Industria Carboniferă

I.Cărbunii şi industria carboniferă

I.1. Originea cărbunilor

Cărbunele de pământ este o rocă sedimentară caustobiolitică şi provine din incarbonizarea resturilor vegetale. Procesul de transformare se desfăşoară lent, în absenţa oxigenului atmosferic, la presiuni şi temperaturi ridicate care depind de adâncimea la care se află acumulările vegetale. În compoziţia chimică a cărbunilor predomină carbonul (55-96,5%), urmat de oxigen (25-40%), hidrogen (1-6%), azot (sub 2%), fosfor, sulf. Formarea cărbunilor a avut loc în ere geologice diferite. Substanţele cărbunoase sunt întâlnite chiar în strate precambriene. Acumulările de cărbune datează însă din permocarbonifer până în neozoic. Există două modalităţi de exploatare:

- În mine sau în galerii: pentru stratele de la adâncimi de 1000-2000 m;

- La suprafaţă sau în cariere (descopertarea stratelor de sol): pentru adâncimi de 10-40 m; în acest tip de exploatare se foloseşte mai mult factorul tehnologic (spre exemplu escavatoarele).

Ca urmare a puterii calorice pe care o degajă, cărbunii sunt folosiţi pe scară largă în industria energetică. Cărbunii superiori dezvoltă 7000-9000 kcal/kg, iar cei inferiori 2600-5000 kcal/kg.

De asemenea, cărbunii superiori sunt folosiţi la obţinerea cocsului care rezultă din procesul de carbonizare la temperaturi înalte. Cocsul, la rândul lui, este utilizat drept combustibil în siderurgie la topirea minereurilor, dar şi ca materie primă sau produs auxiliar la fabricarea fontei, a carburii de calciu şi a altor derivate industriale.

În secolul al XIX-lea, cărbunii au avut un rol fundamental în dezvoltarea industriei.

I.2. Clasificarea cărbunilor

Pentru clasificarea cărbunilor se ţine seama de origine, vechime, compoziţie, putere calorică, umiditate, reziduuri provenite din arderea şi prelucrarea lor. După aceste criterii au fost deosebiţi cărbuni superiori (andtracit, huilă) şi cărbuni inferiori (cărbune brun, lignit şi turbă).

Antracitul are un conţinut ridicat de carbon (89,5-96,5%) şi conţine puţină apă şi materii volatile. Are o putere calorică cuprinsă între 7800 şi 9000 kcal/kg şi arde cu flacără scăzută, fără fum. Cocsul obţinut din asemenea cărbuni este pulverulent. Este folosit atât în energetică, cât şi ca materie primă în industria chimică.

Huila se prezintă ca un cărbune compact, fibros sau şistos, negru strălucitor, dur, dar sfărâmicios. Conţine între 76-90% carbon, 4-6% oxigen, 5% hidrogen şi apă. Puterea calorică este de 7000-9000 kcal/kg. Se foloseşte la fabricarea cocsului, a gazului de iluminat şi a gudroanelor. Există şi varietăţi de huilă care nu cocsifică, tipică fiind cea exploatată în partea estică a Depresiunii Petroşani.

Cărbunele brun, varietate de cărbune humic, est compact, lucios şi casant. Conţine 66-79% carbon şi are o putere calorică de 3500-5000 kcal/kg. Se utilizează cu precădere drept combustibil, dar poate fi şi cocsificat. Procente mai ridicate de carbon (70%) şi o putere calorică sporită (7000 kcal/kg) au cărbunii bituminoşi, dar în multe zăcăminte se găsesc cărbuni bruni pământoşi sau lemnoşi, care au conţinut mai scăzut de carbon.

Lignitul păstrează parţial structura lemnoasă şi are o putere calorică redusă, de 2600-4100 kcal/kg, cu o largă utilizare în energetică, la transporturi şi încălzirea locuinţelor. Conţine carbon în proporţii de 55-60%.

Turba conţine resturi vegetale incomplet carbonizate, fapt ce arată vârsta recentă. Poate avea 40-95% apă. În stare uscată conţine 40-60% carbon, 28-40% oxigen şi între 4-7% hidrogen. Are o putere calorică redusă, 900-1500 kcal/kg şi se foloseşte ca material izolant şi amendament în floricultură.

- În R.P.Chineză, cu 3000 de ani în urmă, cărbunii erau folosiţi la topirea cuprului. Cu 250 de ani î.Hr. sunt cunoscute primele exploatări de huilă în Grecia, unde cărbunele era utilizat în metalurgie şi pentru încălzit. Extinderea utilizării cărbunilor în Europa are loc în secolele X-XII.

- Există menţiuni documentare din anul 1000 d.Hr. la Zwickau, în Germania se foloseau cărbunii. În secolul al XII-lea sunt puse în exploatare unele zăcăminte în Marea Britanie. O lungă perioadă de timp, cărbunii erau folosiţi doar la forjă. Unele edicte interziceau folosirea cărbunilor la încălzirea locuinţelor ca urmare a fumului.

- 81% din cărbuni sunt folosiţi pentru producerea de energie.

I.3. Rezervele de cărbuni

Primele evaluări ale resurselor carbonifere au fost făcute la Congresul Internaţional de Geologie de la Torino (1913), ele fiind apreciate la cca. 7100 mld. Tone, cu următoarea repartiţie: America de Nord 68%, Asia 17%, Europa 10%, Africa 3%, Australia 2%.

Intensificarea lucrărilor de identificare a noilor zăcăminte a condus la mărirea potenţialului resurselor carbonifere la cca 16500 mld. tone. Rezervele economic-exploatabile sunt însă mult mai mici, cu puţin peste 1000 mld. tone şi pot asigura consumul mondial la nivelul anului 2003 de cca 4,5 mld. tone, pentru mai bine de 230 de ani. Conform raportului din anul 2007 asupra valorilor din anul 2005, cifra creşte la 6,1 mld. tone, însă valoarea medie pentru aceste rezerve este de 130 de ani. De altfel, rezervele de cărbuni deţin 80% din totalul rezervelor de combustibili fosili. În structura rezervelor mondiale există o uşoară dominare a cărbunilor superiori, faţă de cei inferiori.

Repartiţia geografică a rezervelor carbonifere arată că 95% din total sunt concentrate în Emisfera Nordică, în special între paralele de 35˚ şi 60˚. Astăzi rezervele dovedite sunt de 850 mld. tone. Cele mai mari rezerve, din punct de vedere al continentelor, aparţin Europei şi Eurasiei 32% (aproximativ 26% în Rusia şi fostele state sovietice), urmata de Asia şi Pacific 30,4%, America de Nord 29,5%, Orientul Mijlociu şi Africa 6,1% şi America de Sud şi Centrală 2%. Din punct de vedere al repartiţiei pe ţări avem: SUA 28,5%, Rusia 18,5%, China 13,5%, Australia 9%, India 6%, Kazahstan 3,9%, Ucraina 3,7%. România deţine doar 0,1% din rezervele mondiale, pentru aproximativ 14 ani.

La valorile actuale există ţări ce depăşesc cu mult media anilor, spre exemplu SUA 246 ani, Rusia peste 500 ani.

I.4. Factori ce influenţează cererea de cărbuni

1. Tehnologia: are la bază „cărbunele alb” (în Polonia se află termocentrala cu randamentul cel mai mare);

2. Politica guvernamentală: guvernul stabileşte resursa de bază a ţării (spre exemplu China şi India au ca resursa de bază cărbunele, au rezerve mari şi costuri mici);

3. Schimbările climatice şi poluarea locală

4. Preţul care este relativ.