زغال سنگ یک سنگ رسوبی سیاه یا قهوه ای مایل به سیاه قابل احتراق است که به صورت لایه های سنگی به نام درزهای زغال سنگ تشکیل شده است . زغال سنگ عمدتاً کربن با مقادیر متغیر سایر عناصر ، عمدتاً هیدروژن ، گوگرد ، اکسیژن و نیتروژن است . [1] زغال سنگ نوعی سوخت فسیلی است که هنگام تجزیه مواد مرده گیاهی به ذغال سنگ نارس که طی میلیونها سال در اثر گرما و فشار دفن عمیق به زغال سنگ تبدیل میشود، تشکیل میشود. [2] ذخایر وسیع زغال سنگ از تالابهای سابق به نام جنگلهای زغال سنگ سرچشمه میگیرد که بیشتر مناطق استوایی زمین را در اواخر کربونیفر ( پنسیلوانیا ) و دوران پرمین پوشش میداد . [3] [4]
زغال سنگ در درجه اول به عنوان سوخت استفاده می شود. در حالی که زغال سنگ برای هزاران سال شناخته شده و مورد استفاده قرار گرفته است، استفاده از آن تا انقلاب صنعتی محدود بود . با اختراع موتور بخار ، مصرف زغال سنگ افزایش یافت. [5] در سال 2020، زغال سنگ حدود یک چهارم انرژی اولیه جهان و بیش از یک سوم برق آن را تامین می کرد . [6] برخی از آهن و فولادسازی و سایر فرآیندهای صنعتی زغال سنگ می سوزانند.
استخراج و سوزاندن زغال سنگ به محیط زیست آسیب می رساند و باعث مرگ و بیماری زودرس می شود [7] و این بزرگترین منبع انسانی دی اکسید کربن است که در تغییرات آب و هوایی نقش دارد . چهارده میلیارد تن دی اکسید کربن از سوزاندن زغال سنگ در سال 2020 منتشر شد [8] که 40 درصد از کل انتشار سوخت های فسیلی [9] و بیش از 25 درصد از کل انتشار گازهای گلخانه ای جهان را تشکیل می دهد . [10] به عنوان بخشی از انتقال انرژی در سراسر جهان ، بسیاری از کشورها استفاده از انرژی زغال سنگ را کاهش داده یا حذف کرده اند . [11] [12] دبیر کل سازمان ملل متحد از دولت ها خواست تا ساخت نیروگاه های زغال سنگ جدید را تا سال 2020 متوقف کنند. [13]
مصرف جهانی زغال سنگ در سال 2022، 3/8 میلیارد تن بود [ 14 ] و قرار است در سال 2023 در سطوح بی سابقه باقی بماند . از سال 2020 تا 2030 نصف شود ، [16] و «کاهش تدریجی» زغال سنگ در پیمان آب و هوای گلاسکو توافق شد .
بزرگترین مصرف کننده و واردکننده زغال سنگ در سال 2020 چین بود که تقریباً نیمی از تولید سالانه زغال سنگ جهان را به خود اختصاص داده است و پس از آن هند با حدود یک دهم تولید زغال سنگ در جهان قرار دارد. اندونزی و استرالیا بیشترین صادرات را دارند و پس از آن روسیه قرار دارد . [17] [18]
این کلمه در ابتدا به شکل col در انگلیسی باستان ، از پروتو-ژرمنی بازسازی شده * kula ( n )، از ریشه پروتو-هندو اروپایی * g ( e ) u-lo- "زغال سنگ زنده" گرفته شده است. [19] همزادگان آلمانی عبارتند از کله فریزی قدیم ، کول هلندی میانه ، کول هلندی ، چول آلمانی عالی قدیم ، کوهله آلمانی و کول نورس قدیم . گوآل ایرلندی نیز از طریق ریشه هندواروپایی هم خانواده است. [19]
تبدیل پوشش گیاهی مرده به زغال سنگ را زغالسازی میگویند. در زمان های مختلف در گذشته زمین شناسی، زمین دارای جنگل های انبوه [20] در مناطق کم ارتفاع بود. در این تالابها، فرآیند زغالسازی زمانی آغاز شد که مواد مرده گیاهی معمولاً توسط گل یا آب اسیدی از اکسیداسیون محافظت میشدند و به ذغال سنگ نارس تبدیل میشدند . باتلاق های ذغال سنگ نارس به دست آمده ، که مقادیر زیادی کربن را به دام می انداختند، در نهایت توسط رسوبات عمیقا مدفون شدند. سپس طی میلیونها سال، گرما و فشار دفن عمیق باعث از دست رفتن آب، متان و دی اکسید کربن و افزایش نسبت کربن شد. [21] عیار زغال سنگ تولید شده به حداکثر فشار و دمای بدست آمده بستگی دارد، زغال سنگ قهوه ای (همچنین "زغال سنگ قهوه ای" نامیده می شود) در شرایط نسبتا ملایم تولید می شود، و زغال سنگ زیر قیر ، زغال سنگ قیری ، یا زغال سنگ آنتراسیت (همچنین "سخت" نامیده می شود. زغال سنگ" یا "زغال سنگ سیاه") به نوبه خود با افزایش دما و فشار تولید می شود. [2] [22]
از میان عوامل دخیل در زغالسازی، دما بسیار مهمتر از فشار یا زمان دفن است. [23] زغال سنگ زیر قیری می تواند در دماهای پایین 35 تا 80 درجه سانتی گراد (95 تا 176 درجه فارنهایت) تشکیل شود در حالی که آنتراسیت به دمای حداقل 180 تا 245 درجه سانتی گراد (356 تا 473 درجه فارنهایت) نیاز دارد. [24]
اگرچه زغال سنگ از اکثر دوره های زمین شناسی شناخته شده است ، 90 درصد از تمام بسترهای زغال سنگ در دوره های کربونیفر و پرمین نهشته شده است . [25] به طور متناقض، این در طول یخخانه پالئوزوئیک پسین ، زمان یخبندان جهانی بود . با این حال، افت سطح دریاهای جهانی همراه با یخبندان، قفسههای قارهای را که قبلاً غوطهور شده بودند، در معرض دید قرار داد و به این دلتاهای رودخانهای وسیع اضافه شد که در اثر افزایش فرسایش ناشی از کاهش سطح پایه ایجاد میشد . این مناطق گسترده از تالاب ها شرایط ایده آلی را برای تشکیل زغال سنگ فراهم کردند. [26] تشکیل سریع زغال سنگ با شکاف زغال سنگ در رویداد انقراض پرمین-تریاس ، که در آن زغال سنگ نادر است، به پایان رسید. [27]
جغرافیای مطلوب به تنهایی بسترهای زغال سنگ کربنیفر گسترده را توضیح نمی دهد. [28] عوامل دیگری که در رسوب سریع زغال سنگ نقش داشتند، سطوح بالای اکسیژن ، بالای 30 درصد بود که باعث آتشسوزیهای شدید جنگلی و تشکیل زغالی شد که با تجزیه موجودات غیرقابل هضم بود. سطوح بالای دی اکسید کربن که باعث رشد گیاه می شود. و طبیعت جنگلهای کربونیفر، که شامل درختان لیکوفیت میشد که رشد معین آنها به این معنی بود که کربن برای مدت طولانی در چوب درختان زنده گیر نمیکرد . [29]
یک نظریه نشان میدهد که حدود 360 میلیون سال پیش، برخی از گیاهان توانایی تولید لیگنین ، پلیمر پیچیدهای که ساقههای سلولزی آنها را بسیار سختتر و چوبیتر میکند، تکامل یافتهاند. توانایی تولید لیگنین منجر به تکامل اولین درختان شد . اما باکتریها و قارچها بلافاصله توانایی تجزیه لیگنین را پیدا نکردند، بنابراین چوب به طور کامل تجزیه نشد، بلکه در زیر رسوب مدفون شد و در نهایت به زغال سنگ تبدیل شد. حدود 300 میلیون سال پیش، قارچ ها و سایر قارچ ها این توانایی را توسعه دادند و به دوره اصلی تشکیل زغال سنگ در تاریخ زمین پایان دادند. [30] [31] [32] اگرچه برخی از نویسندگان به شواهدی از تخریب لیگنین در طول کربونیفر اشاره کردند و پیشنهاد کردند که عوامل اقلیمی و تکتونیکی توضیح قابل قبولتری هستند، [33] بازسازی آنزیمهای اجدادی با تجزیه و تحلیل فیلوژنتیک این فرضیه را تأیید کرد که آنزیم های تجزیه کننده لیگنین در قارچ ها تقریباً 200 MYa ظاهر شدند. [34]
یکی از عوامل تکتونیکی احتمالی کوههای پانژ مرکزی بود ، رشتهای عظیم که در امتداد خط استوا قرار داشت و در نزدیکی این زمان به بیشترین ارتفاع خود رسید. مدلسازی آب و هوا نشان میدهد که کوههای پانژ مرکزی به رسوب مقادیر زیادی زغال سنگ در اواخر کربونیفر کمک کرده است. کوهها منطقهای با بارشهای سنگین در طول سال ایجاد میکنند و هیچ فصل خشکی برای آب و هوای موسمی وجود ندارد . این برای حفظ ذغال سنگ نارس در باتلاق های زغال سنگ ضروری است. [35]
زغال سنگ از طبقات پرکامبرین ، که پیش از گیاهان خشکی هستند، شناخته شده است. فرض بر این است که این زغال سنگ از بقایای جلبک ها سرچشمه گرفته است. [36] [37]
گاهی اوقات درزهای زغال سنگ (همچنین به عنوان بستر زغال سنگ شناخته می شوند) با رسوبات دیگر در یک سیکلوتم قرار می گیرند . تصور میشود که سیکلوتمها منشأ خود را در چرخههای یخبندان ایجاد میکردند که نوساناتی در سطح دریا ایجاد میکردند ، که به طور متناوب مناطق وسیعی از فلات قاره را در معرض دید قرار میدادند و سپس سیل میزدند. [38]
بافت چوبی گیاهان عمدتاً از سلولز، همی سلولز و لیگنین تشکیل شده است. ذغال سنگ نارس مدرن عمدتاً لیگنین است، با محتوای سلولز و همی سلولز از 5٪ تا 40٪. ترکیبات آلی مختلف دیگری مانند موم ها و ترکیبات حاوی نیتروژن و گوگرد نیز وجود دارند. [39] لیگنین دارای ترکیب وزنی حدود 54 درصد کربن، 6 درصد هیدروژن و 30 درصد اکسیژن است، در حالی که سلولز دارای ترکیب وزنی حدود 44 درصد کربن، 6 درصد هیدروژن و 49 درصد اکسیژن است. زغال سنگ قیر دارای ترکیبی از حدود 84.4 درصد کربن، 5.4 درصد هیدروژن، 6.7 درصد اکسیژن، 1.7 درصد نیتروژن و 1.8 درصد گوگرد بر اساس وزن است. [40] محتوای کم اکسیژن زغال سنگ نشان میدهد که زغالسازی بیشتر اکسیژن و بیشتر هیدروژن را حذف میکند، فرآیندی که کربنسازی نامیده میشود . [41]
کربنیزاسیون عمدتاً با آبگیری ، کربوکسیلاسیون و متاناسیون انجام می شود. کم آبی مولکول های آب را از طریق واکنش هایی مانند [42] از زغال سنگ در حال بلوغ حذف می کند.
دکربوکسیلاسیون دی اکسید کربن را از زغال سنگ در حال بلوغ حذف می کند: [42]
در حالی که متان زدایی با واکنشی مانند
در این فرمول ها، R نشان دهنده باقی مانده یک مولکول سلولز یا لیگنین است که گروه های واکنش دهنده به آن متصل هستند.
کم آبی و کربوکسیلاسیون در اوایل زغالسازی صورت میگیرد، در حالی که متانزدایی تنها پس از رسیدن زغالسنگ به رتبه قیر آغاز میشود. [43] اثر دکربوکسیلاسیون کاهش درصد اکسیژن است، در حالی که متان زدایی درصد هیدروژن را کاهش می دهد. کم آبی هر دو را انجام می دهد و (همراه با دی متاناسیون) اشباع ستون فقرات کربن را کاهش می دهد (تعداد پیوندهای دوگانه بین کربن را افزایش می دهد).
با ادامه کاربونیزاسیون، ترکیبات آلیفاتیک به ترکیبات معطر تبدیل می شوند . به طور مشابه، حلقههای معطر به ترکیبات پلی آروماتیک (حلقههای متصل اتمهای کربن) تبدیل میشوند. [44] ساختار به طور فزاینده ای شبیه گرافن ، عنصر ساختاری گرافیت است.
تغییرات شیمیایی با تغییرات فیزیکی مانند کاهش متوسط اندازه منافذ همراه است. [45]
ماسرال ها قسمت های زغالی شده گیاه هستند که مورفولوژی و برخی خواص گیاه اصلی را حفظ می کنند. در بسیاری از زغالها، ماسرالهای منفرد را میتوان به صورت بصری شناسایی کرد. برخی از ماسرال ها عبارتند از: [46]
در زغالسازی هیومینیت با ویترینیت زجاجیه (براق) جایگزین میشود . [47] بلوغ زغال سنگ قیر با قیر شدن مشخص می شود ، که در آن بخشی از زغال سنگ به قیر ، ژل غنی از هیدروکربن، تبدیل می شود. [48] بلوغ به آنتراسیت با debitumenization (در نتیجه demethanation) و تمایل فزاینده آنتراسیت به شکستن با شکستگی conchoidal مشخص می شود ، شبیه به روش شکستن شیشه ضخیم. [49]
از آنجایی که فرآیندهای زمینشناسی در طول زمان به مواد زنده مرده فشار وارد میکنند ، در شرایط مناسب، درجه یا رتبه دگرگونی آن بهطور متوالی افزایش مییابد:
چندین استاندارد بین المللی برای زغال سنگ وجود دارد. [50] طبقه بندی زغال سنگ به طور کلی بر اساس محتوای فرار است . اما مهمترین تمایز بین زغال سنگ حرارتی (همچنین به عنوان زغال سنگ بخار شناخته می شود) است که برای تولید برق از طریق بخار سوزانده می شود. و زغال سنگ متالورژیکی (همچنین به عنوان زغال کک شناخته می شود) که در دمای بالا برای تولید فولاد سوزانده می شود .
قانون هیلت یک مشاهده زمین شناسی است که (در یک منطقه کوچک) هر چه زغال سنگ در عمق بیشتری یافت شود، رتبه (یا درجه آن) بالاتر است. اگر گرادیان حرارتی کاملاً عمودی باشد اعمال می شود. با این حال، دگرگونی ممکن است باعث تغییرات جانبی رتبه، صرف نظر از عمق شود. برای مثال، برخی از لایههای زغالسنگ میدان زغالسنگ مادرید، نیومکزیکو، با دگرگونی تماسی از یک آستانه آذرین تا حدی به آنتراسیت تبدیل شدند در حالی که بقیه درزها به صورت زغال سنگ قیر باقی ماندند. [51]
اولین کاربرد شناخته شده مربوط به منطقه شنیانگ چین است که در 4000 سال قبل از میلاد ساکنان نوسنگی شروع به کنده کاری زیور آلات از زغال سنگ سیاه کرده بودند. [52] زغال سنگ معدن فوشون در شمال شرقی چین در اوایل 1000 سال قبل از میلاد برای ذوب مس استفاده می شد . [53] مارکوپولو ، ایتالیایی که در قرن سیزدهم به چین سفر کرد، زغال سنگ را به عنوان "سنگ های سیاه ... که مانند کنده ها می سوزند" توصیف کرد و گفت که زغال سنگ به قدری فراوان است که مردم می توانند هفته ای سه حمام آب گرم بگیرند. [54] در اروپا، اولین اشاره به استفاده از زغال سنگ به عنوان سوخت از رساله زمین شناسی درباره سنگ ها (Lap. 16) توسط دانشمند یونانی Theophrastus (حدود 371-287 قبل از میلاد) است: [55] [56]
از جمله مصالحی که به دلیل مفید بودن حفر میشوند، آنهایی که به نام انتراک (زغال سنگ) شناخته میشوند، از خاک هستند و پس از آتش زدن، مانند زغال میسوزند. آنها در لیگوریا یافت می شوند ... و در الیس هنگامی که یکی از جاده های کوهستانی به المپیا نزدیک می شود. و توسط کسانی که در فلزات کار می کنند استفاده می شود.
- تئوفراستوس، روی سنگها (16) [57]
زغال سنگ بیرونی در بریتانیا در عصر برنز (3000 تا 2000 قبل از میلاد) استفاده می شد، جایی که بخشی از دفن را تشکیل می داد . [58] [59] در بریتانیای رومی ، به استثنای دو میدان مدرن، « رومیها تا پایان قرن دوم پس از میلاد در تمام میدانهای زغالسنگ اصلی انگلستان و ولز از زغال سنگ بهرهبرداری میکردند ». [60] شواهدی از تجارت زغال سنگ، مربوط به حدود سال 200 پس از میلاد، در سکونتگاه رومی در هرونبریج ، نزدیک چستر ، یافت شده است . و در فنلند شرق آنگلیا ، جایی که زغال سنگ از میدلندز از طریق Car Dyke برای استفاده در خشک کردن غلات حمل می شد . [61] خاکسترهای زغال سنگ در کانون ویلاها و دژهای رومی ، به ویژه در نورثامبرلند ، مربوط به حدود سال 400 پس از میلاد یافت شده است. در غرب انگلستان، نویسندگان معاصر شگفتی منقل دائمی زغال سنگ را در محراب مینروا توصیف کردند . Aquae Sulis ( حمام امروزی )، اگرچه در واقع زغال سنگ سطحی که به میدان زغالسنگ سامرست به راحتی قابل دسترسی است ، در خانههای کاملاً پست محلی مورد استفاده رایج بود. [62] شواهدی از استفاده از زغال سنگ برای کار آهن در شهر در دوره روم یافت شده است. [63] در اشویلر ، راینلند ، ذخایر زغال سنگ قیر توسط رومی ها برای ذوب سنگ آهن استفاده می شد . [60]
هیچ مدرکی دال بر اهمیت زیاد زغال سنگ در بریتانیا قبل از حدود سال 1000 پس از میلاد، یعنی قرون وسطی وجود ندارد . [64] زغال سنگ در قرن سیزدهم به عنوان "زغال دریایی" شناخته شد. اسکله ای که مواد به لندن می رسید به نام Seacoal Lane شناخته می شد، بنابراین در منشور پادشاه هنری سوم که در سال 1253 اعطا شد، شناسایی شد . درزهای زغال سنگ روی صخرههای بالا یا شسته شده از رخنمونهای زغال سنگ زیر آب، [64] اما در زمان هنری هشتم ، تصور میشد که از راهی که از طریق دریا به لندن منتقل میشد، سرچشمه میگرفت. [66] در 1257-1259، زغال سنگ از نیوکاسل از تاین برای آهنگرها و آهک سوزان ساختمان کلیسای وست مینستر به لندن فرستاده شد . [64] Seacoal Lane و Newcastle Lane، جایی که زغال سنگ در اسکلههای امتداد رودخانه ناوگان تخلیه میشد ، هنوز وجود دارند. [67]
این منابع به راحتی در دسترس تا قرن سیزدهم، زمانی که استخراج زیرزمینی با استخراج شفت یا آدیت ها توسعه یافت، تا حد زیادی تمام شده بودند (یا نمی توانستند تقاضای رو به رشد را برآورده کنند) . [58] نام جایگزین "پیتکول" بود، زیرا از معادن آمده بود.
پخت و پز و گرم کردن خانه با زغال سنگ (علاوه بر هیزم یا به جای آن) در زمان ها و مکان های مختلف در طول تاریخ بشر انجام شده است، به ویژه در زمان ها و مکان هایی که زغال سنگ سطح زمین در دسترس بوده و هیزم کمیاب بوده است، اما اتکای گسترده به زغال سنگ برای اجاق های خانگی احتمالا هرگز وجود نداشت تا اینکه چنین تغییری در سوخت در اواخر قرن شانزدهم و اوایل قرن هفده در لندن اتفاق افتاد. [68] مورخ روث گودمن اثرات اجتماعی-اقتصادی این تغییر و گسترش بعدی آن در سراسر بریتانیا را ردیابی کرده است [68] و پیشنهاد می کند که اهمیت آن در شکل دادن به پذیرش صنعتی زغال سنگ قبلاً نادیده گرفته شده است. [68] : xiv–xix
توسعه انقلاب صنعتی منجر به استفاده گسترده از زغال سنگ شد، زیرا موتور بخار از چرخ آب خارج شد . در سال 1700، پنج ششم زغال سنگ جهان در بریتانیا استخراج شد. اگر زغال سنگ به عنوان منبع انرژی در دسترس نبود، بریتانیا تا دهه 1830 از مکان های مناسب برای آسیاب های آبی خالی می شد. [69] در سال 1947 حدود 750000 معدنچی در بریتانیا وجود داشت، [70] اما آخرین معدن زغال سنگ عمیق در بریتانیا در سال 2015 بسته شد. [71]
درجه ای بین زغال سنگ و آنتراسیت زمانی به عنوان "زغال سنگ بخار" شناخته می شد زیرا به طور گسترده به عنوان سوخت برای لوکوموتیوهای بخار استفاده می شد . در این استفاده تخصصی، گاهی اوقات در ایالات متحده به عنوان "زغال سنگ دریا" شناخته می شود. [72] "زغال سنگ بخار" کوچک که به آن مهره های بخار کوچک خشک (DSSN) نیز می گویند، به عنوان سوخت برای گرمایش آب خانگی استفاده می شد .
زغال سنگ نقش مهمی در صنعت در قرن 19 و 20 ایفا کرد. سلف اتحادیه اروپا ، جامعه زغال سنگ و فولاد اروپا ، بر اساس تجارت این کالا بود. [73]
زغال سنگ به سواحل سراسر جهان از فرسایش طبیعی درزهای زغال سنگ در معرض و نشت باد از کشتی های باری ادامه می یابد. بسیاری از خانه ها در چنین مناطقی این زغال سنگ را به عنوان یک منبع مهم و گاهی اولیه برای سوخت گرمایش خانه جمع آوری می کنند. [74]
زغال سنگ عمدتاً از مخلوط سیاهی از ترکیبات آلی و پلیمرهای متنوع تشکیل شده است. البته، انواع مختلفی از زغالسنگها با رنگهای تیره و ترکیبهای متغیر وجود دارد. زغال سنگ های جوان (زغال سنگ قهوه ای، زغال سنگ قهوه ای) سیاه نیستند. دو زغال سنگ سیاه اصلی عبارتند از قیر که فراوانتر است و آنتراسیت. درصد کربن در زغال سنگ از دستور آنتراسیت > قیر > زغال سنگ > زغال سنگ قهوه ای پیروی می کند. ارزش سوخت زغال سنگ به همان ترتیب متفاوت است. برخی از ذخایر آنتراسیت حاوی کربن خالص به شکل گرافیت هستند .
برای زغال سنگ قیر، ترکیب عنصری بر اساس وزن خشک و بدون خاکستر از 84.4 درصد کربن، 5.4 درصد هیدروژن، 6.7 درصد اکسیژن، 1.7 درصد نیتروژن و 1.8 درصد گوگرد، بر اساس وزن است. [40] این ترکیب تا حدی منعکس کننده ترکیب گیاهان پیش ساز است. دومین بخش اصلی زغال سنگ خاکستر است، مخلوطی نامطلوب و غیر قابل احتراق از مواد معدنی معدنی. ترکیب خاکستر اغلب بر حسب اکسیدهای بدست آمده پس از احتراق در هوا مورد بحث قرار می گیرد:
محتوای گوگرد زغال سنگ از اهمیت ویژه ای برخوردار است که می تواند از کمتر از 1٪ تا 4٪ متغیر باشد. بیشتر گوگرد و بیشتر نیتروژن به شکل ترکیبات آلی گوگردی و ترکیبات آلی نیتروژن وارد بخش آلی می شود . این گوگرد و نیتروژن به شدت در داخل ماتریس هیدروکربنی متصل هستند. این عناصر پس از احتراق به صورت SO 2 و NO x آزاد می شوند . آنها را نمی توان حذف کرد، حداقل از نظر اقتصادی، در غیر این صورت. برخی زغالسنگها حاوی گوگرد معدنی هستند که عمدتاً به شکل پیریت آهن (FeS 2 ) است. از آنجایی که یک ماده معدنی متراکم است، می توان آن را با روش های مکانیکی از زغال سنگ حذف کرد، به عنوان مثال با شناورسازی کف . مقداری سولفات در زغال سنگ، به ویژه نمونه های هوازده وجود دارد. تبخیر نمی شود و با شستشو پاک می شود. [46]
اجزای فرعی عبارتند از:
به عنوان مواد معدنی، Hg، As و Se برای محیط زیست مشکلی ندارند، به خصوص که آنها فقط اجزای کمیاب هستند. هنگامی که این مواد معدنی سوزانده می شوند، هر چند متحرک (فرار یا محلول در آب) می شوند.
در حالی که بیشتر زغال سنگ به عنوان سوخت استفاده می شود، کاربردهای بزرگ دیگری نیز وجود دارد.
کک یک باقیمانده کربنی جامد است که از زغال سنگ ککسازی به دست میآید (زغال سنگ قیری کم خاکستر و گوگرد کم، [79] همچنین به عنوان زغال سنگ متالورژیکی شناخته میشود )، که در تولید فولاد و سایر محصولات حاوی آهن استفاده میشود. [79] کک زمانی ساخته میشود که زغال سنگ ککساز در کورهای بدون اکسیژن در دمای بالای 1000 درجه سانتیگراد پخته میشود و مواد فرار را از بین میبرد و کربن ثابت و خاکستر باقیمانده را با هم ترکیب میکند. کک متالورژیکی به عنوان سوخت و به عنوان یک عامل کاهنده در ذوب سنگ آهن در کوره بلند استفاده می شود . [80] مونوکسید کربن تولید شده توسط احتراق آن، هماتیت (یک اکسید آهن ) را به آهن کاهش می دهد.
آهن خوک که از نظر کربن محلول بسیار غنی است نیز تولید می شود.
کک باید به اندازه کافی قوی باشد تا در برابر وزن بار اضافی در کوره بلند مقاومت کند، به همین دلیل است که زغال سنگ کک در ساخت فولاد با استفاده از مسیر معمولی بسیار مهم است. کک زغال سنگ خاکستری، سخت و متخلخل است و دارای ارزش حرارتی 29.6 MJ/kg است. برخی از فرآیندهای کک سازی محصولات جانبی از جمله قطران زغال سنگ ، آمونیاک ، روغن های سبک و گاز زغال سنگ تولید می کنند .
کک نفتی (پتکوک) باقیمانده جامد به دست آمده در پالایش نفت است که شبیه کک است اما حاوی ناخالصی های زیادی است که در کاربردهای متالورژی مفید نیست.
از دهه 1950 مواد شیمیایی از زغال سنگ تولید می شود. زغال سنگ می تواند به عنوان ماده اولیه در تولید طیف وسیعی از کودهای شیمیایی و سایر محصولات شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. مسیر اصلی این محصولات تبدیل به گاز زغال سنگ برای تولید گاز سنتز بود . مواد شیمیایی اولیه که مستقیماً از گاز سنتز تولید میشوند عبارتند از متانول ، هیدروژن و مونوکسید کربن ، که بلوکهای ساختمانی شیمیایی هستند که طیف کاملی از مشتقات شیمیایی از جمله الفینها ، اسید استیک ، فرمالدئید ، آمونیاک، اوره و غیره از آنها ساخته میشوند. تطبیق پذیری گاز سنتز به عنوان پیش ساز مواد شیمیایی اولیه و محصولات مشتق شده با ارزش، امکان استفاده از زغال سنگ را برای تولید طیف وسیعی از کالاها فراهم می کند. با این حال، در قرن بیست و یکم، استفاده از متان بستر زغال سنگ اهمیت بیشتری پیدا می کند. [81]
از آنجایی که تخته سنگ از محصولات شیمیایی که می تواند از طریق گازی شدن زغال سنگ ساخته شود، به طور کلی می تواند از مواد اولیه حاصل از گاز طبیعی و نفت نیز استفاده کند ، صنایع شیمیایی تمایل دارند از مواد اولیه ای استفاده کنند که مقرون به صرفه ترین باشد. بنابراین، علاقه به استفاده از زغالسنگ برای قیمتهای بالاتر نفت و گاز طبیعی و در دورههای رشد اقتصادی بالای جهانی که ممکن است تولید نفت و گاز را تحت فشار قرار دهد، افزایش مییابد.
زغال سنگ به فرآیندهای شیمیایی نیاز به مقادیر قابل توجهی آب دارد. [82] بسیاری از زغال سنگ برای تولید مواد شیمیایی در چین است [83] [84] که در آن استانهای وابسته به زغال سنگ مانند شانشی در حال مبارزه برای کنترل آلودگی آن هستند. [85]
زغالسنگ را میتوان مستقیماً به سوختهای مصنوعی معادل بنزین یا گازوئیل با هیدروژنه کردن یا کربنسازی تبدیل کرد . [86] مایع سازی زغال سنگ دی اکسید کربن بیشتری نسبت به تولید سوخت مایع از نفت خام منتشر می کند . اختلاط در زیست توده و استفاده از CCS اندکی کمتر از فرآیند نفت منتشر می کند اما هزینه بالایی دارد. [87] سرمایه گذاری انرژی چین که متعلق به دولت است یک کارخانه مایع سازی زغال سنگ را اداره می کند و قصد دارد 2 کارخانه دیگر بسازد. [88]
مایع زغال سنگ ممکن است به خطر محموله هنگام حمل و نقل زغال سنگ نیز اشاره داشته باشد. [89]
گازی شدن زغال سنگ، به عنوان بخشی از یک نیروگاه گازی سیکل ترکیبی یکپارچه (IGCC)، برای تولید گاز سنتز ، مخلوطی از گاز مونوکسید کربن (CO) و هیدروژن (H2 ) برای آتش زدن توربین های گاز برای تولید برق استفاده می شود. گاز سنتز همچنین می تواند از طریق فرآیند فیشر-تروپش به سوخت های حمل و نقل مانند بنزین و گازوئیل تبدیل شود . به طور متناوب، گاز سنتز را می توان به متانول تبدیل کرد ، که می تواند مستقیماً به سوخت مخلوط شود یا از طریق فرآیند متانول به بنزین به بنزین تبدیل شود. [90] گازسازی همراه با فناوری فیشر-تروپش توسط شرکت شیمیایی Sasol آفریقای جنوبی برای تولید مواد شیمیایی و سوخت وسایل نقلیه موتوری از زغال سنگ استفاده شد . [91]
در حین تبدیل به گاز، زغال سنگ با اکسیژن و بخار مخلوط می شود و در عین حال گرم می شود و تحت فشار قرار می گیرد. در طول واکنش، مولکولهای اکسیژن و آب، زغال سنگ را به مونوکسید کربن (CO) اکسید میکنند ، در حالی که گاز هیدروژن ( H2 ) را نیز آزاد میکنند. این کار در معادن زیرزمینی زغال سنگ و همچنین برای ساخت گاز شهری انجام میشد که برای روشنایی، گرمایش و پخت و پز به مشتریان منتقل میشد.
اگر پالایشگاه بخواهد بنزین تولید کند، گاز سنتز به واکنش فیشر-تروپش هدایت می شود. این به عنوان مایع سازی غیر مستقیم زغال سنگ شناخته می شود. با این حال، اگر هیدروژن محصول نهایی مطلوب باشد، گاز سنتز به واکنش انتقال گاز آب وارد می شود ، جایی که هیدروژن بیشتری آزاد می شود:
چگالی انرژی زغال سنگ تقریباً 24 مگاژول بر کیلوگرم است [92] (تقریباً 6.7 کیلووات ساعت بر کیلوگرم). برای یک نیروگاه زغال سنگ با راندمان 40 درصد، حدود 325 کیلوگرم (717 پوند) زغال سنگ برای تامین انرژی یک لامپ 100 واتی به مدت یک سال مورد نیاز است. [93]
27.6 درصد انرژی جهان در سال 2017 از طریق زغال سنگ تامین شده و آسیا تقریباً سه چهارم آن را مصرف کرده است. [94]
زغال سنگ تصفیه شده محصول فناوری ارتقاء زغال سنگ است که رطوبت و آلاینده های خاصی را از زغال سنگ های درجه پایین تر مانند زغال سنگ زیر قیر و زغال سنگ (قهوه ای) حذف می کند. این یک شکل از چندین روش و فرآیند پیش احتراق برای زغال سنگ است که ویژگی های زغال سنگ را قبل از سوزاندن تغییر می دهد. بهبود راندمان حرارتی با بهبود پیش خشک کردن قابل دستیابی است (به ویژه در مورد سوخت با رطوبت بالا مانند زغال سنگ یا زیست توده). [95] اهداف فن آوری های زغال سنگ پیش احتراق افزایش کارایی و کاهش انتشار گازهای گلخانه ای هنگام سوزاندن زغال سنگ است. گاهی اوقات می توان از فناوری پیش احتراق به عنوان مکمل فناوری های پس از احتراق برای کنترل انتشار گازهای گلخانه ای با سوخت زغال سنگ استفاده کرد.
زغال سنگ سوزانده شده به عنوان سوخت جامد در نیروگاه های زغال سنگ برای تولید الکتریسیته زغال سنگ حرارتی نامیده می شود . همچنین از زغال سنگ برای تولید دمای بسیار بالا از طریق احتراق استفاده می شود. مرگ و میر زودهنگام ناشی از آلودگی هوا در هر گیگاوات در سال 200 نفر تخمین زده شده است، اما ممکن است در اطراف نیروگاه هایی که از اسکرابر استفاده نمی شود بیشتر باشد یا اگر دور از شهرها باشند کمتر باشد. [۹۶] تلاشها در سراسر جهان برای کاهش استفاده از زغالسنگ باعث شده است که برخی از مناطق به گاز طبیعی و برق از منابع کربن پایینتر روی بیاورند.
هنگامی که از زغال سنگ برای تولید برق استفاده می شود ، معمولاً آن را پودر می کنند و سپس در یک کوره با دیگ می سوزانند (همچنین به دیگ بخار زغال سنگ پودر شده مراجعه کنید ). [97] گرمای کوره، آب دیگ بخار را به بخار تبدیل میکند ، که سپس برای چرخاندن توربینها که ژنراتورها را میچرخانند و برق تولید میکنند، استفاده میشود. [98] بازده ترمودینامیکی این فرآیند بسته به عملیات پیش احتراق، فناوری توربین (مثلاً مولد بخار فوق بحرانی ) و سن نیروگاه بین حدود 25 تا 50 درصد متغیر است. [99] [100]
چند نیروگاه سیکل ترکیبی گازی سازی یکپارچه (IGCC) ساخته شده اند که زغال سنگ را کارآمدتر می سوزانند. به جای پودر کردن زغال سنگ و سوزاندن مستقیم آن به عنوان سوخت در دیگ بخار، زغال سنگ برای تولید گاز سنتز گازی می شود که در توربین گاز برای تولید الکتریسیته سوزانده می شود (درست مانند گاز طبیعی که در توربین سوزانده می شود). گازهای خروجی داغ از توربین برای بالا بردن بخار در یک مولد بخار بازیابی گرما استفاده می شود که یک توربین بخار اضافی را تغذیه می کند . راندمان کلی نیروگاه زمانی که برای تأمین حرارت و توان ترکیبی استفاده می شود می تواند به 94 درصد برسد. [101] نیروگاه های IGCC نسبت به نیروگاه های معمولی با سوخت زغال سنگ، آلودگی محلی کمتری منتشر می کنند. با این حال، فناوری جذب و ذخیره کربن (CCS) پس از تبدیل به گاز و قبل از سوزاندن تا کنون ثابت کرده است که برای استفاده با زغال سنگ بسیار گران است. [102] [103] راه های دیگر برای استفاده از زغال سنگ به عنوان سوخت دوغاب آب زغال سنگ (CWS) است که در اتحاد جماهیر شوروی توسعه یافته است ، یا در یک چرخه تاپینگ MHD . با این حال، این موارد به دلیل عدم سود زیاد مورد استفاده قرار نمی گیرند.
در سال 2017، 38 درصد از برق جهان از زغال سنگ تامین می شد، همان درصدی که 30 سال قبل از آن بود. [104] در سال 2018 ظرفیت نصب شده جهانی 2 TW بود (که 1TW آن در چین است) که 30٪ از کل ظرفیت تولید برق بود. [105] وابسته ترین کشور عمده آفریقای جنوبی است که بیش از 80 درصد برق آن توسط زغال سنگ تولید می شود. [106] اما چین به تنهایی بیش از نیمی از برق تولید شده از زغال سنگ جهان را تولید می کند. [107]
حداکثر استفاده از زغال سنگ در سال 2013 به دست آمد. [108] در سال 2018 ضریب ظرفیت نیروگاه با سوخت زغال سنگ به طور متوسط 51 درصد بود، یعنی حدود نیمی از ساعات کاری موجود خود کار می کردند. [109]
سالانه حدود 8000 تن زغال سنگ تولید می شود که حدود 90 درصد آن زغال سنگ سخت و 10 درصد زغال سنگ است. از سال 2018، [update]بیش از نیمی از معادن زیرزمینی است. [110] صنعت معدن زغال سنگ تقریباً 2.7 میلیون کارگر را استخدام می کند. [111] حوادث در حین استخراج زیرزمینی بیشتر از استخراج سطحی رخ می دهد. همه کشورها آمار حوادث معدن را منتشر نمی کنند ، بنابراین ارقام در سراسر جهان نامشخص است، اما تصور می شود که بیشترین مرگ و میرها در حوادث معدن زغال سنگ در چین رخ می دهد : در سال 2017، 375 مرگ مرتبط با معدن زغال سنگ در چین رخ داد. [112] بیشتر زغال سنگ استخراج شده زغال سنگ حرارتی است (همچنین زغال سنگ بخار نامیده می شود زیرا برای تولید بخار برای تولید الکتریسیته استفاده می شود) اما زغال سنگ متالورژیکی (همچنین به نام زغال سنگ یا زغال سنگ کک کننده نامیده می شود زیرا برای تولید کک برای تولید آهن استفاده می شود) 10 تا 15 درصد مصرف جهانی زغال سنگ را به خود اختصاص می دهد. [113]
چین تقریباً نیمی از زغال سنگ جهان را استخراج می کند و پس از آن هند با حدود یک دهم ذغال سنگ در رتبه های بعدی قرار دارد. [114] استرالیا حدود یک سوم صادرات زغال سنگ جهان را به خود اختصاص می دهد و پس از آن اندونزی و روسیه قرار دارند ، [18] در حالی که بزرگترین واردکنندگان ژاپن و هند هستند. روسیه به طور فزاینده ای صادرات زغال سنگ خود را از اروپا به آسیا هدایت می کند، زیرا اروپا در حال گذار به انرژی های تجدیدپذیر و تحریم روسیه به دلیل حمله به اوکراین است. [18]
قیمت زغال سنگ متالورژیکی فرار است [115] و بسیار بالاتر از قیمت زغال سنگ حرارتی است زیرا زغال سنگ متالورژی باید گوگرد کمتری داشته باشد و نیاز به تمیز کردن بیشتری دارد. [116] قراردادهای آتی زغال سنگ به تولیدکنندگان زغال سنگ و صنعت برق یک ابزار مهم برای پوشش ریسک و مدیریت ریسک می دهد .
در برخی کشورها، تولید جدید بادی یا خورشیدی در خشکی کمتر از انرژی زغال سنگ از نیروگاه های موجود است. [117] [118] با این حال، برای چین این پیشبینی برای اوایل دهه 2020 [119] و برای جنوب شرقی آسیا تا اواخر دهه 2020 پیشبینی میشود. [120] در هند، ساخت نیروگاههای جدید غیراقتصادی است و، علیرغم اینکه یارانهای دریافت میشود، کارخانههای موجود در حال از دست دادن سهم بازار خود به انرژیهای تجدیدپذیر هستند. [121]
در بسیاری از کشورهای شمال جهانی، استفاده از زغال سنگ دور شده و سایتهای معدن سابق به عنوان یک جاذبه توریستی مورد استفاده قرار میگیرند. [122]
از میان کشورهایی که زغال سنگ تولید می کنند ، چین بیشترین استخراج را دارد، تقریباً نیمی از زغال سنگ جهان، و پس از آن کمتر از 10 درصد توسط هند قرار دارد. چین همچنین بزرگترین مصرف کننده زغال سنگ است. بنابراین، روند بازار بین المللی به سیاست انرژی چین بستگی دارد . [123] اگرچه تلاش دولت برای کاهش آلودگی هوا در چین به این معنی است که روند بلندمدت جهانی سوزاندن کمتر زغالسنگ است، روند کوتاهمدت و میانمدت ممکن است متفاوت باشد، تا حدی به دلیل تامین مالی چینیها برای نیروگاههای جدید با سوخت زغال سنگ در کشورهای دیگر [105]
کشورهایی با تولید سالانه بالاتر از 300 میلیون تن نشان داده شده است.
کشورهایی با مصرف سالانه بالاتر از 500 میلیون تن نشان داده شده است. سهام بر اساس داده های بیان شده در تن معادل نفت است.
صادرکنندگان در خطر کاهش تقاضای واردات از هند و چین هستند. [130] [18]
استفاده از زغال سنگ به عنوان سوخت باعث مشکلات سلامتی و مرگ و میر می شود. [134] استخراج و فرآوری زغال سنگ باعث آلودگی هوا و آب می شود. [135] نیروگاه های زغال سنگ اکسیدهای نیتروژن، دی اکسید گوگرد، آلودگی ذرات و فلزات سنگین را منتشر می کنند که بر سلامت انسان تأثیر منفی می گذارد. [135] استخراج متان از بستر زغال سنگ برای جلوگیری از حوادث معدن مهم است.
مه دود مرگبار لندن در درجه اول به دلیل استفاده زیاد از زغال سنگ ایجاد شد. تخمین زده میشود که زغالسنگ در سطح جهان هر سال باعث 800000 مرگ زودرس میشود، [136] بیشتر در هند [137] و چین. [138] [139] [140]
سوزاندن زغال سنگ عامل اصلی انتشار دی اکسید گوگرد است که باعث ایجاد ذرات PM2.5 می شود که خطرناک ترین شکل آلودگی هوا است. [141]
انتشار دود زغال سنگ باعث آسم ، سکته مغزی ، کاهش هوش ، انسداد عروق ، حملات قلبی ، نارسایی احتقانی قلب ، آریتمی قلبی ، مسمومیت با جیوه ، انسداد شریانی و سرطان ریه می شود . [142] [143]
هزینه های بهداشتی سالانه در اروپا ناشی از استفاده از زغال سنگ برای تولید برق تا 43 میلیارد یورو برآورد شده است. [144]
در چین، بهبود کیفیت هوا و سلامت انسان با سیاستهای سختگیرانهتر اقلیمی افزایش مییابد، عمدتاً به این دلیل که انرژی این کشور به شدت به زغال سنگ وابسته است. و یک سود اقتصادی خالص وجود خواهد داشت. [145]
یک مطالعه در سال 2017 در مجله اقتصادی نشان داد که برای بریتانیا در طول دوره 1851-1860، "یک افزایش انحراف استاندارد در استفاده از زغال سنگ مرگ و میر نوزادان را 6 تا 8٪ افزایش داد و استفاده از زغال سنگ صنعتی تقریباً یک سوم از مجازات مرگ و میر شهری را توضیح می دهد. در این دوره مشاهده شد." [146]
تنفس در غبار زغال سنگ باعث پنوموکونیوز کارگر زغال سنگ یا "ریه سیاه" می شود که به این دلیل نامیده می شود زیرا گرد و غبار زغال سنگ به معنای واقعی کلمه ریه ها را سیاه می کند. [147] تنها در ایالات متحده، تخمین زده می شود که 1500 کارمند سابق صنعت زغال سنگ هر ساله بر اثر تنفس در گرد و غبار معدن زغال سنگ جان خود را از دست می دهند. [148]
سالانه مقادیر زیادی خاکستر زغال سنگ و ضایعات دیگر تولید می شود. استفاده از زغال سنگ سالانه صدها میلیون تن خاکستر و سایر مواد زائد تولید می کند. اینها شامل خاکستر بادی ، خاکستر زیرین و لجن گوگرد زدایی از گازهای دودکش است که حاوی جیوه ، اورانیوم ، توریم ، آرسنیک و سایر فلزات سنگین به همراه غیرفلزاتی مانند سلنیوم است . [149]
حدود 10 درصد زغال سنگ خاکستر است. [150] خاکستر زغال سنگ برای انسان و برخی جانداران دیگر خطرناک و سمی است. [151] خاکستر زغال سنگ حاوی عناصر رادیواکتیو اورانیوم و توریم است . خاکستر زغال سنگ و سایر محصولات جانبی احتراق جامد به صورت محلی ذخیره می شوند و به روش های مختلفی فرار می کنند که ساکنان نزدیک کارخانه های زغال سنگ را در معرض تشعشعات و سموم محیطی قرار می دهد. [152]
استخراج زغال سنگ ، ضایعات ناشی از احتراق زغال سنگ و گازهای دودکش باعث آسیب زیست محیطی عمده می شوند. [153] [154]
سیستم های آبی تحت تأثیر استخراج زغال سنگ قرار می گیرند. [155] به عنوان مثال، استخراج زغال سنگ بر سطح آب زیرزمینی و سطح آب و اسیدیته تأثیر می گذارد. نشت خاکستر بادی، مانند نشت دوغاب خاکستر بادی زغال سنگ کارخانه فسیل کینگستون ، همچنین می تواند زمین و آبراه ها را آلوده کرده و خانه ها را ویران کند. نیروگاه هایی که زغال سنگ می سوزانند نیز مقادیر زیادی آب مصرف می کنند. این می تواند بر جریان رودخانه ها تأثیر بگذارد و تأثیرات متعاقبی بر سایر کاربری ها دارد. در مناطق کم آب ، مانند صحرای ثار در پاکستان ، استخراج زغال سنگ و نیروگاه های زغال سنگ به کاهش منابع آب کمک می کند. [156]
یکی از اولین اثرات شناخته شده زغال سنگ بر چرخه آب باران اسیدی بود . در سال 2014، تقریباً 100 Tg / S دی اکسید گوگرد (SO 2 ) آزاد شد که بیش از نیمی از آن از سوختن زغال سنگ بود. [157] پس از آزاد شدن، دی اکسید گوگرد به H 2 SO 4 اکسید می شود که تابش خورشیدی را پراکنده می کند، از این رو افزایش آن در اتمسفر یک اثر خنک کننده بر آب و هوا اعمال می کند. این به طور مفید بخشی از گرمایش ناشی از افزایش گازهای گلخانه ای را پنهان می کند. با این حال، گوگرد به صورت باران اسیدی در عرض چند هفته از جو خارج می شود، [158] در حالی که دی اکسید کربن برای صدها سال در جو باقی می ماند. انتشار SO 2 همچنین به اسیدی شدن گسترده اکوسیستم ها کمک می کند. [159]
معادن زغال سنگ از کار افتاده نیز می توانند مشکلاتی را ایجاد کنند. فرونشست می تواند در بالای تونل ها رخ دهد و به زیرساخت ها یا زمین های زراعی آسیب برساند. استخراج زغال سنگ همچنین می تواند باعث آتش سوزی طولانی مدت شود و تخمین زده شده است که هزاران آتش سوزی درز زغال سنگ در هر لحظه در حال سوختن هستند. [160] برای مثال، برنندر برگ از سال 1668 در حال سوختن بوده و هنوز در قرن بیست و یکم در حال سوختن است. [161]
تولید کک از زغال سنگ باعث تولید آمونیاک، قطران زغال سنگ و ترکیبات گازی به عنوان محصولات جانبی می شود که در صورت تخلیه به خشکی، هوا یا آبراه ها می تواند محیط زیست را آلوده کند. [162] کارخانه فولاد Whyalla نمونه ای از تاسیسات تولید کک است که در آن آمونیاک مایع به محیط دریایی تخلیه می شود. [163]
شدت انتشار گازهای گلخانه ای است که در طول عمر یک ژنراتور به ازای واحد برق تولید شده منتشر می شود. شدت انتشار نیروگاه های زغال سنگ بالا است، زیرا آنها حدود 1000 گرم معادله دی اکسید کربن به ازای هر کیلووات ساعت تولید شده منتشر می کنند ، در حالی که گاز طبیعی با شدت انتشار متوسط در حدود 500 گرم معادل CO 2 در هر کیلووات ساعت است. شدت انتشار زغال سنگ بسته به نوع و فناوری ژنراتور متفاوت است و در برخی کشورها از 1200 گرم در هر کیلووات ساعت فراتر می رود. [164]
هزاران آتش سوزی زغال سنگ در سراسر جهان شعله ور است. [165] پیدا کردن آنهایی که در زیر زمین می سوزند دشوار است و بسیاری از آنها را نمی توان خاموش کرد. آتشسوزیها میتوانند باعث فرونشستن زمین در بالا شوند، گازهای حاصل از احتراق آنها برای زندگی خطرناک هستند و بیرون آمدن به سطح میتواند باعث آتشسوزیهای سطحی شود . درزهای زغال سنگ را می توان با احتراق خود به خود یا تماس با آتش معدن یا آتش سطحی آتش زد . صاعقه یک منبع مهم اشتعال است. زغال سنگ به آرامی به درون درز می سوزد تا زمانی که اکسیژن (هوا) دیگر نتواند به جلوی شعله برسد. آتش سوزی چمن در یک منطقه زغال سنگ می تواند ده ها درز زغال سنگ را آتش بزند. [166] [167] آتشهای زغالسنگ در چین سالانه 120 میلیون تن زغالسنگ را میسوزاند و 360 میلیون تن دیاکسید کربن منتشر میکنند که معادل 2 تا 3 درصد از تولید سالانه CO2 در سراسر جهان از سوختهای فسیلی است . [168] [169] در سنترالیا، پنسیلوانیا ( بخشی واقع در منطقه زغال سنگ ایالات متحده)، یک رگ آشکار از آنتراسیت در سال 1962 به دلیل آتش سوزی زباله در محل دفن زباله محله، واقع در یک گودال متروکه معدن نوار آنتراسیت ، مشتعل شد . تلاش برای اطفای حریق بی نتیجه ماند و آتش سوزی در زیر زمین تا به امروز ادامه دارد . در ابتدا تصور می شد کوه سوزان استرالیا یک آتشفشان است، اما دود و خاکستر از آتش زغال سنگ می آید که حدود 6000 سال است که می سوزد. [170]
در کوه ملک در دره یعقوب ، تاجیکستان ، ذخایر زغال سنگ هزاران سال است که می سوزند و هزارتوهای زیرزمینی وسیعی را پر از مواد معدنی منحصر به فرد ایجاد می کنند که برخی از آنها بسیار زیبا هستند.
سنگ سیلتستون مایل به قرمزی که در حوضه رودخانه پودر در وایومینگ و در غرب داکوتای شمالی درپوش بسیاری از برآمدگیها و برآمدگیها را پوشانده است، پرسلنیت نامیده میشود که شبیه زبالههای زغالسوز «کلینکر» یا « اسکوریا » آتشفشانی است. [171] کلینکر سنگی است که در اثر سوختن طبیعی زغال سنگ ذوب شده است. در حوضه رودخانه پودر تقریباً 27 تا 54 میلیارد تن زغال سنگ در سه میلیون سال گذشته سوزانده شده است. [172] آتش سوزی زغال سنگ وحشی در این منطقه توسط اکسپدیشن لوئیس و کلارک و همچنین کاشفان و ساکنان منطقه گزارش شد . [173]
بزرگترین و طولانیمدتترین اثر استفاده از زغالسنگ، انتشار دیاکسید کربن است، یک گاز گلخانهای که باعث تغییرات آب و هوایی میشود . نیروگاههای زغالسنگ بیشترین سهم را در رشد انتشار جهانی CO 2 در سال 2018 داشتند، [175] 40 درصد از کل انتشار سوختهای فسیلی، [9] و بیش از یک چهارم از کل انتشار. [8] [نکته 1] استخراج زغال سنگ می تواند متان، گاز گلخانه ای دیگر را منتشر کند. [176] [177]
در سال 2016 ، انتشار ناخالص دی اکسید کربن جهان از مصرف زغال سنگ 14.5 گیگاتن بود. [178] به ازای هر مگاوات ساعت تولید شده، تولید برق با سوخت زغال سنگ حدود یک تن دی اکسید کربن منتشر می کند که دو برابر تقریباً 500 کیلوگرم دی اکسید کربن آزاد شده توسط یک نیروگاه برق با سوخت گاز طبیعی است . [179] در سال 2013، رئیس آژانس آب و هوای سازمان ملل توصیه کرد که بیشتر ذخایر زغال سنگ جهان باید در زمین باقی بماند تا از گرم شدن فاجعه بار جهانی جلوگیری شود. [180] برای حفظ گرمایش زمین زیر 1.5 درجه سانتیگراد یا 2 درجه سانتیگراد، صدها یا احتمالاً هزاران نیروگاه زغال سنگ باید زودتر بازنشسته شوند. [181]
کاهش آلودگی زغال سنگ ، که گاهی اوقات به عنوان زغال سنگ پاک شناخته می شود، مجموعه ای از سیستم ها و فن آوری هایی است که به دنبال کاهش اثرات بهداشتی و زیست محیطی سوختن زغال سنگ برای انرژی است. سوزاندن زغال سنگ مواد مضری را آزاد می کند که به آلودگی هوا، باران اسیدی و انتشار گازهای گلخانه ای کمک می کند . کاهش شامل رویکردهای پیش احتراق، مانند تمیز کردن زغال سنگ، و رویکردهای پس از احتراق، شامل گوگرد زدایی از گازهای دودکش ، کاهش کاتالیزوری انتخابی ، رسوبدهندههای الکترواستاتیک و کاهش خاکستر بادی است . هدف از این اقدامات کاهش تأثیر زغال سنگ بر سلامت انسان و محیط زیست است.
احتراق زغال سنگ مواد شیمیایی مختلفی را در هوا آزاد می کند. محصولات اصلی آب و دی اکسید کربن هستند، درست مانند احتراق نفت. همچنین دی اکسید گوگرد و اکسیدهای نیتروژن و همچنین مقداری جیوه آزاد می شود. پسماند باقی مانده پس از احتراق، خاکستر زغال سنگ اغلب حاوی آرسنیک، جیوه و سرب است. در نهایت، سوزاندن زغال سنگ، به ویژه آنتراسیت ، می تواند مواد رادیواکتیو را آزاد کند. [182]در سال 2018 80 میلیارد دلار آمریکا در عرضه زغال سنگ سرمایه گذاری شد، اما تقریباً تمام آن برای حفظ سطح تولید به جای افتتاح معادن جدید. [183] در درازمدت زغال سنگ و نفت می تواند تریلیون ها دلار در سال هزینه داشته باشد. [184] [185] زغال سنگ به تنهایی ممکن است میلیاردها دلار برای استرالیا هزینه داشته باشد، [186] در حالی که هزینه های برخی شرکت ها یا شهرهای کوچکتر می تواند در مقیاس میلیون ها دلار باشد. [187] اقتصادهایی که بیشترین آسیب را از زغال سنگ (از طریق تغییرات آب و هوایی) می بینند، ممکن است هند و ایالات متحده باشند زیرا آنها کشورهایی هستند که بالاترین هزینه اجتماعی کربن را دارند . [188] وام های بانکی برای تامین مالی زغال سنگ خطری برای اقتصاد هند است. [137]
چین بزرگترین تولید کننده زغال سنگ در جهان است. این کشور بزرگترین مصرف کننده انرژی در جهان است و زغال سنگ در چین 60 درصد انرژی اولیه آن را تامین می کند. با این حال تخمین زده می شود که دو پنجم نیروگاه های زغال سنگ چین زیان ده باشند. [119]
آلودگی هوا ناشی از ذخیره سازی و جابجایی زغال سنگ به دلیل ذخایر PM2.5 تقریباً 200 دلار برای هر تن اضافی ذخیره شده هزینه دارد. [189] آلودگی زغال سنگ هر سال 43 میلیارد یورو هزینه دارد . [190] اقدامات برای کاهش آلودگی هوا به نفع افراد و اقتصاد کشورهای [191] [192] مانند چین است. [193]
یارانه های زغال سنگ در سال 2021 بدون احتساب یارانه برق، 19 میلیارد دلار برآورد شده است و انتظار می رود در سال 2022 افزایش یابد . تولید زغال سنگ، از جمله نیروی زغالسنگ: تعداد زیادی از یارانهها غیرممکن است [195] اما شامل 27.6 میلیارد دلار در امور مالی داخلی و بینالمللی، 15.4 میلیارد دلار حمایت مالی و 20.9 میلیارد دلار در شرکت دولتی است (SOE). ) سرمایه گذاری در سال [ 175] در اتحادیه اروپا کمک های دولتی به نیروگاه های جدید زغال سنگ از سال 2020 و به نیروگاه های زغال سنگ موجود از سال 2025 ممنوع شده است . ، [197] بانک ژاپن برای همکاری بین المللی و بانک های بخش دولتی هند. [198] زغال سنگ در قزاقستان دریافت کننده اصلی یارانه مصرف زغال سنگ به مبلغ 2 میلیارد دلار در سال 2017 بود. [199] زغال سنگ در ترکیه از یارانه های قابل توجهی در سال 2021 بهره مند شد.[update]
برخی از نیروگاههای زغالسنگ میتوانند به داراییهای سرگردان تبدیل شوند ، برای مثال China Energy Investment ، بزرگترین شرکت برق جهان، با خطر از دست دادن نیمی از سرمایه خود مواجه است. [119] با این حال، شرکت های برق دولتی مانند Eskom در آفریقای جنوبی، Perusahaan Listrik Negara در اندونزی، Sarawak Energy در مالزی، Taipower در تایوان، EGAT در تایلند، ویتنام Electricity و EÜAŞ در ترکیه در حال ساخت یا برنامه ریزی نیروگاه های جدید هستند. [201] از سال 2021 این ممکن است به ایجاد حباب کربنی کمک کند که در صورت ترکیدن می تواند باعث بی ثباتی مالی شود. [202] [203] [204]
کشورهایی مانند چین، هند، اندونزی، ویتنام، ترکیه و بنگلادش که نیروگاههای جدید با سوخت زغالسنگ را میسازند یا تأمین مالی میکنند، با انتقادهای بینالمللی فزایندهای به دلیل ممانعت از اهداف توافق پاریس مواجه هستند . [105] [205] [206] در سال 2019، کشورهای جزیره اقیانوس آرام (به ویژه وانواتو و فیجی ) استرالیا را به دلیل عدم موفقیت در کاهش انتشار گازهای گلخانه ای با سرعتی بالاتر از آنچه که بودند، مورد انتقاد قرار دادند و به نگرانی در مورد طغیان و فرسایش ساحل اشاره کردند. [207] در ماه مه 2021، اعضای G7 توافق کردند که به حمایت مستقیم دولت جدید از تولید برق بین المللی زغال سنگ پایان دهند. [208]
زغال سنگ کانی رسمی ایالت کنتاکی ، [ 209] و سنگ رسمی ایالت یوتا [210] و ویرجینیای غربی است . [211] این ایالت های ایالات متحده پیوندی تاریخی با استخراج زغال سنگ دارند.
برخی فرهنگها معتقدند کودکانی که بدرفتاری میکنند تنها یک تکه زغال سنگ از بابانوئل برای کریسمس در جورابهای خود به جای هدایا دریافت میکنند.
همچنین در اسکاتلند و شمال انگلستان مرسوم است که در روز سال نو زغال سنگ هدیه می دهند . این به عنوان بخشی از اولین پا رخ می دهد و نشان دهنده گرما برای سال آینده است.
چین 53 درصد از کل انرژی زغال سنگ جهان را در سال 2020 تولید کرد که 9 درصد بیشتر از پنج سال قبل است.
اوج تولید در سال 2013