Uhlí

[[Soubor:Coal_anthracite.jpg|náhled|vpravo|Uhlí - antracit]] náhled|vpravo|Příklad možného složení uhlí Template:Různé významy Uhlí (lidově či nářečně též uhel) je hnědá, černá nebo hnědo-černá hořlavá hornina. Získává se dolováním z povrchových nebo hlubinných dolů a používá se jako palivo. Uhlí je složeno především z uhlíku, vodíku a kyslíku, obsahuje však také další chemické prvky především síru a příměsi radioaktivní (uran a thorium). Od doby průmyslové revoluce je uhlí především důležitou energetickou surovinou. Velká část světové výroby elektřiny (40 %) využívá spalování uhlí, které probíhá v klasických uhelných respektive v tepelných elektrárnách. Uhlí se kromě výroby elektrické energie používá také k vytápění a ohřevu vody (výroba technologického tepla), uhlí je také velmi cennou primární surovinou pro mnoho odvětví chemického průmyslu.

Pro spotřebitele je zajímavá měrná hmotnost sypaného uhlí při dodání, která se pohybuje asi od 720 kg (hnědé uhlí) do 750 kg (černé uhlí) na 1 m³.

Vznik a historie

Uhlí vzniklo ze dřeva, které bylo uloženo v anaerobních vodních prostředích, kde nízké hladiny kyslíku bránily jeho kompletnímu rozkladu a oxidaci (hnití). Vznikalo především v době kdy se formoval kontinent Pangea.

Uhlí se někdy objevuje na zemském povrchu na svazích nebo na březích řek. Tímto způsobem jej pravděpodobně objevili Číňané přibližně před 3 000 lety. Vykopávali ho a hloubili tunely do země do uhelných slojí. V dnešní době hledají uhlí geologové.

Typy

Uhlí dělíme na několik druhů podle obsahu uhlíku v něm – čím méně uhlíku, tím nižší kvalita a efektivita.

• Lignit – také označovaný jako hnědé uhlí je nejméně kvalitní druh uhlí. Užívá se výhradně pro výrobu elektřiny nebo výrobu technologického tepla. Leštěné bylo využíváno jako ozdobný kámen od doby železné. Je třetihorního původu, má v sobě přibližně 60 % uhlíku.
• Hnědé uhlí – používá se k vytápění domácností nebo k výrobě tepla a elektřiny. Má v sobě přibližně 80 % uhlíku. Těží se především povrchově.
• Hnědo-černé – jeho vlastnosti spadají mezi hnědé a černé uhlí. Využívá se pro výrobu elektřiny, tepla a chemickou výrobu.
• Černé uhlí – má vysokou hustotu, jeho barva je obvykle černá až hnědočerná. Uhlí je prvohorního a druhohorního původu. Vzniká rozkladem a prouhelňováním vyhynulých stromových plavuní, které se propadly do bažin (období perm).
• Antracit – jde o nejkvalitnější uhlí, používá se na vytápění a k výrobě chemikálií. Obsahuje více než 90 % uhlíku.

Využití

[[Soubor:Elna Detmarovice.jpg|náhled|vpravo|Elektrárna Dětmarovice spalující černé uhlí]]

Palivo

Template:Viz též Uhlí je nejčastěji používaný tuhý materiál pro výrobu tepla a elektřiny. Světová spotřeba uhlí v roce 2007 byla 7 192 milionů tun, z toho 75% je využíváno pro výrobu elektřiny. Čína jako největší spotřebitel spotřebovala 2 893 milionů tun (asi 40% světové spotřeby).

Při výrobě elektřiny se spaluje uhlí v kotli, kde se ohřívá voda na vodní páru, která roztáčí parní turbíny a elektrické generátory respektive alternátory. Při stejné spotřebě by zásoby z roku 2009 vystačily na 119 let. Reálně spotřeba stoupá, jsou ale nalézány také nové zásoby.

Koksování a použití koksu

[[Soubor:CoalcliffICC.jpg|náhled|vpravo|Koksovna v australském Coalcliff]] Koks je pevný uhlíkatý zbytek odvozený z nízkopopelového, nízkosirného černého uhlí z kterého jsou odstraněny prchavé složky v peci s omezeným přístupem kyslíku v teplotách kolem 1000 °C. Při tom vzniká také kamenouhelný dehet, amoniak, lehké oleje a svítiplyn. Koks z uhlí je šedý, tvrdý a pórovitý a má výhřevnost 29,6 MJ/kg. Koks se používá jako palivo a jako redukční činidlo mj. ve vysoké peci. Spotřebu koksu ve vysokopecním procesu lze částečně nahradit injektáží mletého uhlí o velikosti prachových zrn menších než 90 μm, a to pomocí speciálního dávkovacího zařízení a trysek zabudovaných ve výfučnách, jimiž je do pece dmýchán horký vítr.

Zplyňování

Vysoké ceny ropy a zemního plynu zvyšují zájem o „BTU konverzi“ – technologie jako zplyňování, zkapalňování a tuhnutí. V minulosti bylo uhlí používáno na výrobu svítiplynu, který byl dopravován ke spotřebitelům potrubím a byl využíván na svícení, vaření i topení. Dnes je svítiplyn nahrazen bezpečnějším zemním plynem. Jižní Afrika stále využívá zplyňování uhlí pro mnoho petrochemických potřeb.

Zkapalnění

Uhlí může být zpracováno na kapalná paliva jako benzín nebo nafta několika různými způsoby.

Fischer-Tropschův proces – syntéza kapalných uhlovodíků – byl použit v nacistickém Německu nebo v jižní Africe, protože tyto země byly politicky izolované a neschopné koupit surovou ropu. Uhlí může být zplyňované na syngas (vyvážená čištěná směs CO a H2 plynů) a syngas zkapalněný Fischer-Tropschovou metodou na lehké uhlovodíky, které jsou dále zpracovávány na benzín a naftu. Syngas může být také převedený na methanol, který může být použitý jako palivo nebo přísada do paliva.

Přímé kapalnění Bergiusovým procesem – kapalnění hydrogenací – je také dosažitelné, ale není užívané vně Německa, kde byly oba tyto procesy ovládané během první a druhé světové války.

Dalším způsobem výroby kapalných uhlovodíků je nízkoteplotní karbonizace (LTC). Uhlí je dopované v teplotách mezi 450 a 700 °C ve srovnání s 800 až 1000 °C pro hutnický koks. Tyto teploty jsou optimální pro výrobu kamenouhelných dehtů. Na rozdíl od klasického dehtu obsahuje mnohem více lehkých uhlovodíků. Kamenouhelný dehet je potom dále zpracováván na paliva. Proces byl vyvinut Lewisem Karrickem roku 1920.

Zachytávat oxid uhličitý uvolňovaný těmito procesy je mnohem snazší než filtrování ze spalin vzniklých spalováním uhlí se vzduchem, kde je smíchaný s dusíkem a dalšími plyny.

Škodlivé účinky spalování uhlí

Spalování uhlí produkuje oxid uhličitý spolu s proměnným množstvím oxidu siřičitého v závislosti na kvalitě. Oxid siřičitý reaguje s vodou za tvorby kyseliny siřičité. Jestliže se dostane do atmosféry, reaguje s vodní párou a vrací se na zem ve formě kyselých dešťů. Emise z uhelných elektráren představují největší umělý zdroj oxidu uhličitého a tím s velkou pravděpodobností výrazně přispívají ke globálnímu oteplování. Moderní elektrárny využívají (poměrně nákladné) technologie pro omezení škodlivosti odpadních látek a zvýšení účinnosti.

Uhlí také obsahuje mnoho stopových prvků včetně arsenu a rtuti a malé množství uranu, thoria a dalších přirozeně se vyskytujících radioaktivních izotopů.

Požáry uhlí

Ve světě jsou stovky ohňů uhlí, hoří pod povrchem, tudíž je nemožné je uhasit. Ohně mohou způsobit propadání půdy a kouřové plyny jsou životu nebezpečné. Mimo to mohou vystupovat prasklinami na povrch a vytvářet povrchové požáry. Uhelné jeskyně se mohou samovznítit nebo zapálit od důlního ohně, případně povrchového ohně. Uhelné ohně v Číně spálí ročně 120 milionů tun uhlí – z toho vznikne 360 milionů tun CO₂, což se rovná 2–3 % z roční celosvětové produkce CO₂ z fosilních paliv. Věřilo se, že australská Hořící hora (Template:Cizojazyčně) je vulkán, ale později se zjistilo, že jde o uhelný oheň, který hoří už více než 5000 let.

Výskyt ve světě a těžba

náhled|vpravo|Těžba uhlí v Británii, 1942 náhled|vpravo|Těžba uhlí v roce 2005 Template:Viz též

Existuje celá řada velmi významných a světově známých uhelných pánví (kupř. Doněcká uhelná pánev). Velká ložiska kvalitního černého uhlí nebyla ještě v některých průmyslově méně rozvinutých zemích prakticky vůbec těžena.

Celkové zásoby

V následující tabulce jsou uvedeny zásoby, které mohou být s velkou pravděpodobností využity za současných ekonomických a technologických podmínek. Při současném tempu spotřeby tyto zásoby vydrží^[kdy?] na 122 let. Na našem území se nalézá přibližně 200 milionů tun vytěžitelných zásob černého uhlí a přes 850 milionů hnědého, neblokovaného těžebními limity. Se zásobami za limity a rezervami je to 2 150 milionů tun hnědého uhlí. Zásoby se budou vyčerpávat postupně v jednotlivých těžebních lokalitách. Pokud by těžba pokračovala i za územní limity, vydržely by zásoby až do roku 2 100.

Potvrzené objevené uhelné zásoby na konci roku 2008 (v miliónech tun)

Země	Černé uhlí	Hnědé uhlí	Celkově	Podíl
Spojené státy americké	108 950	129 358	238 308	28,9
Rusko	49 088	107 922	157 010	19,0
Čína	62 200	52 300	114 500	13,9
Austrálie	36 800	39 400	76 200	9,2
Indie	54 000	4 600	58 600	7,1
Ukrajina	15 351	18 522	33 873	4,1
Kazachstán	28 170	3 130	31 300	3,8
Jihoafrická republika	30 408	–	30 408	3,7
Evropská Unie	8 427	21 143	29 570	3,6
Polsko	6 012	1 490	7 502	0,9
Brazílie	-	7 059	7 059	0,9
Kolumbie	6 434	380	6 814	0,8
Německo	152	6 556	6 708	0,8
Kanada	3 471	3 107	6 578	0,8
Česko	1 673	2 828	4 501	0,5
Indonésie	1 721	2 607	4 328	0,5
Řecko	-	3 900	3 900	0,5
Celosvětově	411 321	414 680	826 001	100,0

Statistika těžby

Těžba v roce 2008 (v miliónech tun)

Země	Množství	Podíl
Čína	2 878	39,2
Spojené státy americké	1 171	16,1
Indie	568	7,8
Austrálie	439	6,0
Rusko	356	4,9
Indonésie	313	4,3
Jihoafrická republika	260	3,6
Německo	214	2,9
Polsko	158	2,2
Kazachstán	120	1,6
Kolumbie	87	1,2
Turecko	84	1,1
Kanada	75	1,0
Řecko	72	1,0
Česko	66	0,9
Ukrajina	66	0,9
Vietnam	44	0,6
Severní Korea	41	0,6
Srbsko	40	0,5
Rumunsko	38	0,5
Bulharsko	32	0,4
ostatní státy	<20	<0,3
Celosvětově	7 271	100,0

Výskyt v Česku

náhled|vpravo|Rypadlo velostroje v dole Nástup Tušimice v Mostecké uhelné pánvi Uhlí se v Česku nachází hlavně v Ostravsko-karvinském regionu (vysoce kvalitní černé uhlí), těží se ale již pouze na Karvinsku (těží společnost OKD patřící NWR). Dále pak ve dvou pánvích pod Krušnými horami se vyskytuje hnědé uhlí. Jedná se o Mosteckou uhelnou pánev (těží společnost Severočeské doly patřící do Skupiny ČEZ a společnosti Litvínovská a Vršanská, patřící do skupiny Czech CoalTemplate:Doplňte zdroj) a Sokolovskou uhelnou pánev (těží Sokolovská uhelná). Hnědého uhlí a lignitu se v roce 2008 vytěžilo 47 mil. tun) (prakticky všechno se spotřebovalo v Česku), černého uhlí pak 13 mil. tun (čistý export činil 30%).

Zatímco černé uhlí se v Česku těží výhradně hlubinným způsobem, hnědé uhlí se dobývá v rozsáhlých povrchových velkolomech (podrobněji viz Územní limity těžby hnědého uhlí v severních Čechách).

Lignitové doly se nacházejí na Břeclavsku a Českobudějovicku (Mydlovary). Malé černouhelné pánve – kdysi hojně využívané a dnes již fakticky opuštěné – se nachází jihozápadně od Brna (Rosice, Oslavany), dále mezi Kladnem a Rakovníkem či Plzní, malé ložisko černého uhlí se též nachází v Podkrkonoší u Žacléře. Uhelné sloje malých mocností lze nalézt na mnoha jiných místech Česka (třeba na Lounsku, Litoměřicku a Mělnicku a jinde), tyto malé sloje se ale prozatím pro těžbu vůbec nehodí především z ekonomických důvodů (zde jsou předpokládané neúměrně vysoké investiční a provozní náklady na jejich těžbu).

Odkazy

Externí odkazy

• 15px|link=|alt= Wikimedia Commons alberga una categoría multimedia sobre [[Commons:Category:|Uhlí]].
• Template:Wikislovník
• European Association for Coal and Lignite
• Uhlí na geologie.vsb.cz
• Uhlí a jeho zpracování na chemlinkcz.cz

Kategorie:Paliva Kategorie:Usazené horniny Kategorie:Kyslík Kategorie:Uhlík Kategorie:Uran (prvek) Kategorie:Vodík Kategorie:Neobnovitelné zdroje energie Kategorie:Komodity