Οι τύποι άνθρακα: σύνθεση, χρήση και ενεργειακή αξία

Ο άνθρακας είναι ένα ιζηματογενές μαύρο ή σκούρο καφέ ροκ που ποικίλλει στη σύνθεση. Ορισμένοι τύποι άνθρακα καίγονται θερμότεροι και καθαρότεροι, ενώ άλλοι περιέχουν υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία και ενώσεις που συμβάλλουν στην όξινη βροχή και άλλη ρύπανση όταν καίγονται.

Άνθρακες ποικίλης σύνθεσης χρησιμοποιούνται ως καύσιμο ορυκτό καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρισμού και την παραγωγή χάλυβα σε όλο τον κόσμο. Ήταν η ταχύτερα αναπτυσσόμενη πηγή ενέργειας παγκοσμίως στον 21ο αιώνα, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας.

Σχετικά με την παραγωγή άνθρακα

Οι γεωλογικές διαδικασίες και η αποσυνθετική οργανική ύλη δημιουργούν άνθρακα για χιλιάδες χρόνια. Είναι εξορύσσεται από υπόγειους σχηματισμούς ή "ραφές", μέσω υπόγειων σηράγγων, ή αφαιρώντας μεγάλες εκτάσεις της γήινης επιφάνειας. Ο εκσκαφέντος άνθρακας πρέπει να καθαριστεί, να πλυθεί και να υποστεί επεξεργασία για να το παρασκευάσει για εμπορική χρήση.

Η Κίνα παράγει σήμερα περισσότερο άνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα στον κόσμο, αν και τα αποδεδειγμένα αποθέματά της κατατάσσονται τέταρτα πίσω από τις ΗΠΑ, τη Ρωσία και την Ινδία. Ο ΔΟΕ εκτιμά ότι η παγκόσμια προσφορά θα πρέπει να αυξηθεί με ρυθμό περίπου 0,6% έως το 2020.

Εξαγωγείς και εισαγωγείς άνθρακα

Η Αυστραλία βρίσκεται στην κορυφή του παγκόσμιου καταλόγου εξαγωγέων, αφού έστειλε 298 εκατομμύρια τόνους άνθρακα στο εξωτερικό το 2010. Η Ινδονησία και η Ρωσία κατέλαβε τη δεύτερη και την τρίτη θέση, εξάγοντας 162 και 109 εκατομμύρια τόνους αντίστοιχα. Οι Ηνωμένες Πολιτείες ήρθαν στην τέταρτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο, αφού απέστειλαν 74 εκατομμύρια τόνους πέρα ​​από τα σύνορά τους το ίδιο έτος.

Αξιοποίηση του άνθρακα

Η Νότια Αφρική βασίζεται περισσότερο στον άνθρακα, λαμβάνοντας το 93 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας από αυτή την πηγή ενέργειας. Η Κίνα και η Ινδία βασίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό στον άνθρακα για σημαντικά ποσά ενέργειας, σε ποσοστό 79% και 69% αντίστοιχα. Οι Η.Π.Α. καταναλώνουν το 45% της ηλεκτρικής ενέργειας από αυτή την πηγή, κατατάσσοντας την 11η θέση στον παγκόσμιο κατάλογο χωρών που παράγουν ενέργεια από αυτήν την πηγή.

Σκληροί και μαλακοί τύποι άνθρακα

Ο άνθρακας εμπίπτει σε δύο βασικές κατηγορίες: σκληρό και μαλακό. Ο μαλακός άνθρακας είναι επίσης γνωστός ως καφές ή λιγνίτης. Η Κίνα παράγει περισσότερο λιθάνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα κατά περίπου τρεις. Οι εντυπωσιακοί 3.162 εκατομμύρια τόνοι λιθάνθρακα που παράγεται από την Κίνα αποτελούν την παραγωγή των παραγωγών δεύτερης και τρίτης κατηγορίας - των ΗΠΑ σε 932 εκατομμύρια μετρικούς τόνους και της Ινδίας σε 538 εκατομμύρια τόνους.

Η Γερμανία και η Ινδονησία δεσμούν σχεδόν για την τιμή των κορυφαίων τιμών στην παραγωγή μαλακού καφέ άνθρακα. Αυτές οι χώρες έσκαψαν 169 εκατομμύρια και 163 εκατομμύρια μετρικούς τόνους αντίστοιχα.

Άνθρακα οπτανθρακοποίησης έναντι άνθρακα ατμού

Ο άνθρακας οπτανθρακοποίησης, γνωστός και ως μεταλλουργικός άνθρακας, έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο και φωσφόρο και μπορεί να αντέξει υψηλή θερμότητα. Ο άνθρακας οπτανθρακοποίησης τροφοδοτείται σε φούρνους και υποβάλλεται σε πυρόλυση χωρίς οξυγόνο, μια διαδικασία που θερμαίνει τον άνθρακα σε περίπου 1.100 βαθμούς Κελσίου, το τήκεται και απομακρύνει τυχόν πτητικές ενώσεις και ακαθαρσίες για να αφήσει καθαρό άνθρακα. Ο θερμός, καθαρισμένος, υγροποιημένος άνθρακας στερεοποιείται σε κομμάτια που ονομάζονται "οπτάνθρακες" που μπορούν να τροφοδοτηθούν σε υψικάμινο μαζί με το σιδηρομετάλλευμα και τον ασβεστόλιθο για την παραγωγή χάλυβα.

Ο ατμός άνθρακα, επίσης γνωστός ως θερμικός άνθρακας, είναι κατάλληλος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο ατμός άνθρακα αλέθεται σε μια λεπτή σκόνη που καίει γρήγορα σε υψηλές θερμότητες και χρησιμοποιείται σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για τη θέρμανση του νερού σε λέβητες που λειτουργούν ατμοστρόβιλοι. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή θέρμανσης χώρου για σπίτια και επιχειρήσεις.

Ενέργεια στον άνθρακα

Όλοι οι τύποι άνθρακα περιέχουν σταθερό άνθρακα, ο οποίος παρέχει αποθηκευμένη ενέργεια και ποικίλες ποσότητες υγρασίας, τέφρας, πτητικών ουσιών, υδραργύρου και θείου. Επειδή οι φυσικές ιδιότητες και η ποιότητα του άνθρακα ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό, οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα πρέπει να είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στις συγκεκριμένες ιδιότητες των διαθέσιμων πρώτων υλών και να μειώνουν τις εκπομπές ρύπων όπως το θείο, ο υδράργυρος και οι διοξίνες.

Ο άνθρακας απελευθερώνει θερμική ενέργεια ή θερμότητα όταν καίγεται, μαζί με άνθρακα και τέφρα. Η τέφρα αποτελείται από μέταλλα όπως ο σίδηρος, το αργίλιο, ο ασβεστόλιθος, ο άργιλος και το πυρίτιο, καθώς και ιχνοστοιχεία όπως το αρσενικό και το χρώμιο.

Το αποθηκευμένο ενεργειακό δυναμικό στον άνθρακα περιγράφεται ως η "θερμαντική τιμή", "η θερμαντική τιμή" ή "η θερμική περιεκτικότητα". Μετράται σε Βρετανικές θερμικές μονάδες (Btu) ή millijoules ανά χιλιόγραμμο (MJ / kg).

Μια Btu είναι η ποσότητα θερμότητας που θα ζεσταθεί περίπου 0,12 U.S. γαλόνια - μια λίβρα νερού - κατά 1 βαθμό Fahrenheit σε επίπεδο θάλασσας.

MJ / kg αντιπροσωπεύει την ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται σε ένα κιλό. Αυτή είναι μια ένδειξη ενεργειακής πυκνότητας για καύσιμα μετρούμενα κατά βάρος.

Τύποι άνθρακα συγκρίνονται και ταξινομούνται

Ο οργανισμός διεθνούς τυποποίησης (ASTM) έχει εκδώσει μια μέθοδο κατάταξης για την ταξινόμηση των τύπων άνθρακα που σχηματίζονται από βιολογικά αποικοδομημένες χουμικές ουσίες με βάση την τύρφη και οργανικό υλικό ή βιτρινίτη. Η κατάταξη του άνθρακα βασίζεται σε επίπεδα γεωλογικής μεταμόρφωσης, σταθερού άνθρακα και θερμικής αξίας. Είναι γνωστή ως ASTM D388-05 Standard Classification of Coals από Rank.

Κατά γενικό κανόνα, όσο πιο σκληρή γίνεται ο άνθρακας, τόσο υψηλότερη είναι η ενεργειακή αξία και η κατάταξή του. Η συγκριτική ταξινόμηση τεσσάρων διαφορετικών τύπων άνθρακα από το πυκνότερο από τον άνθρακα και την ενέργεια στο λιγότερο πυκνό είναι ως εξής:

Τάξη	Τύπος άνθρακα	Θερμική αξία (MJ / kg)
#1	Ανθρακίτης	30 millijoules ανά χιλιόγραμμο
#2	Ασφαλτώδης	18,8-29,3 millijoules ανά χιλιόγραμμο
#3	Υπο-ασφαλτούχο	8.3-25 millijoules ανά χιλιόγραμμο
#4	Λιγνίτης (καφέ άνθρακας)	5.5-14.3 millijoules ανά χιλιόγραμμο