Co to jest węgiel kamienny? Czym jest czarne złoto Polski?

Węgiel kamienny to surowiec wykorzystywany do wytwarzania ciepła w domach, a także szeroko stosowany w przemyśle. Czym jest węgiel kamienny i kiedy powstał? Z naszego artykułu dowiesz się, jak powstawał i czym się charakteryzuje.

• Czym jest węgiel kamienny?
• Kiedy powstał węgiel kamienny?
• Charakterystyka węgla kamiennego
• Zastosowanie węgla kamiennego

Czym jest węgiel kamienny

Węgiel kamienny jest najbardziej popularnym surowcem energetycznym wykorzystywanym do ogrzewania. Powstał on poprzez przemianę nagromadzonej materii organicznej — obumarłe szczątki roślin uległy złożonym procesom przeobrażenia pod wpływem czynników biologicznych, biochemicznych, geologicznych i geochemicznych. Proces ten nosi nazwę uwęglenia, czyli stopniowego wzbogacania w pierwiastek węgiel.

Materia organiczna — liście, fragmenty kory, obumarłe rośliny — przeszła wieloetapową przemianę. Na początku zmieniła się w torf, następnie w węgiel brunatny, a dalsze procesy geologiczne doprowadziły do powstania węgla kamiennego. Najbardziej zaawansowanym stadium tego procesu jest antracyt zawierający nawet 97% węgla, który charakteryzuje się najwyższą gęstością i kalorycznością spośród wszystkich form tego surowca.

Kiedy powstał węgiel kamienny

Złoża węgla kamiennego w Polsce powstały w erze paleozoicznej w okresie zwanym karbonem i szacuje się, że mają około 300–360 mln lat. Wtedy na Ziemi panował wilgotny, ciepły klimat sprzyjający rozwojowi bujnej roślinności — większość planety pokrywały rozległe lasy złożone z wysokich paproci, widłaków i skrzypów osiągających kilkanaście metrów wysokości. Obumarłe rośliny odkładały się w podmokłych częściach terenu, gdzie zanurzenie w wodzie uniemożliwiało dostęp tlenu i spowalniało procesy rozkładu. To właśnie z tych nagromadzeń w późniejszym czasie, pod wpływem ciśnienia kolejnych warstw osadów i podwyższonej temperatury, powstały pokłady węgla kamiennego.

Intensywność procesów geologicznych decydowała o głębokości, na jakiej dziś znajdują się złoża. W Polsce węgiel kamienny zalegał pierwotnie płycej, lecz ruchy tektoniczne i nasuwanie się kolejnych warstw skalnych spowodowały, że obecnie kopalnie prowadzą eksploatację na głębokościach sięgających ponad 1000 metrów.

Charakterystyka węgla kamiennego

Węgiel kamienny posiada czarną barwę, jest kruchy i dosyć zwięzły. Właściwości węgla kamiennego są uzależnione od warunków, w jakich powstawał ten surowiec. Temperatura i ciśnienie towarzyszące procesom przemiany w największym stopniu decydują o jego parametrach fizykochemicznych — wyższa temperatura i dłuższy czas oddziaływania ciśnienia prowadzą do powstania węgla o większej zawartości węgla i wyższej wartości opałowej.

Z jakich pierwiastków składa się węgiel kamienny? Główny jego składnik stanowi oczywiście węgiel (75–92%), a tuż obok niego znajdują się również wodór (2–6%), tlen (1–18%), azot (0,5–2%) i siarka (0,2–2%). Węgiel kamienny jest znacznie bardziej kaloryczny od węgla brunatnego — jego wartość opałowa wynosi średnio 24–30 MJ/kg, podczas gdy węgiel brunatny osiąga tylko 8–15 MJ/kg.

Ze względu na materię organiczną, z której powstał węgiel kamienny, wyróżnia się:

• Węgiel humusowy — powstały z rozłożonej flory lądowej, stanowi przeważającą część złóż;
• Węgiel sapropelowy — utworzony z resztek flory wodnej, zawiera więcej wodoru i mniej tlenu;
• Węgiel liptobiolitowy — powstały z żywiczno-woskowych składników roślin, cechuje się wysoką zawartością lotnych składników.

Dodatkowo, w zależności od stopnia uwęglenia, węgiel kamienny dzieli się na rodzaje takie jak węgiel płomienny, gazowohumusowy, ortokoks i metaantracyt. Każdy z nich charakteryzuje się innym udziałem części lotnych i węgla związanego, co przekłada się na sposób spalania i przeznaczenie.

Zastosowanie węgla kamiennego

Głównym zastosowaniem węgla kamiennego jest wytwarzanie ciepła i energii podczas jego spalania. Węgiel kamienny wykorzystuje się w gospodarstwach domowych do ogrzewania mieszkań oraz w przemyśle energetycznym — elektrownie i elektrociepłownie spalają go w kotłach w celu produkcji energii elektrycznej i ciepła systemowego.

Poza energetyką węgiel kamienny znajduje zastosowanie w hutnictwie żelaza, gdzie po procesie koksowania służy jako reduktor w wielkich piecach. Jest on stosowany również w farmacji podczas wytwarzania leków — aktywny węgiel drzewny powstaje z węgla kamiennego poddanego specjalnej obróbce termicznej. W kosmetologii stosuje się go do produkcji kremów i maseczek oczyszczających, a w rolnictwie służy do opracowywania nawozów i odżywek dla roślin poprawiających strukturę gleby.

Istnieje kilka rodzajów węgla kamiennego, które różnią się między sobą szybkością spalania, wielkością ziaren oraz kalorycznością. Poszczególne rodzaje węgla znajdują zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, energetyce oraz gospodarstwach domowych — węgle o najwyższej wartości opałowej przeznacza się do kotłowni przemysłowych, podczas gdy sortymenty drobniejsze trafiają do automatycznych kotłów w domach jednorodzinnych.