Výroba elektriny z uhlia môže byť škodlivá pre životné prostredie
Brian Patrick Tagalog obrázok na serveri Unsplash
Nerastné uhlie je fosílne palivo získavané zo zeme ťažbou. Jeho pôvod pochádza z rozkladu organických látok (zvyšky stromov a rastlín), ktoré sa nahromadili pod vodnou vrstvou pred miliónmi rokov. Pochovávanie tejto organickej hmoty usadeninami ílu a piesku spôsobuje zvýšenie tlaku a teploty, čo prispieva ku koncentrácii atómov uhlíka a k vytlačeniu atómov kyslíka a vodíka (karbonizácia).
Nerastné uhlie sa ďalej delí podľa výhrevnosti a výskytu nečistôt, pričom sa uvažuje o nízkej kvalite (lignit a pod bitúmen) a vysokej kvalite (bitúmen alebo uhlie a antracit). Podľa geologického prieskumu v Brazílii možno minerálne uhlie rozdeliť podľa jeho kvality, ktorá závisí od faktorov, ako je povaha organických látok, ktoré ho tvorili, podnebie a geologický vývoj oblasti.
Rašelina
Extrakcia rašeliny sa uskutočňuje pred odtokom oblasti, čo znižuje jej vlhkosť. Často sa ukladá na otvorenom priestranstve, aby stratil viac vlhkosti.
Použitia: je rozrezaný na bloky a používa sa ako palivo v peciach, termoelektrických, na získanie palivového plynu, voskov, parafínov, amoniaku a dechtu (produkt, z ktorého sa získavajú oleje a ďalšie látky s veľkým využitím v chemickom priemysle)
Lignit
Môže sa vyskytovať dvoma spôsobmi, napríklad ako hnedý alebo čierny materiál, a je pomenovaný rôznymi názvami.
Použitie: benzogény získavajúce decht, vosky, fenoly a parafíny. Popol zo spaľovania sa môže použiť ako puzolánový cement a keramika.
Uhlie
Uhlie možno rozdeliť na dva hlavné typy: energetické uhlie a hutnícke uhlie. Prvé, nazývané tiež energetické uhlie, sa považuje za najchudobnejšie a používa sa priamo v peciach, hlavne v tepelných elektrárňach. Hutnícke uhlie alebo koksovateľné uhlie sa považuje za ušľachtilé. Koks je pórovitý materiál, ľahký a s kovovým leskom, používaný ako palivo v metalurgii (vysoké pece). Uhlie sa tiež používa pri výrobe dechtu.
Antracit
Má pomalé spaľovanie, čo je indikované pre kúrenie v domácnosti. Používa sa tiež pri procesoch úpravy vody.
Zloženie a použitie minerálneho uhlia
Uhlie sa v ktorejkoľvek z jeho fáz skladá z organickej a minerálnej časti. Organický je tvorený uhlíkom a vodíkom a malým podielom kyslíka, síry a dusíka. Minerál pozostáva z kremičitanov, ktoré tvoria popol.
Pretože je rozdelené do niekoľkých typov, využitie uhlia je veľa. Nerastné uhlie sa používa hlavne ako zdroj energie. Podľa Medzinárodnej energetickej agentúry (IEA) je minerálne uhlie zodpovedné za 40% svetovej výroby elektriny. Nerastné uhlie sa používa aj v metalurgickom priemysle.
Ďalším typom dreveného uhlia v prírode je zelenina, ktorá vzniká karbonizáciou palivového dreva. Drevené uhlie sa často používa v priemyselných procesoch, ale nie je významným zdrojom na výrobu elektriny.
Stimuly na výrobu elektriny z uhlia
Aj keď nie sú obnoviteľné, existujú silné stimuly pre výrobu elektriny z minerálneho uhlia. Dva hlavné argumenty v prospech výroby energie z minerálneho uhlia sú množstvo zásob, ktoré zaručuje bezpečnosť dodávok a nízke náklady na rudu (v porovnaní s inými fosílnymi palivami) a výrobný proces.
Podľa údajov Národnej agentúry pre elektrickú energiu (Aneel) dosahujú svetové zásoby minerálneho uhlia celkovo 847,5 miliárd ton. Toto množstvo by stačilo na zásobovanie súčasnej produkcie uhlia na obdobie približne 130 rokov. Ďalším stimulom je, že na rozdiel od ropy a zemného plynu sa zásoby minerálneho uhlia nachádzajú vo významnom množstve v 75 krajinách - hoci približne 60% z celkového objemu je sústredených v Spojených štátoch (28,6%), Rusku (18, 5%) a Čína (13,5%). Brazília figuruje na 10. pozícii.
Najväčšími producentmi uhlia na svete sú podľa Svetovej asociácie uhlia Čína a Spojené štáty americké, za ktorými nasledujú India, Indonézia a Austrália. Okrem toho je väčšina energetickej matice v Číne a USA založená na výrobe elektrickej energie z minerálneho uhlia, ktorá je reprezentatívna aj v energetickej matici iných krajín, ako je Nemecko, Poľsko, Austrália. a Južná Afrika.
Napriek ekonomickým výhodám je však výroba elektrickej energie z uhlia jednou z najagresívnejších foriem výroby energie zo sociálno-environmentálneho hľadiska. Negatívne externality sa vyskytujú počas celého výrobného procesu od ťažby minerálneho uhlia.
Ťažba uhlia
Ťažba alebo ťažba uhlia môže prebiehať v podzemí alebo na otvorenom priestranstve. To sa bude líšiť podľa hĺbky, v ktorej sa uhlie nachádza.
Keď je vrstva, ktorá pokrýva rudu, úzka alebo nie je vhodná pôda (piesok alebo štrk), býva treba robiť prieskum na voľnom priestranstve. Ak je minerál v hlbokých vrstvách, je potrebné vybudovať tunely.
Podľa Aneela je povrchová ťažba prevažujúcou formou ťažby rudy v Brazílii a tiež produktívnejšou ako ťažba v podzemí. To nezodpovedá medzinárodnej realite, v ktorej prevláda ťažba v podzemí, čo zodpovedá 60% svetovej ťažby uhlia.
Kyselinový odtok z bane a produkcia hlušiny sú negatívne vplyvy na životné prostredie spoločné pre obidva typy ťažby.
Odvodnenie kyselinovej bane (DAM)
Kyslý odtok bane sa vykonáva pomocou čerpadiel, ktoré vypúšťajú do vonkajšieho prostredia sírnu vodu, pričom v pôde vznikajú mineralogické (tvorba nových zlúčenín), chemické (zníženie pH) a fyzikálne (nízka retencia vody a pôda) zmeny pôdy priepustnosť), ktoré sa líšia podľa geológie terénu.
Kyselinový odtok z bane sa podľa správy ministerstva vedy a techniky považuje za jeden z najvýznamnejších vplyvov banských procesov vo všeobecnosti.
V dôsledku týchto zmien v pôde sa zhoršuje aj kvalita podzemných vôd. Môže dôjsť k zníženiu hodnoty pH vody, čo prispieva k solubilizácii kovov a ku kontaminácii podzemných vôd, čo v prípade požitia môže mať vplyv na ľudské zdravie.
Zmiernenie chemických a fyzikálnych problémov pôdy spôsobených ťažbou je prvým krokom k obnove postihnutých oblastí.
Dopady povrchovej ťažby
Vykopávky veľkého množstva kamenistej pôdy vytvárajú viditeľné environmentálne vplyvy na vegetáciu a faunu, sú zodpovedné za degradáciu veľkých plôch a vizuálne znečistenie, nehovoriac o zintenzívnení procesov erózie. Okrem toho sa pri použití strojov a zariadení vytvára aj hlukové znečistenie (hluk).
Dopady podzemnej ťažby
Pokiaľ ide o zdravie pracovníkov, hlavným problémom je pneumokonióza uhoľných pracovníkov (PTC). Pneumokoniózy sú choroby spôsobené vdýchnutím tuhých častíc nad kapacitu klírensu imunitného systému. Je to chronická expozícia vdýchnutiu prachu z minerálneho uhlia, po ktorej nasleduje hromadenie prachu v pľúcach a zmena pľúcneho tkaniva.
PTC spúšťa zápalový proces a môže sa u neho vyvinúť masívna progresívna fibróza FMP, ochorenie známe ako „čierne pľúca“.
Podľa správy ministerstva zdravotníctva je medzi uhliarmi diagnostikovaných viac ako 2 000 prípadov pneumokoniózy.
Ďalšími vplyvmi spojenými s podzemnou ťažbou sú zníženie hladiny podzemnej vody, čo môže prispieť k zániku zdrojov, vplyvu na povrchovú hydrologickú sieť a vibráciám spôsobeným výbuchmi.
Spracovanie uhlia
Podľa Brazílskeho združenia minerálnych uhlia je zvýhodnením súbor procesov, ktorým sa v surovom nerastnom uhlí získanom priamo z bane odstraňuje organická hmota a nečistoty s cieľom zabezpečiť ich kvalitu. Spracovanie dreveného uhlia závisí od jeho pôvodných vlastností a od zamýšľaného použitia.
Podľa Aneelovej správy pri spracovaní vzniká tuhý odpad, ktorý sa zvyčajne ukladá v oblasti blízko ťažby a vrhá sa priamo do vodných tokov alebo do hlušinových priehrad, čím sa vytvárajú rozsiahle oblasti pokryté tekutým materiálom. Toxické látky prítomné v odkalisku sa zriedia v dažďovej vode (lúhovanie), ktorá vo forme kvapaliny pomaly preniká do pôdy (perkolácia) a kontaminuje podzemné vody.
Tieto hlušiny zvyčajne obsahujú vysoké koncentrácie pyritu (sulfid železitý - FeS2) alebo iných sulfidových materiálov, ktoré prispievajú k tvorbe kyseliny sírovej a k zintenzívneniu procesu „odvádzania kyselinovej bane“.
Doprava
Podľa Aneela je doprava najnákladnejšia činnosť v procese výroby minerálneho uhlia. Z tohto dôvodu sa bežne prepravuje iba uhlie s nízkym obsahom nečistôt a vyššou ekonomickou pridanou hodnotou.
Ak sa má na výrobu uhlia uvažovať o výrobe elektriny, je v blízkosti banskej oblasti postavená termoelektrická elektráreň, ako je to v prípade piatich uhoľných termoelektrických elektrární pôsobiacich v krajine.
Z ekonomického hľadiska je výhodnejšie investovať do prenosových vedení na distribúciu už vyrobenej elektrickej energie ako do prepravy uhlia na veľké vzdialenosti.
Na krátke vzdialenosti je najefektívnejšou metódou použitie dopravníka. Používajú sa tiež potrubia, ktorými sa uhlie zmiešané s vodou dopravuje vo forme bahna.
Výroba energie prostredníctvom uhlia
Po vyťažení z pôdy je minerálne uhlie rozdrobené a uložené v silách. Potom sa prepravuje do tepelnej elektrárne.
Podľa Furnasa je termoelektrický závod definovaný ako súbor prác a zariadení s funkciou výroby elektrickej energie procesom, ktorý je konvenčne rozdelený do troch etáp.
Prvý krok spočíva v spaľovaní fosílneho paliva na premenu vody v kotle na paru. V prípade minerálneho uhlia sa pred spaľovaním mení na prášok. To zaručuje najväčšie tepelné využitie procesu vypaľovania.
Druhým stupňom je použitie pary vyrobenej pod vysokým tlakom na otáčanie turbíny a naštartovanie elektrického generátora. Prechod pary turbínou spôsobí pohyb turbíny a tiež generátora, ktorý je spojený s turbínou a premieňa mechanickú energiu na elektrickú.
Cyklus sa uzavrie v tretej a poslednej etape, v ktorej sa para skondenzuje a prenesie do nezávislého chladiaceho okruhu, ktorý sa vráti do kvapalného stavu, ako je voda z kotla.
Energia, ktorá sa vygenerovala, sa prenáša z generátora do transformátora pomocou vodivých káblov. Transformátor zase distribuuje elektrickú energiu do stredísk spotreby prostredníctvom prenosových vedení.
Emisie
Pri spaľovaní uhlia sa prvky v ňom obsiahnuté odparujú (odparujú) a uvoľňujú do atmosféry spolu s časťou anorganických látok, ktoré sa uvoľňujú vo forme prachových častíc (popolček).
tu
Nerastné uhlie je materiál s vysokou koncentráciou uhlíka. Pri spaľovaní uhlia teda emituje veľké koncentrácie oxidu uhoľnatého.
Oxid uhoľnatý je toxický plyn, ktorý je mimoriadne škodlivý pre ľudské zdravie a môže v prípade akútnej intoxikácie viesť k smrti. Podľa Environmentálnej spoločnosti v štáte São Paulo (Cetesb) je hlavnou cestou otravy oxidom uhoľnatým dýchací systém. Po vdýchnutí je plyn rýchlo absorbovaný pľúcami a viaže sa na hemoglobín, čo bráni účinnému transportu kyslíka. Preto je dlhodobá expozícia oxidu uhoľnatému spojená so zvýšením výskytu infarktu u starších ľudí.
Navyše, akonáhle je v atmosfére, môže sa oxid uhoľnatý oxidovať na oxid uhličitý.
Oxid uhličitý
Oxid uhličitý môže byť emitovaný priamo spaľovaním uhlia a iných fosílnych palív alebo môže vznikať v atmosfére chemickými reakciami, napríklad oxidačnou reakciou oxidu uhoľnatého.
Oxid uhličitý sa považuje za jeden z hlavných plynov v procese zosilňovania skleníkového efektu, ktorý je spojený so zvýšeným globálnym otepľovaním. A je to tiež jeden z hlavných druhov plynov emitovaných spaľovaním uhlia.
Je dôležité poznamenať, že spaľovanie je fáza reťazca výroby uhlia, v ktorom dochádza k najväčším emisiám oxidu uhličitého, ale k celkovým emisiám prispievajú aj fázy skladovania a skladovania hlušiny. Podľa správy ministerstva pre vedu a techniku je však nedostatok vedomostí o dobe skladovania rudy limitujúcim faktorom pre výpočet celkových emisií.
Síra
Podľa správy brazílskej spoločnosti pre energetické plánovanie je zo všetkých emisií z uhoľných elektrární najviac znepokojujúca emisia síry. Pri spaľovaní síra vytvára sériu plynných zlúčenín, ktoré sa uvoľňujú do atmosféry, ak neexistuje zariadenie na jej zachytenie. Z nich vyniká oxid siričitý (SO2).
Oxid siričitý (SO2) podlieha oxidácii v atmosfére a vytvára oxid sírový (SO3), ktorý naopak, keď je viazaný na dažďovú vodu (H2O), vytvára kyselinu sírovú (H2SO4), ktorá vedie k kyslým dažďom .
Kyslý dážď má priamy vplyv na život rastlín a živočíchov, najmä vodných. V zelenine vedie k zmenám pigmentácie a tvorby a k nekróze. U zvierat spôsobuje smrť organizmov, ako sú ryby a žaby. Kyslý dážď tiež spôsobuje škody na hmotných statkoch, pretože podporuje korozívne procesy.
Podľa ministerstva životného prostredia môže vplyv oxidu siričitého na ľudské zdravie súvisieť so zvýšeným výskytom dýchacích ťažkostí všeobecne a astmy, čo naznačuje nárast hospitalizácií.
Metán
Nerastné uhlie má vysoký obsah metánu (CH4). Pri spaľovaní minerálneho uhlia sa uvoľňuje do atmosféry metán, ktorý môže byť spojený s vodnými parami a oxidom uhličitým a považuje sa za jeden z hlavných skleníkových plynov.
Metán vzniká procesom rozkladu organických látok. Z tohto dôvodu je jeho výskyt spojený s fosílnymi palivami.
Je dôležité poznamenať, že napriek procesu spaľovania minerálneho uhlia, pri ktorom sa do ovzdušia uvoľňuje značné množstvo metánu, dochádza k emisiám metánu v procese výroby minerálneho uhlia od ťažby rudy, najmä v podzemných baniach a pri skladovaní materiálu po ťažbe, ako je zrejmé z správy ministerstva vedy a techniky
Oxidy dusíka (NOx)
Nerastné uhlie má tiež vysokú koncentráciu dusíka. Pri spaľovaní uhlia sa preto do ovzdušia uvoľňujú oxidy dusíka. Spaliny sú zvyčajne tvorené väčšinou oxidom dusíka. Keď vstúpi do atmosféry, rýchlo sa oxiduje na oxid dusičitý.
Oxid dusičitý, keď je viazaný na dažďovú vodu (H2O), produkuje kyselinu dusičnú (HNO3), ktorá rovnako ako kyselina sírová (H2SO4) spôsobuje aj kyslé dažde.
Okrem toho vysoké koncentrácie NO2 ovplyvňujú tvorbu troposférického ozónu a fotochemické smogové procesy .
Tuhé častice (MP)
Podľa Cetesba je časticový materiál všetok tuhý a kvapalný materiál, ktorý zostáva suspendovaný v atmosfére kvôli svojej malej veľkosti. V atmosfére sa tiež tvoria tuhé častice z vyššie uvedeného oxidu siričitého (SO2) a oxidov dusíka (NOx)
Veľkosť častíc priamo súvisí s možnosťou spôsobiť zdravotné problémy.
Ortuť
Okrem už spomenutých plynov obsahuje minerálne uhlie tiež značné množstvo ortuti, ktorá sa spaľovaním rudy vyparuje do atmosféry.
Podľa agentúry EPA - Environmental Protection Agency sú uhoľné elektrárne najväčším antropogénnym zdrojom emisií ortuti.
Prchavá ortuť prítomná v atmosfére je začlenená do dažďového cyklu, pričom sa dostáva do vodných útvarov a vedie k kontaminácii životného prostredia a poškodeniu vodného života. Kontaminácia ortuťou je tiež otázkou verejného zdravia, pretože konzumácia vodných organizmov kontaminovaných ortuťou môže viesť k akútnej otrave a v niektorých prípadoch k smrti.
