Cărbunele

Capitolul 1

Introducerea carbunelui

Acest capitol prezinta o privire de ansamblu introductiva a carbunelui care include o descriere a carbunelui impreuna cu discutii despre cum e format, resursele carbunelui, si rezerve recuperabile din lume, cu o accentuare a carbunilor si a bazinelor carbonifere a Statelor Unite, tipurile si caracteristicile carbunelui, si sistemele clasificarii carbunelui relevante la utilizarea comerciala a carbunelui. Scopul acestui capitol este de a da cititorului informatii de baza despre carbune ca o introducere catre capitolele ce urmeaza.

Ce este carbunele?

O vasta descriere a carbunelui a fost data de van Krevelen in care acesta relateaza: ”carbunele este o roca, un sediment, un conglomerat, o fosila biologica, un sistem coloidal complex, o enigma in fizica solidelor si un obiect uimitor pentru analizele fizice si chimice.”

Pe scurt, carbunele este un “combustibil” heterogen din punct de vedere fizic si chimic, o roca sedimentara ce contine si material organic si anorganic. Din punct de vedere organic, carbunele contine in mare parte carbon, hidrogen si oxigen, si cantitati mici de sulf si nitrogen. Din punct de vedere anorganic, carbunele este format din o gama variata de compusi ai cenusei distribuita in tot carbunele. Constituentii anorganici pot varia in concentratie de la cateva puncte de procent pana la cateva parti de miliard ale carbunelui. Carbunele este cel mai abundent combustibil fosil din Statele Unite, precum si din lume. La sfarsitul anului 2000, rezervele de carbune recuperabil din Statele Unite, care contin cele mai mari rezerve din lume de carbune, au totalizat 274 miliarde de tone scurtă în comparaţie cu o rezervă totală din lume de 1083 miliarde de tone scurtă [2]. Pe o baza de ulei echivalent, este aproximativ dublu carbunele recuperabil din lume fata de uleiul si gazul natural combinat [3]; in consecinta, carbunele a fost si va continua sa fie o resursa energetica/economica majora, un subiect care va fi discutat in detaliu in urmatoarele capitole.

Originea carbunelui

Carbunele se gaseste in depozite numite cusaturi care s-a format prin acumularea de vegetatie care a suferit modificari fizice si chimice. Aceste schimbari cuprind degradarea vegetatiei, depuneri si ingropare prin sedimentare, compactare, si transformarea resturilor plantelor in roca organica descoperita astazi. Carbunii difera in intreaga lume in tipurile de materii vegetale depozitate ( tipuri de carbune ), in gradul de metamorfism sau calificare ( rangul carbunelui ), precum şi în intervalul de impurităţi incluse ( gradul carbunelui ). Sunt doua teorii principale legate de acumularea materiei vegetale care da nastere unor straturi de carbune [4]. Prima teorie, si cea mai acceptata deoarece explica originea celor mai multi carbuni, este aceea ca carbunele este format in situ ( adica acolo unde vegetatia creste si cade ), si un astfel de depozit se spune ca este de origine autohtona. Inceputul majoritatii depozitelor de carbune a pornit cu o grosime de turbarii unde apa aproape stagna iar resturile de plante se acumulau. Vegetatia a crescut timp de multe generatii, cu pozitionarea materialului vegetal pe fundul mlastinii si convertit in turba de efectul microbiologic. Dupa ceva timp, mlastinile s-au scufundat si au fost acoperite de depozitele sedimentare, si astfel s-a format un nou strat de carbune. Cand ciclul s-a repetat, peste sute de mii de ani, straturi suplimentare de carbune erau formate. Aceste cicluri de acumulare si de depunere au fost urmate de actiuni bilogice si geologice si, in functie de gradul de temperatura, de timp, si de fortele exercitate, au format diferitele grade de carbune intalnite astazi.

In timp ce formarea majoritatii carbunilor poate fi explicata prin procesul autohton, unele depozite nu sunt uşor de explicat de acest model. Unii carbuni par sa fi fost formati prin acumularea de materie vegetala care a fost transportata de apa. Conform acestei teorii, fragmentele de plante au fost carate de ape şi depuse pe fundul mării sau în lacuri unde au construit straturi, care mai tarziu s-au comprimat in stanca solida.

Zacamintele de carbune majore s-au format in fiecare perioada geologica inca din Perioada Carboniferilor de Sus, 350 - 270 milioane de ani în urma; principalele perioade de formare a carbunelui sunt prezentate in figura 1-1 [5], care arata varsta relativa a celor mai mari depozite de carbune din lume. Diversitatea considerabila de carbune diferit se datoreaza conditiilor climatice diferite si conditiilor botanice care au existat in timpul perioadelor formarii de carbune principal impreuna cu actiuni ulterioare geofizice.

Formarea carbunelui

Procesul geochimic care transformă materialul vegetal in carbune este numit formarea carbunelui si este adesea exprimata ca:

turba ̶˃lignit ̶˃ carbune subbituminos ̶˃ carbune bituminos ̶˃antracit

Aceasta este o clasificare simplista; mai multe sisteme elaborate au evoluat si sunt discutate in sectiunea urmatoare. Formarea carbunelui poate fi descrisa geo-chimic ca fiind compusa din trei procese: degradarea microbiologica a celulozei din materialul vegetal initial, conversia ligninei plantelor in substante humic, si condensarea acestor substante humic in molecule mai mari de carbune [6].