Węgiel kamienny

skała osadowa pochodzenia roślinnego

Węgiel kamiennyskała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 75−97% pierwiastka węgla, powstała głównie w karbonie (era paleozoiczna) ze szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę.

Węgiel kamienny
Uproszczony schemat fragmentu struktury chemicznej węgla kamiennego

Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo, choć jego udział w produkcji energii spada i prawdopodobnie będzie nadal spadał[1]. Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg. Węgiel kamienny jest nieodnawialnym źródłem energii.

Typy węgla kamiennego edytuj

Według Polskiej Normy węgiel kamienny został podzielony na typy zgodnie z naturalnymi cechami, charakteryzującymi jego przydatność technologiczną, określoną następującymi wskaźnikami:

Typ węgla Wyróżnik Zawartość części lotnych V % Charakterystyka Główne zastosowanie
węgiel płomienny 31 powyżej 28 duża zawartość części lotnych, brak lub słaba zdolność spiekania, długi, silnie świecący płomień piece przemysłowe i domowe, generatory
węgiel gazowo-płomienny 32 powyżej 28 duża zawartość części lotnych, średnia zdolność spiekania piece przemysłowe i domowe, wytlewanie, uwodornianie
węgiel gazowy 33 powyżej 28 duża wydajność gazu i smoły, znaczna spiekalność gazownictwo, koksownictwo, wytlewanie
Węgiel gazowo-koksowy 34 powyżej 28 duża wydajność gazu i smoły, dobra spiekalność, średnie ciśnienie rozprężania gazownictwo, koksownictwo
węgiel orto-koksowy 35 od 20 do 31 typowy węgiel koksowy, średnia zawartość części lotnych, dobra spiekalność, wysokie ciśnienie rozprężania produkcja koksu metalurgicznego
węgiel meta-koksowy 36 od 14 do 28 dobra spiekalność, duże ciśnienie rozprężania produkcja koksu odlewniczego
węgiel semi-koksowy 37 od 14 do 28 mała zawartość części lotnych, słaba spiekalność, średnie ciśnienie rozprężania w koksownictwie jako dodatek schudzający wsad węglowy
węgiel chudy 38 od 14 do 28 mała zawartość części lotnych, brak lub słaba spiekalność, krótki płomień piece przemysłowe i domowe, generatory
węgiel antracytowy 41 od 10 do 14 mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania węgiel na mieszanki do produkcji koksu; węgiel energetyczny do palenisk specjalnych oraz produkcji paliwa bezdymowego
antracyt 42 od 3 do 10 bardzo mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania paliwo specjalne
Metaantracyt 43 do 3 bardzo mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania --------

Sortymenty węgla kamiennego edytuj

Dla węgla kamiennego wszystkich typów i klas oraz celów przeznaczenia, rozróżnia się zależnie od wymiarów ziarn 11 sortymentów zasadniczych oraz 13 sortymentów połączonych.

Wydobycie węgla kamiennego w Polsce edytuj

 
„Węglarz” przedstawiony na XVIII-wiecznym rysunku Jana Norblina

Polska jest największym producentem węgla kamiennego w Unii Europejskiej[2]. Węgiel kamienny wydobywano na Górnym Śląsku co najmniej od połowy XVII w. Działała wówczas kopalnia odkrywkowa w Murckach, co potwierdzają dokumenty z roku 1657. Wydobycie podziemne w tej kopalni rozpoczęto w roku 1755. Obecnie funkcjonuje ona jako Kopalnia Węgla Kamiennego Murcki-Staszic w Katowicach[3]. W roku 1767 w Małopolsce powstała kopalnia węgla kamiennego w Szczakowej (obecnie dzielnica Jaworzna).

 
Złoża węgla kamiennego w Polsce

Węgiel jest w Polsce surowcem strategicznym, gdyż zaspokaja 60% zapotrzebowania energetycznego kraju (2008). Polskie zasoby tej skały należą do jednych z największych w Europie. Większość z nich zlokalizowana jest w woj. lubelskim i na Górnym Śląsku. Zasoby lubelskie są większe, leżą na mniejszej głębokości i są wysokiej jakości, choć są słabiej udokumentowane. Złoża ciągną się od Łukowa i Radzynia Podlaskiego do Hrubieszowa i łączą z Lwowsko-Wołyńskim Zagłębiem Węglowym na Ukrainie[4]. Przez wiele lat Polska zajmowała miejsca w pierwszej piątce państw o największym wydobyciu węgla kamiennego. Najwięcej węgla kamiennego wydobyto w 1979 roku (blisko 180 mln ton)[potrzebny przypis]. Od tego czasu tendencja wydobycia jest spadkowa. W roku 1989 w 70 kopalniach wydobywano 177,4 mln ton węgla kamiennego i zatrudniano 415,7 tys. pracowników. W 2001 roku w 38 kopalniach wydobyto 100,4 mln ton węgla przy zatrudnieniu 136,4 tys. osób, a od 2002 roku wydobywa się poniżej 100 mln ton[5].

Według danych z 2007 roku, Polska spadła na 9. miejsce, dostarczając ogólnie 1,60% światowego wydobycia tej kopaliny. W roku 2007 w Polsce wydobyto 88 mln ton tego surowca energetycznego[6]. W 2013 roku wydobycie spadło do 76,5 mln ton. Obecnie Polska jest importerem netto węgla (tzn. więcej węgla importuje niż eksportuje), i to mimo wzrostu eksportu w 2013 roku o 3,2 mln ton (z 7,4 mln t do 10,6 mln t). W 2013 roku polskie górnictwo węgla kamiennego zaliczyło spadek przychodów w stosunku do roku 2012 o 6,9%, co wynikało ze znaczącego spadku cen węgla - średnio o 13,6%, a w przypadku węgla koksującego aż o 23,6%. Na każdej sprzedanej tonie surowca kopalnie traciły średnio 6,41 zł, z kolei jeszcze rok wcześniej zysk ze sprzedaży tony węgla przekraczał 30 zł. W 2013 roku w górnictwie węgla kamiennego zatrudnionych było 106,7 tysiąca osób (w porównaniu z 113,2 tysiąca zatrudnionych rok wcześniej)[7].

Przyczyny zmniejszania wydobycia:

Miejsca wydobycia:

rok wydobycie w Polsce w tysiącach ton
1993 131 400[10]
1994 134 072
1995 135 523
1996 136 272
1997 132 575
1998 113 859
1999 109 986
2000 102 081
2001 102 471
2002 96 160
2003 97 274
2004 95 623
2005 95 410
2006 95 221
2007 88 233
2008 83 600[11]
2009 77 330
2010 76 728[12]
2011 67 640[10]
2012 79 813[12]
2013 77 056[12]
2014 73 271[12]
2015 72 468[12]
2016 70 580[12]
2017 65 500[13]
2018 63 400[13]
2019 61 500[14]

Wydobycie węgla kamiennego na świecie edytuj

Największe złoża węgla kamiennego znajdują się we wschodnich i południowych Chinach (Datong i Fushun), w USA (apallaski i Przyjeziorny Okręg Przemysłowy), a także w Indiach (Damodar), RPA (Witwatersrand) oraz w Australii (Newcastle) i na Ukrainie (Donbas - doniecki okręg przemysłowy).

W 2007 r. światowe wydobycie węgla kamiennego przekroczyło 5,52 mld ton, z czego najwięcej wydobyły Chiny (2479,2 mln ton), USA (967,9 mln ton), Indie (451,6 mln ton), Australia (323,0 mln ton), RPA (243,6 mln ton), Rosja (ok. 241 mln ton), Indonezja (ok. 231 mln ton), Kazachstan (ok. 90 mln ton), Polska (ok. 88 mln ton), Kolumbia (ok. 78 mln ton), Ukraina (75 mln ton), Kanada (ok. 59 mln ton) i Wietnam (ok. 45 mln ton)[6].

W 2013 r. światowe wydobycie węgla kamiennego ustabilizowało się na poziomie 7,2 mld ton[15].

Metody wydobycia edytuj

Na świecie węgiel kamienny wydobywa się dwiema metodami:

  • metodą odkrywkową
  • metodą głębinową

Metoda odkrywkowa edytuj

 
Odkrywkowa kopalnia węgla kamiennego w Wyoming (USA)

Wydobywa się nią głównie węgiel w USA i Australii. Jej zaletą jest bardzo niski koszt wydobycia: 5-6 euro za tonę (kopalnie głębinowe nawet 170 euro za tonę). Wadą jest wielka degradacja środowiska. Kopalnie odkrywkowe mogą wydobywać węgiel zlokalizowany stosunkowo płytko. Zdarzają się, co prawda, zakłady – np. w USA – które wydobywają węgiel z głębokości nawet 300 metrów, tyle że sięgnęły tak głęboko po wyczerpaniu płytszych złóż.

Metoda głębinowa edytuj

 
Urabianie węgla kamiennego na przodku w kopalni głębinowej (1905)

Pochodzi z niej około połowy światowej produkcji węgla. Zakłady tego typu dominują w Europie, Azji oraz Afryce. Zaletą takich zakładów jest to, że mogą wydobywać surowiec nawet w silnie zurbanizowanych regionach. Nie potrzebują bowiem zbyt wiele miejsca na powierzchni. Wydobycie w rejonach miejskich powoduje jednak rozliczne problemy, wśród nich najpoważniejszym są tzw. szkody górnicze. Między innymi konieczność zabezpieczania miast przed skutkami wydobycia powoduje stosowanie kosztowniejszych metod wydobywczych, co podraża produkcję. Czasem kopalnia zmuszona jest pozostawić część złoża na tzw. filar ochronny, by nie zniszczyć budynków na powierzchni.

Kopalnie głębinowe umożliwiają sięgnięcie do złóż leżących nawet ponad kilometr pod powierzchnią.

Przetwarzanie węgla edytuj

Główne kierunki przemysłowego wykorzystania węgla kamiennego:

Przy odgazowaniu 1000 kg węgla otrzymuje się[potrzebny przypis]:

  • gaz koksowniczy 330 m³ (20%) o przeciętnym składzie: 50% H2, 34% CH4, 8% CO, 4% olefin, 4% N2, 1% CO2
  • koks 650 kg (65%)
  • smoła węglowa ok. 50 kg (5%)
  • woda pogazowa (ok. 10%) (NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4) – zawierająca amoniak powstały z rozkładu związków azotowych. Wykorzystywana jest do produkcji soli amonowych stosowanych jako nawozy sztuczne.

Historia wykorzystania węgla kamiennego edytuj

Węgiel kamienny wykorzystywany był do ogrzewania już w starożytnych Chinach, w rejonie Kaifeng (co najmniej II w. p.n.e.)[16]. W Europie, palne właściwości węgla kamiennego znane były od starożytności, nie miał on jednak większego znaczenia gospodarczego, częściowo wskutek obfitości drewna, częściowo ze względu na niskie potrzeby energetyczne społeczeństw. W jednym stanowisku archeologicznym w południowej Walii odnaleziono dowody stosowania węgla w celu kremacji zwłok w epoce brązu (być może w celach rytualnych)[17]. Dokładniejsze informacje o węglu kamiennym pochodzą od starożytnych Rzymian, którzy zetknęli się z nim po podboju Brytanii w 43 r. n.e. Węgiel był uznawany za „najlepszy kamień Brytanii”[18] i używano go w celach zdobniczych (nie rozróżniając przy tym węgla kamiennego i gagatu)[18]. Węgiel używany był ponadto w celach opałowych (m.in. przez żołnierzy w fortach) czy jako paliwo „wiecznego ognia” przed ołtarzem Minerwy w świątyni w Bath[17]. Po opuszczeniu Brytanii przez Rzymian (V w. n.e.) zaprzestano szerszego stosowania węgla w celach opałowych, sporadycznie stosując dym z niego do odstraszania węży (co poświadcza Beda Czcigodny)[19].

Do węgla jako paliwa powrócono w Anglii w XII w. Najbardziej znaczącymi obszarami jego wydobycia były Newcastle i obszar rzeki Tyne[20]. Dzięki dogodnym połączeniom wodnym (szczególnie z Londynem) węgiel był szeroko stosowany w całym kraju. Wokół praw do wydobywania węgla toczyły się lokalne konflikty między kupcami a posiadającym większość ziemi Kościołem[21]. Znaczenie gospodarcze węgla kamiennego nadal było jednak marginalne. Za panowania króla Edwarda I (1272-1307) węgiel był już stosowany powszechnie w wielu kuźniach, browarach i domach, powodując lokalnie uciążliwe zanieczyszczenie powietrza. Spotkało się to z oporem, którego skutkiem był królewski zakaz używania węgla[22]. Zakaz ten był powszechnie łamany.

W pozostałych rejonach Europy zastosowanie węgla kamiennego nie było znane. Jako pierwszy informację o wykorzystaniu węgla przywiózł z Chin do Włoch Marco Polo (XIII w.), który obserwował chińskich chłopów używających go do podtrzymywania ognia, ogrzewania domów, gotowania i wykuwania metalowych narzędzi. Jego relacjom nie dano jednak wiary[23]. Poza Anglią, węgiel znalazł zastosowanie dopiero w epoce nowożytnej wraz z początkami epoki przemysłowej.

Pod koniec XVI w. w Anglii narastał kryzys energetyczny spowodowany brakiem drewna i początkiem małej epoki lodowej[24]. Aby go rozwiązać, po raz pierwszy w historii sięgnięto masowo po węgiel kamienny[25]. Anglia była też pierwszym w historii społeczeństwem, którego struktura uległa zasadniczym zmianom wskutek używania tego paliwa[26]. Znaczne zasoby łatwo dostępnego węgla umożliwiły Anglii dokonanie rewolucji przemysłowej w XVIII wieku[27].

W XVIII wieku odkryto duże złoża węgla kamiennego w Pensylwanii i Wirginii, ich wykorzystanie nastąpiło dopiero w następnym stuleciu[28]. W drugiej połowie XVIII wieku nastąpiły gwałtowny rozwój sektora górnictwa węgla kamiennego i wzrost wydobycia, a gwałtowny rozwój przemysłu w XIX wieku zwiększał równocześnie zapotrzebowanie na węgiel kamienny, który stał się wówczas głównym źródłem energii. Wydobycie węgla kamiennego na świecie wzrosło wówczas rocznie z 15 mln ton w 1800, przez 132 mln ton w 1860 do 700 mln ton w 1900 roku[29].

Górnictwo węgla na terenach polskich miało swoje początki w XVI wieku (pierwsze próby w XII wieku), jednak jego rozwój miał miejsce w drugiej połowie XVIII wieku, kiedy węgiel zaczęto stosować w hutnictwie. W latach 1820. i 1830. ośrodkiem polskiego górnictwa węgla kamiennego były okolice Zagłębia Staropolskiego, a w drugiej połowie XIX wieku nastąpił szybki rozwój górnictwa na Wyżynie Śląskiej[29].

Wpływ na zdrowie i środowisko edytuj

Spalanie węgla kamiennego powoduje emisję m.in.: dwutlenku siarki (SO2), tlenków azotu (NOx), tlenku węgla (CO), pyłów, metali ciężkich (kadm, ołów, rtęć)[30]. Spalanie paliw kopalnych powoduje także zmiany klimatu (prawdopodobieństwo minimum 99,9%)[31].

Przypisy edytuj

  1. Udział węgla w energetyce będzie malał
  2. GUS: Rocznik Statystyki Międzynarodowej. 2012. s. 396. [dostęp 2015-05-24].
  3. Kopalnia Węgla Kamiennego KWK Murcki-Staszic w Katowicach – historia. [dostęp 2011-11-06]. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-03-13)].
  4. Szansa na zagłębie?. TV Włodawa, 2012-02-22. [dostęp 2013-08-22].
  5. Janusz Olszowski, 2004—Effects of restructuring of the Polish hard coal industry in 1990—2004. Mat. Konf. Przyszłość węgla w gospodarce świata i Polski. PK OERE, GIPH. Katowice.
  6. a b Energierohstoffe_2009_Teil2. [dostęp 2010-09-19]., s. 13, 25 (niem.).
  7. Anna Zych: Bolesny brak płynności. nettg.pl, 2014-03-09. [dostęp 2014-03-27].
  8. Węgiel kamienny przestaje się opłacać. Trzeba inwestować w źródła odnawialne
  9. Banki odchodzą od finansowania węgla
  10. a b Surowce mineralne Polski. Węgiel kamienny. Państwowy Instytut Badawczy. [dostęp 2014-12-21]. (pol.).
  11. Rzeczpospolita, dodatek „Ekonomia&rynek”, 23.01.2009 r., str.B5.
  12. a b c d e f Biuletyn Statystyczny Nr 12/2016. Główny Urząd Statystyczny, 2017-01-25. s. 51. [dostęp 2017-02-03].
  13. a b Wydobycie węgla w Polsce w 2018 w dół, zatrudnienie w górę, WysokieNapiecie.pl, 11 kwietnia 2019 [dostęp 2020-02-18] (pol.).
  14. Wydobycie węgla w Polsce bliżej końca niż mówią politycy, WysokieNapiecie.pl, 9 marca 2020 [dostęp 2020-03-10] (pol.).
  15. Ceny węgla na światowych rynkach mocno w dół. [dostęp 2014-12-26]. [zarchiwizowane z tego adresu (2014-12-26)].
  16. Freese 2016 ↓, s. 206-207.
  17. a b Freese 2016 ↓, s. 16.
  18. a b Freese 2016 ↓, s. 15.
  19. Freese 2016 ↓, s. 16-17.
  20. Freese 2016 ↓, s. 21.
  21. Freese 2016 ↓, s. 22.
  22. Freese 2016 ↓, s. 1.
  23. Freese 2016 ↓, s. 203-204.
  24. Freese 2016 ↓, s. 31-32.
  25. Freese 2016 ↓, s. 2, 31.
  26. Freese 2016 ↓, s. 13.
  27. Freese 2016 ↓, rozdz. V.
  28. Freese 2016 ↓, rozdz. III.
  29. a b górnictwo, [w:] Encyklopedia PWN [online] [dostęp 2015-06-20].
  30. Stanisław Kamiński: Podstawowe zanieczyszczenia powietrza. ekoportal.gov.pl. [dostęp 2013-08-29]. [zarchiwizowane z tego adresu (2013-12-07)]. (pol.).
  31. https://www.teraz-srodowisko.pl/aktualnosci/konsensus-naukowy-wplyw-czlowierka-na-zmiany-klimatu-10965.html

Bibliografia edytuj

Zobacz też edytuj