Die Stromerzeugung aus Kohle kann umweltschädlich sein
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Mineralkohle ist ein fossiler Brennstoff, der durch Bergbau aus der Erde gewonnen wird. Sein Ursprung liegt in der Zersetzung organischer Stoffe (Überreste von Bäumen und Pflanzen), die sich vor Millionen von Jahren unter einer Wasserschicht angesammelt haben. Das Vergraben dieser organischen Substanz durch Ton- und Sandablagerungen führt zu einem Druck- und Temperaturanstieg, der zur Konzentration der Kohlenstoffatome und zum Ausstoß von Sauerstoff- und Wasserstoffatomen beiträgt (Verkohlung).
Mineralkohle wird nach Brennwert und Häufigkeit von Verunreinigungen unterteilt und als qualitativ minderwertig (Braunkohle und subbituminös) und qualitativ hochwertig (bituminös oder Kohle und Anthrazit) eingestuft. Nach dem Geological Survey of Brazil kann Mineralkohle nach ihrer Qualität unterteilt werden, die von Faktoren wie der Art der organischen Substanz, die sie gebildet hat, dem Klima und der geologischen Entwicklung des Gebiets abhängt.
Torf
Die Torfgewinnung erfolgt vor dem Abfließen des Bereichs, wodurch die Feuchtigkeit reduziert wird. Es wird oft im Freien abgelagert, um mehr Feuchtigkeit zu verlieren.
Verwendung: Es wird in Blöcke geschnitten und als Brennstoff in thermoelektrischen Öfen verwendet, um Brenngas, Wachse, Paraffin, Ammoniak und Teer zu erhalten (Produkt, aus dem Öle und andere Substanzen gewonnen werden, die für die chemische Industrie von großem Nutzen sind).
Braunkohle
Es kann auf zwei Arten auftreten, wie ein braunes oder schwarzes Material, und erhält unterschiedliche Namen.
Verwendung: Gasogene, die Teer, Wachse, Phenole und Paraffine erhalten. Die Asche aus der Verbrennung kann als puzzolanischer Zement und Keramik verwendet werden.
Kohle
Kohle kann in zwei Haupttypen unterteilt werden: Energiekohle und metallurgische Kohle. Die erste, auch Dampfkohle genannt, gilt als die ärmste und wird direkt in Öfen eingesetzt, hauptsächlich in Wärmekraftwerken. Metallurgische Kohle oder Kokskohle gilt als edel. Koks ist ein poröses Material, leicht und mit metallischem Glanz, das als Brennstoff in der Metallurgie (Hochöfen) verwendet wird. Kohle wird auch zur Herstellung von Teer verwendet.
Anthrazit
Es hat eine langsame Verbrennung, die für die Haushaltsheizung angezeigt wird. Es wird auch in Wasseraufbereitungsprozessen eingesetzt.
Zusammensetzung und Anwendung von Mineralkohle
Kohle besteht in jeder ihrer Phasen aus einem organischen und einem mineralischen Teil. Organisch wird durch Kohlenstoff und Wasserstoff und geringe Anteile an Sauerstoff, Schwefel und Stickstoff gebildet. Das Mineral besteht aus Silikaten, aus denen die Asche besteht.
Da es in verschiedene Arten unterteilt ist, gibt es viele Verwendungsmöglichkeiten für Kohle. Mineralkohle wird hauptsächlich als Energiequelle verwendet. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) ist Mineralkohle für 40% der weltweiten Stromerzeugung verantwortlich. Mineralkohle wird auch im metallurgischen Bereich eingesetzt.
Eine andere Art von Holzkohle, die in der Natur vorkommt, ist Gemüse, das durch die Karbonisierung von Brennholz entsteht. Holzkohle wird häufig in industriellen Prozessen verwendet, ist jedoch keine bedeutende Quelle für die Stromerzeugung.
Anreize für die Stromerzeugung aus Kohle
Obwohl nicht erneuerbar, gibt es starke Anreize für die Stromerzeugung aus Mineralkohle. Die beiden Hauptargumente für die Erzeugung von Energie aus Mineralkohle sind die Fülle an Reserven, die die Versorgungssicherheit und die niedrigen Kosten des Erzes (im Vergleich zu anderen fossilen Brennstoffen) und des Produktionsprozesses gewährleisten.
Nach Angaben der National Electric Energy Agency (Aneel) belaufen sich die weltweiten Reserven an Mineralkohle auf 847,5 Milliarden Tonnen. Diese Menge würde ausreichen, um die derzeitige Kohleproduktion für einen Zeitraum von ungefähr 130 Jahren zu versorgen. Ein weiterer Anreiz besteht darin, dass im Gegensatz zu Öl und Erdgas in 75 Ländern Mineralkohlereserven in erheblichen Mengen vorhanden sind - obwohl etwa 60% des Gesamtvolumens in den USA (28,6%), Russland (18, 5%) und China (13,5%). Brasilien liegt auf dem 10. Platz.
Die weltweit größten Kohleproduzenten sind laut World Coal Association China und die USA , gefolgt von Indien, Indonesien und Australien. Darüber hinaus basiert der größte Teil der Energiematrix sowohl in China als auch in den USA auf der Erzeugung elektrischer Energie aus Mineralkohle, die auch in der Energiematrix anderer Länder wie Deutschland, Polen und Australien repräsentativ ist und Südafrika.
Trotz der wirtschaftlichen Vorteile ist die Erzeugung elektrischer Energie aus Kohle aus sozio-ökologischer Sicht eine der aggressivsten Formen der Energieerzeugung. Bei der Gewinnung von Mineralkohle treten während des gesamten Produktionsprozesses negative externe Effekte auf.
Kohle abbauen
Die Gewinnung oder der Abbau von Kohle kann unter Tage oder im Freien erfolgen. Dies hängt von der Tiefe ab, in der sich die Kohle befindet.
Wenn die Schicht, die das Erz bedeckt, schmal ist oder der Boden nicht geeignet ist (Sand oder Kies), erfolgt die Erkundung im Freien. Wenn sich das Mineral in tiefen Schichten befindet, müssen Tunnel gebaut werden.
Laut Aneel ist der Tagebau die vorherrschende Form der Erzgewinnung in Brasilien und auch produktiver als der Untertagebau. Dies entspricht nicht der internationalen Realität, in der die Ausbeutung durch den Untertagebau vorherrscht, was 60% der weltweiten Kohleförderung entspricht.
Die Säureableitung aus der Mine und die Erzeugung von Rückständen sind negative Umweltauswirkungen, die beiden Arten der Gewinnung gemeinsam sind.
Säureminenentwässerung (DAM)
Die saure Entwässerung der Mine erfolgt mit Hilfe von Pumpen, die schwefelhaltiges Wasser an die äußere Umgebung abgeben und mineralogische (Bildung neuer Verbindungen), chemische (pH-Reduktion) und physikalische (geringe Wasserretention und Boden) Veränderungen im Boden hervorrufen Permeabilität), die je nach Geologie des Geländes variieren.
Laut einem Bericht des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie wird die Säureableitung aus der Mine als eine der bedeutendsten Auswirkungen von Bergbauprozessen im Allgemeinen angesehen.
Infolge dieser Bodenveränderungen wird auch die Qualität des Grundwassers beeinträchtigt. Der pH-Wert des Wassers kann sich verringern, was zur Solubilisierung von Metallen und zur Kontamination des Grundwassers beiträgt, was bei Verschlucken die menschliche Gesundheit beeinträchtigen kann.
Die Minderung der durch den Bergbau verursachten chemischen und physikalischen Bodenprobleme ist der erste Schritt zur Wiederherstellung der betroffenen Gebiete.
Auswirkungen des Tagebaus
Ausgrabungen großer Mengen felsigen Bodens verursachen sichtbare Umweltauswirkungen auf Vegetation und Fauna und sind für die Verschlechterung großer Flächen und die visuelle Verschmutzung verantwortlich, ganz zu schweigen von der Intensivierung der Erosionsprozesse. Darüber hinaus verursacht der Einsatz von Maschinen und Geräten auch Lärmbelästigung (Lärm).
Auswirkungen des Untertagebaus
In Bezug auf die Gesundheit der Arbeitnehmer ist das Hauptproblem die Pneumokoniose der Kohlenarbeiter (PTC). Pneumokoniose sind Krankheiten, die durch das Einatmen von Partikeln oberhalb der Clearancekapazität des Immunsystems verursacht werden. Es ist die chronische Inhalation von mineralischem Kohlenstaub, gefolgt von der Ansammlung von Staub in der Lunge und der Veränderung des Lungengewebes.
PTC löst einen entzündlichen Prozess aus und kann eine massive progressive Fibrose FMP entwickeln, eine Krankheit, die als „schwarze Lunge“ bekannt ist.
Laut dem Bericht des Gesundheitsministeriums wurden bei Bergleuten mehr als 2.000 Fälle von Pneumokoniose diagnostiziert.
Weitere Auswirkungen des Untertagebaus sind die Absenkung des Grundwasserspiegels, die zum Aussterben der Quellen beitragen kann, die Auswirkungen auf das hydrologische Netzwerk der Oberfläche und die durch die Explosionen verursachten Vibrationen.
Kohleverarbeitung
Nach Angaben der brasilianischen Mineral Coal Association ist die Aufbereitung eine Reihe von Prozessen, bei denen die direkt aus der Mine gewonnene Rohmineralkohle (Run-of-Mine, ROM) der Entfernung organischer Stoffe ausgesetzt wird Verunreinigungen mit dem Ziel, ihre Qualität sicherzustellen. Die Behandlung von Holzkohle hängt von ihren ursprünglichen Eigenschaften und dem Verwendungszweck ab.
Laut dem Aneel-Bericht entstehen bei der Verarbeitung feste Abfälle, die normalerweise in der Nähe des Bergbaus abgelagert und direkt in Wasserläufe oder in Tailings-Dämme geworfen werden, wodurch ausgedehnte Gebiete entstehen, die von flüssigem Material bedeckt sind. Die in den Rückständen enthaltenen giftigen Substanzen werden im Regenwasser (Auswaschung) verdünnt, das in Form von Flüssigkeit langsam in den Boden eindringt (Versickerung) und das Grundwasser kontaminiert.
Diese Rückstände enthalten normalerweise große Konzentrationen an Pyrit (Eisensulfid - FeS2) oder anderen Sulfidmaterialien, die zur Bildung von Schwefelsäure und zur Intensivierung des Prozesses der Entwässerung von Säureminen beitragen.
Transport
Laut Aneel ist der Transport die teuerste Aktivität bei der Herstellung von Mineralkohle. Aus diesem Grund ist die transportierte Kohle normalerweise nur die Kohle, die einen geringen Gehalt an Verunreinigungen und einen höheren wirtschaftlichen Mehrwert aufweist.
Wenn die beabsichtigte Verwendung von Mineralkohle die Stromerzeugung ist, wird das thermoelektrische Kraftwerk in der Nähe des Bergbaugebiets errichtet, wie dies bei den fünf im Land betriebenen kohlebefeuerten thermoelektrischen Kraftwerken der Fall ist.
Aus wirtschaftlicher Sicht ist es vorteilhafter, in Übertragungsleitungen zu investieren, um die bereits erzeugte elektrische Energie zu verteilen, als Kohle über große Entfernungen zu transportieren.
Für kurze Strecken ist die Verwendung von Förderbändern die effizienteste Methode. Es werden auch Pipelines verwendet, durch die mit Wasser vermischte Kohle in Form von Schlamm transportiert wird.
Stromerzeugung durch Kohle
Nach der Gewinnung aus dem Boden wird die Mineralkohle fragmentiert und in Silos gelagert. Es wird dann zu einem Wärmekraftwerk transportiert.
Laut Furnas ist eine thermoelektrische Anlage eine Reihe von Arbeiten und Geräten mit der Funktion, elektrische Energie durch einen Prozess zu erzeugen, der herkömmlicherweise in drei Stufen unterteilt ist.
Der erste Schritt besteht darin, fossile Brennstoffe zu verbrennen, um das Wasser im Kessel in Dampf umzuwandeln. Bei Mineralkohle wird diese vor dem Verbrennungsprozess in Pulver umgewandelt. Dies garantiert die größte thermische Ausnutzung des Brennprozesses.
Die zweite Stufe ist die Verwendung von unter hohem Druck erzeugtem Dampf, um eine Turbine anzutreiben und einen elektrischen Generator zu starten. Der Dampfdurchgang durch die Turbine bewirkt, dass sich die Turbine und auch der Generator bewegen, der mit der Turbine gekoppelt ist und mechanische Energie in elektrische Energie umwandelt.
Der Kreislauf wird in der dritten und letzten Stufe geschlossen, in der der Dampf kondensiert und in einen unabhängigen Kühlkreislauf überführt wird, der wie Kesselwasser in den flüssigen Zustand zurückkehrt.
Die erzeugte Energie wird über leitende Kabel vom Generator zu einem Transformator transportiert. Der Transformator verteilt seinerseits elektrische Energie über Übertragungsleitungen an die Verbrauchszentren.
Emissionen
Beim Verbrennen von Kohle werden die darin enthaltenen Elemente verflüchtigt (verdampft) und zusammen mit einem Teil der anorganischen Substanz, die in Form von Staubpartikeln (Flugasche) freigesetzt wird, in die Atmosphäre freigesetzt.
Hier
Mineralkohle ist ein Material mit einer hohen Kohlenstoffkonzentration. Wenn Kohle verbrannt wird, gibt sie daher große Konzentrationen an Kohlenmonoxid ab.
Kohlenmonoxid ist ein giftiges Gas, das für die menschliche Gesundheit äußerst schädlich ist und bei akuter Vergiftung zum Tod führen kann. Laut der staatlichen Umweltgesellschaft von São Paulo (Cetesb) ist der Hauptweg der Kohlenmonoxidvergiftung die Atmung. Nach dem Einatmen wird das Gas schnell von der Lunge absorbiert und bindet an Hämoglobin, wodurch ein effizienter Sauerstofftransport verhindert wird. Daher ist eine längere Exposition gegenüber Kohlenmonoxid mit der Zunahme der Infarkthäufigkeit bei älteren Menschen verbunden.
Darüber hinaus kann Kohlenmonoxid in der Atmosphäre zu Kohlendioxid oxidiert werden.
Kohlendioxid
Kohlendioxid kann direkt durch Verbrennung von Kohle und anderen fossilen Brennstoffen freigesetzt werden, oder es kann in der Atmosphäre durch chemische Reaktionen, beispielsweise durch die Oxidationsreaktion von Kohlenmonoxid, gebildet werden.
Kohlendioxid wird als eines der Hauptgase bei der Intensivierung des Treibhauseffekts angesehen, was mit einer erhöhten globalen Erwärmung verbunden ist. Und es ist auch eine der Hauptarten von Gasen, die beim Verbrennen von Kohle entstehen.
Es ist wichtig darauf hinzuweisen, dass die Verbrennung die Phase der Kohleproduktionskette ist, in der die meisten Kohlendioxidemissionen auftreten, aber die Stufen der Lagerung und Lagerung von Rückständen tragen auch zu den Gesamtemissionen bei. Nach dem Bericht des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie ist jedoch die mangelnde Kenntnis der Lagerzeit des Erzes jeweils ein begrenzender Faktor für die Berechnung der Gesamtemissionen.
Schwefel
Laut dem Bericht der brasilianischen Gesellschaft für Energieplanung hat von allen Emissionen aus Kohlekraftwerken die Emission von Schwefel die größte Sorge verursacht. Schwefel bildet beim Verbrennen eine Reihe gasförmiger Verbindungen, die in die Atmosphäre freigesetzt werden, wenn keine Ausrüstung für seine Abscheidung vorhanden ist. Davon sticht Schwefeldioxid (SO2) hervor.
Schwefeldioxid (SO2) oxidiert in der Atmosphäre und bildet Schwefeltrioxid (SO3), das wiederum, wenn es an Regenwasser (H2O) gebunden wird, Schwefelsäure (H2SO4) bildet, die zu saurem Regen führt .
Saurer Regen hat direkte Auswirkungen auf das Leben von Pflanzen und Tieren, insbesondere im Wasser. Bei Gemüse kommt es zu Veränderungen der Pigmentierung und Bildung sowie zu Nekrose. Bei Tieren kommt es zum Tod von Organismen wie Fischen und Fröschen. Saurer Regen schädigt auch materielle Güter, da er korrosive Prozesse begünstigt.
Nach Angaben des Umweltministeriums können die Auswirkungen von Schwefeldioxid auf die menschliche Gesundheit mit der erhöhten Inzidenz von Atemproblemen im Allgemeinen und Asthma zusammenhängen, was durch die Zunahme der Krankenhauseinweisungen angezeigt wird.
Methan
Mineralkohle hat einen hohen Methangehalt (CH4). Bei der Verbrennung von Mineralkohle wird Methan in die Atmosphäre freigesetzt, das mit Wasserdampf und Kohlendioxid in Verbindung gebracht werden kann und als eines der wichtigsten Treibhausgase gilt.
Methan entsteht beim Zersetzungsprozess organischer Stoffe. Aus diesem Grund ist sein Auftreten mit fossilen Brennstoffen verbunden.
Es ist wichtig anzumerken, dass trotz des Verbrennungsprozesses von Mineralkohle, bei der erhebliche Mengen Methan in die Atmosphäre freigesetzt werden, Methanemissionen bei der Mineralkohleproduktion seit der Gewinnung des Erzes auftreten, insbesondere in unterirdischen Minen und bei der Lagerung von Material nach dem Bergbau. wie aus dem Bericht des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie hervorgeht
Stickoxide (NOx)
Mineralkohle hat auch eine hohe Stickstoffkonzentration. Bei der Verbrennung von Kohle werden daher Stickoxide an die Atmosphäre abgegeben. Rauchgase bestehen üblicherweise hauptsächlich aus Stickoxiden. Wenn es in die Atmosphäre gelangt, wird es schnell zu Stickstoffdioxid oxidiert.
Stickstoffdioxid erzeugt, wenn es an Regenwasser (H2O) gebunden ist, Salpetersäure (HNO3), die wie Schwefelsäure (H2SO4) auch sauren Regen verursacht.
Darüber hinaus beeinflussen hohe NO2-Konzentrationen die Bildung von troposphärischem Ozon und photochemischen Smogprozessen .
Feinstaub (MP)
Partikelmaterial ist laut Cetesb alles feste und flüssige Material, das aufgrund seiner geringen Größe in der Atmosphäre suspendiert bleibt. In der Atmosphäre bilden sich auch Partikel aus dem oben genannten Schwefeldioxid (SO2) und Stickoxiden (NOx).
Die Größe der Partikel steht in direktem Zusammenhang mit dem Potenzial, gesundheitliche Probleme zu verursachen.
Merkur
Mineralkohle enthält neben den bereits erwähnten Gasen auch erhebliche Mengen an Quecksilber, das durch Verbrennung des Erzes in die Atmosphäre verflüchtigt wird.
Kohlekraftwerke sind laut EPA - Environmental Protection Agency die größte anthropogene Quelle für Quecksilberemissionen.
Das in der Atmosphäre vorhandene flüchtige Quecksilber wird in den Regenkreislauf einbezogen, gelangt in Gewässer und führt zu Umweltverschmutzung und Schädigung des Wasserlebens. Quecksilberkontamination ist auch ein Problem der öffentlichen Gesundheit, da der Verzehr von mit Quecksilber kontaminierten Wasserorganismen zu akuten Vergiftungen und in einigen Fällen zum Tod führen kann.
