Каменный уголь среди полезных ископаемых занимает особое место.

Именно он послужил основным топливом в период начальной индустриализации развитых стран, когда технологий эффективного использования жидких и газообразных топлив ещё не существовало. В каком-то смысле именно углем заложен фундамент современной технической цивилизации. Но верно ли говорить о каменном угле как о полезном ископаемом прошедшего века, важность которого для века нового уже полностью исчерпана? Эксперты не сходятся во мнениях на эту тему. Тем не менее, определённые тенденции касательно роли каменного угля в будущем являются бесспорными. Выделить их – такую задачу ставит перед собой эта статья.

Историческая справка

Итак, что собой представляет каменный уголь? Он, наряду с нефтью, принадлежит к числу органических полезных ископаемых растительного происхождения. Чтобы понять происхождение каменного угля и географию его современных запасов на планете, необходимо вспомнить кое-какие факты из палеонтологии. Прежде всего – почему период истории Земли, в стратиграфии именуемый каменноугольным, именно так называется.

Дело в том, что основные запасы каменного угля были наработаны на планете в своеобразное эволюционное «окно», когда древние растения уже выработали способность формировать твердые древесные стволы, а различные грибки, плесени и иные сапрофиты еще не приобрели способность разлагать древесину. Этим окном и был каменноугольный период в конце палеозойской эры. Древесина палеозойских деревьев и кустарников несколько отличалась от нынешней: в ней содержалось меньше целлюлозы и больше лигнина, который представляет собой беспорядочно разветвленное полимерное органическое соединение, состоящее преимущественно из углерода, водорода и кислорода. Деревья каменноугольного периода, покрытые очень толстой корой и состоявшие преимущественно из лигнина, не могли ещё разлагаться естественным путём, и на месте древних лесов огромные массы мертвой древесины оказывались захоронены под землёй. По мере того, как их химическая структура примитивизировалась и органика разлагалась без доступа кислорода, они превращались в каменный уголь, а наиболее глубоко захороненная тектоническими процессами органика превращалась и в антрацит. Более молодой бурый уголь формировался из мелких болотных растений в более поздний период и продолжает формироваться ныне из погребенного под землёй торфа.

Понимание истории происхождения каменного угля дает возможность лучше понять географию залегания его месторождений. Угольные бассейны образуются на месте древних лесов и болот там, где тектонические процессы способствовали их погребению под землёй. И если наложить географию угольных бассейнов на современный мир, то мы можем убедиться, что его крупнейшие запасы находятся в регионах планеты, где находились и продолжают находиться наиболее технически развитые государства и страны – Соединённые Штаты Америки, европейские страны, Россия, Китайская Народная Республика. Этим уголь выгодно отличается от нефти, основное количество запасов которой на планете сосредоточено или в климатически труднодоступных, или в политически нестабильных регионах с развивающимися странами. Все великие державы современного мира обладают своими собственными запасами каменного угля, и стали таковыми не в последнюю очередь благодаря этим запасам.

В первую очередь в районах каменноугольных бассейнов развивалась металлургическая промышленность, так как близость к ним облегчала снабжение этой промышленности и энергией, и реагентом-восстановителем для получения металла; и то, и другое получалось из угля. В XIX-первой половине XX века эти регионы стали ядрами, вокруг которых формировалась вся остальная промышленность развитых стран. В более позднее время, когда от использования каменного угля стали отказываться во все большем количестве отраслей, металлургия, наряду с теплоэнергетикой, оставалась отраслью, продолжавшей использовать этот ресурс.

Современное положение

В настоящее время двумя отраслями промышленности, по-прежнему использующими в качестве сырья преимущественно каменный уголь, являются металлургия и теплоэнергетика. Третья часть всей вырабатываемой на Земле электроэнергии и подавляющее большинство отопительного тепла вырабатывается именно путём сжигания каменного угля.

На первом месте по разведанным запасам угля находятся Соединенные Штаты Америки (тридцать процентов общемировых залежей), на втором – Российская Федерация (двадцать процентов), на третьем – Китайская Народная Республика (пятнадцать процентов). При этом КНР с большим отрывом лидирует в мире по объёмам добычи угля, которые составляют 3,6 миллиарда тонн в год; США в этом списке на втором месте, а Россия всего лишь на шестом. Объясняется такая диспропорция тем, что РФ и США располагают доступом к большим количествам более экологически чистых топлив – природного газа и нефтепродуктов, в которых Китай испытывает значительный недостаток и вынужден отказываться от широкого применения этих топлив в промышленности и сохранять все технологии, использующие уголь. Поэтому в КНР каменный уголь находит самое широкое применение (в том числе и как сырье для процесса Фишера-Тропша, в ходе которого из углерода получают углеводородное топливо), и предсказывать конец угледобыче в Китае не будет никто.

Однако в РФ и США, а особенно в странах Европы наблюдается тенденция отказа от использования угля в качестве топлива там, где это возможно. В чём дело? В том, что уголь является одним из самых экологически вредных ископаемых топлив, в газах, выделяющихся при его сгорании, наиболее высокий процент вредных примесей, а основной продукт сгорания угля – чистый диоксид углерода (в отличие от углеводородов, дающих его смесь с водяными парами). Только два вида топлива ещё более «грязны» при сжигании: бурый уголь и торф. Поэтому большое распространение в указанных странах находят технологии, заменяющие использование каменного угля на использование природного газа (метана); в странах Европы природный газ уже сейчас является основным топливом теплоэнергетики. Поэтому многие эксперты предсказывают в ближайшие десятилетия спад потребления этого топлива, вплоть до прекращения функционирования многих угледобывающих предприятий.

Этого пессимизма, однако, не разделяют эксперты из США и Китая. Что касается Китая, то с положением этой страны всё ясно: стремительно развивающаяся промышленность вкупе с дефицитом других топлив волей-неволей заставляет китайцев продолжать делать ставку на уголь. Однако США, государство, имеющее самый широкий доступ к запасам нефти и газа, не теряет интерес к углю и даже закупает его в других странах, несмотря на гигантские собственные залежи. Отчасти американская стратегия продиктована соображениями экономии природных ресурсов: огромные потребности этой страны невозможно будет удовлетворить, если их целиком перевести на газ или нефтяные топлива, а в случае общемирового перехода на эти топлива, предсказывают американские экологи, конец общемировых запасов нефти и газа придет очень скоро. Запасов же угля, по их подсчётам, на планете достаточно для того, чтобы поддерживать современную промышленность в течение ещё более сотни лет. Схожее мнение высказывают и российские учёные, авторы монографии «Минерально-сырьевая база углей Восточного Донбасса», вышедшей в Ростове-на-Дону в 2003 году. Согласно их мнению, текущая ситуация, когда 50% топливного баланса страны занимает природный газ, 30% — нефть и только 12% — уголь, не является устойчивой, и в случае неминуемого исчерпания источников углеводородных топлив поддерживать баланс станет нечем.

Технологическое решение экологических проблем

Таким образом, мы можем увидеть, что потребность в использовании угля как топлива существует, но его сознательно заменяют теми видами топлива, которые при сгорании дают меньше вредных выбросов. При этом оба варианта – использовать уголь или углеводороды – так или иначе опасны для природных ресурсов Земли, первый – загрязнением, второй – исчерпанием запасов углеводородов. Есть ли технические решения, позволяющие выйти из этой вилки?

Такие технологии существуют. Речь идет о технологиях очистки, или обезуглероживания топочных газов. Их применение позволяет существенно повысить экологичность функционирования всех видов промышленных объектов, потребляющих каменный или даже бурый уголь. Существует достаточно большое разнообразие подобных технологий. Самая простая из них предусматривает отделение диоксида углерода, охлаждение его и сжижение; этот газ (широко известный как углекислый) обладает способностью сжижаться под высоким давлением при комнатной температуре, и достаточно легко поддается хранению и транспортировке в сжиженном виде.

Более совершенная версия этой технологии – это так называемая OxyFuel, при которой каменный уголь сжигается в чистом кислороде. Таким образом достигается полное сгорание угля и гарантируется меньшее содержание в топочных газах продуктов неполного сгорания (моноксида углерода и др.). Выделение диоксида углерода из топочных газов и его изоляция осуществляется так же, как и в предыдущем случае.

Достаточно совершенной является такая технология, как Precombustion. Это более совершенный способ газификации угля, чем переработка его в водяной газ, практиковавшаяся с середины прошлого столетия. В ней энергия угля используется для того, чтобы отщеплять от воды кислород и превращать ее в водород – идеальное, экологически чистое топливо; сам же уголь превращается в диоксид углерода, который легко отделяется и сжижается.

Первое место по части разработки технологий обезуглероживания продуктов сгорания угля занимает Германия. Две крупных немецких компании – RWE и Valtenfall – c 2008 года разрабатывают проекты угольных электростанций с нулевым уровнем выброса диоксида углерода и других вредных продуктов сгорания угля. Разработанные ими технологии подходят для безопасного сжигания как каменного, так и бурого угля.

Эксперты из Германии полагают, что разработанные немецкими компаниями технологии имеют глобальное значение. Их внедрение в различных странах мира позволит уничтожить опасения об экологической опасности сжигания каменного угля, уменьшить лишний спрос на углеводородное топливо и продлить запасы энергии, на которых сможет продолжать существование техническая цивилизация. А для угледобывающей промышленности это означает долгосрочные и стабильные перспективы развития.

Источник: www.news-mining.ru