiny. Leštěné bylo využíváno jako ozdobný kámen od doby železné.
- hnědo-černé - Jeho vlastnosti spadají mezi hnědé a černé uhlí. Využívá se výhradně pro parní výrobu elektřiny.
- černé uhlí - Má vysokou hustotu, jeho barva je obvykle černá až hnědočerná s přesně známými vlastnostmi.
- antracit - Nejkvalitnější uhlí, používá se na vytápění.
[editovat] Uhlí jako palivo
Uhlí je nejčastěji používaný tuhý materiál pro výrobu tepla spalováním. Světová spotřeba uhlí je 5200 milionů tun ročně, z toho 75% je využíváno pro výrobu elektřiny. Region Číny a Indie ročně spotřebuje 1500 milionů tun a předpokládá se, že v roce 2025 bude jejich spotřeba převyšovat 2700 milionů tun ročně. V USA se ročně spotřebuje 1000 milionů tun, z toho 90% pro výrobu elektřiny.
Při výrobě elektřiny se spaluje uhlí v kotli,kde se ohřívá voda na vodní páru, která roztačí turbíny a generátory. Při současné spotřebě vystačí zásoby uhlí na cca 300 let.
[editovat] Zplyňování
Vysoké ceny ropy a zemního plynu zvyšují zájem o „BTU konverzi“ – technologie jako zplyňování, zkapalňování a tuhnutí. V minulosti bylo uhlí používáno na výrobu svítiplynu, který byl dopravován ke spotřebitelům potrubím a byl využíván na svícení, vaření i topení. Dnes je svítiplyn nahrazen bezpečnějším zemním plynem. Jižní Afrika stále využívá zplyňování uhlí pro mnoho petrochemických potřeb.
[editovat] Kapalnění
Uhlí může být zpracováno na kapalná paliva jako benzín nebo nafta několika různými způsoby.
Fischer-Tropschův proces – syntéza kapalných uhlovodíků – byl použit v nacistickém Německu nebo v jižní Africe, protože tyto země byly politicky izolované a neschopné koupit surovou ropu. Uhlí může být zplyňované na syngas (vyvážená čištěná směs CO a H2 plynů) a syngas zkapalněný Fischer-Tropschovou metodou na lehké uhlovodíky, které jsou dále zpracovávány na benzín a naftu. Syngas může být také převedený na methylalkohol, který může být použitý jako palivo nebo přísada do paliva.
Přímé kapalnění Bergiusovým procesem – kapalnění hydrogenací – je také dosažitelné, ale není užívané vně Německa, kde byly oba tyto procesy ovládané během první a druhé světové války.
Dalším způsobem výroby kapalných uhlovodíků je nízká teplotní karbonizace (LTC). Uhlí je dopované v teplotách mezi 450 a 700°C ve srovnání s 800 až 1000°C pro hutnický koks. Tyto teploty jsou optimální pro výrobu kamenouhelných dehtů. Na rozdíl od klasického dehtu obsahuje mnohem více lehkých uhlovodíků. Kamenouhelný dehet je potom dále zpracováván na paliva. Proces byl vyvinut Lewisem Karrickem roku 1920.
Zachytávat oxid uhličitý uvolňovaný těmito procesy je mnohem snadnější než filtrování ze spalin vzniklých spalováním uhlí se vzduchem, kde je smíchaný s dusíkem a dalšími plyny.
[editovat] Koksování a použití koksu
Koks je pevný uhlíkatý zbytek odvozený z nízkopopelového, nízkosirného černého uhlí z kterého jsou odstraněny prchavé složky v peci s omezeným přístupem kyslíku v teplotách kolem 1000°C. Při tom vzniká také kamenouhelný dehet, čpavek, lehké oleje a svítiplyn.
Koks se používá jako palivo a jako redukční činidlo mj. ve vysoké peci. Koks z uhlí je šedý, tvrdý a pórovitý a má výhřevnost 29.6MJ/kg
Petrolejový koks je pevný zbytek získaný rafinací ropy, obsahuje ale příliš mnoho nečistot na to, aby mohl být využíván v metalurgických aplikacích.
[editovat] Škodlivé účinky spalování uhlí
Spalování uhlí produkuje oxid uhličitý spolu s proměnným množstvím oxidu siřičitého v závislosti na kvalitě. Oxid siřičitý reaguje s vodou za tvorby kyseliny siřičité. Jestliže se dostane do atmosféry, reaguje s vodní párou a vrací se na zem ve formě kyselých dešťů. Emise z uhelných elektráren představují největší umělý zdroj oxidu uhličitého a tím výrazně přispívají ke globálnímu oteplování. Moderní elektrárny využívají mnoho technik pro omezení škodlivosti odpadních látek a zvýšení účinnosti. Ačkoli jsou tyto techniky široce využívány v některých zemích, jsou pořád příliš drahé. Uhlí také obsahuje mnoho stopových prvků včetně arsenu a rtuti, které jsou nebezpečné pokud se dostanou do ovzduší. Uhlí také obsahuje malé množství uranu, thoria a dalších přirozeně se vyskytujících radioaktivních izotopů, jejichž vypuštění do ovzduší může vést k radioaktivnímu zamoření. I když jsou tyto prvky v uhlí pouhými stopovými nečistotami, způsobují, že v okolí uhelných elektráren je úroveň radioaktivního záření mnohdy vyšší než v okolí elektráren jaderných.
[editovat] Požáry uhlí
Ve světě jsou stovky ohňů uhlí, hoří pod povrchem, tudíž je nemožné je uhasit. Ohně mohou způsobit propadání půdy a kouřové plyny jsou životu nebezpečné. Mimo to mohou vystupovat prasklinami na povrch a vytvářet povrchové požáry. Uhelné jeskyně se mohou samovznítit nebo zapálit od důlního ohně, případně povrchového ohně. Uhelné ohně v Číně spálí ročně 120 milionů tun uhlí- z toho vznikne 360 milionů tun CO2, což se rovná 2-3 % z roční celosvětové produkce CO2 z fosilních paliv. Věřilo se, že australská Hořící hora (Burning Mountain) je vulkán, ale později se zjistilo, že jde o uhelný oheň, který hoří už více než 5000 let.
[editovat] Výskyt v ČR
Uhlí se v České republice nachází hlavně v Ostravsko-karvinském regionu (vysoce kvalitní černé uhlí) a v několika pánvích pod Krušnými horami (hnědé uhlí).
