Čo je uhlie: vznik, druhy, využitie a vplyv na klímu

Komplexný prehľad o uhlí: jeho vznik, druhy, využitie v priemysle a energetike, dopady na klímu, emisie a alternatívy. Zistite fakty a trendy.

Uhlie je tvrdá hornina, ktorú možno spaľovať ako tuhé fosílne palivo. Obsahuje prevažne uhlík, ale aj vodík, síru, kyslík a dusník. Je to sedimentárna hornina, ktorá vznikla z rašeliny tlakom hornín, ktoré sa na ňu neskôr uložili.

Rašelina, a teda aj uhlie, vzniká zo zvyškov rastlín, ktoré žili pred miliónmi rokov v tropických mokradiach, napríklad v období neskorého karbónu (pennsylván). Aj z dreva zahriateho v priestore bez vzduchu môže vzniknúť drevené uhlie, ktoré je podobné uhliu.

Uhlie sa môže spaľovať na výrobu energie alebo tepla. Približne dve tretiny dnes vyťaženého uhlia sa spaľujú v elektrárňach na výrobu elektriny. Podobne ako pri rope, aj pri spaľovaní uhlia sa jeho uhlík spája s kyslíkom v ovzduší a vzniká veľa oxidu uhličitého, ktorý spôsobuje klimatické zmeny. Kvôli tomuto a ďalšiemu znečisteniu ovzdušia uhlím sa väčšina krajín obracia k novým zdrojom energie, ako je napríklad slnečná energia. V niektorých častiach sveta, napríklad v Číne, sa však stále stavajú nové uhoľné elektrárne.

Uhlie sa môže pražiť (zahrievať na veľmi horúcom mieste bez prístupu kyslíka) a vyrábať koks. Koks sa môže použiť pri tavení na redukciu kovov z ich rúd.

Vznik a druhy uhlia

Uhlie vzniklo tisícky až milióny rokov premenou organických zvyškov v nížinách a mokradiach pod tlakom a pri zvýšenej teplote. Proces začína rašelinou, ktorá pri ďalšom stláčaní a zahriatí prechádza do viacerých stupňov uhlia. Hlavné druhy (radia podľa stupňa premeny, tzv. uhlíkového stupňa) sú:

• Rašelina – počiatočný stupeň, veľký obsah vody a organickej hmoty, nízka výhrevnosť.
• Hnedé uhlie (lignit) – mäkšie, vyšší obsah vlhkosti, používa sa prevažne na miestne vykurovanie a na výrobu elektriny v tepelných elektrárňach blízko ložísk.
• Polokamenné / subbituminózne uhlie – medzi lignitom a bitúmenom, stredná výhrevnosť.
• Kamené uhlie (bituminosné) – bežné „energetické“ uhlie so značnou výhrevnosťou; niektoré typy sú vhodné na výrobu koksu.
• Antracit – najvyšší stupeň premeny, tvrdé uhlie s vysokým obsahom uhlíka a vysokou výhrevnosťou, horí s malým množstvom dymu.

Vlastnosti uhlia

Pri hodnotení uhlia sa posudzuje niekoľko parametrov: obsah uhlíka, vlhkosť, obsah prchavých látok, obsah popola (minerálnej zložky) a výhrevnosť (kalorická hodnota). S rastúcim stupňom premeny rastie zvyčajne obsah uhlíka a výhrevnosť, klesajú vlhkosť a množstvo prchavých látok. Rôzne druhy uhlia sa preto používajú na rozdielne účely podľa svojich vlastností.

Využitie uhlia

• Výroba elektriny a tepla – spaľovanie uhlia v uhoľných elektrárňach a teplárňach (pozemné aj priemyselné zdroje).
• Metalurgia – koks z koksovateľného uhlia je základným redukčným činidlom pri výrobe železa v vysokých peciach.
• Priemyselné suroviny – výroba syntetických palív (zplyňovaním), chemikálií, dechtov a ďalších produktov z uhoľných frakcií.
• Domáce vykurovanie – v niektorých regiónoch stále dôležitá forma paliva (najmä hnedé uhlie a brikety).

Ťažba a jej vplyv na krajinu

Uhlie sa dobýva povrchovou ťažbou (banské odkryvy, pásová ťažba) alebo podzemnou ťažbou. Obidva spôsoby menia krajinu a môžu viesť k erózii, znečisteniu vôd (napr. kyslé odtoky z banských dnov), znižovaniu biodiverzity a riziku zosuvov či poklesu terénu. Po ukončení ťažby je dôležitá rekultivácia územia.

Vplyv na klímu a zdravie

Spaľovanie uhlia uvoľňuje veľké množstvo oxidu uhličitého (CO2), ktorý prispieva ku globálnemu otepľovaniu. Okrem CO2 produkuje spaľovanie uhlia aj ďalšie škodliviny:

• Oxid siričitý (SO2) – prispieva k tvorbe kyslých dažďov.
• Oxidy dusíka (NOx) – ovplyvňujú kvalitu ovzdušia a tvorbu ozónu pri zemskom povrchu.
• Prchavé organické zlúčeniny, ťažké kovy (napr. ortuť) a jemné prachové častice (PM2.5) – majú vážne zdravotné dopady, spôsobujú choroby dýchacích ciest a srdcovo-cievne problémy.

Tieto environmentálne a zdravotné náklady sú jedným z hlavných dôvodov, prečo sa krajiny snažia znižovať závislosť na uhlí a prechádzať na čistejšie zdroje energie.

Možnosti znižovania dopadov

• Zvyšovanie účinnosti elektrární a priemyselných procesov – menej uhlia na rovnaký výkon.
• Technológie čistenia spalín – odsírenie (FGD), odhašovanie NOx, filtračné systémy na PM a odstránenie ortuti.
• Zachytávanie a ukládanie uhlíka (CCS) – zber CO2 z elektrární a jeho uloženie pod zemou (technológia s obmedzeniami a nákladmi).
• Prechod na obnoviteľné zdroje energie, zvýšené využitie energetickej efektívnosti a nasadenie nízkouhlíkových technológií v priemysle.
• Rekultivácia po ťažbe a monitorovanie znečistenia povrchových a podzemných vôd.

Globálny kontext

Uhlie zohralo kľúčovú úlohu v priemyselnej revolúcii a v rozvoji modernej energetiky. Dnes sú hlavnými producentmi a spotrebiteľmi uhlia veľké ekonomiky, najmä v Ázii. V dôsledku obáv o klímu a zdravie obyvateľstva mnohé krajiny postupne obmedzujú uhoľné kapacity, investujú do obnoviteľných zdrojov a modernizujú priemysel.

Zhrnutie: Uhlie je dôležitá, ale variabilná surovina – od rašeliny po antracit – s rozsiahlym využitím v energetike a priemysle. Jeho spaľovanie má však výrazné dopady na klímu, ovzdušie a zdravie, preto je kľúčové kombinovať znižovanie emisií, čistenie spalín a prechod na čistejšie zdroje energie.

História

Uhlie bolo najdôležitejším palivom priemyselnej revolúcie. V 20. storočí bolo uhlie dôležitou súčasťou nákladnej železničnej dopravy v Spojenom kráľovstve a tvorilo väčšiu časť objemu nákladnej dopravy viacerých spoločností. Začiatkom 21. storočia bola väčšina uhoľných elektrární v Spojenom kráľovstve a niekoľkých ďalších krajinách zatvorená s cieľom znížiť emisie skleníkových plynov.

Britské uhoľné polia v 19. storočí.

Rôzne druhy uhlia a ich vznik

Za vhodných podmienok sa rastlinný materiál postupne transformuje na

1. Rašelina ešte nie je uhlie.
2. Hnedé uhlie je najšpinavšie uhlie, obsahuje približne 60-70 % uhlíka a používa sa ako palivo na výrobu elektrickej energie. Jet je kompaktná forma hnedého uhlia, ktorá sa niekedy leští a dlho sa používala ako okrasný kameň.
3. Subbituminózne uhlie sa používa ako palivo na výrobu elektrickej energie. Je tiež zdrojom ľahkých aromatických uhľovodíkov pre priemysel chemických syntéz.
4. Čierne uhlie je hustá hornina, čierna, ale niekedy aj tmavohnedá. Je to relatívne mäkké uhlie, ktoré sa ľahko a rýchlo láme a horí. Používa sa ako palivo v elektrárňach a na výrobu tepla a energie vo výrobe, na kováčske práce a na výrobu koksu.
5. Parné uhlie sa kedysi bežne používalo ako palivo pre parné lokomotívy. Pri tomto špecializovanom použití sa v USA niekedy označuje ako morské uhlie. Malé energetické uhlie (suché malé parné orechy alebo DSSN) sa používalo ako palivo na ohrev vody v domácnostiach.
6. Antracit je tvrdšie, lesklé, čierne uhlie. Dlhšie horí a používa sa najmä na vykurovanie obytných a komerčných priestorov.
7. Grafit sa ťažko spaľuje a ako palivo sa bežne nepoužíva. Stále sa používa v ceruzkách, zmiešaný s hlinou. Keď je v prášku, môže sa používať ako mazivo.

Bežne sa predpokladá, že konečným výsledkom tohto procesu je diamant, ale nie je to pravda. Diamant je uhlík, ale nevzniká z uhlia.

Uhlie obsahuje nečistoty. Konkrétne nečistoty určujú použitie. Koksovateľné uhlie obsahuje málo popola, síry alebo fosforu. Tie by znehodnotili železo vyrobené vo vysokej peci.

Vrstva čierneho uhlia na pobreží v Novom Škótsku

Environmentálne problémy

Pri spaľovaní uhlia sa na jednotku energie uvoľňuje takmer o tretinu viac oxidu uhličitého ako pri spaľovaní ropy a o 80 % viac ako pri spaľovaní zemného plynu. Takmer polovica oxidu uhličitého, ktorý vyprodukujú ľudia, vzniká v dôsledku spaľovania uhlia, takže je to najväčšia príčina globálneho otepľovania. Uhlie prispieva ku vzniku kyslých dažďov a smogu, najmä ak sa spaľuje bez čističiek. Pri spaľovaní uhlia sa uvoľňujú toxické chemikálie vrátane sadzí, ortuti a oxidu uhoľnatého, ktoré prispievajú k chorobám, ako je rakovina a astma, u ľudí aj voľne žijúcich zvierat. Ťažba uhlia, najmä ťažba v horských oblastiach, môže poškodiť veľké plochy pôdy a zničiť prirodzené biotopy. Vyššie druhy uhlia horia čistejšie ako nižšie druhy, hoci stále znečisťujú viac ako iné palivá. Okrem znečistenia ovzdušia pri spaľovaní uhlia vzniká toxický uhoľný popol, ktorý môže spôsobiť znečistenie vody, ak sa náhodne dostane do životného prostredia. Na celom svete horí niekoľko podzemných banských požiarov. Pri týchto podzemných požiaroch sa do ovzdušia uvoľňuje toxický dym a môže dôjsť aj k zrúteniu pôdy nad nimi. Mesto Centralia v Pensylvánii bolo evakuované a v súčasnosti je opustené kvôli požiaru v podzemnej uhoľnej bani.

Úmrtia a choroby spôsobené znečistením

Je ťažké uviesť presné údaje o vplyve uhlia na zdravie. Tvrdí sa, že kvôli uhliu každoročne predčasne zomrie viac ako 800 000 ľudí a milióny ľudí ochorejú. Uhoľní baníci často dostávajú pneumokoniózu (čierne pľúca) z vystavenia uhoľnému prachu.

Spaľovanie uhlia produkuje veľké množstvo znečistenia ovzdušia

Protesty proti uhliu

Odpor voči znečisťovaniu uhlím bol jedným z hlavných dôvodov vzniku moderného environmentálneho hnutia v 19. storočí.

Protest proti poškodeniu Veľkého bariérového útesu v Austrálii v dôsledku zmeny klímy


Domčeky na stromoch na protest proti výrubu časti lesa Hambach pre povrchovú baňu Hambach v Nemecku: po ňom bol výrub v roku 2018 pozastavený

Špičkové uhlie

Uhoľný vrchol znamená rok, v ktorom sa vyťaží alebo spáli najviac uhlia. Mnohé krajiny už majú svoj uhoľný vrchol za sebou, napríklad Nemecko v roku 1985 a Spojené štáty v roku 2008. V súčasnosti tieto krajiny ťažia a spaľujú menej uhlia. Čína však stále ťaží veľa uhlia a pomáha niekoľkým krajinám, napríklad Pakistanu, ťažiť viac uhlia a stavať viac uhoľných elektrární. Svetový uhoľný vrchol je teda možno už za nami.

Svetová spotreba uhlia

Otázky a odpovede

Otázka: Čo je to uhlie?

Otázka: Ako vzniká uhlie?

Otázka: Aké sú niektoré spôsoby použitia uhlia?

Otázka: Aké sú negatívne účinky spojené so spaľovaním uhlia?

Otázka: Odvracajú sa krajiny od používania uhlia ako zdroja energie?

Hľadajte podľa písmena