Lorsque la société a commencé à adopter le charbon comme source de combustible, cela a apporté des avantages d'efficacité à l'industrie et à la fabrication, ainsi que des problèmes d'effets environnementaux et de sécurité. Au fur et à mesure que la science et la technologie progressaient, ces méthodes ont été affinées pour répondre aux problèmes de sécurité. Considérer le processus de gazéification du charbon comme une histoire à la fois positive et négative peut montrer la vraie nature de la façon dont cela s'est produit.
Histoire de la gazéification du charbon
Bien que les scientifiques aient étudié le processus d'émission de gaz provenant de la combustion du charbon depuis 1780, il a fallu attendre jusqu'à le début des années 1900, lorsque les processus seraient commercialisés pour une utilisation dans toutes les industries dans les villes à l'échelle mondiale.
La conversion du charbon en gaz dans le processus de gazéification du charbon remonte à l'Angleterre du XIXe siècle. Au cours de ces décennies, les mineurs de charbon ont utilisé des procédés de broyage du charbon en présence d'oxygène et de vapeur à haute température pour produire du gaz.
Dans les années 1860, les États-Unis étaient devenus un géant industriel grâce à l'extraction du charbon à grande échelle processus à travers les Appalaches, les prairies du Midwest et même les Cascades et Rocheuses.
Inconvénients et avantages du charbon
La nation était le plus grand producteur de charbon au monde, mais l'histoire se souvient également d'un côté plus sombre de l'histoire. Les pelles à vapeur, les tracteurs et l'équipement utilisés dans les mines de charbon ont érodé le sol tandis que les chemins de fer, les usines industrielles et les maisons ont pollué les villes à travers le pays.
Les communautés les plus pauvres comptaient sur du charbon moins cher et plus sale qu'elles utilisaient directement tandis que la classe d'élite des riches les familles profiteraient des avantages du gaz et de l'électricité, augmentant le fossé entre les pauvres et les riche. La classe ouvrière a inondé les usines de travailleurs non qualifiés dans des conditions de travail dangereuses entraînant, par la 20e siècle, des dizaines de milliers de personnes sont mortes chaque année sur les chemins de fer, dans les usines et dans les mines de charbon eux-mêmes.
Le secteur industriel qui avait profité d'un moyen aussi efficace d'exploiter l'énergie de la terre présentait ces inconvénients gênants aux côtés des avantages de l'industrie charbonnière. Lorsque les scientifiques et les ingénieurs ont proposé des méthodes pour produire du gaz de charbon à des fins industrielles et économiques fins, cela évoluerait plus tard vers des techniques plus efficaces telles que le pétrole et le gaz naturel synthétique production.
Au fur et à mesure que les gens comprenaient les avantages et les avantages de la gazéification du charbon, ils ont créé ces innovations pour répondre à leurs besoins. Cela a pris la forme de plus grandes usines et de la découverte de plus de réservoirs de charbon dans la terre. Cependant, la mise à l'échelle pour arriver là où en est la gazéification du charbon n'était pas si simple.
Les inconvénients et les avantages de la gazéification du charbon ont suscité des réactions de la part des citoyens et des gouvernements concernés par le biais d'un activisme syndical tel que des grèves et des syndicats. De nouvelles réglementations et institutions, telles que la manière dont le président américain Theodore Roosevelt souhaitait une augmentation de la supervision gouvernementale sur les entreprises commerciales, se sont répandues dans tout le pays au début des années 1900. Les employeurs ont résisté aux demandes des travailleurs de la classe moyenne pour de meilleures conditions de travail ainsi que des horaires de travail et des salaires plus raisonnables. L'industrialisation a apporté une réforme progressive à travers ces défis du travail.
Science de la gazéification du charbon
Au début du XXe siècle, d'autres avancées ont été réalisées aux États-Unis et au Royaume-Uni. La conversion du charbon en gaz à l'aide de réactions gaz-solides comportait principalement la réaction du carbone du charbon avec de la vapeur à des pressions inférieures à 10 MPa et à des températures supérieures à 750°C.
Le processus de gazéification du charbon produisait de l'hydrogène, de l'ammoniac, du méthanol et des hydrocarbures, et ils étaient également utilisés avec de la vapeur pour créer du gaz naturel synthétique (SNG). Ces réactions produiraient des gaz synthétiques généralement composés de monoxyde de carbone (CO) et d'hydrogène gazeux (H2).
Dans les années 1930, la gazéification souterraine du charbon (UCG) a également pris racine. UCG en particulier a utilisé une méthode de circulation d'agents de gazéification comme l'air, l'oxygène et l'eau dans le charbon lui-même. Ce processus a converti le charbon en gaz utiles à partir du charbon lui-même sans avoir à extraire le matériau.
Il faudrait un apport de chaleur pour démarrer ces réactions endothermiques en utilisant une source de chaleur provenant d'un autre processus ou en brûlant une partie du charbon lui-même. La chaleur dégagée par les gaz pourrait alimenter des moteurs ou être utilisée pour créer des produits chimiques, dont certains seraient transportés à la surface de la Terre depuis les mines avec moins de capital de démarrage nécessaire, des coûts d'exploitation inférieurs et moins de construction temps.
Cependant, les applications pratiques de l'UCG étaient et continuent d'être limitées par l'absence de connaissance quantitative du processus chimique lui-même. Pourtant, les ingénieurs ont profité de la taille de la cavité utilisée pour contenir le charbon pour maximiser l'énergie thermique libéré en comprenant la perméabilité du matériau de la cavité sans que la cavité se désintègre lui-même.
Avancées dans la gazéification du charbon
Les progrès de la gazéification du charbon à travers l'histoire garantiraient que les avantages l'emporteraient sur les inconvénients du charbon, car il serait utilisé dans toutes les applications. Les réformes à travers les domaines politiques, sociaux et autres conduiraient les fabricants à prendre en compte le travail humain en tant que ressource en capital dans l'économie pour éviter les coûts en vies humaines parallèlement aux progrès de la science et de la technologie.
Les avancées viendraient avec des conflits tels que le massacre de Ludlow en 1914 dans le sud du Colorado, au cours duquel la Garde nationale du Colorado a tué 18 hommes, femmes et enfants pendant que les mineurs étaient en grève.
Dans les années 1930, les essais sur le terrain des meilleures façons d'utiliser le charbon pour produire de la vapeur commençaient à se répandre à travers la planète. L'URSS avait été la pionnière des technologies dans les années 1930, et elles se sont rapidement étendues au Royaume-Uni, en Espagne, en Chine, en Belgique et aux États-Unis dans les décennies à venir. Les études de faisabilité réalisées par les chercheurs visaient à tirer parti du charbon pour améliorer l'efficience et l'efficacité.
En réponse aux pénuries de gaz naturel dans les années 1970 et 1980, les chercheurs ont expérimenté l'utilisation d'autres gaz tels que sous forme d'air ou de dioxyde de carbone, ce qui conduirait à utiliser de l'hydrogène gazeux en plus des températures élevées avec un catalyseur.
Les méthodes de gazéification du charbon ont également cherché à éliminer les impuretés comme le soufre et le mercure du charbon pour en faire une source d'énergie plus efficace. Ces méthodes d'utilisation plus efficace de l'énergie conduisent à recycler les cendres de la gazéification du charbon en un agrégat de béton plutôt que de les envoyer dans une décharge.
Les cycles combinés utilisaient la vapeur générée par la gazéification du charbon pour alimenter un deuxième générateur et fonctionner à un rendement de 45 à 50 %, un taux de 10 à 15 % supérieur à celui des usines de fabrication traditionnelles. Le cycle combiné réduirait les émissions de dioxyde de carbone et conduirait à des développements encore plus économiques tels que la séparation du dioxyde de carbone des autres gaz produits.
Positifs et négatifs modernes du charbon
Les innovations dans le processus de gazéification du charbon ont cherché à apporter des améliorations à chaque étape. Déterminer la température appropriée à laquelle un gazéifieur devrait fonctionner conduirait les chercheurs à surveiller l'enveloppe extérieure des chambres de gazéification à l'aide de caméras infrarouges.
Ils pourraient alors analyser la température à l'aide d'une source continue de données de température ainsi que d'autres facteurs tels que la forme des gazéifieurs et les matériaux utilisés. La technologie du fabricant Pepperl+Fuchs utilise actuellement des systèmes de jusqu'à 13 caméras dans chaque gazéifieur pour enregistrer cela.
Ces avancées montrent comment la société peut peser les bonnes et les mauvaises choses à propos du charbon à travers l'histoire.