Ο άνθρακας ποικίλλει ως προς τη σύνθεση, την παγκόσμια χρήση και την ενεργειακή αξία
Άνθρακες ποικίλης σύνθεσης χρησιμοποιούνται ως καύσιμο ορυκτό καύσιμο για την παραγωγή ηλεκτρισμού και την παραγωγή χάλυβα σε όλο τον κόσμο. Ήταν η ταχύτερα αναπτυσσόμενη πηγή ενέργειας παγκοσμίως στον 21ο αιώνα, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας.
Σχετικά με την παραγωγή άνθρακα
Οι άνθρωποι δεν "παράγουν" άνθρακα. Οι γεωλογικές διαδικασίες και η αποσύνθεση της οργανικής ύλης την δημιουργούν σε χιλιάδες χρόνια. Είναι εξορύσσεται από υπόγειους σχηματισμούς ή "ραφές", μέσω υπόγειων σηράγγων, ή αφαιρώντας μεγάλες εκτάσεις της γήινης επιφάνειας. Ο εκσκαφέντος άνθρακας πρέπει να καθαριστεί, να πλυθεί και να υποστεί επεξεργασία για να το παρασκευάσει για εμπορική χρήση.
Η Κίνα παράγει σήμερα περισσότερο άνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα στον κόσμο, αν και τα αποδεδειγμένα αποθέματά της κατέχουν την τέταρτη θέση πίσω από τις ΗΠΑ, τη Ρωσία και την Ινδία. Ο ΔΟΕ εκτιμά ότι η παγκόσμια προσφορά θα πρέπει να αυξηθεί με ρυθμό περίπου 0,6% έως το 2020.
Εξαγωγείς και εισαγωγείς άνθρακα
Η Αυστραλία βρίσκεται στην κορυφή του παγκόσμιου καταλόγου εξαγωγέων, αφού έστειλε 298 εκατομμύρια τόνους άνθρακα στο εξωτερικό το 2010. Η Ινδονησία και η Ρωσία κατέλαβε τη δεύτερη και την τρίτη θέση, εξάγοντας 162 και 109 εκατομμύρια τόνους αντίστοιχα. Οι ΗΠΑ ήρθαν στην τέταρτη θέση σε παγκόσμιο επίπεδο, αφού απέστειλαν 74 εκατομμύρια μετρικούς τόνους πέρα από τα σύνορά τους την ίδια χρονιά.
Αξιοποίηση του άνθρακα
Η Νότια Αφρική βασίζεται περισσότερο στον άνθρακα, λαμβάνοντας το 93 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας από αυτή την πηγή ενέργειας. Η Κίνα και η Ινδία βασίζονται επίσης σε μεγάλο βαθμό στον άνθρακα για σημαντικά ποσά της ενέργειας τους σε 79 και 69 τοις εκατό αντίστοιχα. Οι ΗΠΑ παίρνουν το 45% της ηλεκτρικής τους ενέργειας από αυτή την πηγή, κατατάσσοντας την 11η θέση στον παγκόσμιο κατάλογο χωρών που παράγουν ενέργεια από αυτή την πηγή.
Σκληροί και μαλακοί τύποι άνθρακα
Ο άνθρακας εμπίπτει σε δύο βασικές κατηγορίες: σκληρό και μαλακό. Ο μαλακός άνθρακας είναι επίσης γνωστός ως καφές ή λιγνίτης. Η Κίνα παράγει περισσότερο λιθάνθρακα από οποιαδήποτε άλλη χώρα κατά περίπου τρεις. Οι τεράστιοι 3.162 εκατομμύρια τόνοι λιθάνθρακα που παράγεται από την Κίνα επιβραδύνουν την παραγωγή των παραγωγών δεύτερης και τρίτης κατηγορίας - των ΗΠΑ σε 932 εκατομμύρια τόνους και της Ινδίας σε 538 εκατομμύρια μετρικούς τόνους.
Η Γερμανία και η Ινδονησία δεσμούν σχεδόν για την τιμή των κορυφαίων τιμών στην παραγωγή μαλακού καφέ άνθρακα. Αυτές οι χώρες έσκαψαν 169 εκατομμύρια και 163 εκατομμύρια μετρικούς τόνους αντίστοιχα.
Άνθρακα οπτανθρακοποίησης έναντι άνθρακα ατμού
Ο άνθρακας οπτανθρακοποίησης, γνωστός και ως μεταλλουργικός άνθρακας, έχει χαμηλή περιεκτικότητα σε θείο και φωσφόρο και μπορεί να αντέξει υψηλή θερμότητα. Ο άνθρακας οπτανθρακοποίησης τροφοδοτείται σε φούρνους και υποβάλλεται σε πυρόλυση χωρίς οξυγόνο, μια διαδικασία που θερμαίνει τον άνθρακα σε περίπου 1.100 βαθμούς Κελσίου. Το λιώνει και απομακρύνει κάθε πτητική ένωση και ακαθαρσίες για να αφήσει καθαρό άνθρακα. Ο θερμός, καθαρισμένος, υγροποιημένος άνθρακας στερεοποιείται σε κομμάτια που ονομάζονται "οπτάνθρακες" που μπορούν να τροφοδοτηθούν σε υψικάμινο μαζί με το σιδηρομετάλλευμα και τον ασβεστόλιθο για την παραγωγή χάλυβα.
Ο ατμός άνθρακα, επίσης γνωστός ως θερμικός άνθρακας, είναι κατάλληλος για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Ο ατμός άνθρακα αλέθεται σε μια λεπτή σκόνη που καίει γρήγορα σε υψηλές θερμότητες και χρησιμοποιείται σε μονάδες παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας για τη θέρμανση του νερού σε λέβητες που λειτουργούν ατμοστρόβιλοι. Μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί για την παροχή θέρμανσης χώρων για σπίτια και επιχειρήσεις.
Ενέργεια στον άνθρακα
Όλοι οι τύποι άνθρακα περιέχουν σταθερό άνθρακα, ο οποίος παρέχει αποθηκευμένη ενέργεια και ποικίλες ποσότητες υγρασίας, τέφρας, πτητικών ουσιών, υδραργύρου και θείου. Επειδή οι φυσικές ιδιότητες και η ποιότητα του άνθρακα ποικίλλουν σε μεγάλο βαθμό, οι μονάδες ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα πρέπει να είναι κατασκευασμένες έτσι ώστε να ανταποκρίνονται στις συγκεκριμένες ιδιότητες των διαθέσιμων πρώτων υλών και να μειώνουν τις εκπομπές ρύπων όπως το θείο, ο υδράργυρος και οι διοξίνες.
Το αποθηκευμένο ενεργειακό δυναμικό στον άνθρακα περιγράφεται ως "θερμαντική τιμή", "θερμαντική τιμή" ή "θερμική περιεκτικότητα". Μετράται σε Btu ή MJ / kg. Το Btu είναι η βρετανική θερμική μονάδα, η ποσότητα θερμότητας που θα ζεσταθεί περίπου 0,12 αμερικανικά γαλόνια - μια λίβρα νερού - κατά ένα βαθμό Fahrenheit σε επίπεδο θάλασσας.
Το Btu είναι μερικές φορές γραμμένο ως BTU.
Το MJ / kg αντιπροσωπεύει το χιλιόγραμμο ανά χιλιόγραμμο και είναι η ποσότητα ενέργειας που αποθηκεύεται σε χιλιόγραμμο. Αυτή είναι μια ένδειξη ενεργειακής πυκνότητας για καύσιμα μετρούμενα κατά βάρος.
Ο άνθρακας απελευθερώνει θερμική ενέργεια ή θερμότητα όταν καίγεται, μαζί με άνθρακα και τέφρα. Η τέφρα αποτελείται από μέταλλα όπως ο σίδηρος, το αργίλιο , ο ασβεστόλιθος, ο άργιλος και το πυρίτιο, καθώς και ιχνοστοιχεία όπως το αρσενικό και το χρώμιο.
Τύποι άνθρακα συγκρίνονται και ταξινομούνται
Ο διεθνής οργανισμός τυποποίησης ASTM έχει εκδώσει μια μέθοδο κατάταξης για την ταξινόμηση των τύπων άνθρακα που σχηματίζονται από βιοδιασπασμένες χουμικές ουσίες με βάση την τύρφη και οργανικό υλικό ή βιτρινίτη. Η κατάταξη του άνθρακα βασίζεται σε επίπεδα γεωλογικής μεταμόρφωσης, σταθερού άνθρακα και θερμικής αξίας. Είναι γνωστή ως ASTM D388-05 Πρότυπη Ταξινόμηση των Άνθρακα από την Κατάταξη.
Πώς συγκρίνουν οι τέσσερις τύποι; Κατά γενικό κανόνα, όσο πιο σκληρή γίνεται ο άνθρακας, τόσο υψηλότερη είναι η ενεργειακή αξία και η κατάταξή του. Ακολουθεί μια συγκριτική ταξινόμηση τεσσάρων διαφορετικών τύπων άνθρακα από το πιο πυκνό από άνθρακα και ενέργειας έως το λιγότερο πυκνό:
| Τάξη | Τύπος άνθρακα | Θερμική αξία (MJ / kg) |
|---|---|---|
| # 1 | Ανθρακίτης | 30 millijoule ανά χιλιόγραμμο |
| # 2 | Ασφαλτώδης | 18,8-29,3 millijoule ανά χιλιόγραμμο |
| # 3 | Υπο-ασφαλτούχο | 8.3-25 millijoule ανά χιλιόγραμμο |
| # 4 | Λιγνίτης (καφέ άνθρακας) | 5.5-14.3 millijoule ανά χιλιόγραμμο |