UvodRazmatrajui primarne oblike energije, pored osnovne podele na konvencionalne i nekonvencionalne, sa stanovita energetike, izuzetno znaajna je podela na primarne oblike koji se obnavljaju, i one koji se ne obnavljaju . Prva grupa [obnovivi izvori energije] bi u sebi sadrala sledee : - Sunevo zraenje u uem smislu [zraenje koje se moe neposredno iskoriavati] - vodne snage - energija vetra - energija plime i oseke - energija morskih talasa - toplina mora Drugu grupu [neobnovive izvore energije] bi sainjavali : - fosilna goriva [ugalj, sirova nafta i zemni gas] - nuklearna goriva Obnovivi primarni oblici energije se neprestano obnavljaju, osim u pojedinim sluajevima gde je dolo do njihovog potpunog iskorienja [npr. sluaj izgradnje hidroelektrana na nekom vodotoku ime je potpuno obuhvaena potencijalna energija vodotoka, pa vie nema mogunosti za izgradnju novih hidroelektrana]. Ovim se , naravno, ne limitira vreme iskorienja, vec je samo ogranieno iskoriavanje vodnih snaga. Kod neobnovivih izvora energije, naprotiv, iskorienje direktno zavisi od raspoloivih rezervi , ije trajanje zavisi od intenziteta eksploatacije, kao i od nauno-tehnolokog razvoja , koji bi omoguavao to racionalnije i ekonominije raspolaganje ovim resursima. Znaajno za primarne izvore energije koji se ne obnavljaju, je mogunost da se koriste prema potrebama, mogu se transportovati u obliku u kome se pojavljuju u prirodi, i mogunost lakog skladitenja [uz prihvatljive trokove] . Za razliku od njih, obnovivi izvori energije se moraju iskoristiti u asu kada se pojavljuju [plima i oseka, vetar, Sunevo zraenje], a i ne mogu se akumulirati u svom pojavnom obliku, pa postoji problem investiranja u infrastrukturu za tu namenu. Sa aspekta transporta [posebno kad su u pitanju vee udaljenosti],svi primarni obnovivi izvori energije se moraju prvo pretvarati u elektrinu energiju .

1

Praktino iskoriavanje primarnih oblika energije uzrokuje jo jednu podelu, koja se odnosi na tehnike mogunosti i ekonomsku opravdanost njihovog iskoriavanja. Analizirajui te kategorije, namee se podela na : oblike energije kod kojih nije tehniki reen nain iskoriavanja [tu bi svrstali unutranju toplotu Zemlje koja se ne pojavljuje na povrini, kao i fuziju lakih atoma oblike energije za koje je reen nacin iskoriavanja, ali je to i dalje ekonomski nepovoljno [neposredna eksploatacija Sunevog zraenja u velikim postrojenjima, vee korienje energije vetra, energija plime i oseke, toplota mora] oblici energije ija je eksploatacija ekonomski prihvatljiva i opravdana [od obnovivih vodne snage , od neobnovivih fosilna i nuklearna goriva, topli izvori ] .

-

-

Od fosilnih goriva, ugalj i nafta su, svakako, u centru panje , to zbog mogunosti za njihovu eksploataciju, to zbog uea u ukupnom svetskom energetskom bilansu, a obzirom na analizu rezervi, i zbog svog geostratekog znaaja . Analiza ovih resursa , njihovog geostratekog rasporeda , koliina i iscrpivost rezervi, ima ogromnu ulogu u medjunarodnom nauno-tehnikom razvoju i saradnji, optem napretku ljudske civilizacije, ali i negativne konotacije vezane za razliito formulisane geopolitike ciljeve i zaotravanje medjunarodnih odnosa [rat za resurse ] .

2

Ugalj Poreklo i nastanakUgalj predstavlja izmenjene ostatke praistorijske vegetacije, prvobitno akumulirane u movarama i tresetitima. Akumulacije mulja i ostalih sedimenata, u sprezi sa pomeranjima Zemljine kore [tektonskim poremeajima] su zakopavale ove slojeve sve dublje, vrlo esto i na velike dubine. Uporedo sa potiskivanjem u dubinu, taj materijal je bio izloen dejstvu povienih temperatura i pritisaka, to je, vremenom, dovelo do izmene vegetacionog materijala. U poetku se treset , kao predak uglja, pretvarao u lignit ili mrki ugalj tipove uglja niske organske zrelosti . Tokom miliona godina, kontinuirani efekti delovanja poviene temperature i pritiska ,prouzrokovali su dodatne promene na lignitu, poveavajuci njegovu organsku zrelost , i postepeno ga transformiui u vii rang , poznat kao sub-bituminozni ugalj. Nastavkom ovih procesa, daljim hemijskim i fizikim promenama, dolazi se do stepena kada ugalj postaje vri i zreliji. Tada moemo govoriti o bituminoznom , ili vrstom [kamenom] uglju. Konano, u pravim uslovima, nastavlja se progresivno sazrevanje , dovodei tako ugalj u formu koju nazivamo antracit . Stepen metamorfoze,ili stepen pougljavanja kome je podvrgnut ugalj, tokom sazrevanja iz treseta u antracit, ima veliki znaaj u kvalifikaciji fizikih i hemijskih karakteristika , i koristi se za oznaavanje tipa [ili ranga] uglja . Nisko rangirani ugalj, kao lignit ili sub-bituminozni ugalj , predstavljaju meke, gorive materijale, zemljanog izgleda, i karakterie ih visok stepen vlage i nizak procenat ugljenika, to prouzrokuje lo energetski potencijal. Visoko rangirani ugljevi su tipino vri, snaniji, odlikuje ih tamnija [crnja] boja, a sa stepenom sazrevanja dolazi i do poveanja procenta ugljenika,kao i rasta energetskog potencijala, praenog smanjenjem procenta vlage. Antracit, koji se nalazi na samom vrhu kvaliteta , ima odgovarajue visok procenat ugljenika i nizak procenat vlage. Velike koliine uglja su poele da se stvaraju jo u periodu Devona , pre oko 400 miliona godina, pratei evoluciju tadanje biljne sfere. Znaajnije akumulacije se dogadjaju u Karbonu [ pre 350-280 miliona godina ], posebno na Severnoj hemisferi, a to se tie June, obuhvaena su dva perioda, Karbon/Permian [pre 350-225 miliona godina ] .

3

Kao rezime, moemo zakljuiti ,da je ugalj gorivi sediment , sastavljen preteno od produkata ostataka biljaka, vodei poreklo od tresetita nastalih pre miliona godina. Njegovo sazrevanje, i energetska promena , proces pougljavanja, ostvaruje se postepenim poveavanjem relativnog sadraja ugljenika [C], uz istovremeno smanjivanje relativnog sadraja kiseonika [ O2] , azota [N2] , vodonika [H2] .

ematski prikaz podele tipova uglja i njihove primene u savremenoj energetici [dat u % , u odnosu na ukupne svetske rezerve ]

4

Podela

Ne postoji neka opta kvalifikacija za vrste uglja, pogotovu za one nie toplotne moi. Kao neki kriterijum se koristi statistika Ekonomske komisije UN-a, kojom se definie kameni ugalj kao onaj ija je gornja toplotna mo 23.9 MJ/kg, i vea. Takodje se moe oceniti da je granica izmedju mrkog uglja i lignita, vrednost toplotne moi od 12.6 MJ/kg . Neke osnovne relacije vezane za granicu gornje toplotne moi, a koje se odnose na kameni i mrki ugalj su :

Kameni ugalj

hg 23.87 MJ/kg = 6.63kWh/kg

Mrki ugalj

hg 12.56 MJ.kg = 3.49kWh/kg

Kao osnovne tipove uglja [osnovne u smislu nastanka , kao i sposobnosti da budu eksploatisane u energetskom smislu], moemo prihvatiti logino poredjane kategorije : drvo , treset , lignit , mrki ugalj, kameni ugalj , antracit . Za uporednu analizu ovih tipova uglja emo koristiti prikaz njihovih osnovnih karakteristika definisanih kao :

- Gustina [ t / m3 ] - Toplotna mo [ MJ / kg ] - Vlaga [ % ] - Isparljivi sastojci [ u % suve materije ] - Sadraj ugljenika [ u % suve materije ]

5

6

7

Uporedni prikaz sadraja ugljenika [ u % suve materije ] za razliite tipove uglja

8

Rezerve ugljaUkupne rezerve uglja, globalno gledano, procenjuju se na oko 1,083 milijardi tona. Smatra se da su dovoljne za narednih 210 godina , pri sadanjem nivou potronje. Iako su nalazita uglja geografski iroko rasprostranjena, uglavnom se oko 60% rezervi nalazi u : Sjedinjenim Amerikim Dravama [ oko 25 % ] FSU [Bivim Sovjetskim Republikama [ oko 23 % ] Kini [ oko 12 % ]

etiri drave, Australija, Indija, Nemaka i Juna Afrika zahvataju dodatnih 29 % ukupnih svetskih rezervi . Ovih sedam drava [bive sovjetske republike se posmatraju kao jedan region] , prema podacima iz 2001 godine, uestvuju sa 80 % u ukupnoj svetskoj proizvodnji uglja.

9

Kvalitet i geoloke karakteristike nalazita uglja predstavljaju vrlo vane parametre koji karakteriu rezerve uglja . Ugalj predstavlja mnogo heterogeniji izvor energije nego to su nafta ili zemni gas, i njegov kvalitet znaajno varira od regiona do regiona, pa ak i u okviru pojedinanih kopova. Primera radi, SAD ,Kanada i Australija su obdarene vrlo znaajnim rezervama premium-grade bituminoznih ugljeva, koji se mogu upotrebiti za proizvodnju koksa. Udruene , ove tri drave uestvovale su sa 81 % u svetskoj trgovini koksom , u 2002. godini. Na drugoj strani spektra se nalaze rezerve low-Btu lignita, ili mrkog uglja, jer ugalj ovog tipa ne uestvuje u nekoj znaajnijoj meri na svetskim tritima. Razlog tome je,pre svega u niskoj toplotnoj moi [to ini trokove eksploatacije viim u odnosu na bituminozne ugljeve], kao i u drugim problemima vezanim za uskladitenje i transport. Prema podacima iz 2001. godine, lignit je predstavljao oko 18 % ukupne svetske proizvodnje. Tri najvea proizvodjaa su Nemacka [193 miliona tona] , Rusija [110 miliona tona] , i SAD [84 miliona tona] . Ova grupa proizvodjaa ini oko 41 % svetske proizvodnje lignita. Analizirajui Btu , nalazita lignita pokazuju znaajne razlike . Procene IEA [International Energy Agency] za 2001. godinu, pokazuju da toplotni sadraj lignita velikih proizvodjaa iz zemalja lanica OECD [Organizacija za Ekonomsku Saradnju i Razvoj] varira od niskih 4.55 miliona Btu [Grka], do visokih 12.25 miliona Btu po toni [Kanada]. Poredjenja radi , bituminozni ugalj kojim se snabdevaju postrojenja za proizvodnju elektrine energije u SAD , ima procenjenih 23.84 miliona Btu po toni. Kameni ugalj se moe locirati u dva velika pojasa nalazita, jedno koje se nalazi na severnoj polulopti, drugo na junoj. Nalazita na severnoj polulopti obrazuju pojas, polazei od severno-amerikog kontinenta, preko srednje Evrope i biveg SSSR-a, pa do Kine. Na junoj polulopti,pojas nalazita povezuje juni Brazil, Junu Afriku, istonu Australiju, a i nalazita u Indiji se mogu svrstati u ovu grupu. Mrki ugalj i lignit su uglavnom geografski locirani izmedju 35. i 70. stepena geografske irine [na severnoj i junoj polulopti] . Svetske rezerve kamenog i mrkog uglja iznose oko 510 milijardi tona, a najvee se nalaze u SAD, Rusiji,Kazahstanu, Australiji, Kini i Indiji [ oko 73 % ] . Svetske rezerve lignita su oko 470 milijardi tona . SAD , Nemaka ,Rusija,Australija i Kina dre oko 80 % ukupnih svetskih rezervi.

10

Uporedni prikaz svetskih rezervi uglja [za pojedine drave i regione] daje pravu sliku trenutnog stanja, a kroz sledee kategorije :

- rezerve mrkog i kamenog uglja - rezerve lignita

{ u milionima tona } { u milionima tona }

- ukupne rezerve

{ u milionima tona }

- indeks

{ u %}

- R/P

{ odnos proizvodnje prema potronji }

11

12

13

14

15

16

Proizvodnja ugljaEkspoloatacija nalazitaGeoloki uslovi su definiui faktor za nain eksploatacije nalazita. U zavisnosti od njih , eksploatacija je tea ili laka, trokovi vadjenja uglja su vei ili manji, a i itava infrastruktura nalazita zavisi od tipa kopova. Ulaganja u infrastrukturu, skladitenje, pripremu i sam transport uglja u najveoj meri zavise od geoloke strukture nalazita. Eksploataciju nalazita uglja moemo podeliti na :

- jamsku - povrinsku

Kada se slojevi uglja nalaze na veim dubinama, potrebno je izgraditi podzemne rovove radi pristupa nalazitima, pa se ovaj nain definie kao jamska eksploatacija . Potrebna su znaajna sredstva za otvaranje rudnika, za infrastrukturu, za pripremne radove je potrebno utroiti i po nekoliko godina. Proseno trajanje eksploatacije je 30-40 godina,za nalazite prenika od otprilike 10-tak kilometara, uz vaan uslov kakav je trajno odravanje proizvodnje [obzirom da dui prekid moe dovesti do uruavanja materijala u rudarskim oknima, i oteenja uredjaja] . Najvaniji kriterijum za jamsku eksploataciju [uz neizbeni kriterijum vezan za bezbednost radnika u jamskim kopovima] je ekonominost . Ona u najveoj meri zavisi od kvaliteta uglja. Za nisko-kalorine ugljeve [ija je toplotna mo manja od 10 MJ / kg ] se smatra da je ekspoloatacija nerentabilna. U ostale faktore koji utiu na ekonominost eksploatacije jamskih nalazita , spadaju : dubina i debljina slojeva tektonski poremeaji razvijanje gasova dotok vode osobine okolnih stena

17

ematski prikazjamske eksploatacije [ longwall tip ]

longwall maina

18

Povrinska eksploatacija se primenjuje za slojeve uglja blizu povrine, jer je ekonominije da se odstrani sloj humusa i stena ,i da se tako dodje do uglja, nego graditi itav sistem podzemnih hodnika i okna. Karakteristika povrinske eksploatacije koja je znaajna i esto se navodi je odnos jalovine [koju treba odstraniti] i koliine uglja koji se moe proizvesti [ u SAD, taj odnos je najesce 40 : 1 ]. Ekonominost povrinske eksploatacije, pored osnovnog kriterijuma, vezanog za kvalitet uglja, veoma zavisi i od : debljine slojeva od koliine jalovine osobina slojeva iznad uglja

Naravno, to je sloj uglja deblji, speifini trokovi eksploatacije e biti manji . Najvei deo uglja se upotrebljava za dobijanje toplote, direktno ili pretvaranjem [ izgaranjem u drugi oblik energije ] . Termoelektrane su najvei potroai uglja, i predstavljaju znaaj deo energetskih kapaciteta. Potronja uglja je znaajna za potrebe proizvodnje pare i tople vode [toplane i kotlarnice], kao i za potrebe domainstava . Manji deo se koristi u hemijskoj industriji , i za proizvodnju gradskog gasa.

19

Uproeni profil jednog povrinskog kopa

Pojednostavljena ema organizacije jednog povrinskog kopa

20

Proizvodnja i potronja ugljaIako se oekuje da ugalj bude zamenjen zemnim gasom u nekim delovima sveta, beleimo samo mali pad u projekciji ukupne svetske potronje do 2025 . godine. Ugalj nastavlja da dominira tritem goriva u Aziji [koje se ubrzano razvija] . Svetska potronja uglja je , generalno gledano, u periodu malog rasta, jo od 80-tih, a prema predvidjanjima, taj trend e se nastaviti. Iako je ukupna svetska potronja uglja u 2001. godini za 27 % vea nego total iz 1980 . , ona je ipak za 1 % manja od vrha iz 1989. godine [ 5,31 milijardi tona] . Prema istraivanjima EIA, predvidja se rast potronje uglja do 2025. godine , po godinjoj stopi od 1,5 % , ali sa znaajnim razlikama medju regionima . Izvetaj agencije EIA [Energy Information Administration], koji se bavi sveobuhvatnom ,globalnom , komparativnom projekcijom potronje, proizvodnje i trgovine uglja, zove se International Energy Outlook .

Korienje uglja je u oekivanom porastu u svim regionima, sa izuzetkom Zapadne i Istone Evrope, kao i bivih sovjetskih republika, iskljuujuci Rusiju.

21

U Zapadnoj Evropi se belei pad od 30 % izmedju 1990 . i 2001, godine [ na bazi Btu] . U velikoj meri, ugalj je zamenjen korienjem gasa, a u Francuskoj, nuklearnom energijom. Slian pad se belei u Istonoj Evropi, i bivim sovjetskim republikama, gde pad potronje uglja ide i do 40 % , kao posledica velikih ekonomskih kriza, kolapsa prethodnih reima . U ovim zemljama takodje dolazi do zamene uglja drugim gorivima, do upotrebe drugih izvora energije,pa i to predstavlja faktor u smanjenju ukupne potronje uglja na tom regionu. U 2001. godini, ugalj je uestvovao sa 24 % u ukupnoj svetskoj potronji primarnih oblika energije , to predstavlja izvestan pad u odnosu na 26 % iz 1990. godine . Prema istraivanjima , kao to je IEO 2004. [International Energy Outlook za 2004. godinu] , predvidja se pad na 23 % do 2025. godine .

Pad potronje uglja ,posmatrano u odnosu na ukupni energetski bilans, bio bi i vei da nije velikog porasta upotrebe uglja u Aziji, u zemljama koje se ubrzano razvijaju,a gde ugalj nastavlja da dominira tritem goriva, posebno u Kini i Indiji. Obe zemlje, ogromne po broju stanovnika, i po teritoriji koju zauzimaju, su veoma znaajne za ukupnu svetsku potronju energije, te kao takve, zauzimaju vano mesto u analizama , projekcijama i prognozama za period koji dolazi [ a sa osvrtom na stanje svetskih rezervi, i njihovu geostrateku raspodelu] .

22

Kina i Indija su zemlje za koje se predvidja da e uestvovati sa 30 % u ukupnom porastu potronje energije u periodu koji je predmet razmatranja. Ove dve zemlje e uestvovati sa 67 % u oekivanom porastu svetske potronje uglja , za period od 2001, do 2025 . godine . Uprkos ovakvom znaajnom porastu potronje u Kini i Indiji, kao i ostalim zemljama Azije , za koje se belei veliki privredni rast, i ukupan drutveni razvoj, analizirajui ukupan trend, za ceo svet, moe se primetiti da u predvidjanjima dominira oekivani pad potronje uglja. [ Poredjenja radi, SAD zahvataju 18 % rasta ukupne svetske potronje energije, kao i 22 % predvidjenog porasta svetske potronje uglja .]

Potronja uglja je najzastupljenija u proizvodnji elektrine energije , iako se znaajne koliine koriste i u industriji elika .

23

Neki zanimljivi statistiki podaci : Ugalj uestvuje sa 24 % u ukupnoj potronji energije, sa ak 38 % u proizvodnji elektrine energije. Oko 64 % ukupne svetske potronje uglja odlazi na generisanje elektrine energije ugalj je gorivo koje predstavlja esencijalni , bazini, i vrlo veliki ulaz u industriji elika [najvie za procese oksidacije u peima], pa se smatra, prema podacima o potronji, da uestvuje sa ak 60 % u svetskoj proizvodnji grubog elika

-

Evo i projekcije ucea uglja u ukupnoj svetskoj potronji goriva za period do 2025.

24

Data je karakteristika, koja na komparativan nain prikazuje potronju uglja u bliskoj prolosti, i prognoze potronje do 2025 . godine , za tri osnovne grupe :

-

industrijski razvijene zemlje

-

zemlje u razvoju

-

istono-evropske zemlje i bive sovjetske rerublike [iskjuujuci Rusiju]

25

Trgovina ugljemKoliina uglja kojom se trguje na medjunarodnom tritu je relativno mala u poredjenju sa ukupnom svetskom potronjom. U 2002. godini uvoz uglja na svetskom nivou je iznosio oko 656 miliona tona, predstavljajuci tako 13 %ukupne potronje. Za 2025 godinu, se oekuje uvoz od 919 miliona tona , koji bi u tom trenutku predstavljao oko 12 % procenata svetske potronje . Iako je trgovina ugljem standardni parametar tokom svih ovih godina, i nastavie se i na dalje, znaajno se menja geografski karakter ove delatnosti. U proteklim godinama, trgovina ugljem je bila obeleena velikim i snanim rastom uvoza u Aziji, i umerenim rastom u Evropi. Porast trokova proizvodnje domaih industrija uglja u Zapadnoj Evropi, kombinovanih sa pritiscima da se smanje industrijski gubici, kao i tetne nuspojave, doveli su do odredjenih smanjenja u proizvodnji i znaajnijeg porasta uvoza. U Aziji se belei snaan porast potrebe i zahteva za ugljem, posebno u Japanu, Junoj Koreji, Tajvanu, i kao posledica se javlja znatno uvean regionalni uvoz. U 2002. i 2003. godini, medjunarodno trite je doivelo znaajne izmene, kako u prilivu, tako i u zahtevima . Trgovina je dostigla vrednost od 656 miliona tona u 2002. , pokazujui tako poveanje od 1% u odnosu na prethodnu godinu . Karakteristian je nastavak niskih cena robe i transporta, kao i opadajuih izvoznih cena, u prvoj polovini godine, a u drugoj polovini je dolo do porasta u svim aspektima trgovine ugljem. Taj porast cena je pripisan poveanom potranjom, pa su visoke izvozne cene bile proizvod poveanih zahteva za uvozom. Vrlo znaajan dogadjaj za trzite uglja je pojava Kine kao znaajnog uvoznika . Ukupni uvoz Kine dostigao je 14 miliona tona tokom 2002. godine, to je daleko vie od njihovog prosenog godinjeg uvoza koji je bio na nivou od 2 4 miliona tona. Poveanje cena domaeg uglja je naterao nekoliko proizvodjaa el. energije da se okrenu uvozu [gde su dobijali niu cenu] . Poetkom 2004. godine, Kina je nizom uredbi [a zbog poveanog deficita i poveanih potreba za ugljem u industriji, za proizvodnju el. energije],smanjila izvoz, poveala isporuke domaim potroaima, i time poremetila trite vezano za Istok. Japan, Juna Koreja, Tajvan i Filipini su bili prinudjeni da zamene kontigente uglja, prvobitno planiranog ,za uvoz iz Kine, drugim kontigentima i pojaanom uvoznom aktivnou na tritu.

26

Najznaajnije zemlje uvoznice koksa su Nemaka, SAD,Francuska, Turska ,Indija i Brazil. Iako se Japanska industrija elika trenutno ne oslanja na uvoz koksa, poslednja deavanja na tritu su pojaala njihovu panju,kao i svest da njihovi kapaciteti za pravljenje koksa stare i da su u padu posledjih godina. Od druge polovine 2003, japanski proizvodjai elika razmatraju poteze kao to su produavanje postojeih postrojenja za proizvodnju koksa, dalje smanjenje korienja koksa u proizvodnji elika, kao i ulaganja u nove proizvodne kapacitete.

Uporedo sa jakim rastom svetske trgovine uglja poslednjih godina, dolazi i do velikih promena u prilivu uglja , u smislu njegovog geografskog porekla. Snabdevai trita ugljem su sada zemlje kao sto su Kina , Kolumbija, Indonezija [od ranije poznate kao veliki izvoznici], ali i SAD, Juna Afrika, Kanada i Poljska [koje dre na izvesnoj konstanti svoj izvoz] .

Izmedju 1998. i 2001. godine, izvoz uglja iz Kine je porastao za velikih 178 % , sa 36 miliona tona na 100 miliona tona . Iako se taj broj spustio na 92 % tokom 2002. godine, Kina nastavlja da odrava svoju poziciju drugog vodeeg izvoznika uglja u svetu, ispred Indonezije i June Afrike.

Od 1984. godine , pa sve do 1998. godine, SAD su se nalazile na drugom mestu svetskih izvoznika uglja, odakle su ih potisnule Juna Afrika i Indonezija [1999.], potom Kina [2000.godine] .

27

28

29

Karakteristike ugljaSagorevanjem fosilnih goriva se oslobadja energija koja se koristi ili u obliku toplote [za zagrevanje], ili kao pogonski potencijal za pretvaranje u druge oblike energije.

Sagorevanje i toplotnu mo goriva , kao najvanije karakteristike goriva [ u naem sluaju uglja] emo posmatrati na primeru sagorevanja ugljenika :

1 kmol C + 1 kmol O2

= 1 kmol CO2

[ kmol - masa koja ima onoliko kilograma koliko iznosi relativna atomska masa odgovarajueg molekula ]

30

Sagorevanje ugljenika

12 kg C + 32 kg O2 = 44 kg CO2

1kg C + 2.67 kg O2 = 3.67 kg CO2

kmol

kmol

/3

/3

12 kg C + 22.4 nm O2 = 22.4 nm CO2

3

3

1 kg C + 1.87 nm O2 = 1.87 nm CO2

1 kmol 22.4 nm

3

nm 3= normalni m 3 , pri 00C i 1 bar Iz ove relacije se vidi potrebna koliina kiseonika [ gas ] za sagorevanje 1 kg C [ ugljenika ] .

31

Toplotna mo goriva Toplotna mo je najvanija i definiua karakteristika uglja.Radi preciznije analize, razlikujemo gornju i donju toplotnu mo uglja. Gornja toplotna mo predstavlja koliinu toplote koja se oslobadja potpunim sagorevanjem [transformacijom hemijske u toplotnu energiju] 1 kg uglja, ako se nakon izgaranja produkti sagorevanja [gasovi i pepeo] ohlade do temperature [20C] koje je imalo gorivo i vazduh [potreban za sagorevanje] pre procesa ,pri emu je dolo do potpune kondenzacije vodene pare . Vodena para u produktima sagorevanja nastala je sagorevanjem vodonika iz goriva i od vlage koja se nalazila u uglju. Primer :

2 kmol H2 + 1 kmol O2 = 2 kmol H2O + 568.8 MJ(4) ( 32 ) ( 36 )

Sagorevanje 1 kmol H2 daje 284.4 MJ / kWh, ili drugaije definisano , [ 1 kmol H2 = 2 kg ] kao

gornja toplotna mo :

hg = 142.2 MJ / kg H2(daje) (daje)

4 kg H2 36 kg H2O

;

1 kg H2 9 kg H2O

= 2,5 MJ / kg ( toplota isparavanja vode )1 kg H2 9 2 , 5 = 22 , 5 MJ

32

Relacija koja povezuje gornju i donju toplotnu mo :

hd =

hg -

22 , 5

=

119.7 MJ / kg ( 33.2 kWh / kg )[za bilo koje gorivo]

Izraz za izraunavanje

donje toplotne moih1

678 h d = 32.9 c + 119,7 ( h - / 8 ) + 9,3 s - 2.5 wh1

[ MJ / kg ]

h d = 9,1 c + 33,2 ( h - / 8 ) + 2,6 s 0,69 w [ kWh / kg ]

678

c , h , , s , wh - udeo vodonika w - udeo vlage u gorivu

[ relativni odnosi odgovarajuih sastojaka u gorivu ]

c + h + + s = 1Izraz :

[ ako nema drugih sastojaka ]

h1 = h - / 8predstavlja relativni sadraj slobodnog vodonika [nesadranog u w]

33

hd = 9,1 c + 33,2 h1 2,6 s - 0,69 w c + h + s + w = 1 hg = hd + 0,69 ( w + 9 h1 )ako je w = 0 ,

[ kWh / kg ]

[ kWh / kg ]

hg = 9,1 c + 39,5 h1 + 2,6 s 39,5 = 33,2 + 9 0,69

[ kWh / kg ]

Sadraj vlage u uglju smanjuje njegovu toplotnu mo. Mozemo je razloiti na grubu i higroskopsku . Gruba vlaga je posledica uslova koji vladaju u okolini nalazita, i ona dospeva u ugalj pri vadjenju iz rudnika, pri transportu i skladitenju. Moe se smanjiti suenjem na vazduhu . Higroskopska vlaga se nalazi u porama uglja , pa se moe nazvati i unutranjom vlagom. Ona zavisi od osobina uglja, a moe se odstraniti zagrevanjem na temperaturama od oko 100C . Kameni ugalj ima vrlo nizak % vlage [3-5%] , mrki [do 40%], lignit [do 60%]. Sadraj pepela se definie kao koliina nesagorivih sastojaka po 1 kg uglja . On u kamenom uglju moze iznositi od 5-15 %, dok u mrkom i lignitu, pod veoma nepovoljnim okolnostima, moe iznositi i do 60 % . Sastav pepela utie na njegovo ponaanje za vreme sagorevanja . Od sastava zavisi temperatura taljenja pepela [ odraava se na upotrebljivost uglja i na konstrukciju kotlova ]. Sadraj sumpora u uglju utie na visinu dimnjaka jer se time smanjuje koncentracija sumpor dioksida u okolini [ u nepovoljnim sluajevima, sumpora moe biti i do 9% u uglju] .

34

35

Prerada i oplemenjivanje uglja Priprema i suenjeRovni ugalj [ugalj izvadjen iz rudnika povrinske eksploatacije] osim gorivih sastojaka sadri i jalovinu [odredjenu koliinu negorivih materijala]. U pripremi , razliitim postupcima, rovni ugalj se deli na: ugalj smeu uglja i jalovine jalovinu.

Potom sledi proces sortiranja na krupniji i sitniji ugalj . Ako proizvodnja uglja ide ka TE, onda se alje ili lignit [bez ikakve pripreme] , ili sitniji ugalj ,[ako je u pitanju ugalj sa veom toplotnom moi], dok se krupniji ugalj alje ostalim potroacima. Sadraj vlage u nisko-kalorinim lignitima je veoma visok [30-60%]. Da bi se smanjili trokovi transporta i poveala toplotna mo lignita ,primenjujemo postupak suenja kojim se smanjuje sadraj vlage na oko 20% .

BriketiranjePredstavlja proces ukrupnjavanja ugljene praine pod pritiskom [radi se o nekoliko stotina bara], da bi dobili povoljniji oblik za upotrebu. Ovaj postupak, danas, nema neku veliku zastupljenost i upotrebu, jer se TE grade uglavnom u blizini rudnika, te troe sve vrste uglja, pa i ugljenu prainu. Takodje se ugalj manje troi ak i u industriji i domainstvima, jer ga zamenjuje gas, lo ulje i elektrina energija.

Destilacija [ isplinjavanje uglja ]Radi se o postupku zagrevanja uglja bez prisustva kiseonika. Proizvodi destilacije se mogu podeliti na : koks polukoks gasovi tenosti

36

Postupak destilacije se moe razloiti u nekoliko faza, pri emu svaku karakterie odredjena temperatura i stvaranje odredjenog proizvoda destilacije [isplinjavanja uglja] : 373 550 K isparava higroskopska vlaga 550 575 K izdvaja se voda vezana u hemijskim spojevima, izdvaja se ugljen dioksid [CO2], i sumpor u obliku sumpor vodonika [H2S] 575 625 K stvaraju se gorivi gasovi 625 675 K nastavlja se stvaranje gasova, ugalj postaje kaasta masa 675 775 K isputanje para i gasova 775 875 K nastajanje polukoksa 875 1215K polukoks se pretvara u koks Tri jasne faze se mogu razgraniiti u postupku destilacije : -- poetna [ 575 625 K ] -- glavna [ 625 1000K ]

-- krajnja [oko 1000k I vise ] U zavisnosti od toga ta elimo da dobijemo kao krajni produkt [koks,polukoks ili gasove], razlikujemo nekoliko postupaka destilacije : velovanje koksovanje dobijanje gasova i tenih ugljovodonika

velovanje se sprovodi do 875 K , svrha tog procesa je dobijanje katrana ipolukoksa. U postupku destilacije se tada najee upotrebljava mrki ugalj ili kameni ugalj slabijeg kvaliteta. Bitumen mora biti zastupljen u meri od najmanje 6 - 8% . Polukoks se upotrebljava za rasplinjavaje uglja ili u termoelektranama, ali je njegova mana to je vrlo zapaljiv, pa time teak za transport . Primena katrana je prevashodno u hemijskoj industriji, gradjevinarstvu, ili u proizvodnji sintetikih benzina.

37

Koksovanje je proces u kome se koriste samo odredjene vrste kamenog uglja , tzv.masni ugalj . Veoma je znaajan sadraj pepela [do 7%] i vlage [do 10%] . Od jedne tone uglja se moe dobiti 750-850kg koksa, koji se potom razvrsta u klase po krupnoi . Drugi po vanosti produkt koksiranja je koksni gas. Od jedne tone uglja se dobija obino oko 300-340 m3 koksnog gasa, ija je toplotna mo 18,4-19,3 MJ/Nm3 . Koksni gas sadri : 5-6% ugljen monoksida [CO] , 55-60% vodonika [H2] , oko 255 ugljovodonika [CnHn] .

Preiavanjem se odvoji oko : 30-40kg katrana 8-10kg benzola 10 kg amonijaka

Potom se koksni gas moe koristiti kao gorivo u industriji i u domainstvima . Za dobijanje gasova i tenih ugljovodonika upotrebljava se ugalj sa veim sadrajem isparljivih sastojaka. U sutini, proces je isti kao velovanje i koksiranje, ali su ovde koks, polukoks i katran sporedni proizvodi . Od tenih proizvoda, vani produkti su : benzol amonijak gas

to se tie gasnih proizvode, gas za rasvetu je najznaajniji . U svom sastavu najvie sadri vodonik [H2] , metan , ugljen monoksid [CO], kao i teke ugljovodonike .

38

Generatorski gasovi [sintetiki]Od svih fosilnih goriva, uglja ima najvie , a obzirom da ga je mogue transformisati u nekoliko formi, veoma je pogodan i za transport i skladitenje. to se transporta , pa i korienja tice , najprikladnija forma je vezana za gasovito i teno stanje.

Gasifikacija je nepotpuno sagorevanje .Proces pretvaranja vrstog u gasovito gorivo se odvija u etiri faze [definiu ga zone u generatoru , odozdo navie]. 1 . varijanta [sagorevanje]

1. zona - Oksidacija koksa uz oslobadjanje toplote Q C + O2 + N2 = CO2 + N2 + Q 2. zona - Redukcija CO2 uz utroak Q CO2 + C + ( Q ) = 2 CO [ vazduni gas ]39

3. zona - stvaranje novog koksa [polukoksa] uz izdvajanje gasova i utroak Q2 4. zona - suenje uglja uz utroak Q3 Ukupni toplotni bilans : Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 [ Q4 - gubitak toplote ]

varijanta Odlikuje je dodavanje meavine vazduha i vodene pare umesto istog vazduha u 1. zoni . 3 C + O2 + N2 + H2O = 3 CO + H2 + N2 + ( Q ) varijanta Ovu varijantu odlikuje uduvavanje meavine kiseonika i vodene pare : 3 C + O2 + H2O = 3 CO + H2 + ( Q ) nisko-kalorini gas IV varijanta Identina je treoj, samo se razlikuje po tome to se proces odvija pod visokim pritiskom , i za posledicu ima razvijanje visoko-kalorinog gasa.

V varijanta Kao produkt se dobija SNG [Synthetic Natural Gas], sintetiki prirodni gas. 3 CO + H2 + H2O = CH4 + 2 CO2

40

Umesto sagorevanja koksa u 1. Zoni , za toplotu ( Q ), moe se koristiti otpadna toplota nuklearnih elektrana [NE], koja je znatno jeftinija .

Podzemna gasifikacija podrazumeva ubacivanje vazduha, grejanje udaljenijih slojeva, pa se na taj nain dobija prva varijanta sa vazdunim gasom .Proces dobijanja tenih sintetikih goriva se naziva likvefakcija . CO + 2 H2 = CH2 + H2O gasifikacija CH2 se polimerizuje , i dobija se ulje slino nafti , koje moe posluiti za dobijanje benzina i dizel goriva . Medjutim, za sada su prepreka visoki proizvodni trokovi.

Metanol se dobija u procesu koji karakterie visok pritisak [oko 300 bar-a], itemperatura od oko 200C , uz prisustvo katalizatora : CO + 2 H2 H2COH2 CH3OH ( 9,85 kWh/nm3 25 MJ/kg ) 6,9 kWh/kg

Metanol nije mnogo skuplji od benzina i moe se koristiti u meavini 15% sa benzinom.

41

Postrojenje za preradu uglja

Rasprivai

42

Gradski gasRazne vrste gasova koje , koristei gradsku mreu, dovodimo do malih i industrijskih potroaca, nazivamo gradskim gasom . Da bi bilo mogue koristiti jednake uredjaje za gradski gas [plamenike , regulacione uredjaje i dr. ], potrebno je postaviti standarde i norme za sastav i karakteristike gradskog gasa . Gornja toplotna mo je najvanija karakteristika. U pojedinim zemljama, norma za gornju toplotnu mo gradskog gasa je : Hg : 16,75 - 20,93 MJ/Nm3 [uz varijaciju od 0,125 MJ/Nm3] Definisana gornja toplotna mo ne sme biti rezultat meanja gasova visoke i niske toplotne moi, ili meanja sa inertnim gasovima [ugljen dioksid i azot ne gore] . U sluaju da gradski gas ima visoki procenat inertnih gasova [max. 12%], imae slabe karakteristike izgaranja . Veoma je vano da gradski gas ne sme sadrati katran , sumporvodonik , kao ni amonijak , a sadraj naftalina ne sme prelaziti vrednosti vee od 0,5g / 100Nm3 gasa, obzirom da se naftalin lako taloi u crevima . Obzirom na vazduh , vana karakteristika gradskog gasa je i njegova relativna gustina . Njena vrednost ne sme varirati vie od 0,012 . Sa aspekta upotrebe, izuzetno vana karakteristika koja se koristi i kao obeleje gradskog gasa je Wobbe-ov broj . On zapravo predstavlja odnos toplotne moi gasa i drugog korena njegove relativne gustine . Za gradski gas , Wobbe-ov broj se kree u vrednostima : 23,9 - 27,3 MJ / Nm3 Ovo je vana karakteristika, obzirom da konstantnost Wobbe-ovog broja garantuje da e odredjena toplotna energija jednoliko isticati iz gorionika . U prolosti se gradski gas proizvodio iz uglja , a koksni gas je bio osnova za snabdevanje potroaca gradskim gasom . Obziromda je krajem pedesetih godina dvadesetog veka taj nain proizvodnje postao neekonomian , prelazi se na direktno snabdevanje potroaca prirodnim gasom .

43

Ekoloki aspekt proizvodnje i upotrebe ugljaSagorevanje uglja ima za rezultat nekoliko razliitih emisija gasova,estica, i otrovnih materija koje vrlo negativno utiu na ivotnu sredinu. Pet osnovnih nusproizvoda koji se emituju prilikom procesa sagorevaja uglja, a vrlo znaajnih po izrazito loem uticaju na ivotnu sredinu, privlae posebnu panju sa aspekta ekologije : - sumpor dioksid [sulfur dioxide] SO2 - oksidi azota [nitrogen oxids] NOx - emisije estica [ particulates emissions] - ugljen dioksid [carbon dioxide] CO2 - iva [mercury] Svaka od ovih pojedinanih emisija [posledica sagorevanja uglja], ima uticaj i na ukupnu ivotnu sredinu, i razlog je nastajanja pojedinih negativnih fenomena u domenima ljudskog zdravlja, prirodne okoline, elemenetarnih ivotnih uslova na Zemlji [klimatske promene, promene u sastavu atmosfere, u sastavu tla , geolokom rasporedu i sl.] . Najkarakteristiniji primeri relacije izmedju emisija [nastalih sagorevanjem uglja] i negativnih efekata koje imaju [sa aspekta ouvanja zdravlja i ivotne sredine] se mogu prestaviti i ovako : Emisija sumpor dioksida [SO2] se dovodi u jasnu vezu sa fenomenom kiselih kia [acid rains] , i poveanom pojavom bolesti respiratornih organa . Emisija oksida azota [Nox] se smatra uesnikom i pokretaem procesa formiranja kiselih kia kao i foto-hemijskog smoga, a najpogubnije dejstvo se vezuje za unitavanje ozonskog omotaa Zemljine kugle. Emisija estica je takodje veoma znaajan faktor koji utie u stvaranju kiselih kia, a vezuje se i za uestalu [pojaanu] pojavu respiratornih oboljenja. Emisija ugljen dioksida [CO2] je ve dugo u centru velikih studija,istraivanja i rasprava vezanih za globalne klimatske promene .

44

Emisija ive se usko vezuje za neuroloske poremeaje, kao i poremeaje u razvoju, kako ljudske , tako i ivotinjske populacije. Koncentracija ive u vazduhu je uglavnom vrlo niska, pa time i ne izaziva veu panju. Medjutim , kada iva dospe u vodu, ili direktno, ili putem vazduha [padavine] , dolazi do transformacije u metil ive [methylmercury], visokotoksine hemikalije koja se potom akumulira u ribama, ivotinjama, pa i ljudima, kroz lanac ishrane.

45

Kada je u pitanju istraivanje organizacije EIA , gde su prognoze i projekcije vezane za proizvodnju ,trgovinu i upotrebu uglja, kao i ekoloki aspekti, dati u izvetaju sa nazivom IEO 2004. [International Energy Outlook 2004], svi parametri i podaci su dati na osnovu vaeih zakona i regulative. Prognoze ne podrazumevaju direktnu usaglaenost sa Kyoto Protocol-om, Obzirom da on jo uvek nije zakonom obavezujui dokument, iako se vodilo rauna o injenici da odredjene zemlje, kao to su zemlje Zapadne Evrope,ve uzimaju u obzir preporuke, i preduzimaju akcije da kontroliu i smanje emisije gasova [actions to reduce greenhose emisssions] . Posledica je ubrzani prelazak na prirodni gas kao gorivo, i stvaranje uslova za raireniju upotrebu obnovivih izvora energije , Ralog tome je to je ovi novi oblici energenata proizvode daleko manje koliine tetnih emisija po jedinici proizvedene energije, nego goriva sa snanim sagorevanjem ugljenika, kao to su ugalj i derivati nafte. Slino ovome, regulativa za emisiju ive [za postrojenja sa sagorevanjem uglja] jo uvek ne predstavlja element prognoza, obzirom da nije dolo do konanog usvajanja predloenih zakonskih okvira, u zemljama kao to su SAD , Kanada i Evropska Unija.

46

ZakljuakPrema predvidjanjima,velike ali ipak konane rezerve uglja e potrajati nekih 200 godina due od rezervi nafte i prirodnog gasa , ali to ne znai da se vlade i proizvodjai energije mogu potpuno osloniti i okrenuti uglju kao energentu . Rezerve uglja su znaajne u pojedinim regionima sveta, ali je cena koju drutvo plaa za njihovo pretvaranje u energiju poprilino neodriva.Rudari vie nisu jedini koji su izloeni riziku. Svako na Zemljinoj kugli je ,u veoj ili manjoj meri, izloen razarajuem dejstvu nusprodukata koji tetno deluju na okolinu i zdravlje ljudi . Zagadjenje vazduha, kisele kie i sumpor dioksid predstavljaju samo deo problema. Od deset najzagadjenijih gradova sveta, 9 se nalaze u Kini i jedan u Indiji - svih deset koriste ugalj kao primarni izvor energije . Naunici koji se bave atmosferskim pojavama , posebno promenama u ozonskom omotau, registrovali su velike oblake praine [nastale od estica i sumpora] irom Azije pa sve do Zapadne obale Amerike. Clean-coal tehnologije koje ukljuuju desumporizaciju i opremu za kontrolu azota predstavljaju najnoviji odgovor sve stroijoj regulativi koja se odnosi na zagadjenje . Ovakvi sistemi znatno smanjuju emisiju sumpora. Manje efikasni sistemi , water-intensive , emituju ostale elemente zagadjenja, estice,ugljen dioksid i druge gasove. Raznim drugim otpadom [nepropisno i nepouzdano odlaganim, tokom decenija] ugroavaju ionako ve narueni balans prirodne okoline , stvarajui situaciju koju e biti veoma teko kontrolisati [sa aspekta zatite i odranja ivotne sredine] . Ukoliko ugalj nastavi da kao gorivo pokree planetu [to oajniki prieljkuje industrija uglja], svetska zajednica e biti izloena velikim opasnostima po zdravlje ljudi, uz neizbeno propadanje ivotne sredine. U Kini je procenjeno da skriveni trokovi koje sa sobom nosi korienje ovog fosilnog goriva, dovode u pitanje vrednost proizvedene energije i polako poinju da se okreu drugim izvorima, obrazujui stanovnitvo , predstavljajui novu politiku u sferi energetike . Za to vreme vlada planira da ustanovi 40-tak zona bez upotrebe uglja kao energenta [coal-free zones] . Prelazak na industrije kao to je hi-tech, turizam, okretanje drugim energentima, istraivanja vezana za alternativne izvore energije, predstavlja dobar nain [primeri Kine i Velike Britanije] , da se napravi zaokret od industrije uglja . Obzirom na proraunate gubitke vezane za ugalj na 63 milijardi $,na svetskom nivou, deluje da je naputanje industrije uglja dobar poslovni potez .

47

Sadraj Uvod Ugalj poreklo i nastanak podela i osnovne karakteristike rezerve uglja proizvodnja uglja - eksploatacija nalazita - proizvodnja i potronja trgovina ugljem karakteristike uglja prerada i oplemenjivanje uglja gradski gas ekoloki aspekt proizvodnje i upotrebe uglja zakljuak

48