أنواع الفحم: التركيب والاستخدام وقيمة الطاقة

الفحم عبارة عن صخرة سوداء أو بنية داكنة تتنوع في التكوين. تحترق بعض أنواع الفحم أكثر سخونة وأنظفًا ، بينما تحتوي أنواع أخرى على نسبة رطوبة عالية ومركبات تساهم في المطر الحمضي والتلوث الآخر عند الاحتراق.

يتم استخدام أنواع مختلفة من الفحم كوقود أحفوري قابل للاشتعال لتوليد الكهرباء وإنتاج الصلب في جميع أنحاء العالم. لقد كان مصدر الطاقة الأسرع نموًا في جميع أنحاء العالم في القرن الحادي والعشرين ، وفقًا لما ذكرته الوكالة الدولية للطاقة (وكالة الطاقة الدولية)

العمليات الجيولوجية وتدهور المواد العضوية تخلق الفحم على مدى آلاف السنين. يتم استخراجها من التكوينات تحت الأرض أو "اللحامات" ، من خلال الأنفاق تحت الأرض ، أو عن طريق إزالة مساحات شاسعة من سطح الأرض. يجب تنظيف الفحم الذي تم حفره وغسله ومعالجته لإعداده للاستخدام التجاري.

تنتج الصين حاليًا فحمًا أكثر من أي دولة أخرى في العالم ، على الرغم من احتياطياتها المؤكدة في المرتبة الرابعة بعد الولايات المتحدة وروسيا والهند. تقدر وكالة الطاقة الدولية أن العرض العالمي يجب أن يزداد بمعدل حوالي 0.6 في المئة حتى عام 2020.

تتصدر أستراليا قائمة المصدرين في جميع أنحاء العالم ، حيث أرسلت 298 مليون طن متري من الفحم في الخارج في عام 2010. احتلت إندونيسيا وروسيا المرتبة الثانية والثالثة ، حيث صدرت 162 و 109 مليون طن متري على التوالي. احتلت الولايات المتحدة المرتبة الرابعة عالمياً ، حيث شحنت 74 مليون طن متري خارج حدودها في نفس العام.

تعتمد جنوب إفريقيا بشكل كبير على الفحم ، حيث تحصل على 93 بالمائة من طاقتها الكهربائية من مصدر الطاقة هذا. تعتمد الصين والهند أيضًا اعتمادًا كبيرًا على الفحم للحصول على كميات كبيرة من الطاقة ، بنسبة 79 في المائة و 69 في المائة على التوالي. تحصل الولايات المتحدة على 45٪ من الكهرباء من هذا المصدر ، لتحتلها في المرتبة 11 على القائمة العالمية للبلدان التي تولد الطاقة من هذا المصدر.

الصعب مقابل ناعم: الفحم يقع في اثنين الرئيسية التصنيفات: بجد وناعمة. ومن المعروف الفحم الناعم أيضا الفحم البني أو اللجنيت. تنتج الصين الفحم الصلب أكثر من أي بلد آخر بعامل حوالي ثلاثة. الضخ 3،162 مليون طن متري من الفحم الصلب التي تنتجها الصين تقزم انتاج المنتجون في المرتبة الثانية والثالثة - الولايات المتحدة عند 932 مليون طن متري والهند في 538 مليون متري طن.

التعادل بين ألمانيا وإندونيسيا تقريبًا لشرف تكريم الشرف في إنتاج الفحم البني الطري. حفرت هذه الدول 169 مليون و 163 مليون طن متري على التوالي.

فحم الكوك مقابل بخار: يحتوي فحم الكوك ، المعروف أيضًا باسم الفحم المعدني ، على نسبة منخفضة من الكبريت والفوسفور ويمكنه تحمل الحرارة العالية. يتم تغذية فحم الكوك في أفران ويخضع إلى الانحلال الحراري الخالي من الأكسجين ، وهي عملية تسخن الفحم إلى ما يقرب من 1100 درجة مئوية ، ذوبانه وإيقاف أي مركبات وشوائب متقلبة للمغادرة الكربون النقي. يصلب الكربون الساخن المطهر والمنقى إلى كتل تسمى "فحم الكوك" والتي يمكن تغذيتها في فرن الصهر مع خام الحديد والحجر الجيري لإنتاج الفولاذ.

الفحم البخاري ، المعروف أيضًا باسم الفحم الحراري ، مناسب لإنتاج الطاقة الكهربائية. يتكون فحم البخار من مسحوق ناعم يحترق بسرعة عند درجات حرارة عالية ويستخدم في محطات توليد الطاقة لتسخين المياه في الغلايات التي تدير التوربينات البخارية. ويمكن أيضا أن تستخدم لتوفير التدفئة الفضاء للمنازل والشركات.

تحتوي جميع أنواع الفحم على كربون ثابت يوفر الطاقة المخزنة وكميات متفاوتة من الرطوبة والرماد والمواد المتطايرة والزئبق والكبريت. نظرًا لاختلاف الخصائص الفيزيائية وجودة الفحم على نطاق واسع ، يجب تصميم محطات توليد الطاقة التي تعمل بالفحم لاستيعابها الخواص المحددة للمواد الخام المتاحة ولتقليل انبعاثات الملوثات مثل الكبريت والزئبق و الديوكسينات

يقوم الفحم بإطلاق الطاقة الحرارية أو الحرارة عند حرقها ، إلى جانب الكربون والرماد. يتكون الرماد من معادن مثل الحديد ، الألومنيوموالحجر الجيري والطين والسيليكا ، وكذلك العناصر النزرة مثل الزرنيخ والكروم.

يوصف إمكانات الطاقة المخزنة داخل الفحم بأنها "القيمة الحرارية" أو "قيمة التدفئة" أو "المحتوى الحراري". يتم قياسها بوحدات حرارية بريطانية (Btu) أو ملليغرام لكل كيلوغرام (MJ / kg). Btu هي كمية الحرارة التي ستسخن حوالي 0.12 غالون من الولايات المتحدة - رطل من الماء - بمقدار درجة فهرنهايت 1 درجة عند مستوى سطح البحر. يمثل MJ / kg كمية الطاقة المخزنة بالكيلوغرام. هذا هو تعبير عن كثافة الطاقة للوقود تقاس بالوزن.

منظمة المعايير الدولية ASTM (كانت الجمعية الأمريكية للاختبارات والمواد سابقًا) قد أصدرت طريقة تصنيف لتصنيف درجات الفحم المتكونة من المواد الدبالية المستندة إلى الجفت والمواد الدبوسية والمواد العضوية أو فيترينيت. يعتمد تصنيف الفحم على مستويات التحول الجيولوجي والكربون الثابت والقيمة الحرارية. إنه شائع مثل ASTM D388-05 التصنيف القياسي للفحم حسب الرتبة.

كقاعدة عامة ، كلما كان الفحم أكثر صعوبة ، ارتفعت قيمة الطاقة ورتبتها. الترتيب المقارن لأربعة أنواع مختلفة من الفحم من الأكثر كثافة في الكربون والطاقة إلى الأقل كثافة هو كما يلي: