Cărbunelui este carbonifer rocă sedimentară care corespunde o calitate specifică a cărbunelui , intermediar între lignit și antracit (80 până la 90% din carbon ). Negricioasă în culoare , vine de la carbonizarea a organismelor vegetale și , prin urmare , pot fi utilizate drept combustibil fosil .
Acest combustibil este folosit din XI - lea secol și de extracție în mine a făcut posibilă revoluția industrială din XIX - lea secol. De atunci, cărbunele tare a fost una dintre principalele surse de energie din țările industrializate.
Denumirea comună de cărbune se referă în general la cărbune tare.
Termenul de „cărbune“ ar fi echivalentul francez al valon Hoye sau hougne . În provincia Liège , cuvântul datează din secolul al XI- lea, când se regăsește în lucrările din Capitolul Saint-Lambert din 1278 și 1299 , precum și din cele din abația Val Benoît din 1281 . Potrivit lui Jean Haust , cuvântul „hoye” a existat înainte de descoperirea cărbunelui și înseamnă „fragment, așchie, zgomot” în Liège valon . Odată cu descoperirea de cărbune, „Hoye“ a fost folosit pentru a desemna cărbune forfetare și răspândirea cuvânt de la 1200 la vest și la sud de dialectale Valonia .
Potrivit lui Bormans, „hoye” ar proveni din derivatele verbului „schillen” (a coaja), „scho, schael”, și ar însemna „scară, zgură de pământ, șist”. O altă posibilă origine a cuvântului ar fi „Hullos” sau „Hollius”, un fierar legendar din Plainevaux care a descoperit cărbunele în Publémont .
Dezvoltarea naturală a cărbunelui este realizată din materie organică , produsă de pădurile tropicale din Carbonifer - inclusiv producția de kerogen . Vorbim astfel în mod obișnuit de „pădure de cărbune”: îngroparea și transformarea acestor paleoforuri mlăștinoase este originea zăcămintelor de cărbune.
Indiferent de interesul lor economic, bazinele de cărbune oferă astfel informații valoroase despre flora antică și peisajele terestre antice.
Cărbunele tare este o calitate specifică a cărbunelui , un termen generic care acoperă trei categorii de combustibili solizi de aceeași origine ( kerogen ), dar ale căror depozite se află în diferite stadii de transformare: turbă , lignit și, în cele din urmă, cărbune tare, inclusiv antracit varietate.
Pentru nevoile industriale și domestice, cărbunele se caracterizează prin:
Produse | Conținut de carbon (în%) |
Valoare calorică (în kJ / kg) |
---|---|---|
Antracit | 93 - 97 | 33.500 - 34.900 |
Cărbune slab și cărbune antracit | 90 - 93 | 34.900 - 36.000 |
Cărbune semi-gras sau semi-bituminos | 80 - 90 | 35.000 - 37.000 |
Cocere cu cărbune uleios sau bituminos | 75 - 90 | 32.000 - 37.000 |
Aprins | 70 - 80 | 32.700 - 34.000 |
Lignit | 50 - 60 | <25 110 |
Turbă | <50 | 12 555 |
Analizoarele de carbon există acum, funcționând continuu.
Cărbunele este folosit încă din secolul al XI- lea ca combustibil pentru încălzire și chiar gătit .
Astfel, în Enciclopedie sau în Dicționarul motivat de științe, arte și meserii : „Cărbunele de pământ este de mare folos în utilizările vieții. În țările în care lemnul nu este comun, cum ar fi Anglia și Scoția, acesta este utilizat pentru încălzirea și gătitul alimentelor; & chiar și mulți oameni susțin că carnea prăjită la un astfel de foc este mai bună; este sigur că sunt mai suculente, deoarece sucul este mai concentrat acolo. (...) Pentru a o salva, oamenii săraci o reduc la o pulbere grosieră pe care o amestecă cu argilă; lucrează acest amestec, așa cum s-ar face cu mortarul; apoi formează bile sau feluri de prăjituri, care sunt uscate la soare în timpul verii. Aceste bile sunt arse cu cărbune obișnuit; & când sunt înroșite, dau pentru o perioadă foarte lungă de timp o căldură blândă mai puțin aspră decât cea a cărbunelui singur. (…) Mai multe arte și meserii fac, pe lângă aceasta, o utilizare foarte mare a cărbunelui. Mareșalii și lăcătușii și toți cei care lucrează cu fier dau preferință cărbunelui; deoarece se încălzește mai repede decât acesta din urmă și reține mai multă căldură mult timp . În Anglia, este utilizat în sticlărie din sticlă obișnuită și chiar din cristal ; este lăudat mai ales pentru utilizarea sa la coacerea cărămizilor și a plăcilor; & în multe locuri a fost folosit cu succes pentru încălzirea cuptoarelor de var. "
În Anglia, riscul unei penurii de cărbune , utilizat inițial în turnătorii, obligă industria metalurgică engleză să caute o altă materie primă pentru industria sa : cărbune și cărbune tare . În stare brută, este impropriu utilizării în această industrie și necesită „distilare” în replici , grupate în baterii, într-o fabrică numită cocserie . Produsul obținut este cocs .
Data invenției cocsului nu este cu adevărat cunoscută. Metalurgistul german al XIX - lea secol , Ledebur ( Adolf Ledebur ) menționează un brevet de limba engleză Dud Dudley în 1619 . Dezvoltarea efectivă a producției de cocs va avea loc la sfârșitul XVIII - lea secol. În special înlocuirea cărbunelui cu cocs de către Abraham Darby a lansat utilizarea sa industrială.
„Distilarea” (de fapt o piroliză ) a cărbunelui va face ulterior posibilă obținerea gazului de cărbune pentru iluminat . Gazul cărbune conține 50% dihidrogenfosfat , 32% metan și 8% monoxid de carbon . Proprietatea descoperirii gazului carburator hidrogenului (Lebon) sau lumină de gaz (Murdoch), sau gaz de cărbune , (dar iluminatul cu gaz , gaz fabricate , gaz oraș , etc.) , în jurul 1800 a fost dezbaterea la momentul respectiv . Este împărțit între francezul Philippe Lebon , englezul William Murdoch , germanul Frédéric-Albert Winsor , Limburgerul Jan Pieter Minckelers care este singurul care nu i-a dat consecințe industriale. Din 1812 , răspândirea gazului de cărbune ca iluminare a gazelor se face la Londra mai întâi la Paris, apoi sub conducerea lui Frederick Albert Winsor într-un moment în care se aprinde din nou la „ petrol ” . În acest proces, s-au înființat diverse companii cu scopul de a echipa marile orașe europene, inclusiv compania engleză Imperial Continental Gas Association , care va fi la originea marilor grupuri energetice moderne.
La început, fabricile de gaze au fost construite pentru a produce gaz de cărbune (de unde și numele său de gaz fabricat ); revânzarea cocsului , un produs secundar al producției de gaze, este suficientă pentru a plăti cărbunele tare. În al doilea rând, gazul este furnizat de la cocsificatoare . Gazul devine un produs secundar al fabricării cocsului. Această dezvoltare a cocsificatorilor a fost încurajată de boom-ul din carbochimie din 1920 și de dezvoltarea de noi subproduse de cocs: benzol , hidrogen , etilenă etc.
Alte surse de aprovizionare cu energie par să concureze cu cărbunele tare. Le desemnăm după criteriul cărbunelui care este omniprezent în acel moment, cam ca în vremea noastră, desemnăm țiței sub termenul „aur negru”. Formula „cărbunelui alb”, de exemplu, dezvoltată la Grenoble din 1878 în timpul întâlnirilor locale, apoi la târgul de la Lyon din 1887 de Aristide Bergès , a fost popularizată definitiv în cadrul Expoziției Universale de la Paris din 1889 , unde a fost de fapt expresia populară de a caracteriza puterea hidraulică în toate formele sale. Distingem:
Cele Gazele fabricate sunt înlocuite, pentru iluminatul stradal de electricitate din 1880 , iar pentru uz diverse industriale și menajere, inclusiv de încălzire și de gatire, gazele naturale , în special din criza 1929 , mai mult de la sfârșitul al doilea război mondial .
Transformarea cărbunelui în gaz stârnește un interes reînnoit odată cu descoperirea în 1926 a procesului Fischer-Tropsch (făcând posibilă generarea unui combustibil lichid sintetic numit synfuel ). Ocazional a apărut termenul de sinteză gaz sau syngas (prescurtare pentru gaz sintetic ) care include gaze fabricate și experiențe moderne pentru a crea gaz sintetic. Apoi, utilizarea cărbunelui a devenit marginală: la mijlocul anilor '80 , hidrocarburile ( gaze naturale sau tăieri de petrol ) erau principala sursă de gaz de sinteză .
Cărbunele este utilizat în principal astăzi:
Utilizarea cărbunelui în centralele termice este foarte importantă; aceste centrale furnizează 40% din producția mondială de energie electrică, jumătate din aceasta în Statele Unite și Germania . Considerat mult timp învechit, interesul pentru cărbune revine atunci când nevoile de energie ating capacitățile maxime de producție pentru petrol sau gaze naturale , crescând costul acestora. Utilizarea cărbunelui, în special în centralele electrice, a făcut și continuă să facă progrese enorme în reducerea emisiilor de poluanți precum sulf , oxizi de azot și particule fine. Pe de altă parte, aproape nimic nu s-a schimbat în ceea ce privește emisiile de gaze cu efect de seră . O centrală electrică pe cărbune curentă emite mult mai puțin CO 2pe kilowatt-oră produs decât unul vechi (datorită eficienței mai bune), dar de două ori mai mult decât o instalație de gaze. Întoarcerea cărbunelui va fi, prin urmare, și este deja un dezastru în ceea ce privește încălzirea globală. Sechestrarea CO 2 pare a fi o soluție interesantă, dar nu va fi disponibilă pe scară largă de mulți ani.
Statele UniteÎn anii 1990, companiile electrice preferând să construiască centrale electrice pe gaz, puține centrale electrice noi pe cărbune apăruseră în Statele Unite. Acum că prețul gazului crește și devine extrem de instabil, datorită scăderii producției americane, în curs de desfășurare sunt în curs de desfășurare aproximativ 100 de noi centrale electrice pe cărbune, pentru un total de aproximativ 60 de gigawați, în perioada 2005-2013. Dar de cele mai multe ori se confruntă cu refuzurile populațiilor din apropiere și ale autorităților locale. Cercetările se îndreaptă spre o utilizare mai ecologică a cărbunelui și către producția de combustibili sintetici din cărbune. În 2003, Departamentul de Energie al SUA a lansat, de asemenea, programul de cercetare FutureGen pentru a îndeplini cerințele de mediu.
ChinaÎn 2003 , Republica Populară Chineză a produs 79% din electricitatea sa din cărbune. Beijingul intenționează să adauge în jur de 70 de centrale noi pe cărbune pe an; în 2006, cinci centrale electrice pe cărbune erau construite pe săptămână. Această țară ar trebui să devină cel mai mare emițător de dioxid de carbon până în 2009. Într-adevăr, majoritatea centralelor termice sunt degradate și foarte poluante, deoarece funcționează datorită tehnicii de pulverizare a cărbunelui. În 2007, China deținea 13% din rezervele mondiale de cărbune, adică 118 miliarde de tone. Cele mai importante companii de cărbune sunt Shenhua Group și Yankuang. În 2008, cu 25.000 de mine, țara era principalul producător mondial (2,5 miliarde de tone pe an), consumator și exportator.
GermaniaÎn Brandenburg este una dintre primele fabrici pilot, care să spună „cărbune curat”. Acest proiect folosește redox , una dintre modalitățile de a prinde și sechestra dioxidul de carbon eliberat de combustibil. Plantele de acest tip ar trebui să devină obișnuite până în 2020.
Africa de SudAl cincilea cel mai mare producător din lume, The Rainbow Nation a arătat în Ianuarie 2008defectele politicii sale cu privire la toate cărbunele. Din cauza lipsei centralelor termice, aceasta nu a reușit să răspundă cererii de energie electrică, rezultând o întrerupere teribilă.
FranţaÎn unele cazuri, este recuperat gazul natural de exploatare (cunoscut sub denumirea de „ foc de foc ”) care se degazează în mod natural din venele operațiunilor subterane abandonate. În nordul Franței, facilitățile companiei Gazonor recuperează această pantă (cu excepția capetelor de est și de vest ale bazinului minier) și o reinjectează în rețeaua Gaz de France . Este, de asemenea, o modalitate de a preveni cantități semnificative de metan (cu efect de seră important) care ajung doar în atmosferă. European Gas Limited, din Lorena , este singura companie din Franța care efectuează cercetări privind recuperarea focului de foc în cusăturile cărbunelui neexploatat.
Există procese care transformă cărbunele în gaz sau hidrocarburi lichide.
Gazificarea cărbunelui constă, cu adaos de oxigen , în transformarea cărbunelui în gaz compus din monoxid de carbon și hidrogen , denumit gaz de sinteză sau „ syngaz “. Acest amestec este în general ars pentru a produce electricitate ca în centralele electrice de tip IGCC . De asemenea, poate fi transformat în hidrocarburi lichide, după cum se indică mai jos.
Lichidarea cărbunelui, mai bine cunoscută sub termenul anglo-saxon „ Cărbune-Lichide ” sau „ CTL ”, constă în conversia cărbunelui în hidrocarburi lichide similare cu combustibilii din petrochimie.
Există două familii de procese:
Aceste două rute au fost inventate în Germania: ruta directă de Friedrich Bergius în 1913 , ruta indirectă de Franz Fischer și Hans Tropsch în 1923 . Ambele procese au fost aplicate industrial în Germania, în special în timpul celui de-al doilea război mondial .
Uleiul atât de ieftin, și combustibilii care produc în ceva mai curat decât cărbunele, apoi înlocuit cărbune ca materie primă.
După șocurile petroliere din anii 1970, CTL a cunoscut o reapariție a interesului, ceea ce a dus la crearea de unități pilot, în special în Statele Unite și Japonia . Nivelul prețurilor petrolului din anii 1990 a determinat din nou încetinirea acestor eforturi. Noile metode de exploatare a gazelor de șist prinse în roci adânci în anii 2000 au scăzut prețul gazului, făcând aceste alternative și mai puțin atractive.
Cu toate acestea, Africa de Sud din motive de independență energetică a dezvoltat mai multe unități. Sasol produce astăzi aproximativ 30% din consumul de hidrocarburi lichide din țară din cărbune, prin mijloace indirecte și prin sinteza Fischer-Tropsch.
La sfârșitul anului 2008, Shenhua chinez a început prima sa unitate de lichefiere a cărbunelui, cu un proces direct, în Mongolia Interioară . Aceste prime teste, care au durat treisprezece zile, au fost urmate de o a doua campanie de testare (începută înoctombrie 2009).
Provocările economice ale CTL sunt considerabile. Costul unei unități industriale este de câteva miliarde de euro. Indicatorul economic al costului unei unități este „prețul echivalent al țițeiului”, ale cărui valori comunicate de producători și în literatură sunt extrem de variabile: de la 35 la 90 de dolari pe baril.
Miza esențială a CTL este independența energetică. Există într-adevăr multe țări bogate în cărbune și relativ sărace în petrol, cum ar fi cei trei uriași din Statele Unite, China și India. În aceste țări găsim cele mai multe dintre cele treizeci de proiecte studiate în 2008. Cu toate acestea, exploatarea gazului de șist este în plină expansiune în Statele Unite, făcând această alternativă mai puțin atractivă. În plus, alegerile politice privind dioxidul de carbon (gaze cu efect de seră, Protocolul de la Kyoto etc.) pot constitui obstacole în calea dezvoltării CTL.
Premiul internațional pentru lichefierea cărbunelui pentru 2010 a fost acordat domnului Zhang Jiming, vicepreședinte al China Shenhua Coal pentru Liquid & Chemical (China). Premiul 2011 a fost acordat la Paris pe3 martie 2011a domnului Rudi Heydenrich, Director Executiv al Sasol Technology , încheierea Conferinței Mondiale CTL 2001 .
Până în jurul anului 2000, producția globală de cărbune a fost relativ stabilă în ansamblu, în creștere în țările în curs de dezvoltare, dar în scădere în țările occidentale bogate datorită naturii sale poluante și a caracterului mai puțin practic decât combustibilii gazoși sau lichizi sau datorită epuizării resurselor. Zona minieră din Nord-Pas-de-Calais a funcționat din 1850 până în 1990, partea de vest a unei cusături de cărbune întinzându-se din Franța până în Belgia (care a încetat să mai funcționeze, deoarece există cincisprezece ani) și Germania (unde se preconizează că exploatarea va dura până 2018). Cu toate acestea, în ultimii ani, producția a crescut brusc, în principal determinată de China , care a reprezentat 45% din producție în 2005, față de 19% în 1990.
Producție:
Iată primele opt țări producătoare de cărbune în 2005, conform Agenției Internaționale pentru Energie, producție care include cărbune „negru” și lignit:
Țară | Producția de Mt. | Note |
---|---|---|
China | 2226 | |
Statele Unite | 1028 | Cel mai mare producător până în 1990 |
India | 430 | Cărbuni de calitate scăzută ( arsenic , sulf ) |
Australia ( Queensland ) | 372 | Primul exportator |
Africa de Sud | 315 | |
Rusia | 220 | |
Indonezia | 318 | Majoritatea lignitului |
Polonia | 160 |
Spre deosebire de petrol, cărbunele este consumat mai ales în țările care îl produc; doar aproximativ 15% din producția mondială este exportată. Primele sunt Australia (231 Mt), Indonezia, Rusia și Africa de Sud. Exporturile chineze au scăzut în ultimii ani, producția, în ciuda creșterii cu 50% în trei ani, nu a reușit să țină pasul cu cererea masivă de la centralele chineze.
Cărbunele a pus și încă pune multe probleme pentru mediu și sănătatea mediului . În amonte de sector:
În avalul sectorului, industria cărbunelui lasă multe consecințe:
În Franța, în 2009 , ministrul ecologiei a cerut prefecților să pună în aplicare măsuri de supraveghere în jurul siturilor de deșeuri radioactive, inclusiv depozite de deșeuri cu „radioactivitate naturală îmbunătățită” ( cenușă , fosfogips etc.). Acest prim inventar ar putea ghida strategia statului cu privire la riscurile asociate cu cenușa de cărbune, care în 2009 era încă produsă de sute de mii de tone pe an, de 19 centrale electrice pe cărbune (15 pentru EDF și 4 pentru SNET ) care în Franța compensează nevoile pe care energia nucleară nu le poate furniza în perioadele de vârf. O mare parte din depozitele franceze au fost vândute sau oferite pentru industria construcțiilor ( lucrări de terasament / umplutură de tranșee sau îmbunătățiri rutiere, includere în ciment sau beton sau ca material de umplutură pentru diverse infrastructuri rutiere sau feroviare ( TGV Est de exemplu J. Bonnemains , autorul unui studiu realizat pentru ASN, consideră că este necesar un control mai bun al cenușii de cărbune, ceea ce, potrivit acestuia, necesită „crearea unei structuri externe producătorilor pentru a asigura o monitorizare longitudinală și contradictorie”.