Wat is steenkool?
|
|
Steenkool is een harde, zwart gekleurde, op steen lijkende grondstof. Het bestaat uit koolstof, waterstof, zuurstof, stikstof en een wisselende hoeveelheid zwavel. Er bestaan verschillende soorten steenkool – antraciet, ess-(of halfvet)kool, rookzwakke- (of drie-kwart vet)kool, en vetkool. Het verschil zit vooral in het gasgehalte. |
Vetkool vergruist bij verhitting tot blokjes en wordt daarom gebruikt om cokes van te maken.
Cokes wordt gebruikt bij de productie van ijzer door hoogovens.
Het gas dat vrijkomt bij de productie van cokes is niet alleen een energiebron, maar wordt ook gebruikt voor de bereiding van stikstofkunstmest en andere chemische producten.
Turf, de voorvader van steenkool, wordt ook vandaag de dag nog in veel landen gedolven en gebruikt als energiebron.
Bruinkool is het stadium tussen veen en steenkool in. Door de hoge druk op de moerasplanten verwerden deze eerst tot veen. Met nog meer druk tot bruinkool en met nog meer druk tot steenkool. Hier ligt het verschil vooral in het vochtgehalte. Veen heeft het meeste vocht en steenkool het minste.
Hoe is steenkool ontstaan?
Steenkool, olie en gasworden fossiele brandstoffen genoemd omdat zij ontstaan zijn uit de organische overblijfselen van prehistorische planten door middel van blootstelling aan hitte en druk van de aardkorst over een zeer lange periode. De organismen, en de fossiele brandstoffen die eruit zijn ontstaan, zijn vaak miljoenen jaren oud, soms zelfs ouder dan 650 miljoen jaar.
|
De grootste afzettingen van fossiele brandstoffen dateren uit het Carboon, tussen 360 tot 286 miljoen jaar geleden. De naam “Carboon” komt van ‘carbon’, oftewel koolstof, het basis element van steenkool en andere fossiele brandstoffen. De enorme bomen, varens en andere bladplanten die in die tijd de aarde bedekten zijn aan de origine van de huidige steenkool afzettingen. Wanneer zij stierven zonken zij naar de bodem van de moerassen waar zij lagen sponsachtig materiaal vormden, ook wel turf genoemd. Met het verstrijken van de tijd werd de turf bedekt door lagen zand, klei en andere mineralen, die onder druk in steen veranderden. De ene laag steen werd bedekt met de volgende en het gewicht van deze lagen nam gestadig toe. Hierdoor begonnen zij enorme druk uit te oefenen op de turf waardoor er steeds meer water uitgeperst werd. Na verloop van miljoenen jaren veranderde de turf op deze manier in steenkool. |
Geschiedenis van het gebruik van steenkool:
|
|
Het gebruik van steenkool als brandstof dateert van ver voor de geschreven geschiedenis. Steenkool werd al door holenmensen gebruikt voor het verwarmen van grotten. Het eerst-bekende gebruik van steenkool was in China waar naar alle waarschijnlijkheid al 3000 jaar geleden kolen van de Fu-shun mijn in Noord-Oost China gebruikt werden om koper te smelten. Chinezen dachten dat kolen stenen waren die konden branden. Steenkool werd ook gebruikt in ovens om metaal bevattend erts te doen smelten. |
In noord amerika gebruikten de Hopi Indianen al rond 1300 steenkool om op te koken, voor verwarming, en om hun potten van klei te bakken.
Archeologen hebben aanwijzingen gevonden dat de romijnen in Engeland gedurende de 2e en 3e eeuw (100-200 AD) steenkool gebruikten. Het was in Europa dus allang bekend dat men steenkool kon gebruiken als brandstof. Toch gaf men de voorkeur aan hout omdat dat makkelijker te krijgen was.
Pas toen in middeleeuws Europa de houtvoorraad slonk werd het economisch interessanter om steenkool te delven. Engeland was het eerste land waarin de steenkool winning een redelijk grote omvang aannam, dit gebeurde al in de 13e eeuw.
In Nederland vind men vooral in Limburg steenkool. Vroeger waren er kolenmijnen in vrijwel heel zuid limburg.
|
In de jaren 1700 ontdekten de engelsen een procedure waarmee een vloeibare brandstof uit steenkool werd gewonnen. Deze vloeistof brandde schoner en warmer dan houtskool. Later vond James Watt de stoommachine uit waardoor het mogelijk werd om machines het werk te laten doen wat tot dan toe door mensen en dieren werd gedaan. Door grootschaals gebruik van fossiele brandstoffen, eerst kolen en later petroleum, voor het draaien van de stoommachines werd de Industriële Revolutie mogelijk gemaakt. Gedurende de tweede helft van de 19e eeuw werden nog meer toepassingen voor steenkool ontdekt. Tijdens de amerikaanse burgeroorlog begonnen ook wapenfabrikanten steenkool te gebruiken. |
In de lange geschiedenis van deze fossiele brandstof is het verbranden van steenkool voor het opwekken van electriciteit relatief nieuw.
Thomas Edison, de uitvinder van electriciteit, liet in 1882 de eerste gloeilamp branden in New York.
De bouw van de eerste electriciteitscentrale in Nederland begon in 1885 in Den Haag. Toen de centrale in 1889 in werking werd gesteld kon zij ongeveer 10,000 gloeilampen gelijktijdig laten branden, dit was de eerste keer dat steenkool in Nederland werd gebruikt voor het opwekken van electriciteit voor huizen en fabrieken. In 1906 kreeg Den Haag zijn eerste gemeentelijke centrale. Pas in 1953 waren alle centrales in Nederland met elkaar verbonden.
Lang nadat huizen verlicht werden door uit kolen opgewekte electriciteit bleven velen nog van kolen afhankelijk voor het koken van hun voedsel en voor hun verwarming door middel van kolenkachels. Pas nadat gas ontdekt werd op nederlands grondgebied, in Slochteren (1959), werd gas goedkoper dan steenkool. In de jaren 60 werden kolenkachels om deze reden verwisseld voor gaskachels.
Hoe wordt steenkool gedolven?
|
Steenkool kan over de gehele wereld worden gevonden. De Nederlandse kolenvelden liggen in Limburg. De eerste kolenwinning in Nederland vond in de 12e eeuw plaats in Kerkrade. In 1974 werd de steenkoolwinning in Nederland definitief gestaakt. Eenmaal ontgonnen wordt steenkool per trein of per boot vervoerd, of zelfs per pijplijn. Voor het vervoer per pijplijn wordt de steenkool fijngemalen en vermengd met water om een soort slib te verkrijgen. Vervolgens wordt het mijlenver door pijplijnen gepompt. De steenkool wordt vervolgens gebruikt als brandstof voor electriciteitscentrales en fabrieken. |
Hoe gebruiken we steenkool en waarom?
Steenkool is een relatief goedkope manier om grote hoeveelheden energie op te wekken.
Bijna 30% van alle bekende steenkool ter wereld ligt in de VS. De VS heeft meer ontginbare steenkool dan de rest van de wereld ontginbare olie heeft. Rusland heeft 19%, China 14% en Australie 9% van wereldwijde steenkoolreserves. Zuid-Afrika bezit ook grote voorraden steenkool die het land nog honderden jaren van energie kunnen voorzien.
Nederland importeert ongeveer 12 miljoen ton steenkool per jaar.
Berekeningen wijzen uit dat er nog genoeg steenkool op de wereld is om ons de komende 100 jaar van energie te voorzien en misschien nog wel langer.
Per Januari 2012 wordt 31% van de wereld energie door steenkool gevoed. Dit percentage verandert constant dus indien u precies wilt weten hoe groot het percentage vandaag is kunt u dit in de tabel hiernaast controleren.
In de VS wordt meer dan de helft van de opgewekte electriciteit geleverd door steenkool. In Nederland is dat bijna 10% en wereldwijd 24%.
Wat zijn steenkoolreserves?
|
Steenkoolreserves zijn het aantal jaren dat men nog steenkool kan delven met de huidige bewezen reserves. ‘Bewezen reserves’ is de hoeveelheid steenkool die nog in de grond zit en die op een economisch rendabele manier kan worden gedolven. Bij de bovenstaande berekening wordt ervan uitgegaan dat toekomstig verbruik van steenkool gelijk zal blijven met ons hedendaagse verbruik. In werkelijkheid, neemt het verbruik van steenkool jaarlijks toe. Hierdoor bestaat er een redelijk grote kans dat steenkool veel sneller op zal zijn. Bij de berekening wordt er ook vanuitgegaan dat het mogelijk is steenkool in gelijke hoeveelheden te blijven produceren en dat alle van de bewezen reserves kunnen worden ontgonnen. |
|
|
In werkelijkheid is de productielijn veel meer verwant aan de vorm van een klok. Op een gegeven moment bereikt de productie van elke voorraad binnen een land, of het toaal van voorraden wereldwijd, zijn maximale waarde. Daarna zal de productie dalen tot het een punt bereikt waar het niet langer economisch haalbaar, of fysiek mogelijk is, om steenkool te delven. Het is daarom hoogst waarschijnlijk dat de lagere berekeningen van steenkoolreserves dichter bij de waarheid liggen. Alternatieve bronnen van energie zijn kernenergie, hydroelectrische-, zonne-, wind- en geothermische energie. |
Waarom zouden we voorzichtig moeten zijn met ons verbruik van steenkool?
|
Oppervlakte mijnen vernielen grote delen van het landschap. |
Koolgestookte electriciteitscentrales hebben enorme hoeveelheden kolen nodig. Dit betekent dat er vrijwel constant treinen moeten rijden om de kolen aan te voeren. Deze aanvoer kost brandstof en draagt toe aan kooldioxide uitstoot.
Omdat de energievraag de ene keer groter is dan de andere, heeft de centrale enorme voorraden kolen nodig. Hiervoor worden grote delen van het landschap rondom de centrales onder kolen bedolven.
In de kolen zitten sporen van zwavel en stikstof gevangen. Deze deeltjes komen vrij tijdens de verbranding van steenkool. Wanneer zij in de lucht komen kunnen zij zich verbinden met water druppeltjes (bijvoorbeeld in de wolken) en op die manier vormen zij druppels die dan op aarde vallen als zwakke vormen van zwavel en stikstof zuur. Dit wordt zure regen genoemd.
Bij het verbranden van steenkool komen grote hoeveelheden as vrij. In Nederland wordt de bodemas die in de stoomketel achterblijft afgevoerd en de vliegas uit de rookgassen met een electrostatisch vliegasfilter afgevangen. Gelukkig is het mogelijk deze as op veel verschillende manieren te gebruiken. In Nederland wordt de as 100% hergebruikt en verwerkt in cement, beton, straatklinkers en asfalt.
Bij steenkoolverbranding komt er meer kooldioxide vrij dan bij het verbranden van olie of gas. Kooldioxide is een kleurloos, geurloos gas, maar in de atmosfeer is het een van meerdere gassen die de aarde opwarmen. Het heet daarom een broeikasgas. Veel wetenschappers geloven dat dit de oorzaak is van de huidige temperatuur stijging van de aarde, en dat deze opwarming van de aarde het klimaat verandert. Klimaatverandering is mogelijk de oorzaak van de toename van overstromingen en droogte, wervelstormen en cyclonen en vele andere natuurrampen.
Wat kunnen we verbeteren aan de manier waarop we steenkool gebruiken?
|
De afgelopen 20 jaar hebben wetenschappers manieren ontwikkeld om de vervuilende deeltjes in steenkool op te vangen voordat deze in de atmosfeer kunnen ontsnappen. Vandaag de dag is het technisch mogelijk om 99 procent van de vliegas te filteren en om meer dan 95 procent van de zure regen veroorzakers uit de steenkool te verwijderen. |
Een van de meest veelbelovende technieken bestaat uit het omzetten van steenkool naar gas. In conventionele koolcentrales wordt fijngemalen kool gestookt om water te verhitten. In nieuwere centrales worden de kolen eerst vergast. Wanneer je bedenkt dat steenkool een massa atomen is, is het gemakkelijk om je voor te stellen hoe dit werkt. Het overgrote deel van de atomen bestaan uit koolstof, enkele atomen bestaan uit waterstof en dan zijn er nog een paar andere zoals zwavel en stikstof in dit mengsel. Het is genoeg om de kolen, in een enorm metalen vat, zo heet te stoken dat het in de verschillende deeltjes uiteenvalt wanneer je er stoom doorheen blaast. De stikstof atomen zullen zich dan verbinden met de zuurstof atomen in de hete lucht, het is zelfs mogelijk om hiervoor pure zuurstof in het vat te blazen. De waterstof atomen zullen zich met elkaar verbinden. Het resultaat van dit alles is een mengsel van koolmonoxide-gas en waterstof-gas.
Vervolgens verbrand je deze gassen en gebruik je de hete verbrandingsgassen om een turbine te laten draaien die electriciteit opwekt. De uitlaatgassen die uit de gas turbine komen zijn daarna nog steeds heet genoeg om water te doen koken zodat je stoom kan maken die opnieuw een turbine aan kan drijven voor het opwekken van nog meer electriciteit. Op deze manier gebruik je dezelfde energiebron tot twee keer toe. Zo is het mogelijk 50% meer electriciteit op te wekken met dezelfde hoeveelheid steenkool. Dit vermindert de kooldioxideuitstoot.
Een moderne ultra superkritische kolencentrale kan een rendement van 46% halen. D.w.z. dat 46% van de energieinhoud van de kolen wordt omgezet in electriciteit. Het rendement van oudere centrales ligt vaak tussen de 37 en 40%.
Een andere belangrijke reden om deze techniek te gebruiken is dat de vervuilende deeltjes in de steenkool, zoals zwavel en stikstof en de sporen van vele andere elementen vrijwel volledig uitgefilterd kunnen worden op het moment waarop de steenkool in gas verandert. Wetenschappers kunnen op deze manier 99.9% van de zwavel en andere kleine vuildeeltjes uit het kool-gas filteren. Door het afvangen van 65% van de vrijkomende koolstfdioxide wordt een installatie verkregen die ongeveer net zo weinig CO2 uitstoot als een moderne gasgestookte centrale. Vergassen van steenkool is dus een van de beste manieren om de vervuilende bestanddelen uit de steenkool te verwijderen. |
Nog een reden om deze methode te gebruiken is het feit dat koolmonoxide en waterstof – de uit steenkool gevormde gassen – niet perse verbrand hoeven te worden. Zij kunnen ook als waardevolle chemicaliën gebruikt worden. Wetenschappers hebben chemische reacties ontwikkelt die koolmonoxide en waterstof veranderen in van alles en nog wat van vloeibare brandstof voor auto’s en vrachtwagens tot en met plastic tandenborstels toe.
Het gas kan ook worden gebruikt voor de productie van stikstofkunstmest.
In Europa wordt deze methode slechts in 2 centrales toegepast: één centrale in Spanje en één in Nederland. De Willem-Alexander Centrale te Buggenum in Limburg is sinds 1993 in gebruik en sinds 1998 is de centrale commercieel productief, als een van de eerste kolenvergassingcentrales ter wereld. In de VS zijn er ook 2 centrales die met dit principe werken.
|
Er zijn vele mogelijke manieren om het gebruik van het soort bovengenoemde technieken te bevorderen. Economische prikkels en vrijwillige programma’s zijn hier slechts een voorbeeld van. Via milieubeschermende wetgeving is het mogelijk op verschillende manieren de vervuiling te beperken. Het is noodzakelijk om dit soort wetgeving wereldwijd in te voeren om de hoeveelheid kooldioxide die wij uitstoten te verminderen. Economisch gezien is de vervuiling door fossiele brandstoffen enorm kostbaar en dit kan in de toekomst nog veel duurder worden. Tot nu toe hebben regeringen, en dus de belastingbetalers, de rekening hiervoor betaald. Belastingen wordt beschouwd als een manier om de producent van de verontreiniging te laten betalen voor haar negatieve effecten in plaats van de burgers. Dit zou een manier zijn om de kosten van verontreiniging te ‘internaliseren’. Deze aanpak heeft verschillende voordelen. Fossiele brandstoffen worden duurder omdat het gebruik ervan gekoppeld wordt aan de mate van vervuiling, dit geeft een reëeler beeld van de werkelijke kosten van fossiele brandstoffen. Het geld van de betaalde belasting kan gebruikt worden om de schade te neutraliseren en voor het ontwikkelen van minder schadelijke energiebronnen. Bovendien is er een grote kans dat men minder fossiele brandstoffen zal gaan gebruiken naarmate deze duurder worden. |
Conclusie:
Fossiele brandstoffen zijn geen duurzame energiebron omdat het miljoenen jaren duurt om hen te maken, hierdoor maken wij de bestaande reserves veel sneller op dan nieuwe brandstoffen kunnen ontstaan. Hoewel het erop lijkt dat er voldoende steenkool bestaat voor de komende honderd jaar en misschien zelfs voor langer, moeten we niet vergeten dat onze energiebehoefte constant stijgt. Om ook in de toekomst in die behoefte te kunnen voorzien is er wereldwijd een beweging gaande ter bevordering van het gebruik van duurzame energie. Wanneer wij erin slagen om de resterende fossiele brandstoffen op een veel schonere manier te gebruiken en gelijktijdig in de toenemende energie behoefte te voorzien door middel van duurzame energie, wordt het misschien mogelijk om, op het moment dat fossiele brandstoffen op blijken te zijn, volledig over te stappen op duurzame energie. Daarom is het van belang om beide technieken zij aan zij te ontwikkelen. Wanneer dit lukt zal ook de kooldioxide in de atmosfeer afnemen, met enorm positieve gevolgen voor onze inspanningen om het opwarmen van de aarde tegen te gaan.
Sources:
http://www.fe.doe.gov/education/energylessons/coal/index.html
http://www.fe.doe.gov/education/energylessons/coal/gen_howformed.html
http://www.fe.doe.gov/education/energylessons/coal/coal_history.html
http://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel
http://www.energyquest.ca.gov/story/chapter08.html
http://environment.about.com/od/greenhouseeffect/a/volcano-gas.htm
http://epa.gov/climatechange/science/stateofknowledge.html
RSS - Posts
Pingback: Homepage