A szén felhasználása, típusai, szennyezése és tényei Britannica

Szerkesztõink átnézik az Ön által beküldötteket, és megállapítják, hogy módosítják-e a cikket.

Szén, az egyik legfontosabb elsődleges fosszilis tüzelőanyag, szilárd széndús anyag, amely általában barna vagy fekete, és leggyakrabban rétegzett üledékes lerakódásokban fordul elő.

A szén meghatározása szerint több mint 50 tömegszázalék (vagy 70 térfogatszázalék) széntartalmú anyag van, amelyet a megváltozott növényi maradványok - nevezetesen a tőzeglerakódások - tömörítésével és megkeményedésével állítanak elő. Különböző szénfajták merülnek fel a növényi anyagok fajtáiban (széntípus), a koalifikáció mértékében (a szén rangja) és a szennyeződések tartományában (a szén minősége). Noha a legtöbb szén rétegzett üledékes lerakódásokban fordul elő, a lerakódások később magasabb hőmérsékletnek és nyomásnak lehetnek kitéve a magmás behatolások vagy az orogenezis során bekövetkező deformáció (vagyis a hegyvidéki építési folyamatok) során, ami antracit, sőt grafit kialakulását eredményezi. Noha a földkéregben a szén koncentrációja nem haladja meg a 0,1 tömegszázalékot, az élethez nélkülözhetetlen és az emberiség fő energiaforrása.

Ez a cikk a szén geológiai eredetét, szerkezetét és tulajdonságait, felhasználását az emberi történelem során, valamint a világ jelenlegi elterjedését vizsgálja. A szénkitermelés folyamatáról a szénbányászat című cikkben olvashat. A szénégetéssel kapcsolatos folyamatok teljesebb körű kezelését lásd a szénfelhasználás című cikkben.

A szén felhasználásának története

Az ősi időkben

A tűz használatának felfedezése segített megkülönböztetni az embereket más állatoktól. A korai tüzelőanyagok elsősorban fa (és belőle származó szén), szalma és szárított trágya voltak. A szén korai felhasználására való utalások csekélyek. Arisztotelész „testekre, amelyekben több a föld, mint a füst”, és „szénszerű anyagoknak” nevezte őket. (Meg kell jegyezni, hogy a szénre vonatkozó bibliai utalások inkább a szénre, mint a kőszénre vonatkoznak.) A szenet a kínai kereskedelemben jóval azelőtt használták, hogy Európában felhasználták volna. Habár nem áll rendelkezésre hiteles adat, az északkelet-kínai Fushun-bányából származó szenet már 1000 ie-kor is felhasználhatták rézolvasztásra. Üzemanyagként használt köveket állítólag Kínában állítottak elő a Han-dinasztia idején (206 bce –220 ce).

Európában

Az angliai római romok között talált szénmarók arra utalnak, hogy a rómaiak 400 ce előtt ismerik a szénhasználatot. Az első dokumentált bizonyíték arra, hogy Európában bányát bányásztak, Reinier liège-i szerzetes adta, aki (kb. 1200) fekete földet írt, amely nagyon hasonlít a fémmegmunkálók által használt szénhez. Az angliai, skóciai és az európai kontinens szénbányászatára számos utalás kezdett megjelenni a 13. század írásaiban. A szenet azonban csak korlátozott mértékben használták a 18. század elejéig, amikor az angol Abraham Darby és mások kidolgozták a kohóból történő felhasználás módszereit és a szénből készített kokszot. Az egymást követő kohászati és műszaki fejlesztések - nevezetesen a szénégető gőzgép feltalálása James Watt által - szinte kielégíthetetlen igényt váltottak ki a szén iránt.

Az Új Világban

Az amerikai forradalom idejéig az amerikai gyarmatokon felhasznált szén legtöbb Angliából vagy Új-Skóciából származott. A háborús idők hiánya és a lőszergyártók igényei azonban olyan kis amerikai szénbányászati műveleteket indítottak el, mint amilyenek Virginia-ban, a James folyónál, Richmond közelében. Az 1830-as évek elejére bányavállalatok alakultak ki az Ohio, Illinois és Mississippi folyók mentén, valamint az Appalachi régióban. Akárcsak az európai országokban, a gőzmozdony bevezetése is óriási lendületet adott az amerikai széniparnak. Az ipari tevékenység folyamatos bővülése az Egyesült Államokban és Európában tovább ösztönözte a szén felhasználását.

Modern hasznosítás

A szén mint energiaforrás

A szén bőséges természeti erőforrás, amely felhasználható energiaforrásként, kémiai forrásként, amelyből számos szintetikus vegyület (pl. Színezékek, olajok, viaszok, gyógyszerek és peszticidek) nyerhető, valamint koksz előállításához kohászati folyamatok. A szén az energiatermelés fő energiaforrása a gőztermelés felhasználásával. Ezenkívül a szén elgázosítása és cseppfolyósítása olyan gáznemű és folyékony üzemanyagokat eredményez, amelyek könnyen szállíthatók (például csővezetékkel) és kényelmesen tárolhatók tartályokban. A szénfelhasználás 2000-es évek eleji óriási növekedése után, amelyet elsősorban a kínai gazdaság növekedése hajtott végre, a szénfogyasztás világszerte 2012-ben tetőzött. Azóta a szénfelhasználás folyamatosan csökken, amelyet nagyrészt ellensúlyoz a földgázfelhasználás növekedése.

Átalakítás

Általában a szén hidrogénhiányos szénhidrogénnek tekinthető, amelynek hidrogén/szén aránya 0,8 közelében van, összehasonlítva a folyékony szénhidrogének arányával, amely közel 2 (propán, etán, bután és egyéb földgázfajták esetében) és gáznemű szénhidrogének aránya közel 4 (benzin esetében). Ezért a szén alternatív tüzelőanyaggá történő átalakításához használt bármely folyamatnak hidrogént kell adnia (akár közvetlenül, akár víz formájában).

A gázosítás a szén átalakulását jelenti gázkeverékké, beleértve a szén-monoxidot, hidrogént, metánt és más szénhidrogéneket, a körülményektől függően. A gázosítás történhet in situ vagy feldolgozó üzemekben. Az in situ gázosítást egy szénágy szabályozott, hiányos elégetésével hajtják végre a föld alatt, miközben levegőt és gőzt adnak hozzá. A gázokat kivonják és égethetik hőtermelés vagy áramtermelés céljából, vagy felhasználhatók szintézisgázként közvetett cseppfolyósításban vagy vegyi anyagok előállításában.