Prednosti i nedostaci uplinjavanja ugljena

Kad je društvo počelo prihvaćati ugljen kao izvor goriva, to je donosilo koristi od učinkovitosti industriji i proizvodnji, zajedno s problemima u pogledu utjecaja na okoliš i sigurnosti. Kako su znanost i tehnologija napredovale, ove su metode usavršavane kako bi se riješile sigurnosne brige. Gledajući na proces uplinjavanja ugljena kao na priču koja ima i pozitivne i negativne strane, može se pokazati prava priroda toga kako se to dogodilo.

Iako su znanstvenici proučavali postupak ispuštanja plina iz gorućeg ugljena od 1780. godine, to će potrajati do ranih 1900-ih kada će se procesi komercijalizirati za upotrebu u svim industrijama u gradovima širom svijeta.

Prerada ugljena u plin u procesu plinifikacije ugljena datira iz Engleske iz 19. stoljeća. Tijekom tih desetljeća rudari ugljena koristili su postupke koji su usitnjavali ugljen u prisutnosti kisika i pare na visokim temperaturama za proizvodnju plina.

Do 1860-ih, Sjedinjene Države izrasle su u industrijske divove zahvaljujući velikom rudarstvu ugljena procesi preko Apalačkog gorja, srednjozapadnih prerija, pa čak i kaskada i Stjenoviti.

Nacija je bila najveći svjetski proizvođač ugljena, ali povijest pamti i tamniju stranu priče. Parne lopate, traktori i oprema koja se koristi za vađenje ugljena nagrizali su tlo dok su željezničke pruge, industrijska postrojenja i domovi zagađivali gradove diljem zemlje.

Siromašnije zajednice oslanjale su se na jeftiniji, prljaviji ugljen koji su izravno koristile dok je bila elitna klasa bogatih obitelji bi profitirale na blagodatima plina i električne energije, povećavajući podjelu između siromašnih i siromašnih bogati. Radnička je klasa preplavila tvornice nekvalificiranim radnicima u opasnim radnim uvjetima što je dovelo do, 20. stoljeća, deseci tisuća ljudi umirali su svake godine na željezničkim prugama, u tvornicama i u rudnicima ugljena se.

Industrijski sektor koji je profitirao na tako učinkovitom načinu iskorištavanja energije zemlje pokazao je ove neugodne nedostatke uz prednosti ugljene industrije. Kad su znanstvenici i inženjeri smislili metode za proizvodnju ugljenog plina za industrijske i ekonomske svrhe U svrhu, ovo će kasnije preći na učinkovitije tehnike poput nafte i sintetičkog prirodnog plina proizvodnja.

Kako su ljudi razumjeli blagodati i prednosti uplinjavanja ugljena, stvorili su ove inovacije prema svojim potrebama. To je imalo oblik većih biljaka i otkrića više ležišta ugljena u zemlji. Ubrzanje do mjesta na kojem je danas uplinjavanje ugljena nije bilo tako jednostavno.

Mane i prednosti rasplinjavanja ugljena potaknuli su na reakcije zabrinutih građana i vlada kroz radnički aktivizam poput štrajkova i udruživanja u sindikate. Novi propisi i institucije, poput onoga kako je američki predsjednik Theodore Roosevelt želio povećanje vladinog nadzora nad poslovnim poduzećima, raširili su se širom zemlje početkom 1900-ih. Poslodavci su se zalagali za zahtjeve radnika srednje klase za boljim radnim uvjetima uz razumnije radno vrijeme i plaće. Industrijalizacija je kroz ove izazove rada donijela progresivnu reformu.

Početkom 20. stoljeća, veći je napredak stupio u Sjedinjene Države i Ujedinjeno Kraljevstvo. Pretvaranje ugljena u plin pomoću plinskih čvrstih reakcija ponajprije je sadržavalo reakciju ugljika u ugljenu s parom pri tlakovima nižim od 10 MPa i temperaturama iznad 750 ° C.

Procesom rasplinjavanja ugljena proizvodili bi se vodik, amonijak, metanol i ugljikovodici, a oni su također korišteni s parom za stvaranje sintetskog prirodnog plina (SNG). Te bi reakcije stvorile sintetske plinove koji se uglavnom sastoje od ugljičnog monoksida (CO) i plinovitog vodika (H₂).

Do 30-ih godina prošlog stoljeća također je zaživjela podzemna uplinjavanje ugljena (UCG). UCG je posebno koristio metodu cirkulacije sredstava za rasplinjavanje poput zraka, kisika i vode u sam ugljen. Ovim se postupkom ugljen pretvarao u korisne plinove iz samog ugljena bez potrebe za rudarstvom materijala.

Bio bi potreban unos topline za pokretanje ovih endotermnih reakcija korištenjem izvora topline iz drugog postupka ili izgaranjem dijela samog ugljena. Toplina koju odaju plinovi mogla bi pokretati motore ili se koristiti za stvaranje kemijskih proizvoda, od kojih će se neki transportirati na površinu Zemlje iz rudnika s manje potrebnog početnog kapitala, nižim operativnim troškovima i manjom izgradnjom vrijeme.

Međutim, praktična primjena UCG bila je i dalje ograničena nedostatkom kvantitativnog znanja o samom kemijskom procesu. Ipak, inženjeri su iskoristili veličinu šupljine koja se koristila za zadržavanje ugljena kako bi maksimizirali toplinsku energiju oslobođena razumijevanjem propusnosti materijala šupljine, a da se šupljina ne raspadne sebe.

Napredak u uplinjavanju ugljena kroz povijest osigurao bi da pozitivne osobine nadjačaju negativne posljedice ugljena jer će se koristiti u različitim primjenama. Reforme na političkom, društvenom i drugom području dovele bi do toga da proizvođači uzimaju u obzir ljudski rad kao kapitalni resurs u gospodarstvu koji sprečava troškove ljudskog života uz napredak u znanosti i tehnologiji.

Napredak će doći sa sukobima poput masakra u Ludlowu 1914. u južnom Koloradu, u kojem je Nacionalna garda Kolorada ubila 18 muškaraca, žena i djece dok su rudari štrajkali.

Do 1930-ih terenska ispitivanja za najbolje načine korištenja ugljena u proizvodnji pare počinju se širiti po cijelom planetu. SSSR je predvodio tehnologije do 1930-ih, a one su se ubrzo proširile u Velikoj Britaniji, Španjolskoj, Kini, Belgiji i SAD-u u narednim desetljećima. Studije izvedivosti koje su istraživači provodili pokušavale su iskoristiti ugljen za poboljšanje djelotvornosti.

Kao odgovor na nestašicu prirodnog plina 1970-ih i 1980-ih, istraživači su eksperimentirali s upotrebom drugih takvih plinova kao zrak ili ugljični dioksid, što bi dovelo do upotrebe plinovitog vodika uz visoke temperature s katalizatorom.

Metode rasplinjavanja ugljena također su nastojale ukloniti nečistoće poput sumpora i žive iz ugljena kako bi ga učinile učinkovitijim izvorom energije. Ove metode učinkovitijeg korištenja energije dovode do recikliranja pepela iz uplinjavanja ugljena u betonski agregat, umjesto da se šalju na odlagalište.

Kombinirani ciklusi koristili su paru stvorenu za uplinjavanje ugljena za pogon drugog generatora i radili su s učinkovitošću od 45-50%, što je 10-15% više od tradicionalnih proizvodnih pogona. Kombinirani ciklus smanjio bi emisiju ugljičnog dioksida i doveo do još ekonomičnijih razvoja, poput odvajanja ugljičnog dioksida od ostalih proizvedenih plinova.

Inovacije u procesu plinifikacije ugljena nastojale su poboljšati svaki korak. Određivanje prikladne temperature na kojoj bi rasplinjač trebao raditi dovelo bi istraživače do nadgledanja vanjske ljuske komora za uplinjavanje pomoću infracrvenih kamera.

Tada bi mogli analizirati temperaturu koristeći kontinuirani izvor podataka o temperaturi zajedno s drugim čimbenicima kao što su oblik rasplinjača i korišteni materijali. Tehnologija proizvođača Pepperl + Fuchs trenutno koristi sustave do 13 kamera u svakom uplinjaču kako bi to zabilježila.

Ova dostignuća pokazuju kako društvo može mjeriti dobre i loše stvari o ugljenu kroz povijest.