Cărbuni – cum se formează cărbunii și de câte tipuri sunt?

Cărbunii reprezintă una dintre cele mai vechi surse de energie cunoscute de omenire și au jucat un rol semnificativ în dezvoltarea societăților umane de-a lungul istoriei. Acești combustibili fosili sunt formați în urma procesului de transformare a materiei organice, cum ar fi lemnul și vegetația, în urma unei lungi perioade de timp și sub presiune mare. 

Ce sunt cărbunii și de câte tipuri sunt?

Cărbunii reprezintă una dintre cele mai vechi surse de energie cunoscute de omenire și au jucat un rol semnificativ în dezvoltarea societăților umane de-a lungul istoriei. Acești combustibili fosili sunt formați în urma procesului de transformare a materiei organice, cum ar fi lemnul și vegetația, în urma unei lungi perioade de timp și sub presiune mare. Astăzi, cărbunii rămân o sursă importantă de energie pentru multe țări, fiind folosiți în producția de electricitate și în industrie. Cu toate acestea, utilizarea lor intensivă a generat îngrijorări legate de impactul lor asupra mediului și schimbările climatice, ceea ce a dus la o creștere a interesului pentru sursele de energie mai curate și sustenabile.

Cum s-au format cărbunii?

Cărbunii s-au format în urma procesului de carbonizare a materiei organice în condiții geologice specifice, într-o perioadă foarte lungă de timp, de sute de milioane de ani. Procesul de formare a cărbunilor implică o serie de etape, iar rezultatul final depinde de diferite condiții geologice și de tipul de materie organică implicată. Iată cum s-au format cărbunii:

• Depunerea materiei organice: Procesul a început cu acumularea materiei organice, cum ar fi lemnul, frunzele, plantele și alte resturi vegetale, într-un mediu umed și bogat în vegetație. Acest mediu poate fi o mlaștină, o turbărie sau o zonă acvatică.
• Acoperirea cu sedimente: Pe măsură ce materiile organice se acumulau, ele erau acoperite de sedimente, cum ar fi nisip, argilă și aluviuni. Acest strat de sedimente a început să aplice presiune asupra materiei organice subiacente.
• Presiunea și căldura: Pe măsură ce stratul de sedimente creștea în grosime, presiunea exercitată de sedimente și stratul deasupra lor a crescut. În același timp, căldura generată de procesul geologic a început să acționeze asupra materiei organice. Presiunea și căldura au dus la transformarea materiei organice în cărbune.
• Carbonizarea: Procesul de carbonizare a implicat eliminarea apei, hidrogenului și altor elemente volatile din materiile organice, lăsând în urmă un conținut crescut de carbon. Cu cât procesul a durat mai mult și cu cât presiunea și căldura au fost mai intense, cu atât conținutul de carbon din cărbune a devenit mai mare.
• Gradul de carbonizare: Rezultatul final, adică tipul de cărbune format, depinde de gradul de carbonizare. Antracitul, de exemplu, este cel mai puțin afectat de procesul de carbonizare, având cel mai mare conținut de carbon, în timp ce tuf lignitul este cel mai afectat și are cel mai mic conținut de carbon.

Tipuri de cărbuni

Sursa foto

Există câteva tipuri principale de cărbuni, care variază în funcție de gradul lor de carbonizare și compoziția lor chimică;

• Antracit: Antracitul este cel mai pur și mai valoros tip de cărbune. Are cel mai mare conținut de carbon (aproximativ 86-97%) și conține cantități foarte mici de apă, hidrogen, azot și sulf. Antracitul are o valoare calorică ridicată și emite mai puțin dioxid de carbon în timpul arderii. Este folosit în special în producția de energie termică și electricitate.
• Huilă: Huila este un tip de cărbune cu un conținut semnificativ de carbon (aproximativ 45-86%), dar cu un conținut mai mare de impurități în comparație cu antracitul. Este utilizată în producția de electricitate, în industrie și în producția de oțel.
• Lignit: Lignitul este un cărbune cu un conținut de carbon mai scăzut (aproximativ 25-35%) și conține mai multă apă. Este considerat cel mai puțin valoros tip de cărbune din punct de vedere energetic, dar este folosit în producția de electricitate în unele regiuni, datorită disponibilității sale abundente.
• Tuf lignit: Tuf lignitul este cel mai tânăr și mai puțin dezvoltat tip de cărbune, cu un conținut scăzut de carbon (aproximativ 20-25%) și o cantitate mare de apă. Este cel mai puțin valoros din punct de vedere energetic și este rar utilizat ca sursă de energie.

Fiecare tip de cărbune are caracteristici distincte și se utilizează în funcție de cerințele specifice ale industriei și producției de energie într-o anumită regiune. Este important de menționat că utilizarea cărbunilor ca sursă de energie ridică preocupări legate de impactul lor asupra mediului și schimbările climatice, ceea ce a dus la o creștere a interesului pentru sursele de energie mai curate și sustenabile.

La ce se folosesc cărbunii?

• Producția de electricitate: Cărbunii au fost tradițional utilizați pentru producerea de electricitate în centrale termice. Aceste centrale încă joacă un rol semnificativ în furnizarea de energie electrică în multe țări din întreaga lume. Cărbunii sunt arși pentru a produce abur, care apoi acționează asupra unei turbine pentru a genera electricitate.
• Industria siderurgică: Cărbunii sunt utilizați în industria siderurgică pentru a produce căldură și pentru a elimina impuritățile din minereu de fier. Procesul de obținere a oțelului, cunoscut sub numele de producție de fontă, implică utilizarea cărbunilor ca combustibil.
• Producția de căldură: Cărbunii sunt utilizați pentru încălzirea caselor, a clădirilor comerciale și a altor spații. Centralele termice de apartament, sobele și șemineele pot utiliza cărbunii ca sursă de căldură.
• Industria chimică: Cărbunii sunt utilizați în producția de substanțe chimice și produse chimice industriale. De exemplu, cărbunii pot fi folosiți pentru a produce cocs, care este un material utilizat în industria chimică și în producția de oțel.
• Producția de ciment: Cărbunii pot fi utilizați ca combustibil în procesul de producție a cimentului, unde sunt folosiți pentru a furniza căldură necesară pentru calcinarea materiilor prime.

Care sunt cei mai vechi cărbuni?

Cei mai vechi cărbuni se numesc antracit, care reprezintă cel mai pur și mai valoros tip de cărbune. Antracitul are o vechime geologică foarte mare și este rezultatul unui proces de carbonizare care a durat sute de milioane de ani. Acești cărbuni s-au format în perioade geologice îndepărtate, în urmă cu sute de milioane de ani, când condițiile geologice erau favorabile pentru acumularea și transformarea materiei organice în cărbuni.

Procesul de formare a cărbunilor, inclusiv a antracitului, a avut loc în zone umede și bogate în vegetație, în care materiile organice, cum ar fi lemnul și vegetația, s-au acumulat treptat și au fost acoperite de sedimente. Această acumulare a fost urmată de presiunea exercitată de sedimente și de procesul lent de carbonizare sub influența căldurii geologice. Gradul mare de carbonizare al antracitului a dus la conținutul său ridicat de carbon și la proprietățile sale valoroase ca sursă de energie.

Unde sunt cele mai mari mine de cărbuni?

Sursa foto

Cele mai mari mine de cărbuni se găsesc în diferite țări din întreaga lume, iar locația acestora variază în funcție de disponibilitatea resurselor de cărbune în fiecare regiune. Iată câteva dintre țările cu cele mai mari mine de cărbuni:

• China: China este cel mai mare producător de cărbuni din lume și are unele dintre cele mai mari mine de cărbuni din lume. Provincia Shanxi, din nordul Chinei, este cunoscută pentru resursele sale bogate de cărbune și pentru minele sale extinse.
• Statele Unite: Statele Unite au mine de cărbuni în diverse state, cu Wyoming, West Virginia, Kentucky și Pennsylvania fiind printre cele mai importante regiuni producătoare de cărbune.
• Australia: Australia este un important producător și exportator de cărbuni, cu mine mari în Queensland și New South Wales.
• India: India are resurse semnificative de cărbuni și mine extinse în statele Jharkhand, Odisha și Chhattisgarh.
• Rusia: Rusia deține resurse semnificative de cărbuni și mine mari se găsesc în Siberia și regiunea Ural.
• Indonezia: Indonezia este un alt mare producător și exportator de cărbuni, cu mine în Java, Sumatra și Kalimantan.
• Africa de Sud: Africa de Sud este cunoscută pentru resursele sale de cărbuni și pentru minele sale din regiunile Mpumalanga și Limpopo.

Cum se extrage cărbunele?

Extracția cărbunelui este un proces complex care implică mai multe etape și tehnici, iar metoda specifică folosită poate varia în funcție de tipul de cărbune și de condițiile geologice dintr-o anumită regiune. Cu toate acestea, în general, procesul de extracție a cărbunelui implică următoarele etape:

• Explorarea și prospecția: Înainte de a începe exploatarea, se efectuează studii geologice pentru a identifica resursele de cărbune existente într-o anumită zonă. Acest lucru implică forajul sondelor de explorare pentru a determina adâncimea și calitatea cărbunilor subterani sau subteran, precum și pentru a stabili structura geologică a zonei.
• Forajul sondelor de exploatare: După ce au fost identificate resursele potențiale, se efectuează forajul sondelor de exploatare pentru a obține mostre de cărbune și pentru a evalua calitatea acestuia.
• Construcția infrastructurii miniere: Dacă rezultatele sunt favorabile, se construiesc infrastructura necesară pentru a permite accesul la depozitele de cărbune. Aceasta poate include șosele, căi ferate, tuneluri și instalații pentru gestionarea apelor subterane.
• Minarea subterană sau minarea la suprafață: Există două metode principale de extracție a cărbunelui:
  • Minarea subterană: Această metodă implică excavarea cărbunelui de sub suprafață. Se utilizează galerii, tunele sau puțuri verticale pentru a ajunge la depozitele de cărbune. Mineria subterană poate fi mai costisitoare și mai periculoasă decât minarea la suprafață, dar este preferată atunci când depozitele de cărbune sunt adânci sau când este important să se minimizeze impactul asupra mediului.
  • Minarea la suprafață: Această metodă implică îndepărtarea straturilor de deasupra cărbunelui pentru a-l expune la suprafață. Se folosesc utilaje mari, cum ar fi excavatoare și transportoare, pentru a extrage cărbunii și a-i transporta la suprafață. Minarea la suprafață este adesea mai eficientă din punct de vedere economic decât minarea subterană, dar poate avea un impact mai mare asupra mediului.
• Prepararea cărbunelui: După extracție, cărbunii bruto sunt supuși unui proces de pregătire pentru a îndepărta impuritățile și pentru a obține un produs final de calitate superioară. Acest proces poate include zdrobirea, spălarea și sortarea cărbunilor.
• Transportul și livrarea: Cărbunii pregătiți sunt transportați către clienți, fie prin camioane, căi ferate sau nave, în funcție de destinație.

Importanța economică a cărbunelui

Cărbunii au avut o importanță economică semnificativă în istoria multor țări și au fost o sursă vitală de energie și venituri. Cu toate acestea, este important de menționat că rolul lor în economie s-a schimbat în ultimii ani, din cauza preocupărilor legate de mediul înconjurător și de schimbările climatice. Principalele aspecte ale importanței economice a cărbunelui sunt:

• Sursă de energie: Cărbunii au fost o sursă esențială de energie pentru multe țări și au fost utilizați pentru producerea de electricitate, încălzirea locuințelor, procesul industrial și transport. Această utilizare a cărbunilor a contribuit la dezvoltarea și creșterea economiilor în diverse regiuni.
• Generarea de locuri de muncă: Industria cărbunelui a fost o sursă importantă de locuri de muncă pentru mine și pentru cei implicați în extracție, transport și prelucrare. Acest sector a avut un impact semnificativ asupra economiilor locale și asupra comunităților minerilor.
• Venituri fiscale: Exploatarea cărbunilor a adus venituri semnificative guvernelor, sub formă de impozite și taxe. Aceste venituri au fost utilizate pentru finanțarea serviciilor publice și pentru dezvoltarea infrastructurii.
• Industrii conexe: Industrii conexe, precum industria siderurgică și cea chimică, au fost strâns legate de industria cărbunelui, deoarece cărbunele a fost folosit pentru producerea de căldură necesară în aceste procese.
• Exporturi și comerț internațional: Multe țări au exportat cărbuni pe piețele internaționale, aducând venituri semnificative prin comerțul cu cărbune.

Istoria extracției cărbunelui

Istoria extracției cărbunelui este lungă și începe cu mii de ani în urmă, când cărbunele era exploatat manual din depozitele de suprafață pentru a fi folosit ca sursă de căldură. Iată o privire generală asupra evoluției istoriei extracției cărbunelui:

• Epoca premodernă: Primele referințe documentate cu privire la utilizarea cărbunelui datează din antichitate, când romanii și chinezii foloseau cărbunele pentru încălzire și alte scopuri. În Europa, cărbunele a fost exploatat în moduri rudimentare în timpul Evului Mediu.
• Revoluția industrială: Începând cu secolul al XVIII-lea, odată cu Revoluția Industrială, cererea de cărbune a crescut semnificativ. A fost dezvoltată tehnologia pentru minarea cărbunelui la adâncimi mai mari, iar minele au fost adesea săpate manual sau cu ajutorul animalelor de tracțiune.
• Minarea subterană: Odată cu trecerea la adâncimi mai mari și exploatarea resurselor de cărbune sub nivelul solului, au fost dezvoltate tehnologii de minare subterană. Puțurile verticale și galeriile subterane au devenit metode comune de extracție.
• Secolul al XIX-lea și începutul secolului al XX-lea: În acest interval, industria cărbunelui a cunoscut o creștere rapidă în întreaga lume, iar cărbunele a devenit principalul combustibil pentru generarea de energie și pentru industrie. A fost dezvoltată tehnologia pentru transportul și procesarea cărbunelui.
• Perioada postbelică și decăderea industriei cărbunelui: După cel de-al Doilea Război Mondial, industria cărbunelui a cunoscut o perioadă de creștere semnificativă, dar ulterior a început să aibă de suferit din cauza creșterii cererii pentru petrol și gaze naturale. În multe țări, minele de cărbune au fost închise sau reduse, iar sectorul a devenit mai mic.
• Trecerea la surse de energie mai curate: În ultimele decenii, din cauza preocupărilor legate de mediu și schimbările climatice, multe țări au încurajat tranziția către surse de energie mai curate și mai sustenabile, ceea ce a dus la reducerea dependenței de cărbune. Totuși, cărbunele rămâne încă o sursă de energie importantă în multe părți ale lumii.

Cărbunii au fost o sursă esențială de energie și o forță motrice a dezvoltării industriale și economice în istoria modernă. Cu resurse vaste și disponibilitate la nivel global, cărbunele a fost utilizat pentru producerea de electricitate, încălzirea locuințelor și industrie timp de secole. 

În contextul preocupărilor crescânde legate de schimbările climatice și impactul negativ asupra mediului, utilizarea cărbunilor a început să scadă, iar multe țări și companii se orientează spre surse de energie mai curate și sustenabile. Tranziția către energie verde devine tot mai importantă pentru viitor, cu scopul de a reduce emisiile de gaze cu efect de seră și de a proteja mediul înconjurător.