Οι τύποι άνθρακα: σύνθεση, χρήση και ενεργειακή αξία

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

Άνθρακες ποικίλης σύνθεσης χρησιμοποιούνται ως καύσιμο ορυκτό καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρισμού και την παραγωγή χάλυβα σε όλο τον κόσμο. Αποτελεί την ταχύτερα αναπτυσσόμενη πηγή ενέργειας παγκοσμίως στον 21ο αιώνα, σύμφωνα με την Διεθνής Οργανισμός Ενέργειας (IEA)

Οι γεωλογικές διεργασίες και η αποσύνθεση της οργανικής ύλης δημιουργούν άνθρακα για χιλιάδες χρόνια. Είναι εξορύσσεται από υπόγειους σχηματισμούς ή "ραφές", μέσω υπόγειων σηράγγων, ή με την απομάκρυνση μεγάλων περιοχών της γήινης επιφάνειας. Ο ανασκαφέντος άνθρακας πρέπει να καθαριστεί, να πλυθεί και να υποβληθεί σε επεξεργασία για την παρασκευή του για εμπορική χρήση.

Η Κίνα παράγει σήμερα περισσότερο άνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα στον κόσμο, αν και τα αποδεδειγμένα αποθέματά της κατέχουν την τέταρτη θέση 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.

Η Αυστραλία βρίσκεται στην κορυφή της παγκόσμιας λίστας εξαγωγέων, έχοντας στείλει 298 εκατομμύρια τόνους άνθρακα στο εξωτερικό το 2010. Η Ινδονησία και η Ρωσία κατέγραψαν τη δεύτερη και την τρίτη θέση, εξάγοντας 162 και 109 εκατομμύρια μετρικούς τόνους αντίστοιχα. Οι Ηνωμένες Πολιτείες ήρθαν στην τέταρτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο, αφού έστειλαν 74 εκατομμύρια τόνους πέρα ​​από τα σύνορά τους το ίδιο έτος.

Η Νότια Αφρική βασίζεται σε μεγάλο βαθμό στον άνθρακα, λαμβάνοντας 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.

Σκληρό εναντίον Μαλακός: Ο άνθρακας πέφτει σε δύο κύρια κατηγορίες: σκληρό και μαλακό. Ο μαλακός άνθρακας είναι επίσης γνωστός ως καφές άνθρακας ή λιγνίτης. Η Κίνα παράγει περισσότερο λιθάνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα κατά περίπου τρεις. Οι τεράστιες ποσότητες 3.162 εκατομμυρίων τόνων λιθάνθρακα που παράγονται από την Κίνα επιβραδύνουν την παραγωγή του παραγωγούς δεύτερης και τρίτης κατηγορίας - οι ΗΠΑ σε 932 εκατομμύρια μετρικούς τόνους και η Ινδία σε 538 εκατομμύρια μετρικές 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.

Coking vs. Ατμός: Ο άνθρακας οπτανθρακοποίησης, επίσης γνωστός 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 περίπου 1.100 βαθμούς Κελσίου, την τήξη και την απομάκρυνση των πτητικών ενώσεων και των ακαθαρσιών καθαρό άνθρακα. Ο θερμός, καθαρισμένος, υγροποιημένος άνθρακας στερεοποιείται σε σβώλους που ονομάζονται "οπτάνθρακες" που μπορούν να τροφοδοτηθούν σε υψικαμίνους μαζί με σιδηρομετάλλευμα και ασβεστόλιθο για την παραγωγή χάλυβα.

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

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 σταθμοί ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα πρέπει να είναι κατασκευασμένοι για να φιλοξενούνται - τις ιδιότητες των διαθέσιμων τροφοδοτικών αποθεμάτων και τη μείωση των εκπομπών ρύπων όπως το θείο, ο υδράργυρος, και διοξίνες.

Ο άνθρακας απελευθερώνει θερμική ενέργεια ή θερμότητα όταν καίγεται, μαζί με άνθρακα και τέφρα. Η τέφρα αποτελείται από ορυκτά όπως ο σίδηρος, αλουμίνιο, ασβεστόλιθο, άργιλο και πυριτία, καθώς και ιχνοστοιχεία όπως το αρσενικό και το χρώμιο.

Το αποθηκευμένο ενεργειακό δυναμικό μέσα στον άνθρακα περιγράφεται ως "θερμαντική τιμή", "θερμαντική αξία", ή "θερμική περιεκτικότητα". Μετρώνται σε βρετανικές θερμικές μονάδες (Btu) ή σε χιλιοστογράμματα 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 έκφραση ενεργειακής πυκνότητας για καύσιμα μετρούμενα κατά βάρος.

Ο διεθνής οργανισμός τυποποίησης ASTM (πρώην Αμερικανική Εταιρεία Δοκιμών και Υλικών) έχει εκδώσει μια μέθοδο κατάταξης για την ταξινόμηση των τύπων άνθρακα που σχηματίζονται από βιοδιασπασμένες 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 γνωστό ως ASTM D388-05 Τυποποιημένη Ταξινόμηση των Άνθρακα κατά Θέση.

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 στον άνθρακα και την ενέργεια στο λιγότερο πυκνό είναι ως εξής: