CARBUNELE

A doua tinerete a carbunilor

         In urma cu cativa ani  in ziare apareau mereu stiri despre  inchiderea diferitelor mine de carbuni din tarile industriale de apus, in numele “modernizarii”, “rentabilizarii” sau “rationalizarii exploatarii carbunilor”. Nici astazi tendinta de scadere a productiei de carbune n-a putut fi gasita sau  redresata in multe tari pe vremuri vestite pentru industria lor carbonifera: Franta, R. F. Germania (Olanda,care producea cateva milioane de tone de carbuni pe an, nu mai produce astazi nici o tona), desi pe plan mondial tendinta s-a schimbat in mod radical. Greva minerilor britanici din 1984-1985, impotriva inchideri minelor este doar un aspect al luptei date  in jurul supravietuirii industriei de extractie a carbunilor si a industrilor ce folosesc carbunele in aceste tari .

       “Se parea” pana de curand ca ar avea loc o eliminare, o inlaturare din competitia materilor prime, din resursele de energie, a avut loc eliminarea carbunilor. In dezvoltarea impetuoasa a tuturor ramurilor industriale , in aparitia continua de noi ramuri de stiinta si de activitate productive, in extinderea si diversificarea continua a proceselor de productie, in intreaga revolutie tehnico-stintifica ce se petrece in zilele noastre, cu folosirea celor mai diferite si mai noi surse de materii prime, pe langa restrangerea utilizarii carbunilor drept combustibil si ca materie prima de baza pentru produse chimice, au crescut continuu – pana la inceputul ultimului deceniu – nu numai in valori absolute, cantitatile de titei si de gaze folosite in locul carbunilor. Si in toate acestea pana in momentul cand crizele energetice, si mai ales crizele petrolului din 1973 si 1978 - 1980, au facut opinia publica si in special forurile conducatoare ale statelor atente asupra posibilitatilor totusi limitate ale planetei, asupra risipei si a necesitatii stringente de a trece la dezvoltarea si folosirea si a altor resurse energetice mai mari sau regenerabile sau inepuizabile.

      In octombrie 1968 ziarul Scanteia publica o ancheta stintifica internationala cu titlul: “Redescoperirea diamantelor negre “.

            Iarna grea de la inceputul anului 1985, sau seceta din vara aceluiasi an au aratat in mod elocvent importanta pe care producerea energiei electrice din carbuni o are in conditiile scaderii si inghetarii apelor din fluvii, ruri si lacuri de acumulare.

          Daca ar fi fost vorba de inlocuirea totala a carbunilor, dupa cum sustineau unii, atunci pentru specialistiiin carbune,pentru mineri, pentru cei care exploatau, foloseau sau prelucrau carbunele, care, ici colo, incepusera sa se acopere cu verdeata, sa-si aminteasca de istoria plina de framantari, de lupte, de cuceriri, de infrangeri vremelnice si de victorii ale extractiei si utilizarii carbunilor, istorie ce a fost strans legata de prima revolutie industriala din Europa si care a fost strans inpletita cu istoria dezvoltarii impetuoase a siderurgiei, a metalurgiei neferoase, a constructiei de masini, a chimiei, a electrificari si, concomitant, ramasi fara posibilitati de lucru ei toti ar trebui sa ingroase armata somerilor sau sa incerce sa se recalifice in alte meserii.

In domeniul producerii energiei, semnificativa pentru politica de folosire rationala a resurselor de energie primara, initiate si urmarita cu consegventa de conducerea partidului si statului nostrum, este linia indicate inca in directivele celui de al IX-lea Congres al P.C.R. , care au prevazut, de pe atunci, cresterea participari carbunilor de circa doua ori in 1975 fata de 1965 si scaderea continua a proportiei de produse petroliere si de gaze naturale folosite in acest scop.

In valoarea absoluta energia obtinuta din carbunii a crescut in ani 1977 de la 3177 mil. Kwh la 15457mil. Kwh , fata de o crestere a productiei globale de energie electrica de la 17 215 mil. Kwh la aproape 60 000 mil. Kwh in 1977 si de la 71 800 mil. Kwh in 1985, din 19 900 mil. Kwh pe baza de carbune .

In timp ce in tarile Europei de vest are loc o oare  care scadere a productiei de carbune.in tarile socialiste C.A.E.R. ,cantitatea de carbune produsa a crescut in numai 25 de ani  de la 539 mil. Tone.in 1965, la 1379 mil. Tone,in 1980,aceasta tendinta ramanand o caracteristica permanenta in intrega perioada.

De altfel. Si in S.U.A. unde ,dupa cel de-al doilea razb mondial ,a avut loc o oarecare scadere  a productieide carbune,ulterior acest fenomen a disparut si,de la productia de 395.5 mil tonein 1962, s-a ajuns ,numai dupa 2 ani ,la 445 mil. tone ,iar  de atunci  incoace s-au inregistrat productii de 550 mil. tone in 1970,710 mil. tone in 1980 si 730 mil tone in 9183,tendinta fiinde de 1 miliard de tone in anul 2000

Si daca .in urma cu 20 de ani  ,specialisti  isi amibteau cu o oarecare “nostalgie”de anii de glorie ai carbunilor,astazi ei  pot sa “contemple din plin” cea a doua tinerete a “diamantelor negre”, a adevaratei paini a industriei. 

Probabil ca niciodata carbunele nu va mai avea ponderea de la inceputurile  primei revolutii industriale,dar,in mod sigur,cantitatea exploatata si arsa sau prelucrata  va creste continuu.

    Astazi,dupa 2 decenii,datele  problemei s-au inversat categoric!Vom vedea,mai departe,ca si viitorulpetrochimiei sau al benzinei  pentru automobile vor fi probabil peste cateva decenii legate de titeiulsintetic sau metanonul obtinut din carbune.

          Istoria de milenii a carbunilor ,istoria de peste 2 secole si jumatate a cocsificarii si de un secol a chimiei organice de sinteza si a producerii industriale a energiei electrice, ca  si rasturnarile de situatii din ultimele decenii arata ca posibilitatile de folsire si prelucrarea carbunilor sunt din nouin plina dezvoltare ,carbunele  fiind o materie prima si un combustibil nu numai in trecut ci si in zilele noastre,ba inca si mai mult,o materie prima si un combustibil de viitor.

          CARBUNELE PRINTRE CELELALTE MINERALE

        Biosfera Terrei ,care, desi din punct de vedere cantitativ ,reprezinta cea mai mica unitate geochimica a Pamantului,are totusi actiunea cea mai puternica in modificarile suferite de catre aceasta, mai ales la suprafata lui.

        Cercetarile biochimice effectuate au aratat ca biosfera a avut un rol hotarator in formarea atmosferei .

        Exista un ciclu al diferitelor elemente tipice biosferei numite elemente biofile,ale elementelor cele mai importante in desfasurarea vietii, pe langa multe altele   ce participa dar cate o data la costitutia biosfeerei. Hidrogenul carbonul oxigenul,azotul si fosforul reprezinta  fiecare intre 2 si 60 % din costitutia materiei vii ,fiind elemente permanente, primare,ale acesteia,in timp ce sodiul magnezuil,sulful,clorul, potasiul, alciul, fierul, in proportie de 1-0.005% reprezinta elemente secundare, pe cand borul, florul, siliciul, manganul, cuprul si iodud apar sub forma de micro-elemente.

      Dintre toate componentele biosferei, pe noi ne intereseaza cel mai mult carbonul, elemental constitutive al tuturor substantelor organice, material de baza a carbunilor. Astazi este stability in mod cert ca formarea carbunilor din masa organica aplantelor ce au crescut in diferite ere geologice s-a desfasurat tocmai prin inbogatirea sustantei organice a acestora in carbon.

         Energia radiate de soare si captata de plante se regaseste, dupa un lung ciclu de transformari intr-o conserva de carbuni.

         Peste tot, atat in plante cat siin carbunii, de la cei mai tineri pana la cei mai batrani in algele microscopice sau in Sequoia gigantea principalul element constitutive este carbonul.

         Circa 7-8 mii miliarde tone carbon ce sunt cuprinse in zacamintele de carbune corespund la circa 13 miliarde tone carbune, intucat carbonul este cel mai important element al constitutiei carbunilar darn u este singurul, fiind intodeauna insotit de hydrogen,oxigen,si sulf  precum  si de alte elemente in cantitati mici.

          Originea si formarea carbunilor explica de ce in carbune se gasesc si alte elemente, precum si felul in care sunt ele legate in masa carbunilor.

          Mina de la Secul era o adevarata vitrina de muzeu geologic in care exponatele, straturile de carbune, reprezentau dovada elocventa a adevarului teoriilor stintifice care arata originea vegetala a carbunilor in devonian, in care nu se intalnesc zacaminte mai importante de carbune, gasindu-se in schimb zacaminte importante de titei si de gaze. In perioada urmatoare, in carbonifer se produce explozie in dezvoltarea plantelor, care, acumulandu-se in cantitati uriase, timp de 75 milioane ani, au format immense zacaminte de carbune pe intreaga suprafata a pamantului.

            Mlastinile intinse ce se formau din cauza variatiilor lente ale nivelului apelor marilor si lagunelor au contribuit la conservarea si transformarea acestor cantitati enorme de material lemons in carbune.

              Miscarile alternative de ridicare si coborare ale scoartei pamantului, viteza si fregventa acestora au determinat grosimea straturilor de carbune, precum si grosimea totala a diferitelor formatii productive.

              In silezia, grosimea totala a straturilor de carbune si a intercalariilor sterile dintre ele reprezinta 3500-5000 de m .

         In Kazahstan, straturile purtatoare de carbune ale bazinului carbonifer de la Echi-Mostuz masoara 800 m in grosime si ascund in rezervele lor circa 1 miliarde tone de carbune .

         Zacamintele de carbuni de la Anina si Doman, de la Cozla, Rudaria si Bigar din Banat, de la Cdlea, langa Brasov , precum si antracitul de la Schela Gorji, ca si carbuni nin R P Chineza, si huilele din Karaganda s-au farmat in Liasic, prima perioada din mezozoic.

          In neozoicul care urmeaza au avut loc depuneri massive de material genetic, ce s-a metamorfozat pana astazi in carbuni brunisi mai ales lignite. 54,4% din totalul rezervelor de carbuni de pe glob s-au depus in aceasta perioada.

          Zacamintele din valea jiului apartin oligogenului in timp ce marile zacaminte de carbune brun pamantos din R.F. Germania, de lignit din patria noastra s-au depus in miocen, in pliocen, in diferitele varste ale acestor epoci geologice.

          Cuaternalul inregistreaza an de an cresterea zacamintelor de material genetic care se transforma chear astazi in zacaminte de turba din bazinele Fagarasului, Dornei, si de la Miercurea Ciuc.

        Schimbarile care au loc in structura si in compozitia chimica a materialului genetic si a carbunilor in procesul indelungat de transformare a plantelor in turbe, carbuni bruni, huile si antracit fac parte din fenomenele ce caracterizeaza  “metamorfismul carbunilor”,”carbonificarea”,”incarbunarea”sau “incarbonizarea” materialului genetic

        Carbuni cu 60-70%carbon in substanta organica- carbunii bruni si lignitii ce dau destul de putina caldura si care nu pot fi dusi din aceasta cauza la distante prea mari, transportul lor fiind neeconomic- ,sunt transformati in energie electrica, in termo centrale asezate la “gura minei”, ca la marile termocentrale de la Rogojelul, Turceni, din bazinul Gorjului, ca apoi energia electrica produsa prin aderarea lor duc pana la cele mai indepartate fabrici.

                  

Antracitul

        Cel mai batran, cel mai incarbonizat carbune, arde greu, fara flacara vizibila, dar dogoarea alba a jarului acestuia radiaza caldura multa, desi nu iese nici un fel de fum vizibil pe cosul sobelor.

          Continand aproape numai carbon intre92-98%  antracitii sunt folositi mai ales in fabricarea electrozilor pentru industria chimica si pentru metalurgie. In cazui mai rareantracitii pot fii arsi, cu conditia asigurarii unui tiraji foarte bun in focarele respective, sau folositi la aglomerarea minereurilor.

      Studiile facute asupra carbunilor au aratat ca celuloza si lignina plantelor dispar in procesul de carbonificare, transformandu-se in compusi cu greutate moleculara mare, in care proportiile celor trei elemente principale, carbon, hydrogen si oxigen, sunt din ce in ce  mai deplasate catre procente tot mai mari de carbon, concomitant cu scaderea corespunzatoare a continuturilor de oxigen si de hidrogen.

       Fenomenele geologice si chimice care au insotit formarea si metamorfismul carbunelui au adus in compozitia acestuia si alte elemente, dintre care cele mai importante sunt sulful (0,5-3%), rareori peste) si azotul (1,5-2%).

           In carbuni, atomii de carbon sunt legati mai ales in cicluri hexagonale. Acestea se combina intre ele in cele mai diferit feluri, formand plase si structuri spatiale intinse de retele de carbon, retele de cicluri aromatice.

           Aceasta “plasa” cu ochiuri hexagonale reprezinta structura chimica de baza a carbunelui. De ea, pe margine sau pe la oochiuri, ici colo, sunt prinsi atomi de carbon nelegati in cicluri, care se inlantuie in mod liber unul dupa altul, ca franjurile unui covor. Ca la o tesatura neterminata si netivita, de marginile plasei atarna fire formate din astfel de lanturi de carbon.

         Cunoasterea structuri carbunilor are o mare importanta la folosirea lor cat mai rationala si economica, mai ales acolo unde din carbune nu se obtine doar energie ce se poate elibera prin ardere, ci si o multime de produse: la chimizarea carbunelui si la fabricarea cocsului.

                  In anul 1980 sau folosit pe glob peste trei miliarde de carbune.

                  

         La noi in tara, Banatul si Valea Jiului sunt cele mai vechi regiuni in care se expoateaza carbune.

          Huilele batrane din Banat au fost folosite cu peste 100 de ani in urma in uzinele metalurgice de la Anina, Bocsa si Resita, in timp ce marea bogatie a Vaii Jiului a inceput sa fie folosita pentru dezvoltarea industriei  siderurgice abea in ultimile trei decenii.        

            Petrografia carbunilor este o ramura a petrografiei, stiinta ce se ocupa cu studiul si clasificarea rocilor din scoarta terestra. Carbunii, fiind roci sedimentare de natura organica, la cercetarea microscopica pot fi deosebite entitati organice distincte, denumite macerali, comparabile cu mineralele care formeaza rocile anorganice. Cercetarea acestor caramizi- unitati structurale-ale carbunilor se realizeaza in conditii uniforme standardizate pe plan international. Avand in vedere importanta deosebita pe care o prezinta procesul de cocsificare printer utilizarile huilelor, clasificarea maceralilor s-a efectuatin functie de modul lor de comportare in timpul acestui proces de importanta lor in producerea structuri de cocs. Astfel,diferitii macerali existenti in huile se clasifica in trei clase:

-vitriniti

-exiniti

-inertiniti;

         Maceralii din clasa vitrinitului reprezinta majoritatea mesei organice existente in huile, variind intre 60-90%, si in cazul huilelor de cocs reprezint constituentii active ai procesului, producand faza plastica si formand structura solida a cocsului.

          Exinitii ajuta la fluidificarea fazei plastice topidu-se si producand in timpul procesului in majoritate gaze si produse lichide de pirogenare.

        Inertihnitii nu reprezinta un rol active, neparticipand la obtinerea fazei plastice in timpul procesului de cosificare, putand fi regasit cu aproape aceiasi structura inglobati in masa topita a cocsului.

         In ultimi ani, Organizatia  Inetrnationala pentru Standardizare (I.S.O.) inpreuna cu comitetul International pentru Petrografia  Carbunilor (I.C.C.P.) au propus o noua clasificare internationala a huilelor, la care parametrul pentru codificarea rangului este reflectanta medie a vitrinituli. Aceasta propunere este in present consultata si completata de statele participante,urmand a fi aprobata.

                   

ALTE INDUSTRII BAZATE PE CHIMIA CARBUNELUI:

      Industria de prelucrare a carbuniilor cunoaste o ramificare multipla, care o leaga strans de aproape toate celelalte domeni.

      Aceasta inter dependenta tine in buna masura de situatia locala a resurselor energetice, de gradul de dezvoltare al industriei, de gradul de valorificare a respectivelor resurse.

      Interesant este insa si un alt aspect al pirogenari carbunilor. Multe tari, lipsite de resurse de titei naturali ca baza de materi prime pentru sintezele organice, de combustibili lichizi si gazosi usor transportabili si care sa arda cu randamente termice mari, si-au dezvoltat o intreaga industrie a carui produs principal nu este cocsul, ci gazele si subprodusele chimice ale cocsificari.

       Unul dintre predecesori electricitatii in inluminatul public a fost tocmai gazul de cocserie obtinu prin pirogenarea carbunilor. Gazul de cocserie, bogat in componenti cu putere calorica ridicata, este un combustibil apreciat iar prezenta vaporilor de hidrocarburi aromatice ii dadea insusirea de a “inlumina”. De fapt, procesul consta intr-o ardere incomplete a acestora, cu producere de particule infime de carbon incandescent, obtiandu-se o flacara galbena, luminoasa.

        Acest aspect al industriei de prelucrarea carbunelui este putin cunoscut in tara noastra, desi uzina de gaz din Bucuresti, de la Filaret, a fost una din primele de acest gen din Europa. In tara noastra, cu surse de lemn si gaz metan, rationalizarea utilizari intre combustibil a acestor doua materi prime pretioase pentru industria chimica si de prelucrare a lemnului nu a fost inpinsa pana la o restructurare a balantei energetice interne, si abia in ultimile deceni se da atentia cuvenita carbunilor.

           Pentru obtinerea gazului, nu se utilizeaza insa carbuni cocsificabili, superiori, ci orice fel de carbuni, cat mai ieftini. Cocsul, de calitate mai slaba, obtinut in garanulatie de pana la circa 40 mm este utilizat apoi direct drept combustibil “fara fum”.

          La cocsificarea unor huile de gaz, de exemplu, randamentul de gaz obtinut este de circa 350 mc pe tona de carbune pirogenat. Cocsificarea nu este insa singura cale de obtinere a conbustibililor gazosi din carbune. In procese de gazificare, masa organica a acestuia poate fi transformata integral in gaze conbustibile sau materi prime pentru sintezele organice.

         Industria gazului de inluminat a fost un precursor pretios pentru industria gazificari carbunilor, pregatind si rezolvand pentru aceasta toate problemele legate de distribuirea si combustia gazelor.

          Toate procesele de gazificare se bazeaza pe arderea incomplete a carbonului continut in combustibil. In aceste procese exista un purtator al carbonului si un purtator de oxigen care poate fi aerul sau vapori de apa, eventual si oxigen.

          Printer procedeele moderne care urmaresc obtinerea unui gaz combustibil se numara si gazificarea subterana.

           Acest procedeu se utilizeaza in cazul zacamintelor de carbuni a caror exploatare este dificila, costisitoare, sau al caror continut de cenuse este prea ridicat pentru a justifica extractia si apoi arderea in focare. Ideia acestei cai de valorificare a energiei inmagazinate in carbuni a fost enuntata inca in anul 1888 de catre Mendeleev. In pricipiu, metoda de lucru nu se deosebeste de cea a unui gazogen classic si consta in urmatoarele operati:

-delimitarea exacta azacamantului ;

-forarea unor cai de acces ale aierului introdus in zacamant;

-forarea unor puturi de evacuoare a gazului de aer format.

            Se aprinde apoi, intr-unul din capetele zacamantului, carbunele, dupa care, prin insuflarea aerului, se obtine in urma procesului de gazificare gaz sarac, captat la unul din puturile forate pentru aceasta. Acest procedeu incepe sa fie utilizat din ce in ce mai mult, si aplicarea lui este in curs si la un zacamant din Oltenia.

                Aceleasi cantitati le prezinta gazele si la o scara mare in industrie. Focare simple, ardere completa, cratenie si pierderi de caldura  mici sunt cateva din avantajele ce au inpulsionat dezvoltarea industriei gazificari in tarile lipsite de resurse naturale de gaz combustibil.

                Rezervele de gaze naturale sunt mult mai reduse de cat cele de carbune si destul de repede va veni vremea cand metanul, materie prima pretioasa, va fi economisit si inlocuit in combustia menajera si industriala cu alti purtatori de energie, chiar si in tarile in care astazi aceasta tehnologie de innobilare a combustibililor inferiori este cunoscuta doar din punct de vedere theoretic.

                Hidrogenarea carbunilor nu mai reprezinta astazi inportanta pe plan mondial, dar tehnologia elaborate a inceput sa fie folosita si aplicata pe scara larga peste tot unde, prin imbunatatirea raportului hydrogen-carbon, se pot recupera deseuri pretioase din industria petroliera sau de prelucrarea carbunilor.

                Carbunele macinat sub 5 mm este agitate cu o fractiune de ulei rezidual  pana se creeaza o “ suspensie”. Se adauga catalizatorul, iar apooi amestecul este incalzit la temperatura si presiunea de reactie in contact cu hidrogenul  .

                Carbunele solid se transforma in acest process, datorita ruperii macromoleculelor sale si a saturarii lor partiale cu hidrogen, intr-un produs lichid asemanator titeiului brut .

                 Prin hidrogenarea pe aceasta cale indicata, a unei tone de cabune, se pot obtine pana la 650 kg benzina si circa 160 kg hidrocarburi gazoase lichefiabile.

                 Carbunele, nu  este numit un combustibil, el este si o resursa alternativa de energie inmagazinata in compusi gazosi sau lichizi, reprezentand o importanta materie prima pentru 2 ramuri industriale de baza in economia  unei tari: siderurgia si industria de sinteza organica, pe laga uriasele cantitati consummate in industria energetica , drept combustibil la producerea energiei electrice .

                 Executiile cu diferiti solventi, au aratat ca, in carbune, o parte din masa organica se transforma  la cald in compusi solubili in solventi folositi.

                 Atat prin cocsificare, cat si prin semicarbonizarea carbunilor, prin hidrogenare sau sinteze de produse din gaze, ca si din extractia carbunilor se obtin  fractiuni car, datorita continutului lor ridicat de carbon,  a gradului mare de nesaturare, se utilizeaza current la fabricarea negrului de fum.

                 Carbunele active este un material  pe care numai denumirea, culoare si continutul de carbon il aseamana cu carbunele propriu-zis , si se poate afirma pe buna dreptate ca denumirea de “carbune”incetatenita pentru acest produs este cu totul impropie.

                 Carbunele activ nu se extrage din nici un zacamant sin u se formeaza in scoarta terestra in timp, asa cum se intampla cu carbunii.

                 Fabricarea carbunelui activ se face din materii prime cu structura poroasa,cu un continut ridicat de carbon se foloseste de obicei mangal si rare ori semicocsul obtinut din carbune brun sau huile necocsificabile .

                        Carbunele a reprezentat primul combustibil utilizat in timpul revolutiei industriale si a jucat un rol foarte insemnat in dezvoltarea marilor tari industrializate.De aceea carbunele ramane principala sursa de combustibil.