煤炭

煤炭
沉積岩
Bituminous Coal.JPG
煙煤, 最常見的煤等級
作品
基本的
次要

煤炭是一個易燃黑色或褐色黑色沉積岩,形成為岩層煤接縫。煤炭主要是其他數量可變元素, 主要, 和.[1]死亡時形成煤炭植物物質腐爛泥炭並通過數百萬年的深層埋葬的熱量和壓力轉化為煤炭。[2]大量煤炭起源於以前濕地煤林覆蓋了晚期地球的大部分熱帶土地區域石炭紀賓夕法尼亞州) 和二疊紀時代。[3][4]許多重要的煤炭礦床比這更年輕,起源於中生代新生代時代。

煤主要用作燃料。雖然煤炭已知和使用了數千年,但其用法受到限制,直到工業革命。發明蒸汽機,煤炭消費增加。2020年,煤炭提供了全球約四分之一一級能量超過三分之一.[5]一些 - 製造和其他工業過程燃燒煤炭。

煤的提取和使用導致早期死亡和疾病。[6]使用煤炭損害環境,它是最大的人為來源二氧化碳貢獻氣候變化。2020年燃燒的煤炭發射了14億噸二氧化碳[7]這是總數的40%化石燃料排放[8]超過全球的25%溫室氣體排放.[9]作為全球的一部分能量過渡,許多國家有減少或消除了他們對煤炭的使用.[10][11]聯合國秘書長要求政府停止建造新的燃煤電廠到2020年。[12]全球的煤炭使用峰值2013年。[13]見面巴黎協議保持目標全球暖化低於2°C(3.6°F)煤炭使用需要減半從2020年到2030年,[14]格拉斯哥氣候條約.

2020年煤炭最大的消費者和進口商是中國,佔世界年度煤炭生產的幾乎一半,其次是印度大約十分之一。印度尼西亞澳大利亞導出最多,其次是俄羅斯.[15]

詞源

這個詞最初採用表格上校古英語, 從原始德國人*庫拉n),這反過來假設來自原始印度 - 歐洲根 *geu-lo-“活煤”。[16]日耳曼認知包括老弗里斯安科爾荷蘭中間油菜荷蘭庫爾老式德語chol德語科爾舊北歐科爾,和愛爾蘭人單詞小睡也是通過印歐語根。[16]

地質學

煤炭由Macerals礦物質和水。[17]化石琥珀色可以在煤炭中找到。

形成

煤炭的化學結構

將死植被轉化為煤炭稱為煤化。在地質過去的不同時期,地球有茂密的森林[18]在低窪的濕地地區。在這些濕地中,煤化過程始於保護死植物的物質免於生物降解氧化,通常是通過泥漿或酸性水,然後轉化為泥炭。這將碳陷入了巨大泥炭沼澤最終被沉積物深深地掩埋。然後,在數百萬年的時間裡,深埋葬的熱量和壓力導致水,甲烷和二氧化碳的損失,並增加了碳的比例。[17]產生的煤等級取決於達到的最高壓力和溫度,褐煤(也稱為“棕色煤”)在相對溫和的條件下生產,並且亞曲子煤煙煤, 或者無菸煤(也稱為“硬煤”或“黑煤”)又隨溫度和壓力升高而產生。[2][19]

在煤化涉及的因素中,溫度比壓力或埋葬時間重要得多。[20]亞洲煤可能會在低至35至80°C(95至176°F)的溫度下形成,而無菸煤則需要至少180至245°C(356至473°F)的溫度。[21]

雖然大多數地質學都知道煤炭時期,所有煤層中有90%存放在石炭紀二疊紀時期僅佔地球地質歷史的2%。[22]矛盾的是,這是在晚古生代冰舍,一個全球的時期冰川。但是,伴隨冰川暴露的全球海平面下降大陸架以前曾被淹沒,並將其添加到寬河三角洲由增加產生侵蝕由於下降基礎水平。這些濕地的廣泛地區為煤層形成提供了理想的條件。[23]煤的快速形成以煤隙在裡面二疊紀 - 三疊紀滅絕事件,煤炭很少見。[24]

僅有利地理並不能解釋廣泛的石炭紀煤層。[25]導致快速煤炭沉積的其他因素很高高於30%的水平,促進了強烈的速度野火和形成木炭通過分解生物幾乎可以消除這一切。高的二氧化碳促進植物生長的水平;以及石炭紀森林的性質,其中包括乳一下樹的樹確定生長意味著碳沒有被綁在心木長期活樹。[26]

一種理論表明,大約3.6億年前,一些植物發展了生產的能力木質素,一種複雜的聚合物,使他們纖維素莖更加困難,更木質。產生木質素的能力導致了第一個的演變。但是細菌和真菌並沒有立即發展出分解木質素的能力,因此木材沒有完全腐爛,而是被埋在沉積物下,最終變成了煤炭。大約3億年前,蘑菇和其他真菌發展了這種能力,結束了地球歷史的主要煤層。[27][28]儘管一些作者指出了石炭紀期間木質素降解的一些證據,並建議氣候和構造因素是一個更合理的解釋,但[29]通過系統發育分析重建祖先酶,證實了一個假說,即木質素降解酶出現在大約200個Mya中。[30]

一個可能的構造因素是中央龐吉山,沿赤道的巨大範圍在這段時間達到其最大海拔。氣候建模表明,中央龐吉山脈有助於在晚期石炭紀的大量煤炭中沉積。山區創造了全年的沉重降水區,沒有典型的干旱季節季風氣候。這對於保存煤沼澤中的泥炭是必不可少的。[31]

煤是從前寒武紀地層,早於土地植物。假定該煤起源於藻類殘留物。[32][33]

有時煤接縫(也稱為煤層)與其他沉積物相交環狀。旋風被認為起源於冰川週期這導致了波動海平面,交替暴露並淹沒了大陸架子的大面積。[34]

煤化化學

植物的木質組織主要由纖維素,半纖維素和木質素組成。現代泥炭主要是木質素,纖維素和半纖維素含量範圍從5%到40%。還存在各種其他有機化合物,例如蠟和氮和含硫化合物。[35]木質素的重量約為54%碳,6%氫和30%的氧氣,而纖維素的重量成分約為44%碳,6%氫和49%的氧氣。瀝青煤的成分約為84.4%,氫,6.7%的氧,1.7%的氮和1.8%的硫。[36]這意味著煤化過程中的化學過程必須清除大部分氧氣和大部分氫,留下碳,一個稱為碳化.[37]

碳化主要由脫水脫羧和脫氧化。脫水通過反應,例如[38]

2 R – OH→R – O -R + H2o
2 R-CH2-O-CH2-R→R-CH = CH-R + H2o

脫羧基化從成熟煤中去除二氧化碳,並通過反應進行[38]

RCOOH→RH + CO2

而脫氧化來進行反應

2 R-CH3→R-CH2-r + ch4
R-CH2-ch2-ch2-r→r-ch = ch-r + ch4

在這些公式中的每一個中,r代表纖維素或木質素分子的其餘部分,該分子與該反應基團相連。

脫水和脫羧基化發生在煤化早期,而僅在煤炭已經達到瀝青等級之後才開始去脫水。[39]脫羧的作用是降低氧氣百分比,而去滅絕的氧氣降低了氫的百分比。脫水既可以進行,又(與脫氧化)減少了碳主鏈的飽和度(增加了碳之間的雙鍵數量)。

隨著碳化的進行,脂肪族化合物(以碳原子鍊為特徵的碳化合物)取代芳香化合物(以碳原子環為特徵的碳化合物)和芳香環開始融合到多野藥化合物(碳原子的鏈接環)。[40]結構越來越相似石墨烯,石墨的結構元素。

化學變化伴隨物理變化,例如平均孔徑減少。[41]褐煤的麥克體(有機顆粒)由huminite,外觀是樸實的。隨著煤炭成熟到亞幅度的煤炭,荷蘭開始被玻璃體所取代(閃亮)玻璃體.[42]瀝青煤的成熟為特徵瀝青化,在哪一部分煤炭轉換為瀝青,富含碳氫化合物的凝膠。[43]成熟到無菸煤的特徵是DEBITUMENIZE(從脫氧化)和無菸煤越來越多地與骨骨折,類似於厚玻璃破裂的方式。[44]

類型

沿海地區沿海地區接縫處新斯科舍省
煤等級系統使用美國地質調查局

隨著地質過程的適用壓力死了生物材料隨著時間的流逝,在適當的條件下,變質級或等級連續提高到:

  • 泥炭,煤的前身
  • 褐煤或棕色煤炭,最低的煤炭,對健康有害的最低煤炭,[45]幾乎完全用作發電的燃料
  • 亞曲子煤其性質範圍在褐煤和瀝青煤之間,主要用作蒸汽電力發電的燃料。
  • 煙煤,這是一塊密集的沉積岩石,通常是黑色的,但有時是深棕色,通常帶有明亮和暗淡的材料。它主要用作蒸汽電力發電中的燃料可樂。在英國被稱為蒸汽煤,歷史上用來在蒸汽機車和船上升起蒸汽
  • 無菸煤,最高的煤炭是一種更難的,有光澤的黑煤,主要用於住宅和商業空間加熱.
  • 石墨很難點燃,不常用用作燃料;它最用於鉛筆或粉末潤滑.
  • 煤炭煤炭(有時稱為“蠟燭煤”)是各種具有明顯氫含量的高顆粒,高級煤,主要由liptinite.

煤炭有幾種國際標準。[46]煤的分類通常基於揮發物。但是,最重要的區別是在熱煤(也稱為蒸汽煤)之間,該煤被燃燒以通過蒸汽發電。和冶金煤(也稱為焦化煤),在高溫下燃燒以使.

希爾特定律是一個地質觀察,即(在一個小面積)中發現煤炭越深,其等級(或等級)越高。如果熱梯度完全垂直,則適用;然而,變質無論深度如何,都可能導致等級的橫向變化。例如,某些煤接縫馬德里,新墨西哥州煤田被部分轉化為無菸煤接觸變質來自火成岩窗台而其餘的接縫仍然是瀝青煤。[47]

歷史

中國煤礦工人在說明天東凱武百科全書,於1637年出版

最早的公認用途來自沉陽中國地區到公元前4000年新石器時代居民已經開始從黑人褐煤開始雕刻裝飾品。[48]煤炭fushun中國東北部的礦山被用來冶煉早在公元前1000年。[49]馬可波羅,在13世紀前往中國的意大利人將煤描述為“黑石頭……像原木一樣燃燒”,並說煤炭非常豐富,人們每周可以洗三個熱水浴。[50]在歐洲,最早提到使用煤作為燃料的提及是地質論文在石頭上(第16圈)希臘科學家theophrastus(約公元前371 - 287年):[51][52]

在被挖的材料中,因為它們很有用,炭疽病[煤]由地球製成,一旦著火,它們像木炭一樣燃燒。它們在利古里亞(Liguria)和伊利斯(Elis)發現,當時在山路沿著奧林匹亞(Olympia)接近。他們被金屬工作的人使用。

- theophrastus,在石頭上(16)[53]

露頭在英國使用煤炭青銅時代(公元前3000 - 2000年),在其中形成了葬禮Pyres.[54][55]羅馬英國,除了兩個現代領域,羅馬書在所有主要煤田中利用煤英國威爾士到公元第二世紀末”。[56]赫隆布里奇的羅馬定居點, 靠近切斯特;在芬蘭東安格利亞,煤炭中部地區是通過汽車堤壩用於乾燥穀物。[57]在壁爐中發現了煤礦別墅羅馬堡,特別是在諾森伯蘭郡,可追溯到公元400年。在英格蘭西部,當代作家描述密涅瓦蘇氏蘇利斯(現代洗澡),儘管實際上很容易從變成薩默塞特煤田在本地相當低的住宅中常用。[58]煤炭使用的證據 - 在羅馬時期的城市工作。[59]Eschweiler犀牛,存款煙煤被羅馬人用於冶煉鐵礦.[56]

1942年英國煤礦工人

在公元1000年之前,沒有證據表明在英國很重要的煤炭,中世紀高.[60]煤炭在13世紀被稱為“海洋”。材料到達倫敦的碼頭被稱為Seacoal Lane,因此在憲章中被確定亨利三世國王於1253年授予。[61]最初,這個名字之所[60]但是到了亨利八世,據了解,它是從海上運送到倫敦的方式。[62]在1257 - 1259年,煤炭紐卡斯爾在泰恩河上被運到倫敦史密斯酸橙 - 燃燒器建築威斯敏斯特修道院.[60]Seacoal Lane和Newcastle Lane,在碼頭沿碼頭卸下煤炭河艦隊,仍然存在。[63]

到13世紀,這些容易獲得的來源在很大程度上已經筋疲力盡(或無法滿足不斷增長的需求)軸採礦或者ADITS發展了。[54]另一種名稱是“ Pitcoal”,因為它來自礦山。

在整個人類歷史上都在各個時期和地方進行烹飪和用煤炭加熱(除了柴火之外或柴火),尤其是在有地面煤炭煤炭且木柴稀缺的時代和地點,但廣泛依賴直到16世紀末和十七世紀初,倫敦發生了這樣的燃料轉換,可能永遠不會存在。[64]歷史學家露絲·古德曼(歷史學家)已追踪該轉變的社會經濟影響及其後來遍布英國[64]並建議其在塑造工業採用煤炭方面的重要性先前已經被低估了。[64]:xiv – xix

發展工業革命導致大規模使用煤炭,作為蒸汽機水輪。1700年,英國開采了世界五分之一的煤炭。如果沒有作為能源來源,英國將在1830年代用完合適的水車地點。[65]1947年,英國有大約75萬礦工[66]但是英國的最後一台深煤礦於2015年關閉。[67]

瀝青煤和無菸煤之間的等級曾經被稱為“蒸汽煤”,因為它被廣泛用作燃料蒸汽機車。在這種專業用途中,有時在美國被稱為“海煤”。[68]小“蒸汽煤”,也稱為幹小蒸汽螺母(DSSN)被用作國內的燃料加熱水.

煤炭在19世紀和20世紀在工業中發揮了重要作用。前身歐洲聯盟, 這歐洲煤炭社區,是基於這種商品的交易。[69]

煤炭繼續從裸露的煤接縫的自然侵蝕和貨船吹風的溢出物來到世界各地的海灘。這些地區的許多房屋將這種煤炭視為供暖燃料的重要,有時是主要的,有時是主要的。[70]

化學

作品

據報導,煤的組成要么是一種接近分析(水分,揮發性物質,固定碳和灰分)或最終分析(灰,碳,碳,氫,氮,氧氣和硫)。“揮發性物質”本身並不存在(除了一些吸附的甲烷外,但指定了通過加熱煤產生和驅動的揮發性化合物。典型的瀝青煤可能以84.4%的碳,5.4%氫,6.7%的氧氣,1.7%的氮和1.8%硫的含量為84.4%的碳,無灰燼的最終分析。[36]

在氧化物方面給出的灰分成分各不相同:[36]

灰分成分,重量百分比
Sio220–40
al2o310–35
2o35–35
CAO1–20
MGO0.3–4
TIO20.5–2.5
NA2o&k2o1–4
所以30.1–12[71]

其他次要組件包括:

平均內容
物質內容
(HG)0.10±0.01ppm[72]
(作為)1.4–71ppm[73]
(SE)3ppm[74]

焦化煤炭並使用可樂熔煉鐵

可樂烤箱無菸燃料種植威爾士, 英國

可樂是源自源自的碳質殘留物焦練煤(低灰分,低硫瀝青煤,也稱為冶金煤),用於製造鋼和其他鐵產品。[75]可樂是由在高達1,000°C的沒有氧氣的烤箱中烘烤的煤炭製成的,從而從揮發性成分中行駛,並將固定碳和殘留的灰分融合在一起。冶金可樂被用作燃料和還原劑冶煉鐵礦石高爐.[76]其燃燒產生的一氧化碳減少赤鐵礦(一個氧化鐵)鐵。

還生產廢物二氧化碳和...一起生鐵,它太豐富了溶解的碳,因此必須進一步處理以製造鋼。

焦炭應該低於灰燼,, 和,使得它們不遷移到金屬。[75]可樂一定是足夠強大為了抵制高爐中覆蓋層的重量,這就是為什麼焦化煤對於使用常規途徑製造鋼非常重要的原因。煤炭的可樂是灰色,硬且多孔的,其加熱值為29.6 MJ/kg。一些Cokemaking過程產生了副產品,包括焦油,輕油和煤氣.

石油可樂(petcoke)是獲得的固體殘留物煉油,類似於可樂,但含有太多雜質,無法在冶金應用中有用。

用於鑄造組件

在該應用中稱為海洋煤炭的細煤煤是鑄造砂。而熔融金屬在模具,煤炭緩慢燃燒,釋放減少氣體在壓力下,因此防止金屬穿透沙子的孔。它也包含在“模具清洗”,一種糊狀或液體中,在鑄造之前施加了相同功能。[77]海煤可以與用於底部的粘土襯裡(“ BOD”)混合沖天爐。加熱時,煤分解並變得有些易碎,從而減輕了打破敞開的孔以敲擊熔融金屬的過程。[78]

可樂的替代品

廢鋼可以在電弧爐;通過冶煉製作鐵的替代方法是直接減少鐵,可以使用任何碳質燃料製成海綿或顆粒的鐵。減少二氧化碳排放可以用作還原劑[79]生物質或浪費作為碳的來源。[80]從歷史上看,木炭已被用作在爆炸爐中可樂的替代品,由此產生的鐵被稱為木炭鐵.

氣化

煤氣化,作為集成氣化組合週期(IGCC)燃煤電站用於生產合成氣,混合一氧化碳(CO)和氫(H2)燃氣以發射燃氣渦輪機發電。合成氣也可以轉換為運輸燃料,例如汽油柴油機,通過Fischer -Tropsch過程;或者,合成氣可以轉換為甲醇,可以將其直接混合到燃料中,也可以通過甲醇轉化為汽油過程。[81]氣化與Fischer -Tropsch技術相結合。Sasol化學公司南非用煤製成化學藥品和機動車燃料。[82]

在氣化過程中,煤與蒸汽同時也被加熱和加壓。在反應期間,氧和水分子氧化一氧化碳(CO)的煤,同時也釋放氣(h2)。這曾經在地下煤礦中進行,也是為了製造城鎮氣,將其註入給顧客以燃燒以進行照明,供暖和烹飪。

3C(作為煤炭) + o2+ h2o→h2+ 3co

如果煉油廠想生產汽油,則將合智術路由到Fischer -Tropsch反應中。這被稱為間接煤炭液化。但是,如果氫是所需的最終產物水氣流反應,更多的氫被解放:

CO + H2O→CO2+ h2

液化

煤炭可以直接轉化為合成燃料相當於汽油或柴油氫化或者碳化.[83]煤炭液化發射的二氧化碳比從原油。混合生物質和使用CC的發射量略低於石油工藝,但成本很高。[84]國有中國能源投資經營煤炭液化廠,併計劃再建造2個。[85]

煤炭液化也可能指在運輸煤炭時貨物危險。[86]

化學品的生產

煤炭生產化學物質

自1950年代以來,煤炭生產化學物質。煤炭可以用作多種化肥和其他化學產品的生產中的原料。這些產品的主要途徑是煤氣化生產合成氣。直接從合夥人生產的主要化學物質包括甲醇一氧化碳,這是化學構建塊,從中製造了整個衍生化學品,包括烯烴醋酸甲醛,氨,尿素和別的。多功能性合成氣作為原代化學物質和高價值衍生產品的先驅,可以選擇使用煤炭生產廣泛的商品。然而,在21世紀,煤床甲烷變得越來越重要。[87]

因為一般可以通過煤氣生產的化學產品板也可以使用源自天然氣石油,化學工業傾向於使用任何最具成本效益的原料。因此,對使用煤炭的興趣傾向於增加石油和天然氣價格上漲,以及在全球經濟高增長期間可能導致石油和天然氣生產的高度。

煤到化學過程需要大量的水。[88]在中國,許多煤炭生產的煤炭生產[89][90]諸如煤炭依賴的省份Shanxi正在努力控制其污染。[91]

發電

能量密度

能量密度煤炭約為24Megajoules每公斤[92](約6.7千瓦時每公斤)。對於具有40%效率的煤炭發電廠,估計需要325千克(717磅)的煤炭才能為100 W燈泡供電一年。[93]

2017年煤炭提供了27.6%的世界能源,亞洲使用了幾乎四分之三的能源。[94]

預燃力治療

精製煤是一種煤層技術的產物,可去除水分和某些污染物,例如較低的煤,例如亞limotimotimit和褐煤(棕色)煤。它是幾種預燃用治療和煤炭過程的過程的一種形式,這些煤炭在被燃燒之前改變了煤炭的特徵。通過改進的預直晶可以實現熱效率的提高(尤其與高動燃料(例如褐煤或生物質)相關)。[95]預燃燒煤技術的目標是提高煤炭燃燒時的效率並減少排放。預燃力技術有時可以用作控制煤炭燃料鍋爐排放的庫後技術的補充。

電廠燃燒

城堡門電廠在美國猶他州的幫助者附近
煤鐵路車
推土機推煤進去盧布爾雅那電站,斯洛文尼亞

煤炭燃燒固體燃料煤電站發電叫做熱煤。煤也用於通過燃燒產生非常高的溫度。由於空氣污染而造成的早期死亡估計為每年200年,但是在不使用或遠離城市的電廠周圍,它們可能會更高。[96]全世界減少煤炭使用的努力已導致一些地區轉向低碳來源的天然氣和電力。

當煤炭用於發電,通常將其粉碎,然後在帶有一個的爐子中燃燒鍋爐(也可以看看粉碎的燃煤鍋爐)。[97]爐熱將鍋爐水轉換為蒸汽,然後用來旋轉渦輪機轉彎發電機並創造電。[98]熱力學效率根據預燃燒治療,渦輪技術(例如,超臨界蒸汽發生器)和植物的年齡。[99][100]

一些集成氣化組合週期(IGCC)已經建造了發電廠,可以更有效地燃燒煤炭。而不是粉碎煤並將其直接燃燒為蒸汽生成鍋爐中的燃料,而是煤氣被氣體加油去創造合成氣,在燃氣輪機發電(就像天然氣在渦輪機中燃燒一樣)。渦輪機的熱排氣氣用於在熱恢復蒸汽發生器為補充的動力汽輪機。用於提供的總體植物效率加熱和動力可以達到94%。[101]IGCC發電廠比常規粉碎的燃煤電廠發出的局部污染更少。但是技術的技術碳捕獲和存儲氣化後,到目前為止燃燒之前被證明太昂貴了,無法與煤一起使用。[102][103]使用煤炭的其他方法是煤礦漿液燃料(CWS),在前蘇聯,或INMHD澆頭週期。但是,由於缺乏利潤,這些並未被廣泛使用。

2017年,世界上有38%的電力來自煤炭,與30年前相同。[104]2018年,全球安裝容量為2TW(其中1TW在中國),佔總發電能力的30%。[105]最依賴的主要國家是南非,其煤炭產生的電力超過80%。[106]但是僅中國就會產生世界上一半以上的煤炭發電。[107]

最大使用2013年達到了煤炭。[108]在2018年燃煤電站容量因素平均為51%,也就是說,他們的運營時間約為一半。[109]

煤炭行業

礦業

每年生產約8000噸煤,其中約90%是硬煤和10%的褐煤。截至2018年超過一半來自地下地雷。[110]地下採礦期間發生的事故要比地表採礦更多。並非所有國家發布採礦事故因此,全球人物的統計數據尚不確定,但人們認為大多數死亡發生在中國煤炭開採事故:2017年,中國有375例煤礦相關的死亡。[111]大多數煤炭開采的是熱煤(也稱為蒸汽煤,因為它用於製造蒸汽來發電),但冶金煤(也稱為“ Metcoal”或“ Coking Coal”,因為它用於製造可樂以製造鐵)10全球煤炭使用的%至15%。[112]

作為交易商品

中國地雷幾乎一半的煤炭,其次是印度大約十分之一。[113]澳大利亞約佔世界煤炭出口的三分之一,其次是印度尼西亞俄羅斯,雖然最大的進口商是日本和印度。

冶金煤的價格是波動的[114]並且高於熱煤的價格,因為硫化煤必須在硫中較低,並且需要更多的清潔。[115]煤炭期貨合約為煤炭生產商和電力行業一個重要的工具對沖風險管理.

在某些國家,新陸上或者太陽的一代已經比現有工廠的煤炭發電少了。[116][117]但是,對於中國,這是2020年代初期的預測[118]對於東南亞,直到2020年代後期。[119]在印度,建造新工廠是不經濟的,儘管經過補貼,但現有工廠仍將市場份額失去了可再生能源。[120]

市場走向

生產煤炭的國家中國地雷迄今為止,幾乎是世界上煤炭的一半,其次是印度不到10%。到目前為止,中國也是最大的消費者。因此,市場趨勢取決於中國能源政策.[121]儘管減少污染的努力意味著全球長期趨勢是減少煤炭,但短期和中期趨勢可能會有所不同,部分原因是其他國家 /地區為新燃煤電廠融資。[105]

主要生產商

按地區生產煤炭

顯示年產量高於3億噸的國家。

按國家和年份(百萬噸)生產煤炭[122][113][123][124]
國家20002005201020152017分享(2017年)
中國1,3842,3503,2353,7473,52346%
印度3354295746787169%
美國9741,0279848137029%
澳大利亞3143754244854816%
印度尼西亞771522753924616%
俄羅斯2622983223734115%
世界其他地區1380140414411374143319%
世界總數4,7266,0357,2557,8627,727100%

主要消費者

顯示年消費量超過5億噸的國家。股票基於在噸石油同等用品中表達的數據。

按國家和年份消費煤炭(百萬噸)[125][126]
國家200820092010201120122013201420152016分享
中國2,6912,8923,3523,6774,5384,6784,5393,970煤 + 441遇到可樂= 4,4113,784煤炭 + 430 Met Coke = 4,21451%
印度582640655715841837880890煤 + 33 MET COKE = 923877煤炭 + 37 MET COKE = 91411%
美國1,017904951910889924918724煤 + 12 MET Coke = 736663煤 + 10 MET Coke = 6739%
世界總數7,6367,6998,1378,6408,9019,0138,9077,893煤炭 + 668 MET COKE = 85617,606煤炭 + 655 MET COKE = 8261100%

主要出口商

按國家和年(百萬噸)出口煤炭的出口[127]
國家2018
印度尼西亞472
澳大利亞426
俄羅斯231
美國115
哥倫比亞92
南非88
蒙古39
加拿大37
莫桑比克16

出口商有從印度和中國進口需求減少的風險。[128]

主要進口商

按國家和年份進口煤炭(百萬噸)[129][130]
國家2018
中國281
印度223
日本189
韓國149
台灣76
德國44
荷蘭44
火雞38
馬來西亞34
泰國25

損害人類健康

使用煤作為燃料會導致健康和死亡。[131]煤的採礦和加工會導致空氣和水污染。[132]煤炭動力的植物發出氮氧化物,二氧化硫,顆粒狀污染和重金屬,對人類健康產生不利影響。[132]煤床萃取對於避免採礦事故很重要。

致命倫敦煙霧主要是由大量使用煤炭引起的。據估計,全球煤炭每年會導致800,000人過早死亡,[133]主要在印度[134]和中國。[135][136][137]

燃燒的煤是二氧化硫,創建PM2.5顆粒,最危險的空氣污染形式。[138]

煤煙囪的排放原因哮喘中風,減少智力動脈堵塞,心髒病充血性心力衰竭心律不齊汞中毒動脈阻塞, 和肺癌.[139][140]

歐洲使用煤炭發電的年度健康成本估計高達430億歐元。[141]

在中國,隨著更嚴格的氣候政策,空氣質量和人類健康的改善將增加,這主要是因為該國的能源非常依賴煤炭。而且將有淨經濟利益。[142]

2017年的一項研究經濟雜誌發現在1851 - 1860年期間,對於英國來說,“煤炭使用的一項標準偏差增加了嬰兒死亡率增加了6-8%,而工業煤炭的使用解釋說,大約在此期間觀察到的城市死亡率罰款的三分之一。”[143]

呼吸煤炭粉末原因煤炭工人的肺炎或“黑肺”,之所以被稱為,是因為煤塵從通常的粉紅色中轉化為黑色。[144]僅在美國,據估計,每年有1,500名煤炭行業的前僱員死於煤礦塵埃的影響。[145]

每年生產大量的煤灰和其他廢物。煤的使用每年會產生數億噸灰分和其他廢品。這些包括粉煤灰底部灰, 和煙氣脫硫污泥,其中包含, 和別的重金屬,以及非金屬.[146]

大約10%的煤炭是Ash:[147]煤灰對人類和其他一些生物有危險和毒性。[148]煤灰包含放射性元素。煤灰和其他固體燃燒副產品在當地存儲,並以各種方式逃脫,使人們靠近燃煤電廠輻射和環境有毒物質。[149]

對環境的損害

地點的航拍照片金斯敦化石植物煤炭灰漿洩漏發生了第二天事件

採煤和煤炭加油發電站工業過程可能會造成重大的環境破壞。[150]

供水系統受煤礦開采的影響。[151]例如,採礦影響地下水地下水位水平和酸度。粉煤灰的溢出物,例如金斯敦化石植物煤炭灰漿洩漏,還可以污染土地和水道,並摧毀房屋。燃燒煤炭的電站還消耗大量水。這可能會影響河流的流量,並對其他土地用途產生影響。在水資源短缺, 如那個塔爾沙漠巴基斯坦,煤礦開采和煤炭發電廠將使用大量的水。[152]

煤炭對煤炭最早的影響之一水循環曾是酸雨。 2014年大約100TG/s二氧化硫(所以2)被釋放,其中一半以上是燃燒的。[153]釋放後,將二氧化硫氧化為H2所以4散射太陽輻射,因此大氣中的增加對氣候產生了冷卻作用。這有益地掩蓋了溫室氣體增加引起的一些變暖。然而,硫在幾週內從大氣中沉澱出大氣中,[154]而二氧化碳在大氣中保留了數百年。釋放2還有助於生態系統的廣泛酸化。[155]

廢棄的煤礦也可能引起問題。沉降可能發生在隧道上方,從而損害基礎設施或農田。煤礦開採也可能導致持久的大火,據估計數千煤縫發射在任何給定時間都在燃燒。[156]例如,Brennender Berg自1668年以來一直在燃燒,在21世紀仍在燃燒。[157]

煤炭的生產可產生氨,煤焦油和氣態化合物,作為副產品,如果將其排放到土地,空氣或水道上,則可能污染環境。[158]Whyalla Steelworks是可樂生產設施的一個例子,其中液態氨被排放到海洋環境中。[159]

排放強度

排放強度是個在發電機的生活中發出的溫室氣每單位發電。發射強度煤電站很高,因為它們發射約1000克Co2每千瓦時生成的等式,而天然氣則在500 g CO左右的中等發射強度2EQ每千瓦時。煤的排放強度隨類型和發電機技術而變化,在某些國家 /地區超過每千瓦時1200 g。[160]

地下火

世界各地數以千計的煤火正在燃燒。[161]那些地下燃燒的人可能很難找到,許多人無法熄滅。火災可能導致地面下方,它們的燃燒氣體對生命有危險,而闖入表面可以啟動表面野火。煤接縫可以通過自發燃燒或與我的火或表面火。雷擊是點火的重要來源。煤繼續緩慢地燃燒回接縫,直到氧氣(空氣)無法再進入火焰前。煤炭區的草火可以使數十個煤接縫著火。[162][163]中國的煤炭燃燒估計每年燃燒1.2億噸煤炭,排放3.6億噸2,佔全球生產CO的2-3%2化石燃料.[164][165]賓夕法尼亞州中部(一個行政區位於煤炭地區美國的),由於自治市鎮垃圾填埋場的垃圾大火而在1962年點燃的無菸煤脈,位於一個被廢棄的無菸煤地雷坑。試圖撲滅大火的嘗試不成功,這是直到今天繼續燃燒地下。澳大利亞人燃燒的山最初被認為是火山,但煙霧和灰燼來自燃燒大約6000年的煤炭大火。[166]

在Kuh I MalikYagnob谷塔吉克斯坦,煤炭礦床已經燃燒了數千年,創造了充滿獨特礦物質的廣闊的地下迷宮,其中一些非常漂亮。

紅色的粉砂岩石,在粉末河盆地懷俄明州並在西方北達科他州叫做瓷岩,類似於燃煤廢物“熟料”或火山斯科里亞”。[167]熟料是由煤炭自然燃燒融合的岩石。在過去的三百萬年內,在粉末河流域中約有27至540億噸的煤炭。[168]該地區的野煤火被報告劉易斯和克拉克探險隊以及該地區的探險家和定居者。[169]

氣候變化

煤使用的最大,最長期的影響是釋放二氧化碳,一個溫室氣體這會導致氣候變化。燃煤電廠是全球CO增長的最大貢獻者22018年的排放[170]佔化石燃料排放量的40%,[8]以及總排放量的四分之一以上。[7][注1]煤採礦可以發射甲烷,另一種溫室氣體。[171][172]

在2016年世界二氧化碳排放從煤炭使用中為14.5吉甘頓。[173]對於每兆瓦時,燃煤電力發電都會發出一噸二氧化碳,這是A釋放的約500千克二氧化碳的兩倍天然氣 - 生氣的電廠。[174]2013年,聯合國氣候局負責人建議,世界上大多數煤炭儲備都應留在地面上,以避免災難性的全球變暖。[175]為了使全球變暖在1.5°C以下或2°C以下,數百或可能的數千個燃煤電廠將需要提前退休。[176]

緩解污染

排放控制發電廠

緩解煤炭污染,有時稱為乾淨煤炭,是一系列試圖減輕該系統的系統和技術煤的健康和環境影響[177]尤其是空氣污染燃煤電站,以及煤炭燃燒的重工業.

主要重點是二氧化硫所以2) 和氮氧化物x),造成的最重要的氣體酸雨;和顆粒這會導致可見的空氣污染,疾病和過早死亡。所以2可以通過煙氣脫硫2經過選擇性催化還原(SCR)。可以用靜電迫使。雖然效率也不太效率濕洗滌器可以去除氣體和顆粒物。減少粉煤灰減少排放放射性材料.排放量最多可降低95%。[178]然而,捕獲二氧化碳排放從煤炭上通常不可行。

標準

當地污染標準包括GB13223-2011(中國),印度,[179]工業排放指令(歐盟)和清潔空氣法(美國).

衛星監視

衛星監視現在用於交叉檢查國家數據,例如Sentinel-5前體已經表明了中國對此的控制2只有部分成功。[180]它還顯示,諸如SCR之類的技術的使用率低導致高NO2南非和印度的排放。[181]

合併的循環發電廠

一些集成氣化組合週期(IGCC)已經建造了燃煤電廠煤氣化。儘管它們更有效地燃燒煤炭,因此污染較少,但該技術通常並未證明對煤炭的經濟可行,除非在日本,儘管這是有爭議的。[182][183]

碳捕獲和存儲

儘管仍在深入研究並認為對煤炭以外的某些用途有經濟上的可行性;碳捕獲和存儲已在佩特拉·諾瓦(Petra Nova)邊界大壩燃煤電廠在技術上是可行的,但由於太陽能光伏技術的成本降低,在技術上不適合與煤炭一起使用。[184]

經濟學

在2018年800億美元被投資於煤炭供應,但幾乎全部用於維持生產水平,而不是開放新的礦山。[185]從長遠來看,煤炭和石油可能每年花費全球數万億美元。[186][187]僅煤炭可能會花費澳大利亞數十億美元,[188]而一些較小的公司或城市的成本可能達到數百萬美元的規模。[189]煤炭受到損害最大的經濟體(通過氣候變化)可能是印度和美國,因為它們是擁有最高的國家碳的社會成本.[190]銀行貸款為煤炭融資是印度經濟的風險。[134]

中國是世界上最大的煤炭生產國。它是世界上最大的能源消費者,中國煤炭提供其主要能源的60%。然而,估計中國五分之一的煤炭電站是損失。[118]

由於PM2.5,煤炭儲存和處理的空氣污染耗資了美國將近200美元。[191]煤炭污染每年耗資430億歐元。[192]削減空氣污染的措施使個人和國家經濟有利[193][194]例如中國。[195]

補貼

據估計,2021年煤炭的補貼190億美元,不包括電力補貼,預計將在2022年增加。[196]截至2019年G20國家至少提供639億美元[170]每年為煤炭生產的政府支持,包括燃煤電力:許多補貼無法量化[197]但是它們包括276億美元在國內和國際公共財政上,154億美元在財政支持中,以及209億美元每年在國有企業(SOE)投資中。[170]從2020年開始,禁止在歐盟國家對新燃煤電廠的援助中,並從2025年開始對現有的燃煤工廠。[198]截至2018年,政府為新煤炭發電廠提供了資金中國東部銀行[199]日本國際合作銀行和印度公共部門銀行。[200]哈薩克斯坦的煤炭是2017年總計20億美元的煤炭消費補貼的主要接受者。[201]土耳其的煤炭受益於2021年的大量補貼。[202]

滯留的資產

一些燃煤電站可能成為滯留的資產, 例如中國能源投資是世界上最大的電力公司,風險損失其資本的一半。[118]但是,國有電力公用事業(例如Eskom在南非,Perusahaan Listrik Negara在印度尼西亞,砂拉越能源在馬來西亞,taipower在台灣,egat在泰國,越南電力Eüaş在土耳其,正在建造或計劃新植物。[203]截至2021年,這可能有助於引起碳氣泡如果破裂,這可能會導致財務不穩定。[204][205][206]

政治

建立或融資新的燃煤電站,例如中國,印度,印度尼西亞,越南,土耳其和孟加拉國,面臨越來越多的國際批評巴黎協議.[105][207][208]2019年,太平洋島國(特別是瓦努阿圖斐濟)批評澳大利亞因對沿海淹沒和侵蝕的擔憂而沒有以比他們更快的速度削減排放量。[209]2021年5月,G7成員同意結束政府對國際煤炭發電的新直接支持。[210]

反對煤炭

抗議對損害的損害大障礙礁澳大利亞氣候變化
豎立的樹屋以抗議一部分的砍伐漢巴赫森林為了漢堡表面礦在德國,砍伐在2018年被暫停

反對煤炭污染是現代的主要原因之一環境運動始於19世紀。

遠離煤炭

為了實現全球氣候目標並為目前沒有IT煤炭的人提供權力,到2040年必須將煤炭電力從近10,000個TWH減少到不到2,000 TWH。[211]淘汰煤炭具有短期健康和環境福利,超過成本,[212]但是一些國家仍然喜歡煤炭,[213]關於應該逐步淘汰的速度有很多分歧。[214][215]但是許多國家,例如為過去的煤炭聯盟提供動力,已經或已從煤炭過渡;[216]到目前為止,最大的過渡是德國,該過渡將在2035年至2038年之間關閉其最後一次燃煤電站。[217]一些國家使用的想法”只是過渡”,例如,使用過渡的一些好處為煤礦工提供早期養老金。[218]但是,低窪太平洋群島擔心過渡不夠快,他們會被淹沒海平面上升,所以他們呼籲經合組織到2040年,國家將在2030年和其他國家完全淘汰煤炭。[209]在2020年,儘管中國建造了一些植物,但在全球範圍內,煤炭的電力比建造的要多:聯合國秘書長還表示,經合組織國家應在2030年和2040年到2040年之前停止從煤炭發電。[219]COP26在裡面格拉斯哥氣候條約.

峰煤

煤礦懷俄明州, 我們。美國擁有世界上最大的煤炭儲備。

峰煤是人類社區對煤炭的高峰消費或生產。全球煤炭消費在2013年達到頂峰,到2010年代末略有下降。[220][221]煤炭在全球份額的頂峰能量混合在2008年,煤炭佔全球能源生產的30%。[220]在美國和歐洲以及亞洲發達經濟體的消費下降,煤炭使用的下降主要是由消費量的驅動。[220]2019年,中國,印度,印度,俄羅斯和澳大利亞等國家的產量增加了美國和歐洲的下降。[221]但是,煤炭在2020年代的結構下降持續。[222]

峰煤可以由峰值需求或峰值供應驅動。從歷史上看,人們普遍認為,由於耗盡的耗竭煤炭儲備。但是,由於越來越多的全球努力限制氣候變化,峰煤是由需求驅動的,需求一直低於2013年的峰值消費。[220]這在很大程度上歸因於天然氣和可再生能源的快速擴張。[220]許多國家已承諾淘汰煤炭儘管估計煤炭儲備有能力在當前的消費水平上持續數百年。在某些國家[哪個?]煤炭消費在2020年代初仍可能增加。[223]

切換到清潔燃料和低碳電力

燃煤一代的發射量約為二氧化碳的兩倍 - 每兆瓦時每噸碳,因為燃燒天然氣在500公斤溫室氣體每兆瓦小時。[224]除了發電之外,天然氣在某些國家也很受歡迎,以供暖汽車燃料.

指某東西的用途英國煤炭由於發展而拒絕北海油和後續汽油破折號在1990年代。在加拿大一些煤炭發電廠, 如那個Hearn發電站,從煤炭轉換為天然氣。2017年,美國的煤炭提供了30%的電力,低於2008年的大約49%[225][226][227]由於大量的低成本天然氣供應水力壓裂緊密的頁岩層。[228]

過渡中的煤層

一些煤礦區高度依賴煤炭。[229]

就業

一些煤礦工人擔心他們的工作可能會在過渡中丟失。[230]一個只是過渡從煤炭那裡得到了歐洲重建與發展銀行.[231]

生物修復

白腐真菌Trametes versicolor可以生長並代謝自然發生的煤炭。[232]細菌外交部已發現降解煤,從而提高了溫度。[233]

文化用途

煤炭是官方國家礦產肯塔基[234]和官方國家岩石猶他州[235]兩個都美國國家與煤炭開採有歷史性的聯繫。

一些文化認為,行為不佳的孩子只會收到一塊煤炭聖誕老人聖誕節長襪而不是禮物。

它也是習慣,被認為很幸運蘇格蘭英格蘭北部給煤作為禮物元旦。這是作為一腳代表未來一年的溫暖。

也可以看看

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來源

進一步閱讀

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外部鏈接