Výhody a nevýhody zplyňování uhlí

Když společnost začala přijímat uhlí jako zdroj paliva, přineslo výhody efektivity průmyslu a výrobě spolu s problémy v oblasti životního prostředí a bezpečnostními problémy. Jak věda a technologie postupovaly, byly tyto metody zdokonaleny tak, aby řešily otázky bezpečnosti. Pohled na proces zplyňování uhlí jako na příběh, který má pozitiva i negativa, může ukázat skutečnou povahu toho, jak k němu došlo.

Ačkoli vědci studovali proces emise plynu ze spalování uhlí od roku 1780, trvalo by to do počátkem 20. století, kdy by se procesy komercializovaly pro použití napříč průmyslovými odvětvími ve městech celosvětově.

Přeměna uhlí na plyn v procesu zplyňování uhlí se datuje do Anglie v 19. století. Během těchto desetiletí těžaři uhlí používali k výrobě plynu procesy, které drtily uhlí v přítomnosti kyslíku a páry při vysokých teplotách.

V 60. letech 19. století se Spojené státy díky průmyslové těžbě uhlí staly průmyslovým gigantem procesy napříč Apalačskými horami, středozápadními prériemi a dokonce i Kaskádami a Skalnaté hory.

Národ stál jako největší producent uhlí na světě, ale historie si pamatuje i temnější stránku příběhu. Parní lopaty, traktory a zařízení používané při těžbě uhlí erodovaly půdu, zatímco železnice, průmyslové závody a domy znečisťovaly města po celé zemi.

Chudší komunity se spoléhaly na levnější a špinavější uhlí, které přímo používaly, zatímco elitní třída bohatých rodiny by mohly těžit z výhod plynu a elektřiny, což by zvýšilo propast mezi chudými a bohatý. Dělnická třída zaplavila továrny nekvalifikovanými pracovníky v nebezpečných pracovních podmínkách, což mělo za následek Ve 20. století zemřely každý rok desítky tisíc lidí na železnicích, v továrnách a v uhelných dolech oni sami.

Průmyslové odvětví, které profitovalo z tak účinného způsobu, jak využít energii Země, ukázalo tyto problematické nevýhody spolu s výhodami uhelného průmyslu. Když vědci a inženýři přišli s metodami výroby plynného uhlí pro průmyslové a ekonomické účely to by později vedlo k efektivnějším technikám, jako je ropa a syntetický zemní plyn Výroba.

Když lidé pochopili výhody a výhody plynofikace uhlí, vytvořili tyto inovace podle svých potřeb. To mělo podobu větších rostlin a objevů více zásobníků uhlí na Zemi. Škálování, abychom se dostali tam, kde je dnes zplyňování uhlí, však nebylo tak jednoduché.

Nevýhody a výhody plynofikace uhlí vyvolaly reakce dotčených občanů a vlád prostřednictvím pracovního aktivismu, jako jsou stávky a odbory. Nové předpisy a instituce, například to, jak americký prezident Theodore Roosevelt chtěl zvýšit vládní dohled nad obchodními podniky, se na počátku 20. století rozšířily po celé zemi. Zaměstnavatelé se postavili proti požadavku dělníků ze střední třídy na lepší pracovní podmínky spolu s rozumnější pracovní dobou a platy. Industrializace přinesla prostřednictvím těchto výzev práce progresivní reformu.

Na počátku 20. století došlo ve Spojených státech a ve Velké Británii k dalšímu pokroku. Přeměna uhlí na plyn pomocí plynných tuhých reakcí se vyznačovala především reakcí uhlíku v uhlí s párou při tlacích nižších než 10 MPa a teplotách nad 750 ° C.

Proces zplyňování uhlí by produkoval vodík, amoniak, methanol a uhlovodíky a byly také použity s párou k výrobě syntetického zemního plynu (SNG). Tyto reakce by produkovaly syntetické plyny obvykle složené z oxidu uhelnatého (CO) a plynného vodíku (H₂).

Ve 30. letech se zakořenilo také podzemní zplyňování uhlí (UCG). UCG zejména používal metodu cirkulace zplyňovacích látek, jako je vzduch, kyslík a voda, do samotného uhlí. Tento proces přeměnil uhlí na užitečné plyny ze samotného uhlí, aniž by bylo nutné těžit materiál.

K zahájení těchto endotermických reakcí by bylo zapotřebí vstup tepla pomocí zdroje tepla z jiného procesu nebo spalováním části samotného uhlí. Teplo vydávané plyny by mohlo pohánět motory nebo být používáno k výrobě chemických produktů, z nichž by některé byly transportovány na povrch Země z dolů s menším nutným počátečním kapitálem, nižšími provozními náklady a menší konstrukcí čas.

Praktické aplikace UCG však byly a stále jsou omezovány absencí kvantitativních znalostí samotného chemického procesu. Inženýři přesto využili velikost dutiny používané k uložení uhlí, aby maximalizovali tepelnou energii uvolněno pochopením propustnosti materiálu dutiny, aniž by se dutina rozpadla sám.

Pokroky v plynofikaci uhlí v průběhu historie by zajistily, že pozitiva převažují nad negativy uhlí, protože by se používalo v různých aplikacích. Reformy prostřednictvím politické, sociální a jiné sféry by vedly výrobce k tomu, aby zohledňovali lidskou práci jako kapitálový zdroj v ekonomice, aby se zabránilo nákladům na lidský život spolu s pokroky ve vědě a technologii.

Pokrok by přišel s konflikty, jako byl Ludlowův masakr z roku 1914 v jižním Coloradu, kdy národní garda v Coloradu zabila během stávky horníků 18 mužů, žen a dětí.

Ve 30. letech se začaly po planetě šířit polní pokusy o nejlepší způsoby využití uhlí při výrobě páry. SSSR byl průkopníkem technologií do 30. let a brzy se v následujících desetiletích rozšířil do Velké Británie, Španělska, Číny, Belgie a USA. Studie proveditelnosti, které výzkumníci provedli, se snažili využít uhlí ke zlepšení účinnosti a efektivity.

V reakci na nedostatek zemního plynu v sedmdesátých a osmdesátých letech minulého století vědci experimentovali s použitím jiných plynů jako vzduch nebo oxid uhličitý, a to by vedlo k použití plynného vodíku spolu s vysokými teplotami s katalyzátorem.

Metody zplyňování uhlí také usilovaly o odstranění nečistot, jako je síra a rtuť, z uhlí, aby se stalo účinnějším zdrojem energie. Tyto metody efektivnějšího využívání energie vedou spíše k recyklaci popela ze zplyňování uhlí na konkrétní kamenivo, než k jeho odeslání na skládku.

Kombinované cykly využívaly páru generovanou zplyňováním uhlí k napájení druhého generátoru a pracovaly s účinností 45–50%, což je o 10–15% vyšší rychlost než u tradičních výrobních závodů. Kombinovaný cyklus by snížil emise oxidu uhličitého a vedl k ještě ekonomičtějšímu vývoji, jako je oddělení oxidu uhličitého od ostatních produkovaných plynů.

Inovace v procesu zplyňování uhlí usilovaly o zlepšení v každém kroku. Stanovení vhodné teploty, při které by měl zplynovač fungovat, by vedlo vědce ke sledování vnějšího pláště komôr zplynovače pomocí infračervených kamer.

Mohli by tedy analyzovat teplotu pomocí kontinuálního zdroje údajů o teplotě spolu s dalšími faktory, jako je tvar zplynovačů a použité materiály. Technologie od výrobce Pepperl + Fuchs k tomu v současné době používá systémy až 13 kamer v každém zplynovači.

Tyto pokroky ukazují, jak může společnost v průběhu historie vážit dobré a špatné věci týkající se uhlí.