Jak powstał węgiel kamienny? Ten proces trwał miliony lat. Dzięki niemu powstało paliwo, które szkodzi klimatowi

W tym artykule:

1. Czym jest węgiel kamienny?
2. Podział węgla kamiennego
3. Historia powstania węgla
4. Z jakich roślin powstał węgiel?
5. Jakość węgla a czas powstawania
6. Zastosowanie węgla kamiennego

Proces powstawania węgla kamiennego trwał miliony lat. Jego odkrycie w znaczący sposób popchnęło do przodu rozwój cywilizacyjny. W kontekście ekologicznym wykorzystanie węgla jest bardzo szkodliwe, ponieważ napędza niekorzystne zmiany klimatu. Ale nie ulega wątpliwości, że jako paliwo odegrał on i wciąż odgrywa znaczącą rolę na całym świecie.

Współczesna geologia potrafi odpowiedzieć na wiele trudnych pytań. Jak powstały góry? Jak powstała ropa naftowa? Jak powstał węgiel kamienny? W każdym przypadku zadecydowały o tym inne procesy, ale występuje tu jeden wspólny mianownik. Jest nim czas. Surowce, skały i inne naturalne twory formowały się przez miliony lat. Dziś rozbijemy na czynniki pierwsze genezę węgla kamiennego – paliwa ogrzewającego nasze domy i napędzającego przemysł.

Czym jest węgiel kamienny?

Węgiel kamienny wciąż jeszcze jest jednym z najważniejszych surowców energetycznych, o tym wie każdy. Nie wszyscy potrafią jednak wyjaśnić, czym właściwie jest ta kopalina. Otóż węgiel kamienny to nic innego, jak biomasa lasu przekształcona w skałę osadową. Powstał głównie w karbonie – piątym okresie ery paleozoicznej.

Co zawiera węgiel? Jak wskazuje na to sama nazwa, składa się przede wszystkim... z węgla. Zawartość tego pierwiastka w wydobywanych kopalinach zamyka się w przedziale od 75 do 97 proc. Pozostała część to tlen, wodór, azot i siarka.

Kopalnie w Polsce - najlepsze miejsca do zwiedzania z podziemnymi trasami

Kopalnie w Polsce są integralną częścią krajobrazu miejskiego. Najbardziej kojarzą się ze Śląskiem, gdzie przez cały czas wydobywany jest węgiel kamienny. Warto jednak wiedzieć, że "po...

Czysty pierwiastek węgla charakteryzuje się wartością opałową przekraczającą 33 MJ/kg. Węgiel stosowany jako paliwo nie jest w stanie wydzielić takiej ilości energii. W tym przypadku, wartość ta wynosi 16,7–29,3 MJ/kg. Zależy przede wszystkim od poziomu wilgotności i zawartości popiołu oraz siarki.

Podział węgla kamiennego

Należy podkreślić, że samo pojęcie „węgiel kamienny” ma charakter ogólny i dotyczy różnych typów surowców energetycznych. Klasyfikując tę kopalinę, pod uwagę należy wziąć przede wszystkim jej genezę, właściwości (spiekalność, zawartość substancji lotnych, ciepło spalania) i wielkość ziaren.

Ze względu na genezę, węgiel kamienny należy dzielić na:

• węgiel liptobiolitowy – powstał w procesie nagromadzenia żywiczno-woskowych składników roślin,
• węgiel humusowy – powstał ze szczątków roślin lądowych,
• węgiel sapropelowy – powstał z pozostałości roślin wodnych.

Zgodnie z polskimi normami, ze względu na właściwości węgla, surowiec ten należy dzielić na typy energetyczne, koksowe, specjalne i antracyty.

Do pierwszej kategorii zaliczają się:

• węgiel płomienny (typ 31) – to węgiel niespiekający, w którym zawartość części lotnych przekracza 28 proc. Może być spalany w generatorach i we wszystkich rodzajach kotłów przemysłowych i domowych;
• węgiel gazowo-płomienny (typ 32) – to odmiana o słabych i średnich właściwościach spiekających, w której zawartość substancji lotnych przekracza 28 proc. Nadaje się do stosowania we wszystkich paleniskach i kotłach domowych i przemysłowych oraz do realizacji procesów uwodornienia i wytlewania;
• węgiel gazowy (typ 33) – to węgiel o dobrych właściwościach spiekających, w którym zawartość części lotnych przekracza 28 proc. Znajduje zastosowanie w koksownictwie, wytlewaniu i gazownictwie.

Odmiany koksowe to:

• węgiel gazowo-koksowy (typ 34) – to węgiel silnie spiekający, charakteryzujący się zawartością części lotnych przekraczającą 28 proc. Nadaje się do produkcji koksu. Jest też wykorzystywany w przemyśle gazowniczym, ale nie może być stosowany w urządzeniach grzewczych małej mocy;
• węgiel ortokoksowy (typ 35) – to odmiana o średnich lub silnych właściwościach spiekających, o zawartości części lotnych w przedziale 20–31 proc. Ma zastosowanie w produkcji koksu, przede wszystkim – metalurgicznego. Nie jest odpowiedni dla urządzeń grzewczych małej mocy;
• węgiel metakoksowy (typ 36) – to odmiana silnie spiekająca o zawartości części lotnych od 14 do 28 proc. Najczęściej znajduje zastosowanie w produkcji koksu odlewniczego. Nie może być stosowany w urządzeniach grzewczych małej mocy;
• węgiel semikoksowy (typ 37) – charakteryzuje się słabymi właściwościami spiekającymi i zawartością części lotnych na poziomie 14–28 proc. Ten typ węgla stosuje się w produkcji koksu i jako dodatek schudzający wkład węglowy. Nadaje się do spalania we wszystkich kotłach i paleniskach.

Odmiany specjalne to:

• węgiel chudy (typ 38) – to odmiana o słabych właściwościach spiekających lub niespiekająca. Zawiera części lotne na poziomie od 14 do 28 proc. Może być stosowana we wszystkich kotłach, paleniskach i generatorach;
• węgiel antracytowy (typ 41) – to węgiel niespiekający, o zawartości części lotnych od 10 do 14 proc. Znajduje zastosowanie jako węgiel energetyczny, ale wymaga stosowania specjalnych palenisk. Jest też dodawany do mieszanek wykorzystywanych w procesie produkcji koksu.

Antracyty należy dzielić na:

• antracyt (typ 42) – to odmiana niespiekająca o zawartości części lotnych do 3 proc. Znajduje zastosowanie jako paliwo specjalne;
• metaantracyt (typ 43) – typ węgla niespiekającego, w którym zawartość części lotnych nie przekracza 3 proc. Stosowany jako paliwo specjalnego przeznaczenia.

Metan – nowa nadzieja dla polskiego przemysłu, gospodarki i środowiska

PGNiG prowadzi badania nad wydobyciem metanu ze złóż węgla kamiennego na terenie Górnego Śląska. Jeśli badania pójdą pomyślnie, a wiele na to wskazuje, to może być wielka szansa dla po...

Pod względem wielkości ziaren, węgiel kamienny należy dzielić na odmiany:

• grube (>200–25 mm) – kęsy, kostka i orzech,
• średnie (30–5 mm) – grysik i groszek,
• miałowe (6–0 mm) – miał,
• inne (1–0 mm) – pył i muł.

Historia powstania węgla

Wiele odmian, jedna geneza. Jak powstał węgiel kamienny? Proces formowania tej kopaliny trwał wiele milionów lat. Największe pokłady węgla kamiennego (także w Polsce), powstały w okresie karbonu, ok. 300–360 mln lat temu.

W tym czasie na Ziemi istniał tylko jeden kontynent – Pangea. W drugiej połowie karbonu miały miejsce zlodowacenia Gondwany, czyli południowej części superkontynentu. W następstwie tego procesu doszło do globalnego obniżenia poziomu morza. To właśnie ruchy eustatyczne, o których mowa, miały kluczowe znaczenie w procesie powstawania węgla kamiennego, zwłaszcza w północnej części świata.

W wyniku obniżenia poziomu wód, odsłonięte zostały duże obszary lądowe. Z czasem zaczęły porastać je lasy. W wyniku naturalnych procesów, drzewa i inne rośliny z czasem obumierały. Gdy przykryła je woda, na obumarłej roślinności zaczęły odkładać się osady. W odpowiednich warunkach fizykochemicznych zaszły reakcje, w wyniku których tkanki organiczne nie uległy całkowitemu rozkładowi. W pierwszej kolejności z biomasy powstał torf, który następnie przekształcił się w węgiel brunatny. W wyniku kolejnych procesów fizycznych, chemicznych i biologicznych, powstał węgiel kamienny.

Z jakich roślin powstał węgiel?

Należy wiedzieć, że lasy w karbonie wyglądały zupełnie inaczej niż ich współczesne odpowiedniki. Największymi drzewami paleozoiku były lepidodendrony – widłaki osiągające ok. 40 m wysokości. Wśród dominujących gatunków należy wymienić także wielkie skrzypy, które wówczas miały postać form drzewiastych. Te gatunki rosły przede wszystkim na dużych, otwartych przestrzeniach, które raz na jakiś czas zalewała woda.

Na obszarach wyniesionych rosły przede wszystkim kordaity. To drzewa osiągające wysokość do 30 m, których charakterystyczną cechą były wielkie lancetowate liście. Miejsca podmokłe porastały przede wszystkim paprocie.

Jakość węgla a czas powstawania

Należy podkreślić, że czas powstawania węgla ma bezpośredni wpływ na jego jakość. Im dłużej biomasa jest poddawana procesem chemicznym, biologicznym i fizycznym, tym bardziej wzrasta zawartość pierwiastka węgla. Za przykład niech posłuży węgiel brunatny, który powstał ok. 20–30 mln lat temu. Nie jest tajemnicą, że to paliwo ma wyraźnie mniejszą wartość kaloryczną niż węgiel kamienny, który jest kolejnym etapem jego ewolucji.

Zastosowanie węgla kamiennego

Węgiel kamienny jest wykorzystywany przede wszystkim do produkcji energii elektrycznej i ciepła. W gospodarstwach domowych pełni funkcję opału. Należy jednak podkreślić, że w tym miejscu nie kończy się zastosowanie tej kopaliny.

Kenozoik. Co warto wiedzieć o erze kenozoicznej?

Kenozoik to najmłodsza era w geologicznej historii Ziemi. Ukształtowały się wtedy znane mam dziś kontynenty, morza, oceany, pasma górskie, a także rośliny i zwierzęta. To także okres rozw...

Węgiel ma zastosowanie także w wielu procesach chemicznych, w wyniku których powstają paliwa i produkty dla innych gałęzi przemysłu chemicznego. W tym miejscu należy wskazać na:

• koks,
• smołę węglową,
• paliwa silnikowe,
• gazy opałowe,
• benzol.

Czarny surowiec pozwala też opalać piece hutnicze, więc ma zastosowanie w przemyśle metalurgicznym. Oprócz tego służy produkcji leków, kosmetyków, barwników, nawozów, środków ochrony roślin i materiałów wybuchowych.

Nasz ekspert

Artur Białek

Dziennikarz i redaktor. Wcześniej związany z redakcjami regionalnymi, technologicznymi i motoryzacyjnymi. W „National Geographic” pisze przede wszystkim o historii, kosmosie i przyrodzie, ale nie boi się żadnego tematu. Uwielbia podróżować, zwłaszcza rowerem na dystansach ultra. Zamiast wygodnego łóżka w hotelu, wybiera tarp i hamak. Prywatnie miłośnik literatury.