Лигнит (происходит от латинского lignum , что означает «дерево»), часто называемый бурым углем , [1] представляет собой мягкую, коричневую, горючую осадочную породу, образованную естественным образом спрессованным торфом . Он содержит около 25–35% углерода [1] [2] и считается самым низким сортом угля из -за его относительно низкого содержания тепла . При извлечении из земли он содержит очень большое количество влаги , что частично объясняет его низкое содержание углерода. Лигнит добывают по всему миру и используют почти исключительно в качестве топлива для пароэлектрогенерации .
Сгорание лигнита производит меньше тепла на количество выделяемого углекислого газа и серы, чем другие марки угля. В результате лигнит является самым вредным углем для здоровья человека. [3] В зависимости от источника, различные токсичные тяжелые металлы , включая природные радиоактивные материалы , могут присутствовать в лигните и оставаться в угольной летучей золе, образующейся при его сгорании, что еще больше увеличивает риски для здоровья. [4]
Лигнит имеет коричневато-черный цвет и содержание углерода составляет 60–70 процентов на сухой беззольной основе. Однако его присущая влажность иногда достигает 75 процентов [1] , а его зольность колеблется от 6 до 19 процентов по сравнению с 6–12 процентами для битуминозного угля . [5] В результате его содержание углерода на основе получения (т. е. содержащей как присущую влажность, так и минеральные вещества) обычно составляет всего 25–35 процентов. [2]
Энергосодержание лигнита колеблется от 10 до 20 МДж/кг (9–17 миллионов БТЕ на короткую тонну ) на влажной, безминеральной основе. Энергосодержание лигнита, потребляемого в Соединенных Штатах, в среднем составляет 15 МДж/кг (13 миллионов БТЕ/тонну) на основе «как получено». [6] Энергосодержание лигнита, потребляемого в Виктории, Австралия, в среднем составляет 8,6 МДж/кг (8,2 миллиона БТЕ/тонну) на чистой влажной основе. [7]
Лигнит имеет высокое содержание летучих веществ, что позволяет легче преобразовывать его в газ и жидкие нефтепродукты, чем угли более высокого ранга. Его высокое содержание влаги и подверженность самовозгоранию могут вызвать проблемы при транспортировке и хранении. Процессы, которые удаляют воду из бурого угля, снижают риск самовозгорания до того же уровня, что и у черного угля, увеличивают теплотворную способность бурого угля до эквивалентного черному углю топлива и значительно снижают профиль выбросов «уплотненного» бурого угля до уровня, аналогичного или лучшего, чем у большинства черных углей. [8] Однако удаление влаги увеличивает стоимость конечного лигнитного топлива.
Лигнит быстро деградирует при контакте с воздухом. Этот процесс называется осаживанием или осаживанием . [9]
Большая часть лигнита используется для выработки электроэнергии. [2] Однако небольшие количества используются в сельском хозяйстве, в промышленности и даже, как гагат , в ювелирном деле. Его историческое использование в качестве топлива для отопления домов постоянно снижалось и теперь имеет меньшее значение, чем его использование для выработки электроэнергии.
Лигнит часто встречается в толстых пластах, расположенных вблизи поверхности, что делает его добычу недорогой. Однако из-за его низкой плотности энергии , тенденции к рассыпанию и, как правило, высокого содержания влаги, бурый уголь неэффективен для транспортировки и не продается широко на мировом рынке по сравнению с более высокими сортами угля. [1] [7] Его часто сжигают на электростанциях вблизи шахт, таких как австралийская Latrobe Valley и завод Luminant в Монтичелло и завод Martin Lake в Техасе. В первую очередь из-за скрытого высокого содержания влаги и низкой плотности энергии бурого угля выбросы углекислого газа от традиционных электростанций, работающих на буром угле, как правило, намного выше на мегаватт-час, вырабатываемый сопоставимыми электростанциями, работающими на черном угле, при этом самой высокой в мире электростанцией по выбросам была австралийская электростанция Hazelwood [10] до ее закрытия в марте 2017 года. [11] Эксплуатация традиционных электростанций, работающих на буром угле, особенно в сочетании с открытой добычей угля , является политически спорной из-за экологических проблем. [12] [13]
Германская Демократическая Республика в значительной степени полагалась на лигнит, чтобы стать энергетически самодостаточной , и в конечном итоге получала 70% своих энергетических потребностей за счет лигнита. [14] Лигнит также был важным сырьем для химической промышленности через процесс Бергиуса или синтез Фишера-Тропша вместо нефти, [15] которую приходилось импортировать за твердую валюту после изменения политики Советского Союза в 1970-х годах, который ранее поставлял нефть по ценам ниже рыночных. [16] Ученые Восточной Германии даже перерабатывали лигнит в кокс, пригодный для металлургического использования ( высокотемпературный лигнитовый кокс ), и большая часть железнодорожной сети зависела от лигнита либо через паровозы , либо через электрифицированные линии, в основном питаемые электроэнергией, полученной из лигнита. [16] Согласно таблице ниже, Восточная Германия была крупнейшим производителем лигнита на протяжении большей части своего существования в качестве независимого государства.
В 2014 году около 12 процентов энергии Германии и, в частности, 27 процентов электроэнергии Германии поступило от электростанций, работающих на лигните, [17] в то время как в 2014 году в Греции лигнит обеспечивал около 50 процентов ее потребностей в энергии. Германия объявила о планах по поэтапному отказу от лигнита не позднее 2038 года. [18] [19] [20] [21] Греция подтвердила, что последняя угольная электростанция будет закрыта в 2025 году после давления со стороны Европейского союза [22] и планирует вкладывать значительные средства в возобновляемые источники энергии . [23]
Лигнит использовался и используется в качестве замены или в сочетании с дровами для отопления домов. Обычно его прессуют в брикеты для этого использования. [24] [25] Из-за запаха, который он выделяет при сгорании, лигнит часто рассматривался как топливо для бедных людей по сравнению с более дорогими каменными углями. В Германии брикеты по-прежнему легко доступны для конечных потребителей в магазинах товаров для дома и супермаркетах. [26] [27] [28] [29]
Экологически выгодное использование лигнита — сельское хозяйство. Лигнит может иметь ценность как экологически безвредная почвенная добавка , улучшающая катионный обмен и доступность фосфора в почвах, одновременно снижая доступность тяжелых металлов, [30] [31] и может превосходить коммерческие гуматы калия. [32] Летучая зола лигнита, получаемая при сжигании лигнита на электростанциях, также может быть ценной как почвенная добавка и удобрение. [33] Однако строгие исследования долгосрочных преимуществ продуктов лигнита в сельском хозяйстве отсутствуют. [34]
Лигнит также может использоваться для выращивания и распространения микробов биологического контроля , которые подавляют вредителей растений. Углерод увеличивает органическое вещество в почве , в то время как микробы биологического контроля обеспечивают альтернативу химическим пестицидам. [35]
Леонардит — это почвенный кондиционер, богатый гуминовыми кислотами , который образуется в результате естественного окисления, когда лигнит контактирует с воздухом. [36] Этот процесс можно воспроизвести искусственно в больших масштабах. [37] Менее зрелый ксилоидный (в форме дерева) лигнит также содержит большое количество гуминовой кислоты. [38]
Реакция с четвертичным амином образует продукт, называемый обработанным амином лигнитом (ATL), который используется в буровом растворе для снижения потерь жидкости во время бурения. [39]
Лигнит может иметь потенциальное применение в качестве промышленного адсорбента . Эксперименты показывают, что его адсорбция метиленового синего попадает в диапазон активированных углей, используемых в настоящее время в промышленности. [40]
Гагат — это разновидность лигнита, которая использовалась в качестве драгоценного камня. [41] Самые ранние артефакты из гагата датируются 10 000 г. до н. э. [42] и гагат широко использовался в ожерельях и других украшениях в Британии с неолита до конца Римской Британии . [43] Гагат пережил кратковременное возрождение в викторианской Британии . [44]
.jpg/1280px-Canal_Run_shadows_(5179305812).jpg)
Лигнит начинается как накопление частично разложившегося растительного материала или торфа. Торф накапливается наиболее легко в областях, где достаточно влаги, медленное оседание поверхности земли и отсутствие нарушений со стороны рек или океанов. Торфяные болота в противном случае встречаются в самых разных климатических и географических условиях. В этих условиях область остается насыщенной водой, которая покрывает мертвый растительный материал и защищает его от деградации кислородом воздуха. Анаэробные бактерии могут продолжать деградировать торф, но этот процесс медленный, особенно в кислой воде. Как только торф погребен под другими отложениями, биологическая деградация по существу останавливается, и дальнейшие изменения являются результатом повышения температуры и давления от захоронения. [45]
Лигнит образуется из торфа, который не подвергался глубокому захоронению и нагреванию. Он образуется при температурах ниже 100 °C (212 °F), [1] в основном путем биохимической деградации. Это включает в себя гумифицирование, при котором микроорганизмы извлекают углеводороды из торфа и образуются гуминовые кислоты. Гуминовые кислоты делают среду более кислой, что замедляет скорость дальнейшего бактериального распада. Гумификация в лигните еще не завершена и завершается только тогда, когда уголь достигает суббитуминозного ранга. [46] Наиболее характерным химическим изменением в органическом материале во время образования лигнита является резкое сокращение числа функциональных групп C=O и COR. [47]
Месторождения лигнита обычно моложе, чем угли более высокого ранга, и большинство из них образовалось в третичный период. [1]
Лигнит часто встречается в толстых пластах, расположенных вблизи поверхности. [1] [7] Его можно недорого добывать с помощью различных форм открытой добычи , хотя это может привести к серьезному ущербу окружающей среде. [48] Нормативные акты в Соединенных Штатах и других странах требуют, чтобы земля, на которой ведется открытая добыча, была восстановлена до ее первоначальной производительности после завершения добычи. [49]
Добыча лигнита открытым способом в Соединенных Штатах начинается с бурения для установления протяженности подземных пластов. Верхний слой почвы и подпочва должны быть надлежащим образом удалены и либо использованы для рекультивации ранее выработанных территорий, либо сохранены для будущей рекультивации. Удаление вскрыши экскаватором и грузовиком подготавливает территорию для удаления вскрыши драглайном , чтобы обнажить пласты лигнита. Они разбиваются с помощью специально оборудованных тракторов ( рыхление угля ), а затем загружаются в нижние самосвалы с помощью фронтальных погрузчиков . [50]
После извлечения лигнита восстановление включает в себя сортировку отвалов шахты до максимально приближенного к исходной поверхности земли (приблизительный исходный контур или AOC). Подпочва и верхний слой почвы восстанавливаются, а земля повторно засевается различными травами. В Северной Дакоте гарантийный залог удерживается в отношении горнодобывающей компании в течение как минимум десяти лет после окончания горных работ, чтобы гарантировать, что земля была восстановлена до полной производительности. [49] Гарантия (не обязательна в этой форме) для рекультивации шахты требуется в США Законом о контроле за поверхностной добычей полезных ископаемых и рекультивации 1977 года . [51]
Долина Латроб в Виктории , Австралия , содержит предполагаемые запасы около 65 миллиардов тонн бурого угля. [57] Месторождение эквивалентно 25 процентам известных мировых запасов. Угольные пласты имеют толщину до 98 м (322 фута), при этом многочисленные угольные пласты часто дают практически непрерывную толщину бурого угля до 230 м (755 футов). Пласты покрыты очень небольшим количеством вскрыши (от 10 до 20 м (от 33 до 66 футов)). [57]
Партнерство под руководством Kawasaki Heavy Industries и при поддержке правительств Японии и Австралии начало извлечение водорода из бурого угля. Сжиженный водород будет доставляться в Японию через транспортер Suiso Frontier . [58]
Крупнейшие месторождения лигнита в Северной Америке — это месторождения лигнита побережья залива и Форт-Юнион. Лигниты побережья залива расположены в полосе, проходящей от Техаса до Алабамы примерно параллельно побережью залива. Месторождение лигнита Форт-Юнион простирается от Северной Дакоты до Саскачевана . Оба являются важными коммерческими источниками лигнита. [9]
Лигнит можно разделить на два типа: ксилоидный лигнит или ископаемая древесина и компактный лигнит или совершенный лигнит.
Хотя ксилоидный лигнит иногда может иметь прочность и внешний вид обычного дерева, можно увидеть, что горючая древесная ткань претерпела большую модификацию. Он восстанавливается до тонкого порошка путем растирания , и если подвергнуть его воздействию слабого раствора поташа , он дает значительное количество гуминовой кислоты . [38] Леонардит является окисленной формой лигнита, которая также содержит высокие уровни гуминовой кислоты. [59]
Гагат — это затвердевшая, похожая на драгоценный камень форма лигнита, используемая в различных видах ювелирных изделий. [41]
Германия является крупнейшим производителем лигнита, [60] за ней следуют Китай , Россия и США . [61] Лигнит составил 8% от всей добычи угля в США в 2019 году. [2]
является крупнейшим производителем лигнита в мире с начала промышленной добычи лигнита. Она и по сей день является таковой, за ней следуют Китай, Россия и США. Более мягкий и влажный лигнит (также называемый бурым или мягким углем) имеет более низкую теплотворную способность, чем каменный уголь, и его можно добывать только открытым способом. При сжигании он выделяет больше CO2, чем каменный уголь.
{{cite web}}: CS1 maint: архивная копия как заголовок ( ссылка )