Proizvodnja električne energije iz ugljena može biti štetna za okoliš

Slika Briana Patricka Tagaloga na Unsplash-u

Mineralni ugljen je fosilno gorivo koje se iz zemlje izvlači rudarstvom. Njegovo podrijetlo dolazi od razgradnje organskih tvari (ostataka drveća i biljaka) koje su se akumulirale pod vodenim slojem prije milijuna godina. Ukop ove organske tvari naslagama gline i pijeska uzrokuje porast tlaka i temperature, što pridonosi koncentraciji atoma ugljika i izbacivanju atoma kisika i vodika (karbonizacija).

Mineralni ugljen podijeljen je prema kalorijskoj vrijednosti i učestalosti nečistoća, uzimajući u obzir niske kvalitete (lignit i sub-bitumen) i visoke kakvoće (bitumen ili ugljen i antracit). Prema Geološkom zavodu za Brazil, mineralni ugljen može se podijeliti prema kvaliteti, koja ovisi o čimbenicima kao što su priroda organske tvari koja ga je stvorila, klima i geološka evolucija područja.

Treset

Vađenje treseta odvija se prije nego što se područje isprazni, što smanjuje njegovu vlagu. Često se taloži na otvorenom da bi izgubio više vlage.

Upotrebe: izrezuje se na blokove i koristi kao gorivo u pećima, termoelektrično, za dobivanje goriva za gorivo, voskova, parafina, amonijaka i katrana (proizvod iz kojeg se dobivaju ulja i druge tvari od velike koristi u kemijskoj industriji)

Lignit

Može se pojaviti na dva načina, poput smeđeg ili crnog materijala, i dobiva različita imena.

Uporaba: plinogeni za dobivanje katrana, voskova, fenola i parafina. Pepeo od izgaranja može se koristiti kao pucolanski cement i keramika.

Ugljen

Ugljen se može podijeliti na dvije glavne vrste: energetski ugljen i metalurški ugljen. Prvi, koji se naziva i parni ugljen, smatra se najsiromašnijim i koristi se izravno u pećima, uglavnom u termoelektranama. Metalurški ugljen ili koksni ugljen smatra se plemenitim. Koksa je porozni materijal, lagan i metalnog sjaja, koji se koristi kao gorivo u metalurgiji (visoke peći). Ugljen se koristi i u proizvodnji katrana.

Antracit

Ima sporo izgaranje, što je indicirano za grijanje u domaćinstvu. Također se koristi u procesima obrade vode.

Sastav i primjena mineralnog ugljena

U bilo kojoj od svojih faza ugljen se sastoji od organskog i mineralnog dijela. Organski tvore ugljik i vodik te mali udjeli kisika, sumpora i dušika. Mineral se sastoji od silikata koji čine pepeo.

Budući da je podijeljen na nekoliko vrsta, primjena ugljena je velika. Glavna upotreba mineralnog ugljena je kao izvor energije. Prema Međunarodnoj energetskoj agenciji (IEA) , mineralni ugljen odgovoran je za 40% svjetske proizvodnje električne energije. Mineralni ugljen također se koristi u metalurškom sektoru.

Druga vrsta ugljena koja se nalazi u prirodi je povrće, koje nastaje karbonizacijom drva za ogrjev. Ugljen se često koristi u industrijskim procesima, ali nije značajan izvor za proizvodnju električne energije.

Poticaji za proizvodnju električne energije iz ugljena

Iako se ne mogu obnoviti, postoje snažni poticaji za proizvodnju električne energije iz mineralnog ugljena. Dva su glavna argumenta u prilog proizvodnji energije iz mineralnog ugljena obilje rezervi, što jamči sigurnost opskrbe i niske cijene rude (u usporedbi s ostalim fosilnim gorivima) i proizvodni proces.

Prema podacima Nacionalne agencije za električnu energiju (Aneel), svjetske rezerve mineralnog ugljena iznose 847,5 milijardi tona. Ta bi količina bila dovoljna za opskrbu trenutnom proizvodnjom ugljena u razdoblju od približno 130 godina. Drugi je poticaj da se, za razliku od nafte i prirodnog plina, rezerve ugljena nalaze u značajnim količinama u 75 zemalja - iako je približno 60% ukupnog volumena koncentrirano u Sjedinjenim Državama (28,6%), Rusiji (18, 5%) i Kini (13,5%). Brazil se pojavljuje na 10. poziciji.

Najveći svjetski proizvođači ugljena su Kina i Sjedinjene Države, prema Svjetskom udruženju ugljena , slijede Indija, Indonezija i Australija. Uz to, većina energetske matrice, kako u Kini, tako i u Sjedinjenim Državama, temelji se na proizvodnji električne energije iz mineralnog ugljena, koja je također reprezentativna u energetskoj matrici drugih zemalja, poput Njemačke, Poljske, Australije i Južnoj Africi.

Međutim, unatoč ekonomskim prednostima, proizvodnja električne energije iz ugljena jedan je od najagresivnijih oblika proizvodnje energije s društveno-okolišnog gledišta. Negativni eksternali prisutni su tijekom cijelog proizvodnog procesa, od vađenja mineralnog ugljena.

Rudarenje ugljena

Vađenje ili vađenje ugljena može biti pod zemljom ili na otvorenom. To će varirati ovisno o dubini na kojoj se nalazi ugljen.

Kada je sloj koji prekriva rudu uzak ili tlo nije prikladno (pijesak ili šljunak), istraživanje se obično obavlja na otvorenom. Ako je mineral u dubokim slojevima, potrebno je izgraditi tunele.

Prema Aneelu, površinsko kopanje je prevladavajući oblik vađenja rude u Brazilu, a također je i produktivnije od podzemnog rudarstva. To ne odgovara međunarodnoj stvarnosti, u kojoj prevladava eksploatacija podzemnim rudarstvom, što odgovara 60% svjetske vađenja ugljena.

Drenaža kiseline iz rudnika i proizvodnja jalovine negativni su utjecaji na okoliš zajednički za obje vrste vađenja.

Drenaža rudnika kiseline (DAM)

Kisela drenaža rudnika provodi se pomoću pumpi koje ispuštaju sumpornu vodu u vanjsko okruženje, proizvodeći mineraloške (stvaranje novih spojeva), kemijske (smanjenje pH) i fizičke (slabo zadržavanje vode i tla) promjene u tlu permeabilnost), koji se razlikuju ovisno o geologiji terena.

Drenaža kiseline iz rudnika smatra se jednim od najznačajnijih utjecaja rudarskih procesa uopće, navodi se u izvješću Ministarstva znanosti i tehnologije.

Kao rezultat ovih promjena u tlu, kvaliteta podzemne vode je također ugrožena. Može doći do smanjenja pH vrijednosti vode, što pridonosi otapanju metala i onečišćenju podzemne vode, što u slučaju gutanja može utjecati na ljudsko zdravlje.

Ublažavanje kemijskih i fizičkih problema s tlom uzrokovanih rudarstvom prvi je korak u oporavku zahvaćenih područja.

Učinci površinskog kopa

Iskapanja velikih količina stjenovitog tla generiraju vidljive utjecaje na okoliš na vegetaciju i faunu, odgovorni su za propadanje velikih površina i vizualno zagađenje, a da ne spominjemo intenziviranje erozionih procesa. Uz to, upotreba strojeva i opreme također generira zagađenje bukom (bukom).

Učinci podzemnog rudarstva

Što se tiče zdravlja radnika, glavni problem je pneumokonioza radnika na ugljenu (PTC). Pneumokonioze su bolesti uzrokovane udisanjem čestica iznad pročišćavajućeg kapaciteta imunološkog sustava. To je kronično izlaganje udisanju mineralne prašine od ugljena, praćeno nakupljanjem prašine u plućima i promjenom plućnog tkiva.

PTC pokreće upalni proces i može razviti masivnu progresivnu fibrozu FMP, bolest poznatu kao "crna pluća".

Prema izvješću Ministarstva zdravstva, među rudarima ugljena dijagnosticirano je više od 2.000 slučajeva pneumokonioze.

Ostali utjecaji povezani s podzemnim rudarstvom su spuštanje vodostaja, što može pridonijeti izumiranju izvora, utjecaj na površinsku hidrološku mrežu i vibracije izazvane eksplozijama.

Prerada ugljena

Prema Brazilskom udruženju mineralnog ugljena, bogaćenje je skup procesa kojima se sirovi mineralni ugljen, dobiven izravno iz rudnika, podvrgava uklanjanju organske tvari i uklanjanju organske tvari i nečistoće, s ciljem osiguravanja njihove kvalitete. Obrada ugljena ovisi o izvornim svojstvima i namjeni.

Prema izvještaju Aneel, preradom nastaju čvrste jalovine koje se obično talože u području blizu rudarstva i bacaju izravno u vodotoke ili u jalovišta, stvarajući opsežna područja prekrivena tekućim materijalom. Otrovne tvari prisutne u jalovini razrijeđuju se u kišnici (ispiranje), koja u obliku tekućine polako prodire u tlo (pronicavanje), zagađujući podzemne vode.

Ova jalovišta obično sadrže velike koncentracije pirita (željezni sulfid - FeS2) ili drugih sulfidnih materijala, koji pridonose stvaranju sumporne kiseline i intenziviranju procesa „odvodnje kiselih mina“.

Prijevoz

Prema Aneelu, prijevoz je najskuplja aktivnost u procesu proizvodnje mineralnog ugljena. Iz tog razloga, ugljen koji se obično transportira je samo onaj koji ima nizak sadržaj nečistoća i veću ekonomsku vrijednost.

Kada je ugljen namijenjen za proizvodnju električne energije, termoelektrana se gradi u blizini rudarskog područja, kao što je slučaj s pet termoelektrana na ugljen koje rade u zemlji.

S ekonomskog gledišta, povoljnije je ulagati u dalekovode za distribuciju već proizvedene električne energije, nego u transport ugljena na velike udaljenosti.

Na kratkim udaljenostima najučinkovitija je metoda transportera. Također se koriste cjevovodi kroz koje se ugljen, pomiješan s vodom, transportira u obliku blata.

Proizvodnja električne energije pomoću ugljena

Nakon vađenja iz tla, mineralni ugljen se usitnjava i skladišti u silosima. Zatim se transportira u termoelektranu.

Prema Furnasu, termoelektrana se definira kao skup radova i opreme s funkcijom proizvodnje električne energije kroz proces koji je konvencionalno podijeljen u tri faze.

Prvi korak je sagorijevanje fosilnog goriva kako bi se voda u kotlu transformirala u paru. U slučaju mineralnog ugljena, prije postupka sagorijevanja pretvara se u prah. To jamči najveću toplinsku iskoristivost procesa pečenja.

Druga je faza upotreba pare koja se proizvodi pod visokim tlakom za okretanje turbine i pokretanje električnog generatora. Prolazak pare kroz turbinu uzrokuje pomicanje turbine i generatora, koji je povezan s turbinom, pretvarajući mehaničku energiju u električnu.

Ciklus je zatvoren u trećem i posljednjem stupnju, u kojem se para kondenzira i prebacuje u neovisni rashladni krug, vraćajući se u tekuće stanje, poput kotlovske vode.

Generirana energija prenosi se od generatora do transformatora preko vodljivih kabela. Transformator, pak, distribuira električnu energiju do centara potrošnje putem dalekovoda.

Emisije

Kada se ugljen sagorije, elementi koji se u njemu nalaze hlape se (isparavaju) i emitiraju u atmosferu zajedno s dijelom anorganske tvari koja se oslobađa u obliku čestica prašine (letećeg pepela).

ovdje

Mineralni ugljen je materijal s visokom koncentracijom ugljika. Na taj način, kad sagorijeva ugljen, emitira velike koncentracije ugljičnog monoksida.

Ugljični monoksid je otrovni plin koji je izuzetno štetan za ljudsko zdravlje i u slučajevima akutne opijenosti može dovesti do smrti. Prema tvrtki za zaštitu okoliša države São Paulo (Cetesb), glavni put trovanja ugljičnim monoksidom je respiratorni. Nakon udisanja, plin brzo apsorbira pluća i veže se za hemoglobin, sprečavajući učinkovit transport kisika. Stoga je dugotrajno izlaganje ugljičnom monoksidu povezano s porastom učestalosti srčanog udara kod starijih osoba.

Uz to, jednom u atmosferi ugljični monoksid može se oksidirati u ugljični dioksid.

Ugljični dioksid

Ugljični dioksid može se izravno emitirati izgaranjem ugljena i drugih fosilnih goriva, ili se može stvoriti u atmosferi kemijskim reakcijama, na primjer, reakcijom oksidacije ugljičnog monoksida.

Ugljični dioksid smatra se jednim od glavnih plinova u procesu pojačavanja efekta staklenika, povezan s povećanim globalnim zagrijavanjem. I to je također jedna od glavnih vrsta plinova koje emitira izgaranje ugljena.

Važno je napomenuti da je izgaranje faza lanca proizvodnje ugljena u kojoj postoji najveća emisija ugljičnog dioksida, ali faze skladištenja i skladištenja jalovine također doprinose ukupnim emisijama. Međutim, prema izvješću Ministarstva znanosti i tehnologije, nedostatak znanja o vremenu skladištenja rude u svakom je slučaju ograničavajući faktor za izračunavanje ukupnih emisija.

Sumpor

Prema izvješću brazilskog Društva za energetsko planiranje, od svih emisija iz elektrana na ugljen najviše zabrinjava emisija sumpora. Kad izgara, sumpor tvori niz plinovitih spojeva koji se ispuštaju u atmosferu ako nema opreme za njegovo hvatanje. Od njih se ističe sumpor-dioksid (SO2).

Sumpor-dioksid (SO2) podvrgava se oksidaciji u atmosferi i stvara sumporni trioksid (SO3) koji će, pak, vezan za kišnicu (H2O), stvarati sumpornu kiselinu (H2SO4), što će dovesti do kiselih kiša .

Kisele kiše imaju izravne utjecaje na biljni i životinjski svijet, posebno na vodene. U povrću dovodi do promjena pigmentacije i formiranja te nekroze. Kod životinja uzrokuje smrt organizama, poput riba i žaba. Kisela kiša također nanosi štetu materijalnim dobrima, jer pogoduje korozivnim procesima.

Prema Ministarstvu okoliša, utjecaji sumpornog dioksida na ljudsko zdravlje mogu biti povezani s povećanom učestalošću respiratornih problema općenito i astme, na što ukazuje povećanje broja bolničkih prijama.

Metan

Mineralni ugljen ima visok udio metana (CH4). Izgaranjem mineralnog ugljena u atmosferu se ispušta metan, koji se može povezati s vodenom parom i ugljičnim dioksidom i smatra se jednim od glavnih stakleničkih plinova.

Metan nastaje u procesu razgradnje organske tvari. Iz tog je razloga njegova pojava povezana s fosilnim gorivima.

Važno je napomenuti da se, usprkos procesu izgaranja mineralnog ugljena koji ispušta značajne količine metana u atmosferu, emisije metana u procesu proizvodnje mineralnog ugljena javljaju od vađenja rude, posebno u podzemnim rudnicima i u skladištu materijala nakon kopanja, kao što se može vidjeti u izvješću Ministarstva znanosti i tehnologije

Dušikovi oksidi (NOx)

Mineralni ugljen također ima visoku koncentraciju dušika. Stoga izgaranjem ugljena u atmosferu se emitiraju dušični oksidi. Dimni plinovi obično se sastoje od dušikovog oksida. Kada uđe u atmosferu, brzo se oksidira u dušikov dioksid.

Dušikov dioksid, vezan za kišnicu (H2O), stvara dušičnu kiselinu (HNO3) koja, poput sumporne kiseline (H2SO4), također uzrokuje kisele kiše.

Uz to, visoke koncentracije NO2 utječu na stvaranje troposferskog ozona i fotokemijske procese smoga .

Čestice (MP)

Prema Cetesbu, čestice su sav čvrsti i tekući materijal koji ostaje suspendiran u atmosferi zbog svoje male veličine. Čestice se također stvaraju u atmosferi iz gore spomenutog sumpornog dioksida (SO2) i dušikovih oksida (NOx)

Veličina čestica izravno je povezana s potencijalnim zdravstvenim problemima.

Merkur

Uz već spomenute plinove, mineralni ugljen sadrži i značajne količine žive koja izgaranjem rude ispari u atmosferu.

Prema EPA - Agenciji za zaštitu okoliša, elektrane na ugljen najveći su antropogeni izvor emisije žive.

Hlapljiva živa prisutna u atmosferi uključuje se u kišni ciklus, dosežući vodena tijela i dovodeći do onečišćenja okoliša i štete u vodenom svijetu. Kontaminacija živom također je pitanje javnog zdravlja, jer konzumacija vodenih organizama kontaminiranih živom može dovesti do akutnog trovanja, a u nekim slučajevima i smrti.