Kivihiilikaasun edut ja haitat

Kun yhteiskunta alkoi omaksua hiiltä polttoaineena, se toi hyötyä teollisuudelle ja teollisuudelle sekä ympäristövaikutusten että turvallisuusongelmien lisäksi. Tieteen ja tekniikan edetessä näitä menetelmiä tarkennettiin vastaamaan turvallisuusongelmiin. Hiilen kaasutusprosessin tarkasteleminen tarinana, jolla on sekä positiivisia että negatiivisia puolia, voi osoittaa sen todellisen luonteen.

Vaikka tutkijat olivat tutkineet kaasun päästöprosessia hiilen polttamisesta vuodesta 1780 lähtien, se kesti vasta 1900-luvun alku, jolloin prosessit kaupallistettiin käytettäviksi kaupungeissa maailmanlaajuinen.

Hiilen muuntaminen kaasuksi hiilen kaasutusprosessissa juontaa juurensa 1800-luvun Englantiin. Näinä vuosikymmeninä hiilikaivostyöläiset käyttivät prosesseja, jotka murskasivat hiiltä hapen ja höyryn läsnä ollessa korkeissa lämpötiloissa kaasun tuottamiseen.

1860-luvulle mennessä Yhdysvallat oli noussut teollisuusjätteeksi suuren hiilikaivoksen ansiosta prosessit Appalakkien vuoristojen, keskilännen preerioiden ja jopa Kaskadien ja Kreikan poikki Rockies.

Kansakunta oli maailman suurin hiilentuottaja, mutta historia muistaa myös tarinan tummemman puolen. Hiilikaivoksessa käytetyt höyrykauhat, traktorit ja laitteet heikensivät maaperää, kun taas rautatiet, teollisuuslaitokset ja kodit saastuttivat kaupunkeja ympäri maata.

Köyhemmät yhteisöt luottivat halvempaan, likaisempaan hiileen, jota he käyttivät suoraan varakkaiden eliittiluokan aikana Perheet hyötyisivät kaasun ja sähkön eduista, mikä lisäisi köyhien ja köyhien välistä kuilua rikas. Työväenluokka tulvi tehtaita ammattitaidottomilla työntekijöillä vaarallisissa työolosuhteissa, mikä johti 1900-luvulla kymmenet tuhannet ihmiset kuolivat vuosittain rautateillä, tehtaissa ja hiilikaivoksissa itse.

Teollisuuden sektori, joka oli hyötynyt näin tehokkaasta tavasta hyödyntää maan energiaa, osoitti nämä hankalat haitat hiiliteollisuuden etujen rinnalla. Kun tutkijat ja insinöörit keksivät menetelmiä hiilikaasun tuottamiseksi teollisuudelle ja taloudelle tarkoituksiin tämä edistyisi myöhemmin tehokkaammiksi tekniikoiksi, kuten öljy ja synteettinen maakaasu tuotanto.

Kun ihmiset ymmärsivät hiilen kaasuttamisen edut ja edut, he loivat nämä innovaatiot tarpeisiinsa. Tämä tapahtui suurempien kasvien muodossa ja löydettiin lisää hiilivarastoja maapallolla. Suurentaminen päästäkseen sinne, missä hiilen kaasutus on tänään, ei kuitenkaan ollut niin suoraviivaista.

Hiilikaasun haitat ja edut saivat asianomaiset kansalaiset ja hallitukset reagoimaan työvoima-aktivismilla, kuten lakoilla ja yhdistymisellä. Uudet säädökset ja instituutiot, kuten miten Yhdysvaltain presidentti Theodore Roosevelt halusi lisätä valtion valvontaa liikeyrityksissä, levisi koko maassa 1900-luvun alussa. Työnantajat vastustivat keskiluokan työntekijöiden vaatimuksia paremmista työoloista sekä kohtuullisemmista työajoista ja palkoista. Teollistuminen toi asteittaisen uudistuksen näiden työvoimahaasteiden kautta.

1900-luvun alkuun mennessä Yhdysvaltain osavaltioissa ja Yhdistyneessä kuningaskunnassa tapahtui enemmän edistystä. Kivihiilen muuntaminen kaasuksi kiinteiden kaasureaktioiden avulla oli ensisijaisesti kivihiilessä olevan hiilen reaktio höyryn kanssa alle 10 MPa: n paineessa ja yli 750 ° C: n lämpötilassa.

Hiilikaasutusprosessi tuottaisi vetyä, ammoniakkia, metanolia ja hiilivetyjä, ja niitä käytettiin myös höyryn kanssa synteettisen maakaasun (SNG) muodostamiseksi. Nämä reaktiot tuottavat synteettisiä kaasuja, jotka yleensä koostuvat hiilimonoksidista (CO) ja vetykaasusta (H₂).

1930-luvulle mennessä myös maanalainen hiilen kaasutus (UCG) juurtui. UCG käytti erityisesti menetelmää kaasutusaineiden, kuten ilman, hapen ja veden, kiertämiseksi itse hiileen. Tämä prosessi muutti kivihiilen hyödyllisiksi kaasuiksi itse kivihiilestä tarvitsematta kaivaa materiaalia.

Näiden endotermisten reaktioiden käynnistäminen vaatii lämmön syöttöä käyttämällä toisessa prosessissa olevaa lämmönlähdettä tai polttamalla itse hiili. Kaasujen luovuttama lämpö voisi käyttää moottoreita tai käyttää kemiallisten tuotteiden luomiseen, joista osa kuljetettaisiin kaivoksista maapallon pinnalle tarvittavalla aloituspääomalla, alhaisemmilla käyttökustannuksilla ja vähemmän rakentamisella aika.

UCG: n käytännön sovelluksia rajoitti ja edelleen rajoittaa itse kemiallisen prosessin kvantitatiivisen tiedon puuttuminen. Silti insinöörit käyttivät hyväkseen ontelon kokoa, jota käytettiin kivihiilen pitämiseen maksimoimaan lämpöenergian vapautuu ymmärtämällä ontelomateriaalin läpäisevyys ilman, että ontelo hajoaa itse.

Hiilikaasun edistysaskel läpi historian varmistaisi, että positiiviset vaikutukset olisivat suuremmat kuin hiilen negatiiviset vaikutukset, koska sitä käytettäisiin kaikissa sovelluksissa. Poliittisten, sosiaalisten ja muiden alojen uudistukset saisivat valmistajat ottamaan huomioon ihmisen työn talouden pääomaresurssina ihmisten elämän kustannusten estämiseksi tieteen ja tekniikan kehityksen rinnalla.

Edistyminen johtaisi konflikteihin, kuten vuoden 1914 Ludlowin verilöylyyn Etelä-Coloradossa, jossa Colorado National Guard tappoi 18 miestä, naista ja lasta kaivostyöntekijöiden lakossa.

1930-luvulle mennessä kenttätutkimukset parhaista tavoista käyttää hiiltä höyryn tuottamiseen alkoivat levitä ympäri maapalloa. Neuvostoliitto oli ollut teknologian edelläkävijä 1930-luvulle mennessä, ja se levisi pian Yhdistyneeseen kuningaskuntaan, Espanjaan, Kiinaan, Belgiaan ja Yhdysvaltoihin tulevina vuosikymmeninä. Tutkijoiden tekemissä toteutettavuustutkimuksissa pyrittiin hyödyntämään hiiltä tehokkuuden ja vaikuttavuuden parantamiseksi.

Vastauksena maakaasupulaan 1970- ja 1980-luvuilla tutkijat kokeilivat muiden kaasujen käyttöä kuten ilmaa tai hiilidioksidia, ja tämä johtaisi vetykaasun käyttöön korkeiden lämpötilojen ohella katalyytin kanssa.

Hiilikaasutusmenetelmillä pyrittiin myös poistamaan hiiltä epäpuhtaudet, kuten rikki ja elohopea, jotta siitä tulisi tehokkaampi energialähde. Nämä energiankäytön menetelmät johtavat hiilen kaasuttamisen tuhkan kierrättämiseen betonirakenteeksi sen sijaan, että ne lähetettäisiin kaatopaikalle.

Yhdistetyissä sykleissä käytettiin hiilen kaasutuksessa syntynyttä höyryä toisen generaattorin käyttämiseen ja se toimi 45-50%: n hyötysuhteella, nopeus 10-15% korkeampi kuin perinteisillä tuotantolaitoksilla. Yhdistetty sykli vähentäisi hiilidioksidipäästöjä ja johtaisi vielä taloudelliseen kehitykseen, kuten hiilidioksidin erottaminen muista tuotetuista kaasuista.

Hiilikaasutusprosessin innovaatiot ovat pyrkineet tekemään parannuksia kussakin vaiheessa. Asianmukaisen lämpötilan määrittäminen, jossa kaasuttimen tulisi toimia, johtaisi tutkijoita seuraamaan kaasuttimien kammioiden ulkokuorta infrapunakameroilla.

Sitten he voisivat analysoida lämpötilaa käyttämällä jatkuvaa lämpötilatietolähdettä muiden tekijöiden, kuten kaasuttimien muodon ja käytettyjen materiaalien, rinnalla. Valmistajan Pepperl + Fuchsin tekniikka käyttää tällä hetkellä jopa 13 kameran järjestelmää kussakin kaasutuslaitteessa tämän tallentamiseen.

Nämä edistysaskeleet osoittavat, kuinka yhteiskunta voi punnita kivihiilen hyviä ja huonoja asioita koko historian ajan.