Akmeņogles: definīcija, izcelsme, izmantošana un vides ietekme

Akmeņogles: definīcija, izcelsme, izmantošana un vides ietekme — uzzini par ogļu rašanos, enerģiju, piesārņojumu un risinājumiem ilgtspējīgai nākotnei.

Akmeņogles ir ciets iezis, ko var sadedzināt kā cietu fosilo kurināmo. Tā ir galvenokārt ogleklis, bet satur arī ūdeņradi, sēru, skābekli un slāpekli. Tā ir nogulumieža iezis, kas veidojies no kūdras, vēlāk virs tās spiediena rezultātā nogulsnējoties iežiem.

Kūdra un līdz ar to arī ogles veidojas no augu atliekām, kas pirms miljoniem gadu dzīvoja tropiskos mitrumos, piemēram, pensilvāna perioda (karbona perioda beigās). Arī no koksnes, ko karsē bezgaisa telpā, var iegūt kokogles, kas ir līdzīgas oglēm.

Akmeņogles var sadedzināt enerģijas vai siltuma iegūšanai. Aptuveni divas trešdaļas no mūsdienās iegūtajām oglēm tiek sadedzinātas elektrostacijās, lai ražotu elektroenerģiju. Līdzīgi kā naftas gadījumā, sadedzinot ogles, ogles satur oglekli, kas savienojas ar gaisā esošo skābekli un rada daudz oglekļa dioksīda, kas izraisa klimata pārmaiņas. Šī un citu ogļu radītā gaisa piesārņojuma dēļ lielākā daļa valstu pievēršas jauniem enerģijas avotiem, piemēram, saules enerģijai. Tomēr dažviet pasaulē, piemēram, Ķīnā, joprojām tiek būvētas jaunas ogļu spēkstacijas.

Akmeņogles var apdedzināt (karsējot ļoti karstā vietā, kur nav skābekļa), lai iegūtu koksu. Koksu var izmantot kausēšanā, lai reducētu metālus no to rūdām.

Veidi un īpašības

Akmeņogļu klasifikācija balstās uz to ģeoloģisko "rangu" jeb pakāpi, kas atspoguļo ogļu ogļhidrātu un oglekļa saturu, kā arī siltumspēju. Galvenie ogļu veidi ir:

• Kūdra — agrīnā, zema ranga stadija, ar augstu mitruma saturu;
• Lignīts (brūnās ogles) — zems oglekļa saturs, zema siltumspēja, plaši izmanto vietējā apkures un elektroenerģijas ražošanā;
• Subbituminālās un bituminālās ogles — vidējs līdz augsts oglekļa saturs, izplatītas rūpnieciskai dedzināšanai un elektroenerģijas ražošanai;
• Antracīts — visaugstākais oglekļa saturs un laba siltumspēja, mazāk dūmojošs un ar augstāku enerģijas blīvumu.

Citas svarīgas īpašības: sēra saturs (ietekmē SO2 emisijas), pelnu saturs (atslēdz procesa efektivitāti un pelnu pārstrādi) un mitruma līmenis (ietekmē degšanas efektivitāti).

Veidošanās un ģeoloģiskā nozīme

Ogles veidojas ilgstošā procesā, ko sauc par ogļu sintezētāju vai koalifikāciju. Tas sākas ar kūdras uzkrāšanos purvos, kur augi nav pilnībā sadalījušies. Ar laiku nogulumi tiek pārklāti ar citiem iežiem, spiediens un siltums palielinās, ūdens un gāzes izdalās, un organiskās vielas pārvēršas par arvien augstākas kvalitātes oglēm. Šis process var ilgt miljonus gadu.

Izmantošana rūpniecībā un ikdienā

Akmeņogļu galvenā loma mūsdienās ir enerģijas ražošanā. Citas nozīmīgas lietojuma jomas:

• Elektroenerģijas ražošana lielos apjomos (ogleļu stacijās);
• Metallurģija — īpaši koksa ražošana no noteikta veida oglēm, kas nepieciešams tērauda ražošanai;
• Rūpnieciskās ražošanas process (cementa rūpniecība, ķīmiskā rūpniecība, oglekļa bāzes ķimikāliju ieguve);
• Vietējā apkure reģionos ar lētu ogļu pieejamību.

Pastāv arī tehnoloģijas, kas ļauj pārveidot ogles par šķidriem vai gāzveida kurināmajiem (coal-to-liquids, coal gasification), tomēr tās ir energoietilpīgas un parasti saistītas ar lielām emisijām, ja netiek izmantota oglekļa uztveršana.

Vide un veselības ietekme

Sadedzinot akmeņogles, rodas dažādi piesārņotāji:

• Oglekļa dioksīds (CO2) — galvenais siltumnīcas efekta gāzu avots, kas veicina globālo sasilšanu;
• Svārstības (SO2) un slāpekļa oksīdi (NOx) — veicina skābo lietu, gaisa kvalitātes pasliktināšanos un elpošanas ceļu saslimšanas;
• Smalkas daļiņas (PM2.5, PM10) — saistītas ar sirds un plaušu slimībām;
• Smagie metāli (piem., dzīvsudrabs) un citas toksiskas vielas, kas nonāk vides ķēdē.

Ņemot vērā šīs ietekmes, daudzās valstīs tiek īstenotas politikas, kas virza uz ogļu izmantošanas samazināšanu un pāreju uz tīrākiem enerģijas avotiem. Tomēr ogļu ieguve un dedzināšana saglabājas svarīga ekonomikas daļa dažādās reģionos, kas rada sociāli-ekonomiskas problēmas pie pārejas (darba vietu zaudējums, reģionālā atkarība).

Raktuves, atjaunošana un drošība

Ogleļu ieguve notiek virszemes (atklātā karjera) un pazemes raktuvēs. Abās metodēs ir potenciāli lielas vides un drošības problēmas:

• Virszemes ieguve maina ainavu, noņem augsnes slāņus un var izraisīt biotopu zaudēšanu;
• Pazemes raktuvēs pastāv risks no nogruvumiem, eksplozijām (metāna klātbūtnes dēļ) un akūtām traumu situācijām;
• Raktuves var radīt skābo drenāžu (acid mine drainage), kas piesārņo ūdeni ar metāliem un pazemina tā kvalitāti;
• Pēc ieguves nepieciešama reabilitācija — atjaunot augsnes struktūru, stādīt atpakaļ augus, kontrolēt ūdens piesārņojumu.

Samazināšanas un tehnoloģiskie risinājumi

Lai samazinātu ogļu izmantošanas negatīvo ietekmi, izmanto dažādas metodes:

• Emisiju samazināšana elektrostacijās — degvielu filtrēšana, šķidruma izvadīšana, NOx un SO2 kontrolējošās iekārtas, elektrostaciju modernizācija;
• Oglekļa uztveršana un uzglabāšana (CCS) — tehnoloģijas, kas paredz CO2 noņemšanu no izplūdes gāzēm un tā noglabāšanu zemes slāņos; komerciāla pielietojuma apjoms joprojām ierobežots;
• Pāreja uz atjaunojamiem energoavotiem, energoefektivitātes paaugstināšana un ogļu raktuvju rehabilitācija;
• Sociāli taisnīgas pārejas politikas ieviešana — pārkvalifikācija, investīcijas reģionos, kur ieguve ir ekonomiski nozīmīga.

Nākotnes perspektīvas

Globāli ogļu patēriņš paliek liels, taču trendi daudzviet virzās uz samazināšanos, ņemot vērā klimata mērķus, ekonomisku konkurenci no dabasgāzes un atjaunojamiem energoavotiem, kā arī tehnoloģiju attīstību. Tomēr pilnīga ogļu izstāšanās ir sarežģīts process, ko ietekmē enerģētiskā drošība, rūpniecības vajadzības (piem., tērauda ražošana) un vietējā politiskā griba.

Apkopojot: akmeņogles ir vēsturiski un rūpnieciski nozīmīgs kurināmais ar lielu lomu enerģētikā, taču to izmantošana rada būtiskas vides un veselības problēmas, kas prasa gan tehnoloģiskus, gan politiskus risinājumus.

Vēsture

Akmeņogles bija vissvarīgākais kurināmais industriālās revolūcijas laikā. 20. gadsimtā Apvienotajā Karalistē ogles bija nozīmīga dzelzceļa kravu pārvadājumu daļa, veidojot lielāko daļu no vairāku uzņēmumu kravu pārvadājumu apjoma. Lai samazinātu siltumnīcefekta gāzu emisijas, 21. gadsimta sākumā Apvienotajā Karalistē un vairākās citās valstīs tika slēgta lielākā daļa ar oglēm kurināmo elektrostaciju.

Lielbritānijas akmeņogļu atradnes 19. gadsimtā.

Dažādi ogļu veidi un to veidošanās veids

Piemērotos apstākļos augu materiāls tiek pakāpeniski pārveidots par

1. Kūdra vēl nav ogles.
2. Lignīts (brūnās ogles) ir netīrākās ogles, kurās ir aptuveni 60-70 % oglekļa, un tās izmanto kā kurināmo elektroenerģijas ražošanai. Strūkla ogles ir kompakta brūnogļu forma, kas dažkārt tiek pulēta un jau izsenis tiek izmantota kā dekoratīvs akmens.
3. Subbituminozās akmeņogles izmanto kā kurināmo tvaika elektroenerģijas ražošanai. Tās ir arī vieglo aromātisko ogļūdeņražu avots ķīmiskās sintēzes rūpniecībā.
4. Bituminozās ogles ir blīvs akmens, melns, bet dažkārt tumši brūns. Tās ir relatīvi mīkstas ogles, kas viegli un ātri plīst un deg. Tās izmanto kā kurināmo spēkstacijās, kā arī siltuma un elektroenerģijas ražošanā, kaltniecībā un koksa ražošanā.
5. Tvaika ogles savulaik plaši izmantoja kā degvielu tvaika lokomotīvēm. Šajā specializētajā lietojumā ASV tās dažkārt dēvē par jūras oglēm. Mazās tvaika ogles (sausie mazie tvaika rieksti jeb DSSN) tika izmantotas kā kurināmais mājsaimniecības ūdens sildīšanai.
6. Antracīts ir cietākas, spīdīgas, melnas ogles. Tās ilgāk deg, un tās galvenokārt izmanto dzīvojamo un komerciālo telpu apsildīšanai.
7. Grafītu ir grūti sadedzināt, un to tik bieži neizmanto kā degvielu. To joprojām izmanto zīmuļu izgatavošanā, sajaucot ar mālu. Pulvera veidā to var izmantot kā smērvielu.

Parasti tiek uzskatīts, ka šī procesa galarezultāts ir dimants, taču tā nav taisnība. Dimants ir ogleklis, bet tas neveidojas no oglēm.

Ogles satur piemaisījumus. Konkrētie piemaisījumi nosaka izmantošanu. Koksa oglēs ir maz pelnu, sēra vai fosfora. Tie sabojātu domnās iegūto dzelzi.

Bituminozo ogļu slānis jūras krastā Jaunskotijā

Vides problēmas

Sadedzinot ogles, uz vienu enerģijas vienību izdalās gandrīz par trešdaļu vairāk oglekļa dioksīda nekā no naftas un par 80 % vairāk nekā no dabasgāzes. Gandrīz puse no cilvēku saražotā oglekļa dioksīda rodas, sadedzinot ogles, tāpēc tās ir lielākais globālās sasilšanas cēlonis. Ogles veicina skābo lietu un smogu, jo īpaši, ja tās sadedzina bez skruberiem. Sadedzinot ogles, izdalās toksiskas ķīmiskas vielas, tostarp kvēpi, dzīvsudrabs un oglekļa monoksīds, kas veicina tādas slimības kā vēzis un astma gan cilvēkiem, gan savvaļas dzīvniekiem. Ogļu ieguve, jo īpaši kalnu raktuvju rakšana, var nodarīt kaitējumu lielām zemes platībām un iznīcināt dabiskos biotopus. Augstāku kategoriju ogles deg tīrāk nekā zemāku kategoriju ogles, lai gan tās joprojām rada lielāku piesārņojumu nekā citi kurināmie. Sadedzinot ogles, rodas ne tikai gaisa piesārņojums, bet arī toksiski akmeņogļu pelni, kas, nejauši nonākot vidē, var radīt ūdens piesārņojumu. Pasaulē deg vairāki apakšzemes raktuvju ugunsgrēki. Šie pazemes ugunsgrēki gaisā izdala toksiskus dūmus, kā arī var izraisīt zemes virskārtas sabrukšanu. Pensilvānijas štata Centralia pilsēta tika evakuēta un tagad ir pamesta pazemes ogļraktuvju ugunsgrēka dēļ.

Piesārņojuma izraisīti nāves gadījumi un slimības

Ir grūti sniegt precīzus skaitļus par ogļu ietekmi uz veselību. Tiek apgalvots, ka ogļu dēļ katru gadu vairāk nekā 800 000 cilvēku mirst priekšlaicīgi un miljoniem cilvēku saslimst. Ogļrači bieži saslimst ar pneimokoniozi (melno plaušu slimību) ogļu putekļu iedarbības dēļ.

Ogļu dedzināšana rada lielu gaisa piesārņojumu.

Protesti pret oglēm

Iebildumi pret ogļu piesārņojumu bija viens no galvenajiem iemesliem, kāpēc 19. gadsimtā aizsākās mūsdienu vides aizsardzības kustība.

Protests pret klimata pārmaiņu nodarīto kaitējumu Lielajam Barjerrifam Austrālijā


Koku mājas, protestējot pret Hambahas meža daļas izciršanu Hambahas virszemes raktuves vajadzībām Vācijā: pēc tam 2018. gadā ciršana tika pārtraukta.

Akmeņogļu maksimums

Akmeņogļu maksimums ir gads, kad tiek izrakti vai sadedzināti visvairāk akmeņogļu. Daudzās valstīs ogļu ieguves maksimums jau ir sasniegts, piemēram, Vācijā 1985. gadā un ASV 2008. gadā. Tagad šajās valstīs ogļu ieguve un sadedzināšana ir samazinājusies. Taču Ķīna joprojām iegūst daudz ogļu un palīdz dažām valstīm, piemēram, Pakistānai, iegūt vairāk ogļu un būvēt vairāk ar oglēm kurināmu spēkstaciju. Tāpēc ogļu maksimuma gads pasaulē, iespējams, ir pagājis.

Ogļu patēriņš pasaulē

Jautājumi un atbildes

J: Kas ir ogles?

J: Kā veidojas ogles?

J: Kādi ir daži kokogļu izmantošanas veidi?

K: Kādas ir negatīvās sekas, kas saistītas ar ogļu dedzināšanu?

J: Vai valstis atsakās no ogļu kā enerģijas avota izmantošanas?

Meklēt pēc burta