zastosowanie geoscience do najważniejszych wyzwań Australii

wprowadzenie

węgiel zaliczany jest do skał osadowych. Jest to powszechne nieodnawialne paliwo wykorzystywane głównie do produkcji energii elektrycznej. Jest paliwem kopalnym, ponieważ powstaje z martwej materii roślinnej. Jakość węgla zależy od tego, w jaki sposób powstaje; ponieważ materia organiczna jest poddawana większemu ciepłu i ciśnieniu, zwiększa się zawartość węgla.

właściwości

węgiel jest łatwopalną skałą składającą się głównie z węgla wraz ze zmiennymi ilościami innych pierwiastków, głównie wodoru, siarki, tlenu i azotu. Węgiel występuje jako warstwy, zwane złożami węgla lub pokładami węgla, które znajdują się między innymi skałami osadowymi. Węgiel jest nieco gęstszy od wody, ale mniej gęsty niż większość skał skorupy ziemskiej. Gęstość różni się w zależności od tego, jak porowaty (pełen dziur) jest węgiel. Czasami pory zawierają gaz zwany metanem.

właściwości węgla różnią się w zależności od ilości węgla w węglu (stopień węgla). Węgiel kamienny jest tak nazywany ze względu na swój kolor; różni się od jasnego, błyszczącego połysku do bardzo Matowego, a od stosunkowo twardego do miękkiego. Termin „węgiel kamienny” jest używany w Australii w odniesieniu do antracytu, a także węgli bitumicznych i sub-bitumicznych. Węgiel brunatny jest również nazywany lignitem; zawiera mniej węgla, a więc ma mniej chemicznej energii potencjalnej niż węgiel kamienny i ma więcej wilgoci w nim.

rodzaj węgla/materiału		Inne nazwy	właściwości	przybliżona zawartość węgla (suchej masy bez popiołu)
torf			osad organiczny. Uważany jest za prekursora węgla.	mniej niż 60%
węgiel brunatny		Lignit	zwykle ma kolor żółty do ciemnobrązowego i może mieć wygląd drzewny lub rozpoznawalne struktury roślinne.	60 do 70%
węgiel kamienny	węgiel Sub bitumiczny	węgiel brunatny Czarny	kolor ciemnobrązowy do czarnego. Nie ma drewnianego wyglądu i często ma naprzemienne pasma matowego i jasnego materiału.	70 do 76%
	węgiel kamienny	węgiel miękki, węgiel kamienny lub węgiel kamienny.	gęsta, zwykle czarna, ale czasami ciemnobrązowa skała, często z dobrze zdefiniowanymi pasmami jasnego i matowego materiału. Pasma matowe mogą zawierać osadowe ziarna mineralne.	76 do 86%
	antracyt	węgiel kamienny	twardszy, błyszczący węgiel kamienny. Jest to najwyższy stopień węgla, co oznacza, że zawartość węgla jest najwyższa.	ponad 86%

wykorzystuje

węgiel brunatny i czarny wykorzystywany jest głównie jako źródło paliwa dla elektrowni. Spalanie węgla wytwarza ciepło, które jest używane do wytwarzania pary, więc węgiel jest czasami nazywany węglem cieplnym lub parowym. Para wiruje turbiny do wytwarzania energii elektrycznej. W Australii w 2017 roku węgiel był używany do produkcji około 60% krajowego zapotrzebowania na energię elektryczną. Wykorzystanie węgla brunatnego do wytwarzania energii jest problematyczne ze względu na wysoką zawartość wody. Łatwo kruszy się pod wpływem powietrza, co zmniejsza jego wartość jako paliwa i wymaga specjalistycznego przechowywania. Wiadomo również, że spontanicznie się pali. Od lat 70. wzrosła ilość gazu ziemnego wykorzystywanego do wytwarzania energii elektrycznej i nastąpił stopniowy spadek wykorzystania węgla do produkcji energii elektrycznej. Ilość gazów cieplarnianych generowanych przez spalanie gazu do celów energetycznych jest znacznie mniejsza niż objętość wytwarzana przez spalanie węgla.

niektóre rodzaje węgla kamiennego są wykorzystywane do produkcji niezbędnego surowca do produkcji koksu stalowego. Ten rodzaj węgla nazywany jest również węglem metalurgicznym (stalowym) i jest przetwarzany do produkcji koksu. Koks jest twardą porowatą substancją składającą się z około 90% węgla, jest niezbędny do produkcji stali, która jest używana w milionach przedmiotów, takich jak samochody osobowe, ciężarówki, wozy strażackie, lodówki i mosty.

węgiel i torf są nadal wykorzystywane do ogrzewania budynków mieszkalnych i komercyjnych w niektórych częściach świata (np. w Irlandii i Finlandii). W postaci odwodnionej torf jest bardzo skutecznym absorbentem dla wycieków paliwa i oleju na lądzie i wodzie. Jest również stosowany jako odżywka do gleby, aby zwiększyć jej zdolność do zatrzymywania i powolnego uwalniania wody.

węgiel jest również ważnym źródłem lekkich węglowodorów aromatycznych dla przemysłu syntezy chemicznej. Jeśli węgiel jest ogrzewany, gazy i wytwarzane pozostałości mogą być wykorzystywane do produkcji tworzyw sztucznych, materiałów wybuchowych, barwników, Paku, amoniaku, leków, aspiryny, mydła, środka dezynfekującego, detergentów, nylonów, kosmetyków, szamponu, pasty do zębów, kauczuku syntetycznego, nawozów, cementu, cegieł i płytek. Jest ważnym składnikiem stosowanym w filtrach do oczyszczania wody i powietrza oraz w maszynach do dializy nerek. Ponadto węgiel jest używany do produkcji włókna węglowego, bardzo mocnego, lekkiego materiału stosowanego w budownictwie, rowerach górskich i rakietach tenisowych.

Jet, zwarta forma węgla brunatnego, jest czasami polerowana i wykorzystywana jako kamień ozdobny. Grafit, który jest często związany z węglem, jest prawie w całości wykonany z węgla; jest najczęściej stosowany w ołówkach i gdy jest sproszkowany, jako smar.

Historia

najwcześniejsze uznane użycie węgla pochodzi z obszaru Shenyang w Chinach około 4000 pne, gdzie czarny węgiel brunatny został wyrzeźbiony w ornamenty. Węgiel z kopalni Fushun w północno-wschodnich Chinach był używany do wytapiania miedzi już w 1000 roku p. n. e. Marco Polo, Włoch, który podróżował do Chin w XIII wieku, opisał węgiel jako ” czarne Kamienie … które palą się jak kłody”, i powiedział, że węgiel był tak obfity, że ludzie mogli wziąć trzy gorące kąpiele w tygodniu.

węgiel był używany w Wielkiej Brytanii w epoce brązu (3000-2000 p. n. e.) w stosach pogrzebowych (drewniana konstrukcja służyła do spalania ciała).Rzymianie wydobywali węgiel w Anglii i Walii pod koniec II wieku naszej ery. Dowody handlu węglem (datowane na około 200 r.n. e.) zostały znalezione w rzymskiej Osadzie w pobliżu Chester i we wschodniej Anglii. W Nadrenii, złoża węgla kamiennego były wykorzystywane przez Rzymian do wytopu rudy żelaza. W latach 1257-59 węgiel z Newcastle upon Tyne był wysyłany do Londynu dla kowali i palaczy wapna, którzy budowali Opactwo Westminsterskie.

łatwo dostępne źródła węgla w znacznym stopniu wyczerpały się (lub nie mogły zaspokoić rosnącego zapotrzebowania) do XIII wieku, kiedy to rozwinęło się wydobycie podziemne w górnictwie szybowym. Alternatywna nazwa brzmiała „pitcoal”, ponieważ pochodziła od kopalń. Wraz z przejęciem silników parowych od kół wodnych podczas rewolucji przemysłowej wzrosło wydobycie na dużą skalę i wykorzystanie węgla. W 1700 roku pięć szóstych światowego węgla wydobywano w Wielkiej Brytanii.

w Australii węgiel kamienny został po raz pierwszy odkryty w Newcastle w 1791 roku, a wydobycie węgla i eksport rozpoczęto w 1799 roku. Ta wczesna działalność wydobywcza przyczyniła się znacząco do postępu osadnictwa Europejskiego w Australii. Rozprzestrzenianie się osadników w innych miejscach Australii prowadzi do dalszych odkryć. Wydobycie węgla kamiennego miało miejsce w pobliżu Ipswich Queensland w 1825; w Cape Paterson w Wiktorii w 1826; i Irwin River w Australii Zachodniej w 1846. Wiedza o istnieniu węgla brunatnego w Victorii sięga 1857 roku, a w 1889 roku rozpoczęto produkcję węgla brunatnego Yallourn North open-cut. W 1878 roku Ogród Zoologiczny w Taronga miał być miejscem podziemnej kopalni węgla, aż do czasu zatrzymania spółki wydobywczej przez Parlament. Zamiast tego węgiel wydobywano w Balmain do 1931 roku.

formacja

węgiel powstaje w zbiornikach osadowych. Baseny osadowe to regiony, w których ziemia opadła lub zatonęła. Woda i osady płyną następnie do basenu i wypełniają się warstwami osadów. Zasoby węgla kamiennego Australii wahają się od Permskiego do jurajskiego w wieku (299 do 145 milionów lat), chociaż większość z nich jest permska w wieku. W tym czasie klimat w Australii był ciepły, a Wschodnią Australię, w tym basen Sydney, pokrywały Duże, meandrujące rzeki, bagna, torfowiska i bagna. Osady osadzone w tych środowiskach ostatecznie utworzyły skały, takie jak łupki, piaskowce i węgiel. Węgiel brunatny w Australii powstał niedawno niż czarne węgle. Są one w większości paleogenu wieku (66 do 23 milionów lat).

węgiel jest skałą osadową powstałą, gdy obfity materiał roślinny jest pokryty osadami, a materiał gromadzi się szybciej niż może się rozpadać. Masa pokrywających się osadów zagęszcza warstwy organiczne, zwiększając temperaturę i ciśnienie, co prowadzi do fizycznych i chemicznych zmian materiału roślinnego. Woda, dwutlenek węgla i metan są wytwarzane i uciec, więc materiał staje się stopniowo wzbogacany w węgiel. Wraz ze wzrostem czasu oraz wzrostem ciepła i ciśnienia materiał roślinny najpierw tworzy torf, a następnie przekształca się w węgiel brunatny, następnie węgiel sub bitumiczny, węgiel bitumiczny i wreszcie antracyt.

zasoby

Australia ma czwarty co do wielkości udział zasobów węgla na świecie. Od końca XVII wieku w Australii wydobyto około 9100 milionów ton węgla kamiennego i około 2300 milionów ton węgla brunatnego, a przemysł nadal zapewnia znaczące Zatrudnienie, Inwestycje kapitałowe oraz dochody krajowe i eksportowe dla gospodarki narodowej.

zasoby węgla kamiennego występują w Nowej Południowej Walii, Queensland, Australii Południowej, Tasmanii i Australii Zachodniej, ale Nowa Południowa Walia I Queensland mają największy udział w całkowitych zidentyfikowanych zasobach Australii. Te dwa państwa są również największymi producentami węgla. Główne baseny produkujące węgiel kamienny w Australii to Bowen Basin (Queensland) i Sydney Basin (Nowa Południowa Walia). Lokalnie ważne wydobycie węgla kamiennego obejmuje również Collie w Australii Zachodniej oraz Fingal i Kimbolton na Tasmanii.

węgiel brunatny występuje w Australii Południowej, Australii Zachodniej, Tasmanii, Queensland i Wiktorii. Gippsland Basin w Wiktorii zawiera znaczne złoża światowej klasy, w których pokłady mogą mieć grubość do 330 m. W dorzeczu Otway (Victoria), Murray Basin (Victoria i Australia Południowa), North St Vincents Basin (Australia Południowa) i Eucla Basin (Australia Zachodnia) znajdują się również znaczne zasoby węgla brunatnego. Niewielkie zasoby występują w dorzeczu Longford Tasmanii. Obecnie węgiel brunatny wydobywany jest tylko w Victorii, gdzie kopalnie odkrywkowe w Loy Yang i Yallourn dostarczają węgiel do pobliskich elektrowni. Węgiel brunatny jest również wydobywany w Maddingley do produkcji odżywek i nawozów. Pozostałe produkty z wiktoriańskiego węgla brunatnego to brykiety do użytku przemysłowego i domowego oraz produkty niskopopiołowe i niskosiarczkowe.

węgiel jest jednym z największych australijskich towarów eksportowych z rocznym eksportem. W 2016 r. eksport węgla z Australii trafił głównie do Japonii, Indii, Unii Europejskiej, Republiki Korei i Tajwanu; wart był około 40 miliardów dolarów.

dalsze informacje o zasobach węgla i produkcji oraz zidentyfikowane zasoby mineralne Australii.

Górnictwo

w Australii prawie 80% węgla pochodzi z kopalń odkrywkowych, w przeciwieństwie do reszty świata, gdzie wydobycie odkrywkowe stanowi tylko 40% produkcji węgla. Wydobycie odkrywkowe jest możliwe, ponieważ pokłady węgla znajdują się blisko powierzchni. Takie wydobycie jest tańsze niż górnictwo podziemne i umożliwia do 90% odzyskiwanie zasobów. Wiele złóż węgla brunatnego leży blisko powierzchni i może mieć setki metrów grubości, dzięki czemu można je łatwo i tanio wydobywać. Najpierw wierzchnia warstwa gleby jest usuwana i przechowywana w celu późniejszego wykorzystania w odbudowie zniszczonej ziemi. Skała powierzchniowa (zwana nadkładem) pokrywająca węgiel jest następnie wysadzana materiałami wybuchowymi i usuwana przez koparki. Odsłonięty węgiel jest z kolei piaskowany w celu rozbicia warstw i załadowywany do dużych ciężarówek, które mogą pomieścić do 300 ton materiału. Węgiel jest transportowany do zakładu przetwórczego, gdzie usuwane są zanieczyszczenia.

węgiel głębszy niż kilkaset metrów pod powierzchnią musi być wydobywany zbyt podziemnymi metodami górniczymi. Część węgla wydobywa się metodą Bord i filar. W tym miejscu maszyna nieustannie tnie węgiel. Tunele przez pokłady węgla pozostawiając filary wsparte na śrubach dachowych, aby utrzymać dach. Alternatywą jest górnictwo ścianowe, które wykorzystuje duże ostrze tnące do przecinania warstwy węgla w celu usunięcia pokładu węgla. Węgiel jest następnie transportowany na powierzchnię na przenośniku taśmowym. Po wydobyciu węgla maszyna jest demontowana i przenoszona do innej części kopalni, umożliwiając zawalenie się dachu.

postęp technologiczny doprowadził do wprowadzenia zautomatyzowanych systemów górnictwa ścianowego. Ponadto niektóre firmy wydobywcze wykorzystują ciężarówki bez kierowcy, pociągi i drony w celu poprawy bezpieczeństwa i zbierania informacji.

przetwarzanie

węgiel kamienny może być stosowany bez przetwarzania, ale zwykle jest kruszony, przesiewany i sortowany zgodnie z wymaganiami klienta. Czasami jest również myte, aby usunąć wszelkie kawałki minerałów odpadowych, które nie palą się. Poprawia to jakość i zmniejsza produkcję popiołu podczas spalania węgla. Aby umyć węgiel, umieszcza się go w zbiornikach z cieczami i chemikaliami, które pomagają odzyskać więcej węgla, gdy unosi się na powierzchnię. Węgiel jest następnie pozostawiany do wyschnięcia. Jest przechowywany zgodnie z rozmiarem i może być mieszany, ponownie zgodnie ze specyfikacją klienta. Stamtąd jest składowany lub przechowywany w pojemnikach gotowych do transportu drogowego lub kolejowego.

węgiel niższej jakości, taki jak węgiel sub bitumiczny lub brunatny, może być rafinowany w celu usunięcia wilgoci i innych zanieczyszczeń. Zwiększa to wydajność węgla jako paliwa i zmniejsza emisję gazów cieplarnianych i innych zanieczyszczeń, gdy węgiel jest spalany. W Victoria węgiel brunatny jest modernizowany w procesie Coldry. Mechaniczne ścinanie służy do kruszenia węgla na małe cząstki, uwalniając wodę, która była trzymana w porach (otworach) w węglu. W procesie tym powstaje gęstszy węgiel w postaci peletu.