De productie van elektriciteit uit steenkool kan schadelijk zijn voor het milieu
Brian Patrick Tagalog-afbeelding op Unsplash
Minerale steenkool is een fossiele brandstof die door mijnbouw uit de aarde wordt gewonnen. De oorsprong is afkomstig van de afbraak van organisch materiaal (overblijfselen van bomen en planten) dat zich miljoenen jaren geleden onder een waterlaag heeft opgehoopt. Het begraven van deze organische stof door afzettingen van klei en zand veroorzaakt een toename van druk en temperatuur, wat bijdraagt aan de concentratie van koolstofatomen en de uitstoot van zuurstof- en waterstofatomen (carbonificatie).
Minerale steenkool wordt onderverdeeld volgens de calorische waarde en het voorkomen van onzuiverheden, aangezien deze van lage kwaliteit (bruinkool en subbitumineus) en van hoge kwaliteit (bitumineus of steenkool en antraciet) worden geacht. Volgens de Geological Survey of Brazil kan minerale steenkool worden onderverdeeld op basis van zijn kwaliteit, die afhankelijk is van factoren zoals de aard van de organische stof waaruit het is gevormd, het klimaat en de geologische evolutie van het gebied.
Turf
De turfwinning vindt plaats voordat het gebied wordt gedraineerd, waardoor het vocht afneemt. Het wordt vaak in de open lucht afgezet om meer vocht te verliezen.
Toepassingen: het wordt in blokken gesneden en gebruikt als brandstof in ovens, thermo-elektrisch, om brandstofgas, was, paraffine, ammoniak en teer te verkrijgen (product waarvan oliën en andere substanties die veel gebruikt worden door de chemische industrie)
Bruinkool
Het kan op twee manieren voorkomen, zoals een bruin of zwart materiaal, en krijgt verschillende namen.
Toepassingen: gasogenen die teer, was, fenolen en paraffines verkrijgen. De as van verbranding kan worden gebruikt als puzzolaancement en keramiek.
Steenkool
Steenkool kan worden onderverdeeld in twee hoofdtypen: energiekolen en metallurgische steenkool. De eerste, ook wel stoomkolen genoemd, wordt als de armste beschouwd en wordt rechtstreeks in ovens gebruikt, voornamelijk in thermo-elektrische centrales. Metallurgische steenkool, of cokeskolen, wordt als nobel beschouwd. Cokes is een poreus materiaal, licht en met een metaalglans, dat wordt gebruikt als brandstof in de metallurgie (hoogovens). Steenkool wordt ook gebruikt bij de productie van teer.
Antraciet
Het heeft een langzame verbranding, wat aangewezen is voor verwarming in huis. Het wordt ook gebruikt in waterbehandelingsprocessen.
Samenstelling en toepassing van minerale steenkool
In elk van zijn fasen is steenkool samengesteld uit een organisch en een mineraal deel. Het organische wordt gevormd door koolstof en waterstof en kleine hoeveelheden zuurstof, zwavel en stikstof. Het mineraal bestaat uit silicaten die de as vormen.
Omdat het in verschillende soorten is onderverdeeld, zijn er veel toepassingen van steenkool. Minerale steenkool wordt voornamelijk gebruikt als energiebron. Volgens het Internationaal Energieagentschap (IEA) is steenkool verantwoordelijk voor 40% van de elektriciteitsproductie in de wereld. Minerale steenkool wordt ook gebruikt in de metallurgische sector.
Een ander type houtskool dat in de natuur wordt aangetroffen, is groente, die wordt gevormd door de verkoling van brandhout. Houtskool wordt vaak gebruikt in industriële processen, maar het is geen belangrijke bron voor de productie van elektriciteit.
Stimulansen voor de productie van elektriciteit uit steenkool
Hoewel niet hernieuwbaar, zijn er sterke prikkels voor de productie van elektriciteit uit minerale steenkool. De twee belangrijkste argumenten voor het opwekken van energie uit minerale steenkool zijn de overvloed aan reserves, die de voorzieningszekerheid en de lage kosten van het erts (in vergelijking met andere fossiele brandstoffen) en het productieproces garanderen.
Volgens gegevens van de National Electric Energy Agency (Aneel) bedragen de wereldreserves van minerale steenkool 847,5 miljard ton. Dit bedrag zou voldoende zijn om de huidige kolenproductie voor een periode van ongeveer 130 jaar te voorzien. Een andere stimulans is dat, in tegenstelling tot olie en aardgas, minerale steenkoolreserves in aanzienlijke hoeveelheden worden aangetroffen in 75 landen - hoewel ongeveer 60% van het totale volume geconcentreerd is in de Verenigde Staten (28,6%), Rusland (18, 5%) en China (13,5%). Brazilië verschijnt op de 10e positie.
Volgens de World Coal Association zijn de grootste steenkoolproducenten ter wereld China en de Verenigde Staten , gevolgd door respectievelijk India, Indonesië en Australië. Bovendien is het grootste deel van de energiematrix, zowel in China als in de Verenigde Staten, gebaseerd op de productie van elektrische energie uit minerale steenkool, wat ook representatief is in de energiematrix van andere landen, zoals Duitsland, Polen, Australië. en Zuid-Afrika.
Ondanks de economische voordelen is de productie van elektrische energie uit steenkool echter een van de meest agressieve vormen van energieproductie vanuit sociaal-ecologisch oogpunt. Negatieve externe effecten zijn aanwezig tijdens het productieproces, van de winning van minerale steenkool.
Mijnbouw
De winning of winning van steenkool kan ondergronds of in de open lucht plaatsvinden. Dit hangt af van de diepte waarop de steenkool wordt gevonden.
Wanneer de laag die het erts bedekt smal is, of de grond niet geschikt is (zand of grind), wordt exploratie meestal in de open lucht gedaan. Als het mineraal zich in diepe lagen bevindt, is het nodig om tunnels te bouwen.
Volgens Aneel is dagbouw de belangrijkste vorm van ertswinning in Brazilië, en ook productiever dan ondergrondse mijnbouw. Dit strookt niet met de internationale realiteit, waarin de exploitatie door ondergrondse mijnbouw heerst, gelijk aan 60% van de wereldwijde steenkoolwinning.
De afvoer van zuur uit de mijn en de productie van residuen zijn negatieve milieueffecten die bij beide soorten winning voorkomen.
Zure mijndrainage (DAM)
De zure afvoer van de mijn wordt uitgevoerd door middel van pompen, die zwavelhoudend water afgeven aan de externe omgeving, wat mineralogische (vorming van nieuwe verbindingen), chemische (pH-verlaging) en fysische (lage waterretentie en bodem) veranderingen in de bodem veroorzaakt. permeabiliteit), die variëren afhankelijk van de geologie van het terrein.
De afvoer van zuur uit de mijn wordt volgens een rapport van het ministerie van Wetenschap en Technologie beschouwd als een van de belangrijkste effecten van mijnbouwprocessen in het algemeen.
Als gevolg van deze veranderingen in de bodem komt ook de kwaliteit van het grondwater in gevaar. Er kan een verlaging van de pH-waarde van het water optreden, wat bijdraagt tot het oplossen van metalen en tot de verontreiniging van het grondwater, wat bij inslikken de menselijke gezondheid kan schaden.
Het verminderen van chemische en fysische bodemproblemen door mijnbouw is de eerste stap in het herstel van de getroffen gebieden.
Gevolgen van open pit mining
Opgravingen van grote hoeveelheden rotsbodem genereren zichtbare milieueffecten op de vegetatie en de fauna en zijn verantwoordelijk voor de degradatie van grote gebieden en visuele vervuiling, om nog maar te zwijgen van de intensivering van erosieprocessen. Daarnaast zorgt het gebruik van machines en apparatuur ook voor geluidsoverlast (geluid).
Gevolgen van ondergrondse mijnbouw
Met betrekking tot de gezondheid van werknemers is het grootste probleem de pneumoconiose van kolenwerkers (PTC). Pneumoconiose zijn ziekten die worden veroorzaakt door het inademen van fijnstof boven de klaringscapaciteit van het immuunsysteem. Het is de chronische blootstelling aan inademing van mineraal kolenstof, gevolgd door de ophoping van stof in de longen en de verandering van longweefsel.
PTC veroorzaakt een ontstekingsproces en kan massale progressieve fibrose FMP ontwikkelen, een ziekte die bekend staat als "zwarte long".
Volgens het rapport van het ministerie van Volksgezondheid zijn er meer dan 2.000 gevallen van pneumoconiose vastgesteld bij mijnwerkers.
Andere effecten die verband houden met ondergrondse mijnbouw zijn de verlaging van de grondwaterspiegel, wat kan bijdragen aan het uitsterven van bronnen, de impact op het hydrologische netwerk aan de oppervlakte en de trillingen veroorzaakt door de explosies.
Kolenverwerking
Volgens de Braziliaanse Mineral Coal Association is beneficiation de reeks processen waaraan run-of-mine (ROM) ruwe minerale steenkool, rechtstreeks verkregen uit de mijn, wordt onderworpen om organisch materiaal te verwijderen en onzuiverheden, met als doel hun kwaliteit te waarborgen. De behandeling van steenkool hangt af van de oorspronkelijke eigenschappen en het beoogde gebruik.
Volgens het Aneel-rapport genereert de verwerking vast afval dat normaal gesproken wordt gestort in het gebied dicht bij de mijnbouw en rechtstreeks in waterlopen of in dammen van residuen wordt gegooid, waardoor uitgestrekte gebieden ontstaan die worden bedekt met een vloeibaar materiaal. De in de residuen aanwezige giftige stoffen worden verdund in regenwater (uitspoeling), dat in de vorm van vloeistof langzaam de bodem binnendringt (percolatie) en het grondwater verontreinigt.
Deze residuen bevatten gewoonlijk grote concentraties pyriet (ijzersulfide - FeS2) of andere sulfidematerialen, die bijdragen aan de vorming van zwavelzuur en aan de intensivering van het proces van "zure mijndrainage".
Vervoer
Volgens Aneel is transport de meest kostbare activiteit in het productieproces van minerale steenkool. Om deze reden is de getransporteerde steenkool normaal gesproken alleen die met een laag gehalte aan onzuiverheden en een hogere economische waarde.
Wanneer het beoogde gebruik van minerale steenkool elektriciteitsopwekking is, wordt de thermo-elektrische centrale gebouwd in de buurt van het mijngebied, zoals het geval is met de vijf kolengestookte thermo-elektrische centrales die in het land actief zijn.
Economisch gezien is het voordeliger om te investeren in transmissielijnen om de reeds geproduceerde elektrische energie te verdelen dan in het transporteren van steenkool over grote afstanden.
Voor korte afstanden is de meest efficiënte methode het gebruik van een transportband. Er worden ook pijpleidingen gebruikt, waardoor kolen, gemengd met water, in de vorm van modder worden getransporteerd.
Stroomopwekking door kolen
De minerale steenkool wordt na winning uit de bodem gefragmenteerd en opgeslagen in silo's. Het wordt vervolgens naar een thermische energiecentrale getransporteerd.
Volgens Furnas wordt een thermo-elektrische installatie gedefinieerd als een reeks werken en apparatuur met de functie om elektrische energie op te wekken via een proces dat conventioneel in drie fasen is verdeeld.
De eerste stap bestaat uit het verbranden van fossiele brandstof om het water in de ketel om te zetten in stoom. In het geval van minerale steenkool wordt het vóór het verbrandingsproces in poeder omgezet. Dit garandeert de grootste thermische benutting van het bakproces.
De tweede fase is het gebruik van stoom die onder hoge druk wordt geproduceerd om een turbine te laten draaien en een elektrische generator te starten. Door het passeren van stoom door de turbine gaan de turbine en de generator in beweging, die is gekoppeld aan de turbine, waardoor mechanische energie wordt omgezet in elektrische energie.
De cyclus wordt gesloten in de derde en laatste fase, waarin de stoom wordt gecondenseerd en overgebracht naar een onafhankelijk koelcircuit, dat terugkeert naar de vloeibare toestand, zoals ketelwater.
De opgewekte energie wordt via geleidende kabels van de generator naar een transformator getransporteerd. De transformator verdeelt op zijn beurt elektrische energie naar verbruikscentra via transmissielijnen.
Uitstoot
Wanneer steenkool wordt verbrand, worden de elementen die erin zitten vervluchtigd (verdampen) en in de atmosfeer uitgestoten, samen met een deel van de anorganische materie die vrijkomt in de vorm van stofdeeltjes (vliegas).
hier
Minerale steenkool is een materiaal met een hoge concentratie koolstof. Op deze manier stoot steenkool bij verbranding grote concentraties koolmonoxide uit.
Koolmonoxide is een giftig gas dat buitengewoon schadelijk is voor de menselijke gezondheid en bij acute vergiftiging tot de dood kan leiden. Volgens de São Paulo State Environmental Company (Cetesb) is de belangrijkste route van koolmonoxidevergiftiging de luchtwegen. Eenmaal ingeademd, wordt het gas snel geabsorbeerd door de longen en bindt het zich aan hemoglobine, waardoor efficiënt zuurstoftransport wordt voorkomen. Daarom is langdurige blootstelling aan koolmonoxide gekoppeld aan de toename van de incidentie van infarcten bij ouderen.
Bovendien kan koolmonoxide, eenmaal in de atmosfeer, worden geoxideerd tot kooldioxide.
Kooldioxide
Koolstofdioxide kan direct worden uitgestoten door de verbranding van steenkool en andere fossiele brandstoffen, of het kan in de atmosfeer worden gevormd door chemische reacties, bijvoorbeeld door de oxidatiereactie van koolmonoxide.
Kooldioxide wordt beschouwd als een van de belangrijkste gassen in het proces van versterking van het broeikaseffect, omdat het wordt geassocieerd met een verhoogde opwarming van de aarde. En het is ook een van de belangrijkste soorten gassen die vrijkomen bij het verbranden van steenkool.
Het is belangrijk op te merken dat verbranding de fase is van de productieketen van steenkool waarin de uitstoot van kooldioxide het grootst is, maar de fasen van opslag en opslag van residuen dragen ook bij aan de totale uitstoot. Volgens het rapport van het Ministerie van Wetenschap en Technologie is echter het gebrek aan kennis van de opslagtijd van het erts in elk geval een beperkende factor voor de berekening van de totale emissies.
Zwavel
Volgens het rapport van de Braziliaanse Energy Planning Society is van alle emissies van kolengestookte elektriciteitscentrales de uitstoot van zwavel de meest zorgwekkende. Bij verbranding vormt zwavel een reeks gasvormige verbindingen die in de atmosfeer vrijkomen als er geen apparatuur is om deze op te vangen. Hiervan valt zwaveldioxide (SO2) op.
Zwaveldioxide (SO2) ondergaat oxidatie in de atmosfeer en vormt zwaveltrioxide (SO3) dat op zijn beurt, wanneer het wordt gebonden aan regenwater (H2O), zwavelzuur (H2SO4) vormt, wat aanleiding geeft tot zure regen .
Zure regen heeft directe gevolgen voor het leven van planten en dieren, vooral in het water. Bij groenten leidt het tot veranderingen in pigmentatie en vorming en necrose. Bij dieren veroorzaakt het de dood van organismen, zoals vissen en kikkers. Zure regen veroorzaakt ook schade aan materiële goederen, aangezien het corrosieve processen bevordert.
Volgens het ministerie van Milieu kunnen de effecten van zwaveldioxide op de menselijke gezondheid verband houden met de toegenomen incidentie van ademhalingsproblemen in het algemeen en astma, wat blijkt uit de toename van ziekenhuisopnames.
Methaan
Minerale steenkool heeft een hoog gehalte aan methaan (CH4). Bij de verbranding van minerale steenkool komt methaan vrij in de atmosfeer, dat kan worden geassocieerd met waterdamp en kooldioxide en wordt beschouwd als een van de belangrijkste broeikasgassen.
Methaan wordt gevormd door het afbraakproces van organisch materiaal. Om deze reden wordt het voorkomen ervan geassocieerd met fossiele brandstoffen.
Het is belangrijk op te merken dat ondanks het verbrandingsproces van minerale steenkool waarbij aanzienlijke hoeveelheden methaan in de atmosfeer vrijkomen, methaanemissies optreden bij het productieproces van minerale steenkool sinds de winning van het erts, vooral in ondergrondse mijnen en bij de opslag van post-mining materiaal. zoals te zien is in het rapport van het Ministerie van Wetenschap en Technologie
Stikstofoxiden (NOx)
Minerale steenkool heeft ook een hoge concentratie stikstof. Daarom geeft de verbranding van steenkool stikstofoxiden af in de atmosfeer. Rookgassen bestaan meestal voornamelijk uit stikstofoxide. Wanneer het de atmosfeer binnenkomt, wordt het snel geoxideerd tot stikstofdioxide.
Stikstofdioxide, gebonden aan regenwater (H2O), produceert salpeterzuur (HNO3) dat, net als zwavelzuur (H2SO4), ook zure regen veroorzaakt.
Bovendien beïnvloeden hoge concentraties NO2 de vorming van troposferisch ozon en fotochemische smogprocessen .
Fijnstof (MP)
Volgens Cetesb is deeltjesvormig materiaal allemaal vast en vloeibaar materiaal dat vanwege zijn kleine formaat in de atmosfeer blijft hangen. Fijn stof vormt ook in de atmosfeer uit de eerder genoemde zwaveldioxide (SO2) en stikstofoxiden (NOx)
De grootte van de deeltjes houdt rechtstreeks verband met het potentieel om gezondheidsproblemen te veroorzaken.
Kwik
Naast de reeds genoemde gassen, bevat minerale steenkool ook aanzienlijke hoeveelheden kwik, dat door de verbranding van het erts in de atmosfeer terechtkomt.
Volgens de EPA - Environmental Protection Agency zijn kolencentrales de grootste antropogene bron van kwikemissies.
Het vluchtige kwik dat in de atmosfeer aanwezig is, wordt opgenomen in de regencyclus, bereikt waterlichamen en leidt tot milieuverontreiniging en schade aan het waterleven. Kwikverontreiniging is ook een probleem voor de volksgezondheid, aangezien consumptie van met kwik verontreinigde waterorganismen kan leiden tot acute vergiftiging en in sommige gevallen tot de dood.
