Sähkön tuotanto kivihiilestä voi olla haitallista ympäristölle
Brian Patrick Tagalog -kuva Unsplashissa
Mineraalihiili on fossiilinen polttoaine, joka uutetaan maasta kaivostoiminnan avulla. Sen alkuperä johtuu orgaanisen aineen (puiden ja kasvien jäännökset) hajoamisesta, joka kertyi vesikerroksen alle miljoonia vuosia sitten. Tämän orgaanisen aineen hautaaminen saven ja hiekan kerrostumilla aiheuttaa paineen ja lämpötilan nousun, mikä vaikuttaa hiiliatomien pitoisuuteen ja happi- ja vetyatomien karkotukseen (hiiltyminen).
Mineraalihiili jaetaan alemmaksi lämpöarvon ja epäpuhtauksien esiintyvyyden mukaan.Niiden katsotaan olevan heikkolaatuisia (ruskohiili ja alibitumi) ja korkealaatuisia (bitumi tai hiili ja antrasiitti). Brasilian geologisen tutkimuskeskuksen mukaan kivihiili voidaan jakaa alaryhmiin sen laadun mukaan, mikä riippuu tekijöistä, kuten sen muodostaneen orgaanisen aineen luonteesta, ilmastosta ja alueen geologisesta kehityksestä.
Turve
Turpeen louhinta tapahtuu ennen alueen tyhjentämistä, mikä vähentää sen kosteutta. Se kerääntyy usein ulkona menettää enemmän kosteutta.
Käyttötarkoitukset: se leikataan lohkoiksi ja käytetään polttoaineena uuneissa, lämpösähköisissä polttoaineissa kaasujen, vahojen, parafiinin, ammoniakin ja tervan (tuote, josta johdetaan öljyjä ja muita kemianteollisuudessa hyvin käytettyjä aineita) saamiseksi
Ruskohiili
Se voi esiintyä kahdella tavalla, kuten ruskea tai musta materiaali, ja sille annetaan eri nimet.
Käyttötarkoitukset: tervaa, vahoja, fenoleja ja parafiineja tuottavat kaasuaineet. Palamisen tuhkaa voidaan käyttää pozzolaanisementtinä ja keramiikkana.
Hiili
Hiili voidaan jakaa kahteen päätyyppiin: energiahiili ja metallurginen hiili. Ensimmäistä, jota kutsutaan myös höyryhiileksi, pidetään köyhimpänä ja sitä käytetään suoraan uuneissa, lähinnä lämpösähkölaitoksissa. Metallurgista kivihiiltä tai koksihiiltä pidetään jaloina. Koksi on huokoinen, kevyt ja metallikiiltävä materiaali, jota käytetään polttoaineena metallurgiassa (masuunit). Kivihiiltä käytetään myös tervan tuotannossa.
Antrasiitti
Se palaa hitaasti, mikä on tarkoitettu kotitalouksien lämmitykseen. Sitä käytetään myös vedenkäsittelyprosesseissa.
Mineraalihiilen koostumus ja käyttö
Hiili koostuu missä tahansa vaiheessa orgaanisesta ja mineraalisesta osasta. Orgaaninen muodostuu hiilestä ja vedystä sekä pienistä osista happea, rikkiä ja typpeä. Mineraali koostuu silikaateista, jotka muodostavat tuhkan.
Koska se on jaettu useaan tyyppiin, kivihiilen käyttötarkoitukset ovat monet. Mineraalihiilen pääasiallinen käyttö on energialähde. Mukaan Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) , kivihiili vastaa 40% maailman sähköntuotannosta. Mineraalihiiltä käytetään myös metallurgian alalla.
Toinen luonnossa esiintyvä hiilen tyyppi on vihannes, joka muodostuu polttopuun hiiltymisestä. Puuhiiltä käytetään usein teollisissa prosesseissa, mutta se ei ole merkittävä sähköntuotannon lähde.
Kannustimet sähkön tuotantoon hiilestä
Mineraalihiilestä tuotetun sähkön tuotantoon kannustetaan voimakkaasti, vaikka se ei ole uusiutuva. Kaksi pääargumenttia energian tuottamisen mineraalihiilestä puolesta ovat runsas varanto, joka takaa toimitusvarmuuden ja malmin (muihin fossiilisiin polttoaineisiin verrattuna) ja tuotantoprosessin alhaiset kustannukset.
Kansallisen sähköenergiakeskuksen (Aneel) tietojen mukaan maailman kivihiilivarannot ovat yhteensä 847,5 miljardia tonnia. Tämä määrä riittäisi toimittamaan nykyisen kivihiilen tuotannon noin 130 vuoden ajaksi. Toinen kannustin on, että toisin kuin öljy ja maakaasu, mineraalihiilivarantoja on merkittäviä määriä 75 maassa - vaikka noin 60% kokonaismäärästä on keskittynyt Yhdysvaltoihin (28,6%), Venäjälle (18, 5%) ja Kiinaan (13,5%). Brasilia ilmestyy 10. sijalle.
Maailman suurimmat hiilentuottajat ovat Kiina ja Yhdysvallat Maailman hiililiiton mukaan , joita seuraavat Intia, Indonesia ja Australia. Lisäksi suurin osa energiamatriisista, sekä Kiinassa että Yhdysvalloissa, perustuu sähköenergian tuotantoon mineraalihiilestä, mikä on edustavaa myös muiden maiden, kuten Saksan, Puolan, Australian, energiamatriisissa. ja Etelä-Afrikka.
Taloudellisista eduista huolimatta sähköenergian tuotanto kivihiilestä on kuitenkin yksi aggressiivisimmista energiantuotantotavoista sosioekologiselta kannalta. Negatiivisia ulkoisvaikutuksia esiintyy koko tuotantoprosessissa mineraalihiilen louhinnasta.
Hiilikaivostoiminta
Hiilen louhinta tai louhinta voi tapahtua maan alla tai ulkona. Tämä vaihtelee kivihiilen syvyyden mukaan.
Kun malmia peittävä kerros on kapea tai maaperä ei ole sopiva (hiekka tai sora), etsintä tehdään yleensä ulkona. Jos mineraali on syvissä kerroksissa, on tarpeen rakentaa tunneleita.
Aneelin mukaan avolouhos on malmin louhinnan yleisin muoto Brasiliassa ja myös tuottavampi kuin maanalainen kaivostoiminta. Mikä ei vastaa kansainvälistä todellisuutta, jossa vallitsee maanalainen kaivostoiminta, mikä vastaa 60 prosenttia maailman kivihiilen louhinnasta.
Hapan viemärikaivoksesta ja rikastushiekan tuotanto ovat kielteisiä ympäristövaikutuksia, jotka ovat yhteisiä molemmille louhintatyypeille.
Happamiinan viemäröinti (DAM)
Kaivoksen happama viemäröinti tapahtuu pumppujen avulla, jotka vapauttavat rikkipitoista vettä ulkoiseen ympäristöön ja tuottavat mineralogisia (uusien yhdisteiden muodostuminen), kemiallisia (pH: n aleneminen) ja fysikaalisia (vähäinen vedenpidätys ja maaperä) muutoksia maaperässä läpäisevyys), jotka vaihtelevat maaston geologian mukaan.
Happovettä kaivoksesta pidetään yhtenä kaivosprosessien merkittävimmistä vaikutuksista yleisesti tiede- ja teknologiaministeriön raportin mukaan.
Näiden maaperän muutosten seurauksena myös pohjaveden laatu heikkenee. Veden pH-arvo voi laskea, mikä osaltaan edistää metallien liukenemista ja pohjaveden saastumista, mikä nieltynä voi vaikuttaa ihmisten terveyteen.
Kaivostoiminnan aiheuttamien kemiallisten ja fysikaalisten maaperäongelmien lieventäminen on ensimmäinen askel kärsineiden alueiden elvyttämisessä.
Avolouhoksen vaikutukset
Suurten kivisten maaperien kaivaukset aiheuttavat näkyviä ympäristövaikutuksia kasvillisuuteen ja eläimistöön, mikä on vastuussa suurten alueiden huonontumisesta ja visuaalisesta pilaantumisesta, puhumattakaan eroosioprosessien voimistumisesta. Lisäksi koneiden ja laitteiden käyttö aiheuttaa melusaastetta (melua).
Maanalaisen kaivostoiminnan vaikutukset
Työntekijöiden terveyden kannalta suurin ongelma on kivihiilityöntekijöiden pneumokonioosi (PTC). Pneumokonioosi on sairauksia, jotka johtuvat hiukkaspäästöjen hengittämisestä immuunijärjestelmän puhdistumiskyvyn yläpuolelle. Se on krooninen altistuminen kivihiilipölyn hengittämiselle, jota seuraa pölyn kertyminen keuhkoihin ja keuhkokudoksen muutos.
PTC laukaisee tulehdusprosessin ja voi kehittää massiivisen progressiivisen fibroosin FMP: n, taudin, joka tunnetaan nimellä "musta keuhko".
Terveysministeriön raportin mukaan hiilikaivostyöläisten joukossa on diagnosoitu yli 2000 pneumokonioositapausta.
Muita maanalaiseen kaivostoimintaan liittyviä vaikutuksia ovat vesipohjan laskeminen, mikä voi vaikuttaa lähteiden sammumiseen, vaikutuksiin pintahydrologiseen verkkoon ja räjähdysten aiheuttamaan tärinään.
Hiilen käsittely
Brasilian mineraalihiililiiton mukaan hyödyntäminen on joukko prosesseja, joille kaivoksesta saatu (ROM) raaka kivihiili, joka saadaan suoraan kaivoksesta, altistetaan orgaaniselle aineelle ja epäpuhtauksia niiden laadun varmistamiseksi. Hiilen käsittely riippuu sen alkuperäisistä ominaisuuksista ja käyttötarkoituksesta.
Aneel-raportin mukaan käsittely tuottaa kiinteitä rikastushiekkoja, jotka normaalisti kerrostuvat kaivoksen läheiselle alueelle ja heitetään suoraan vesistöihin tai rikastuspatoihin, jolloin muodostuu laaja alue nestemäisellä materiaalilla. Jätteiden läsnä olevat myrkylliset aineet laimennetaan sadevesiin (huuhtoutuminen), joka nesteen muodossa tunkeutuu hitaasti maaperään (imeytyminen) saastuttaen pohjaveden.
Nämä rikastushiekat sisältävät yleensä suuria pitoisuuksia pyriittiä (rautasulfidi - FeS2) tai muita sulfidimateriaaleja, jotka vaikuttavat rikkihapon muodostumiseen ja "happomiinan viemäröinnin" prosessin tehostumiseen.
Kuljetus
Aneelin mukaan kuljetus on kalleinta kivihiilen tuotantoprosessissa. Tästä syystä normaalisti kuljetettava hiili on vain vähän epäpuhtauksia ja korkeampi taloudellinen arvo.
Kun mineraalihiilen aiottu käyttötarkoitus on sähkön tuottaminen, lämpösähkölaitos rakennetaan kaivosalueen läheisyyteen, kuten maassa toimii viidellä kivihiilellä toimivalla lämpölaitoksella.
Taloudellisesta näkökulmasta on edullisempaa investoida voimajohtoihin jo tuotetun sähköenergian jakamiseksi kuin hiilen kuljettamiseen pitkiä matkoja.
Lyhyillä matkoilla tehokkain tapa on kuljettimien käyttö. Käytetään myös putkistoja, joiden läpi vedellä sekoitettu hiili kulkeutuu mutana.
Sähköntuotanto hiilellä
Maaperästä uutettuaan kivennäishiili pirstoutuu ja varastoidaan siiloihin. Sitten se kuljetetaan lämpövoimalaan.
Furnasin mukaan lämpösähkölaitos määritellään joukoksi töitä ja laitteita, joiden tehtävänä on tuottaa sähköä prosessilla, joka on tavallisesti jaettu kolmeen vaiheeseen.
Ensimmäinen vaihe on fossiilisten polttoaineiden polttaminen kattilan veden muuttamiseksi höyryksi. Mineraalihiilen tapauksessa se muutetaan ennen palamisprosessia jauheiksi. Tämä takaa polttamisen suurimman lämpökäytön.
Toinen vaihe on korkeassa paineessa tuotetun höyryn käyttö turbiinin kääntämiseen ja sähkögeneraattorin käynnistämiseen. Höyryn kulkeutuminen turbiinin läpi aiheuttaa turbiinin ja myös generaattorin liikkumisen, joka on kytketty turbiiniin, muuttaen mekaanisen energian sähköenergiaksi.
Sykli suljetaan kolmannessa ja viimeisessä vaiheessa, jossa höyry tiivistyy ja siirretään itsenäiseen jäähdytyspiiriin palaten nestemäiseen tilaan kuten kattilavesi.
Syntynyt energia siirretään generaattorista muuntajaan johtavien kaapeleiden kautta. Muuntaja puolestaan jakaa sähköenergiaa kulutuskeskuksiin voimajohtojen kautta.
Päästöt
Kun hiili poltetaan, sen sisältämät alkuaineet haihtuvat (haihtuvat) ja vapautuvat ilmakehään yhdessä osan epäorgaanisen aineen kanssa, joka vapautuu pölyhiukkasten muodossa (lentotuhka).
tässä
Mineraalihiili on korkea hiilipitoisuus. Tällä tavalla, kun hiiltä poltetaan, se tuottaa suuria pitoisuuksia hiilimonoksidia.
Hiilimonoksidi on myrkyllinen kaasu, joka on erittäin haitallista ihmisten terveydelle ja voi akuutissa myrkytyksessä johtaa kuolemaan. São Paulon osavaltion ympäristöyhtiön (Cetesb) mukaan hiilimonoksidimyrkytyksen pääreitti on hengitysteitä. Hengitettynä kaasu imeytyy nopeasti keuhkoihin ja sitoutuu hemoglobiiniin estäen tehokkaan hapenkuljetuksen. Siksi pitkäaikainen altistuminen hiilimonoksidille liittyy sydänkohtauksen lisääntyneeseen ikääntyneiden keskuudessa.
Lisäksi kerran ilmakehässä hiilimonoksidi voidaan hapettaa hiilidioksidiksi.
Hiilidioksidi
Hiilidioksidi voidaan päästää suoraan polttamalla hiiltä ja muita fossiilisia polttoaineita, tai se voi muodostua ilmakehässä kemiallisista reaktioista, esimerkiksi hiilimonoksidin hapetusreaktiosta.
Hiilidioksidia pidetään yhtenä tärkeimmistä kaasuista kasvihuoneilmiön tehostamisprosessissa, mikä liittyy lisääntyneeseen ilmaston lämpenemiseen. Ja se on myös yksi hiilen polttamisen pääpäästöistä.
On tärkeää huomata, että palaminen on hiilen tuotantoketjun vaihe, jossa hiilidioksidipäästöt ovat suurimmat, mutta varastointi- ja loppuvaiheen vaiheet vaikuttavat myös kokonaispäästöihin. Tiede- ja teknologiaministeriön raportin mukaan malmin varastointiajan tuntemattomuus on kuitenkin rajoittava tekijä kokonaispäästöjen laskemisessa.
Rikki
Brasilian energiasuunnitteluseuran raportin mukaan kaikista hiilivoimalaitosten päästöistä eniten huolta on aiheuttanut rikkipäästöt. Poltettaessa rikki muodostaa sarjan kaasumaisia yhdisteitä, jotka vapautuvat ilmakehään, jos sen talteenottoon ei ole laitteita. Näistä rikkidioksidi (SO2) erottuu.
Rikkidioksidi (SO2) hapettuu ilmakehässä ja muodostaa rikkitrioksidia (SO3), joka puolestaan muodostaessaan sadeveteen (H2O) muodostaa rikkihappoa (H2SO4) aiheuttaen happosateen .
Happamalla sateella on suoria vaikutuksia kasvien ja eläinten, erityisesti vesieliöiden, elämään. Vihanneksissa se johtaa pigmentaation ja muodostumisen muutoksiin sekä nekroosiin. Eläimillä se aiheuttaa organismien, kuten kalojen ja sammakoiden, kuoleman. Happosade aiheuttaa vahinkoa myös aineellisille hyödykkeille, koska se suosii syövyttäviä prosesseja.
Ympäristöministeriön mukaan rikkidioksidin vaikutukset ihmisten terveyteen saattavat liittyä hengityselinten ongelmien yleistymiseen yleensä ja astmaan, mistä viittaa sairaalahoitojen lisääntyminen.
Metaani
Mineraalihiilellä on suuri metaanipitoisuus (CH4). Mineraalihiilen palaminen vapauttaa ilmakehään metaania, joka voi liittyä vesihöyryyn ja hiilidioksidiin ja jota pidetään yhtenä tärkeimmistä kasvihuonekaasuista.
Metaani muodostuu orgaanisen aineen hajoamisprosessista. Tästä syystä sen esiintyminen liittyy fossiilisiin polttoaineisiin.
On tärkeää huomata, että huolimatta mineraalihiilen palamisprosessista, joka vapauttaa merkittäviä määriä metaania ilmakehään, metaanipäästöjä mineraalihiilen tuotantoprosessissa tapahtuu malmin louhinnan jälkeen, erityisesti maanalaisissa kaivoksissa ja kaivosjätteen jälkeisen materiaalin varastoinnissa, kuten tiede- ja teknologiaministeriön raportista käy ilmi
Typpioksidit (NOx)
Mineraalihiilellä on myös korkea typpipitoisuus. Siksi hiilen palaminen vapauttaa typpioksidia ilmakehään. Savukaasut koostuvat yleensä pääosin typpioksidista. Kun se tulee ilmakehään, se hapetetaan nopeasti typpidioksidiksi.
Typpidioksidi sitoutuessaan sadeveteen (H2O) tuottaa typpihappoa (HNO3), joka rikkihapon tavoin aiheuttaa myös happosateita.
Lisäksi korkeat NO2-pitoisuudet vaikuttavat troposfäärin otsonin muodostumiseen ja fotokemiallisiin savusumuihin .
Hiukkaset (MP)
Cetesbin mukaan hiukkasmainen materiaali on kaikki kiinteää ja nestemäistä materiaalia, joka jää suspendoituneena ilmakehään pienen koonsa vuoksi. Hiukkasia muodostuu ilmakehään myös edellä mainituista rikkidioksidista (SO2) ja typpioksideista (NOx)
Hiukkaskoko liittyy suoraan mahdollisuuteen aiheuttaa terveysongelmia.
Elohopea
Edellä mainittujen kaasujen lisäksi mineraalihiili sisältää myös merkittäviä määriä elohopeaa, joka malmin palamisen kautta haihtuu ilmakehään.
Mukaan EPA - ympäristönsuojeluviraston hiilivoimaloiden kasvit ovat suurimpia ihmisen toiminnasta lähde elohopeapäästöistä.
Ilmakehässä oleva haihtuva elohopea sisällytetään sateenkiertoon, joka tavoittaa vesimuodostumat ja johtaa ympäristön saastumiseen ja vesieliöiden vahingoittumiseen. Elohopeapäästö on myös kansanterveyskysymys, koska elohopean saastuttamien vesieliöiden kulutus voi johtaa akuuttiin myrkytykseen ja joissakin tapauksissa kuolemaan.
