CĂRBUNELE

Cărbunele este o rocă sedimentară de culoare brun - neagră cu proprietăți combustibile formată prin carbonizarea (îmbogățirea în carbon în condițiile lipsei oxigenului) resturilor unor plante din epocile geologice.

Perioada carbonifieră (în urmă cu aproximativ 360-286 de ani în urmă) a fost denumită astfel de către geologi datorită cantităţilor imense de cărbuni care s-au format atunci. Acesta a luat naştere din pădurile tropicale preistorice, compuse din arbori-ferigă foarte înalţi. Apele mlăştinoase ce se aflau pe teritoriul acestor păduri erau sărace în oxigen, fapt ce favoriza acţiunea bacteriei ce produce putrefacţia, astfel, arborii-ferigă s-au descompus foarte încet, transformându-se în turbă.

Pentru a se transforma în cărbune, turba trebuie să fie presată. Un strat de turbă cu o grosime între 10 şi 15 m va forma un strat de cărbune de doar 1m grosime.

În perioada carboniferă scoarţa Pământului a suferit o serie de transformări. În timpul uneia dintre aceste perioade, turba a fost acoperită cu nisip şi mâl. Straturile de pământ şi turbă au fost apoi îngropate sub mări pentru ca mai apoi să revină din nou la suprafaţă. În timp se formau noi mlaştini şi noi straturi de turbă. Acest proces, numit sedimentare ciclică, s-a produs de mai multe ori. În regiunile carbonifere există un număr de zăcăminte, situate unul deasupra celuilalt, cuprinse între straturile de rocă sedimentară .

Procesul de incarbonizare a plantelor preistorice s-a produs cu milioane de ani în urmă, prin două procese mai importante:

- faza biochimică produsă de bacterii și ciuperci care transformă celuloza și lignina din plante;

- 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:

Materia inițială de bază din care ia naștere cărbunele sunt resturi de plante fosile, care constau mai ales din feriga uriașă, care în urmă cu 400 de milioane de ani alcătuia adevărate păduri.

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 (Lignit).

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 perioada terțiară în urmă cu 2,5 - 65 milioane de ani.

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.

Lignitul este cel mai puţin modificat cărbune şi are cel mai mic conţinut de carbon, de aproximativ 30%. În timpul arderii acesta degajă mult fum şi relativ puţină căldură.

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.

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.

Huila este cea mai răspândită şi degajă cea mai mare cantitate de căldură.

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.

Antracitul este cărbunele superior. Se compune din 98% carbon şi este foarte greu se extras, dar este curat la manipulare. Arde cu o flacără foarte fierbinte şi degajă puţin fum, însă este foarte greu de aprins.

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.

- Ca materie primă în industria chimică și în metalurgie. O importanță mare o prezintă cocsul care este folosit drept combustibil în încălzire (înlocuitor al gazelor naturale) și de asemenea ca reducător al minereurilor feroase în furnale. Înainte de exploatarea pe scară largă a gazelor naturale, unele ţări îşi produceau întreaga cantitate de gaze din cărbune. Ţările fără resurse de gaze naturale recurg încă la acest procedeu. Producerea gazelor din cărbune este asociată cu producerea cocsului , un combustibil esenţial în topirea şi turnarea metalelor. Pentru producerea cocsului, cărbunele este ars în cuptoare etanşe. Cărbunele nu arde din lipsa oxigenului, dar odată cu căldura se degajă amoniac, gudroane, gaze şi uleiuri uşor volatile lăsând în urmă un reziduu dur.

- Cărbunele este şi materia primă pentru procese chimice. Amoniacul, gudroanele şi uleiurile uşor volatile rezultate din cocsificare sunt utilizate pentru realizarea altor produse, cum ar fi: vopsele pentru ţesături, antiseptice, medicamente, parfumuri, fertilizatori, pesticide s-au chiar lac de unghii. Din cărbune se poate produce chiar şi zaharina.

- Cărbunele este folosit şi în domeniul artistic, mai precis la desene liniare, portrete sau peisaje.

Rezervele de cărbuni:

La nivel mondial, trei ţări deţin două treimi din rezervele mondiale descoperite.

SUA deţine 30%, Rusia şi Statele Aliate aproximativ 25%, iar China 10%. Restul rezervelor de cărbune sunt situate în India 12%, statele Uniunii Europene 7%, Australia 7%. În America de Sud doar 4 ţări – Argentina, Brazilia, Chile şi Columbia - deţin zăcăminte bogate de cărbune. Cea mai mare parte a cărbunelui este adânc îngropat sub pădurile tropicale unde este greu de exploatat.

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:

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. În Uniunea Europeană consumul a fost de 285,9 milioane tep și a reprezentat 7,7% din consumul mondial.