Anwendung der Geowissenschaften auf Australiens wichtigste Herausforderungen

Einführung

Kohle wird als Sedimentgestein klassifiziert. Es ist ein üblicher nicht erneuerbarer Brennstoff, der hauptsächlich zur Stromerzeugung verwendet wird. Es ist ein fossiler Brennstoff, weil es sich aus totem Pflanzenmaterial bildet. Die Qualität der Kohle hängt davon ab, wie sie sich gebildet hat; Da die organische Substanz größerer Hitze und größerem Druck ausgesetzt ist, nimmt der Kohlenstoffgehalt zu.

Eigenschaften

Kohle ist ein brennbares Gestein, das hauptsächlich aus Kohlenstoff und variablen Mengen anderer Elemente besteht, hauptsächlich Wasserstoff, Schwefel, Sauerstoff und Stickstoff. Kohle tritt als Schichten auf, Kohlebetten oder Kohleflöze genannt, die zwischen anderen Sedimentgesteinen gefunden werden. Kohle ist etwas dichter als Wasser, aber weniger dicht als die meisten Gesteine der Erdkruste¿s. Die Dichte variiert je nachdem, wie porös (voller Löcher) die Kohle ist. Manchmal enthalten die Poren ein Gas namens Methan.

Die Kohleeigenschaften variieren je nachdem, wie viel Kohlenstoff in der Kohle enthalten ist (Kohlerang). Steinkohle wird wegen ihrer Farbe so genannt; Sie variiert von hellem, glänzendem Glanz bis sehr matt und von relativ hart bis weich. Der Begriff ’schwarze Kohle‘ wird in Australien verwendet, um Anthrazit sowie bituminöse und subbituminöse Kohlen zu bezeichnen. Braunkohle wird auch Braunkohle genannt; Es enthält weniger Kohlenstoff und hat daher weniger chemische potentielle Energie als Steinkohle und mehr Feuchtigkeit.

Art der Kohle / des Materials		Andere Namen	Eigenschaften	Ungefährer Kohlenstoffgehalt (trockene aschefreie Basis)
Torf			Ein organisches Sediment. Es gilt als Vorläufer der Kohle.	Weniger als 60%
Braunkohle		Braunkohle	Meist gelb bis dunkelbraun gefärbt und kann ein holziges Aussehen oder erkennbare Pflanzenstrukturen aufweisen.	60 bis 70%
Steinkohle	Steinkohle	Braunkohle	Dunkelbraun bis schwarz. Es hat kein holziges Aussehen und hat oft abwechselnde Bänder aus mattem und hellem Material.	70 bis 76%
	Steinkohle	Weichkohle, Dampfkohle oder Steinkohle.	Ein dichter, meist schwarzer, aber manchmal dunkelbrauner Fels, oft mit klar definierten Bändern aus hellem und mattem Material. Die stumpfen Bänder können sedimentäre Mineralkörner enthalten.	76 bis 86%
	Anthrazit	Steinkohle	Eine härtere, glänzende Steinkohle. Es ist der höchste Rang der Kohle, was bedeutet, dass der Kohlenstoffgehalt am höchsten ist.	Über 86%

Verwendet

Braun- und Steinkohle werden hauptsächlich als Brennstoff für Kraftwerke verwendet. Das Verbrennen der Kohle erzeugt Wärme, die zur Herstellung von Dampf verwendet wird, so dass die Kohle manchmal als thermische oder Dampfkohle bezeichnet wird. Der Dampf dreht Turbinen, um Strom zu erzeugen. In Australien wurde 2017 Kohle verwendet, um etwa 60% des Strombedarfs des Landes zu decken. Die Verwendung von Braunkohle zur Stromerzeugung ist wegen des hohen Wassergehalts problematisch. Es zerbröckelt leicht, wenn es der Luft ausgesetzt wird, was seinen Wert als Brennstoff verringert und eine spezielle Lagerung erfordert. Es ist auch bekannt, spontan zu verbrennen. Seit den 1970er Jahren hat die Menge an Erdgas zur Stromerzeugung zugenommen, und der Einsatz von Kohle zur Stromerzeugung ist allmählich zurückgegangen. Die Menge an Treibhausgasen, die durch die Verbrennung von Gas zur Energiegewinnung erzeugt wird, ist weit geringer als die Menge, die durch die Verbrennung von Kohle erzeugt wird.

Bestimmte Arten von Steinkohle werden verwendet, um einen wesentlichen Rohstoff für die Herstellung von Stahl — Koks zu machen. Diese Art von Kohle wird auch als metallurgische Kohle (Stahlherstellung) bezeichnet und zu Koks verarbeitet. Koks ist eine harte poröse Substanz, die zu etwa 90% aus Kohlenstoff besteht und für die Herstellung von Stahl von entscheidender Bedeutung ist, der in Millionen von Gegenständen wie Autos, Lastwagen, Feuerwehrautos, Kühlschränken und Brücken verwendet wird.

Kohle und Torf werden in einigen Teilen der Welt (z. B. Irland und Finnland) immer noch für die Beheizung von Wohn- und Gewerbeimmobilien verwendet. In seiner dehydrierten Form ist Torf ein hochwirksames Absorptionsmittel für Kraftstoff- und Ölverschmutzungen an Land und zu Wasser. Es wird auch als Conditioner für den Boden verwendet, damit er Wasser besser zurückhalten und langsam freisetzen kann.

Kohle ist auch eine wichtige Quelle für leichte aromatische Kohlenwasserstoffe für die chemische Syntheseindustrie. Wenn Kohle erhitzt wird, können die entstehenden Gase und Rückstände zur Herstellung von Kunststoffen, Sprengstoffen, Farbstoffen, Pech, Ammoniak, Medikamenten, Aspirin, Seife, Desinfektionsmitteln, Reinigungsmitteln, Nylons, Kosmetika, Shampoo, Zahnpasta, synthetischem Kautschuk, Düngemitteln, Zement, Ziegeln und Fliesen verwendet werden. Es ist ein wichtiger Bestandteil, der in Filtern zur Wasser- und Luftreinigung und in Nierendialysegeräten verwendet wird. Darüber hinaus wird Kohle zur Herstellung von Kohlefaser verwendet, einem sehr starken, leichten Material, das im Bauwesen, bei Mountainbikes und Tennisschlägern verwendet wird.Jet, eine kompakte Form von Braunkohle, wird manchmal poliert und wurde als Zierstein verwendet. Graphit, der oft mit Kohle in Verbindung gebracht wird, besteht fast ausschließlich aus Kohlenstoff; Es wird hauptsächlich in Bleistiften und in Pulverform als Schmiermittel verwendet.

Geschichte

Die früheste anerkannte Verwendung von Kohle stammt aus der Region Shenyang in China um 4000 v. Chr., wo schwarze Braunkohle in Ornamente geschnitzt wurde. Kohle aus der Fushun-Mine im Nordosten Chinas wurde bereits 1000 v. Chr. zum Schmelzen von Kupfer verwendet. Marco Polo, der Italiener, der im 13.Jahrhundert nach China reiste, beschrieb Kohle als „schwarze Steine … die brennen wie Holzscheite“, und sagte, Kohle sei so reichlich, dass die Menschen drei heiße Bäder pro Woche nehmen könnten. Kohle wurde in Großbritannien während der Bronzezeit (3000-2000 v. Chr.) in Scheiterhaufen (Holzkonstruktion zum Verbrennen eines Körpers) verwendet.Die Römer bauten Ende des zweiten Jahrhunderts nach Christus Kohle in England und Wales ab. Hinweise auf den Handel mit Kohle (datiert auf etwa 200 n. Chr.) wurden in der römischen Siedlung in der Nähe von Chester und in East Anglia gefunden. Im Rheinland wurden Steinkohlevorkommen von den Römern zum Schmelzen von Eisenerz genutzt. In den Jahren 1257-59 wurde Kohle aus Newcastle upon Tyne für die Schmiede und Kalkbrenner, die Westminster Abbey bauten, nach London verschifft.Leicht zugängliche Kohlequellen waren im 13.Jahrhundert weitgehend erschöpft (oder konnten die wachsende Nachfrage nicht befriedigen), als die unterirdische Gewinnung durch Schachtabbau entwickelt wurde. Der alternative Name war ‚pitcoal‘, weil es aus Minen kam. Als Dampfmaschinen während der industriellen Revolution die Wasserräder übernahmen, wuchs der großflächige Bergbau und die Verwendung von Kohle. Im Jahr 1700 wurden fünf Sechstel der weltweiten Kohle in Großbritannien abgebaut. In Australien wurde erstmals 1791 in Newcastle Steinkohle entdeckt, und der Kohlebergbau und -export begann 1799. Diese frühen Kohlebergbauaktivitäten leisteten einen wesentlichen Beitrag zum Fortschritt der europäischen Besiedlung in Australien. Die Ausbreitung von Siedlern auf andere Orte in Australien führte zu weiteren Entdeckungen. Der Abbau von Steinkohle erfolgte 1825 in der Nähe von Ipswich Queensland; am Kap Paterson, Victoria im Jahr 1826; und Irwin River, Westaustralien im Jahr 1846. Das Wissen über die Existenz von Braunkohle in Victoria stammt aus dem Jahr 1857 und der Tagebau Yallourn North begann 1889 mit der Produktion. Im Jahr 1878 sollte der Taronga Zoo der Standort einer unterirdischen Kohlengrube sein, bis das Bergbauunternehmen vom Parlament gestoppt wurde. Stattdessen wurde in Balmain bis 1931 Kohle abgebaut.

Formation

Kohle wird in Sedimentbecken gebildet. Sedimentbecken sind Regionen, in denen die Erde abgeklungen oder gesunken ist. Wasser und Sedimente fließen dann in das Becken und füllen sich mit Sedimentschichten. Australiens Schwarzkohleressourcen reichen von Perm bis Jura im Alter (299 bis 145 Millionen Jahre alt), obwohl die meisten im Alter Perm sind. Während dieser Zeit war das Klima in Australien warm, und Ostaustralien, einschließlich des Sydney Basin, war von großen, mäandernden Flüssen, Sümpfen, Sümpfen und Sümpfen bedeckt. Die in diesen Umgebungen abgelagerten Sedimente bildeten schließlich Gesteine wie Schiefer, Sandstein und Kohle. Braunkohle in Australien gebildet vor kurzem als die schwarzen Kohlen. Diese sind meist im paläogenen Alter (66 bis 23 Millionen Jahre alt). Kohle ist ein Sedimentgestein, das entsteht, wenn reichlich Pflanzenmaterial von Sedimenten bedeckt ist und sich das Material schneller ansammelt, als es zerfallen kann. Das Gewicht der darüber liegenden Sedimente verdichtet die organischen Schichten und erhöht die Temperatur und den Druck, was zu physikalischen und chemischen Veränderungen des Pflanzenmaterials führt. Wasser, Kohlendioxid und Methan entstehen und entweichen, so dass sich das Material zunehmend an Kohlenstoff anreichert. Mit zunehmender Zeit und höherer Hitze und Druck bildet sich das Pflanzenmaterial zuerst zu Torf, dann zu Braunkohle, dann zu subbituminöser Kohle, bituminöser Kohle und schließlich zu Anthrazit.

Ressourcen

Australien hat den viertgrößten Anteil an Kohlereserven der Welt. Seit den späten 1700er Jahren wurden in Australien etwa 9100 Millionen Tonnen Steinkohle und etwa 2300 Millionen Tonnen Braunkohle abgebaut, und die Industrie bietet der Volkswirtschaft immer noch erhebliche Arbeitsplätze, Kapitalinvestitionen sowie Inlands- und Exporteinnahmen.

Steinkohleressourcen kommen in New South Wales, Queensland, Südaustralien, Tasmanien und Westaustralien vor, aber New South Wales und Queensland haben den größten Anteil an Australiens gesamten identifizierten Ressourcen. Diese beiden Staaten sind auch die größten Kohleproduzenten. Die wichtigsten Schwarzkohlebecken Australiens sind das Bowen Basin (Queensland) und das Sydney Basin (New South Wales). Zu den lokal wichtigen Steinkohlebergbaubetrieben gehören auch Collie in Westaustralien und Fingal und Kimbolton in Tasmanien. Braunkohle kommt in Südaustralien, Westaustralien, Tasmanien, Queensland und Victoria vor. Das Gippsland Basin in Victoria enthält eine bedeutende Weltklasse-Lagerstätte, in der Nähte bis zu 330 m dick sein können. Das Otway Basin (Victoria), das Murray Basin (Victoria und Südaustralien), das North St. Vincents Basin (Südaustralien) und das Eucla Basin (Westaustralien) enthalten ebenfalls bedeutende Braunkohleressourcen. Kleinere Ressourcen kommen in Tasmaniens Longford Basin vor. Derzeit wird Braunkohle nur in Victoria abgebaut, wo die Tagebaue von Loy Yang und Yallourn Kohle an nahe gelegene Kraftwerke liefern. In Maddingley wird auch Braunkohle abgebaut, um Bodenverbesserer und Düngemittel herzustellen. Weitere Produkte aus viktorianischer Braunkohle sind Briketts für den industriellen und häuslichen Gebrauch sowie asche- und schwefelarme Holzkohleprodukte. Kohle ist einer der größten Rohstoffexporte Australiens mit jährlichen Exporten. Im Jahr 2016 gingen die Kohleexporte aus Australien hauptsächlich nach Japan, Indien, in die Europäische Union, in die Republik Korea und nach Taiwan; Sie hatten einen Wert von etwa 40 Milliarden US-Dollar.

Weitere Informationen zu Kohlevorkommen und -produktion sowie zu den identifizierten Mineralressourcen Australiens.

Bergbau

In Australien werden fast 80% der Kohle aus Tagebauen gefördert, im Gegensatz zum Rest der Welt, wo der Tagebau nur 40% der Kohleproduktion ausmacht. Tagebau ist möglich, weil Kohleflöze nahe an der Oberfläche liegen. Ein solcher Bergbau ist billiger als der Untertagebau und ermöglicht eine Rückgewinnung der Ressource von bis zu 90%. Viele Braunkohlebetten liegen nahe an der Oberfläche und können Hunderte von Metern dick sein, so dass sie leicht und kostengünstig gefördert werden können. Zunächst wird der Mutterboden entfernt und zur späteren Wiederherstellung des gestörten Landes gelagert. Das Oberflächengestein (Overburden genannt), das die Kohle bedeckt, wird dann mit Sprengstoff gesprengt und von Baggern entfernt. Die freigelegte Kohle wird dann gestrahlt, um die Schichten aufzubrechen und in große Lastwagen zu laden, die bis zu 300 Tonnen Material aufnehmen können. Die Kohle wird zur Verarbeitungsanlage transportiert, wo Verunreinigungen entfernt werden.

Kohle, die tiefer als ein paar hundert Meter unter der Oberfläche liegt, muss mit speziellen Untertagebau-Methoden gefördert werden. Einige Kohle wird nach der Bord- und Säulenmethode abgebaut. Hier schneidet eine Maschine kontinuierlich in die Kohle. Es tunnelt durch die Kohleflöze und hinterlässt Säulen, die von Dachschrauben gestützt werden, um das Dach zu halten. Eine Alternative ist der Strebbau, bei dem ein großes Schneidmesser verwendet wird, um über die Kohleschicht zu schneiden und das Kohleflöz zu entfernen. Die Kohle wird dann auf einem Förderband an die Oberfläche transportiert. Nachdem die Kohle abgebaut wurde, wird die Maschine demontiert und in einen anderen Abschnitt der Mine verlegt, so dass das Dach zurückfallen kann.

Fortschritte in der Technologie haben zur Einführung automatisierter Strebbausysteme geführt. Darüber hinaus setzen einige Bergbauunternehmen fahrerlose Lastwagen, Züge und Drohnen ein, um die Sicherheit zu verbessern und Informationen zu sammeln.

Verarbeitung

Steinkohle kann ohne jegliche Verarbeitung verwendet werden, wird aber in der Regel nach Kundenwunsch zerkleinert, gesiebt und sortiert. Manchmal wird es auch gewaschen, um Abfallmineralien zu entfernen, die nicht verbrennen. Dies verbessert die Qualität und reduziert die Ascheproduktion bei der Verbrennung der Kohle. Um die Kohle zu waschen, wird sie in Tanks mit Flüssigkeiten und Chemikalien gefüllt, die dazu beitragen, mehr Kohle zurückzugewinnen, wenn sie an die Oberfläche schwimmt. Die Kohle wird dann trocknen gelassen. Es wird nach Größe gelagert und kann gemischt werden, wiederum nach Kundenwunsch. Von dort wird es gelagert oder in Behältern gelagert, die für den Transport auf Straße oder Schiene bereit sind.

Kohle geringerer Qualität wie subbituminöse oder Braunkohle kann raffiniert werden, um Feuchtigkeit und andere Verunreinigungen zu entfernen. Dies erhöht die Effizienz der Kohle als Brennstoff und reduziert den Ausstoß von Treibhausgasen und anderen Schadstoffen, wenn die Kohle verbrannt wird. In Victoria wird die Braunkohle durch den Coldry-Prozess aufgewertet. Eine mechanische Schere wird verwendet, um die Kohle in kleine Partikel zu zerkleinern, wobei Wasser freigesetzt wird, das in den Poren (Löchern) der Kohle gehalten wurde. Das Verfahren erzeugt eine dichtere Kohle in Pelletform.