Când societatea a început să îmbrățișeze cărbunele ca sursă de combustibil, a adus beneficii ale eficienței industriei și producției, alături de probleme legate de efectele asupra mediului și de siguranță. Pe măsură ce știința și tehnologia au progresat, aceste metode au fost rafinate pentru a răspunde problemelor de siguranță. Privind procesul de gazeificare a cărbunelui ca pe o poveste care are atât aspecte pozitive, cât și negative, poate arăta adevărata natură a modului în care s-a întâmplat.
Istoria gazificării cărbunelui
Deși oamenii de știință au studiat procesul de emitere a gazului din arderea cărbunelui încă din 1780, ar dura până începutul anilor 1900, când procesele vor deveni comercializate pentru a fi utilizate în industrii din orașe la nivel mondial.
Transformarea cărbunelui în gaz în procesul de gazificare a cărbunelui datează din Anglia secolului al XIX-lea. În aceste decenii, minerii de cărbune au folosit procese care zdrobeau cărbunele în prezența oxigenului și a aburului la temperaturi ridicate pentru a produce gaz.
Până în anii 1860, Statele Unite crescuseră ca gigant industrial datorită exploatării pe scară largă a cărbunelui procese de-a lungul Munților Appalachian, preriile Midwestern și chiar Cascade și Stâncoși.
Dezavantaje și avantaje ale cărbunelui
Națiunea a fost cel mai mare producător de cărbune din lume, dar istoria își amintește și o latură mai întunecată a poveștii. Lopețile cu aburi, tractoarele și echipamentele utilizate în exploatarea cărbunelui au erodat solul în timp ce căile ferate, uzinele industriale și casele au poluat orașele din toată țara.
Comunitățile mai sărace se bazau pe cărbune mai ieftin și mai murdar pe care îl foloseau direct în timp ce clasa de elită a celor bogați familiile ar profita de beneficiile gazului și electricității, sporind decalajul dintre cei săraci și cei săraci bogat. Clasa muncitoare a inundat fabricile cu muncitori necalificați în condiții de muncă periculoase rezultând, de către Secolul al XX-lea, zeci de mii de oameni au murit în fiecare an pe căile ferate, în fabrici și în minele de cărbune înșiși.
Sectorul industrial care a profitat de un mod atât de eficient de a valorifica energia pământului a arătat aceste dezavantaje supărătoare alături de avantajele industriei cărbunelui. Când oamenii de știință și inginerii au venit cu metode pentru a produce gaz de cărbune pentru industrie și economie în acest scop, aceasta va progresa ulterior către tehnici mai eficiente, cum ar fi petrolul și gazul natural sintetic producție.
Pe măsură ce oamenii au înțeles avantajele și avantajele gazificării cărbunelui, au creat aceste inovații pentru a se potrivi nevoilor lor. Aceasta a luat forma unor plante mai mari și a descoperirilor mai multor rezervoare de cărbune pe pământ. Totuși, nu a fost atât de simplu să ne extindem pentru a ajunge la gazificarea cărbunelui astăzi.
Dezavantajele și avantajele gazificării cărbunelui au determinat răspunsuri din partea cetățenilor și guvernelor în cauză prin activismul muncii, cum ar fi grevele și sindicalizarea. Noile reglementări și instituții, cum ar fi modul în care președintele american Theodore Roosevelt dorea o creștere a supravegherii guvernamentale asupra întreprinderilor comerciale, răspândite în întreaga țară la începutul anilor 1900. Angajatorii și-au menținut poziția împotriva cerințelor lucrătorilor din clasa de mijloc pentru condiții de muncă mai bune, alături de ore de muncă și salarii mai rezonabile. Industrializarea a adus o reformă progresivă prin aceste provocări ale muncii.
Știința gazificării cărbunelui
Până la începutul secolului al XX-lea, mai multe progrese au avut loc în Statele Unite și în Regatul Unit. Conversia cărbunelui în gaz utilizând reacții solide gazoase a prezentat în primul rând reacția carbonului din cărbune cu abur la presiuni mai mici de 10 MPa și temperaturi peste 750 ° C.
Procesul de gazificare a cărbunelui ar produce hidrogen, amoniac, metanol și hidrocarburi și au fost, de asemenea, utilizați cu abur pentru a crea gaz natural sintetic (SNG). Aceste reacții ar produce gaze sintetice compuse în general din monoxid de carbon (CO) și hidrogen gazos (H2).
Prin anii 1930, gazificarea subterană a cărbunelui (UCG) a prins și ea rădăcini. UCG a folosit în special o metodă de circulare a agenților de gazeificare, cum ar fi aerul, oxigenul și apa în cărbune. Acest proces a transformat cărbunele în gaze utile din cărbune în sine, fără a fi nevoie să extrag materialul.
Ar fi nevoie de o intrare de căldură pentru a începe aceste reacții endoterme folosind o sursă de căldură dintr-un alt proces sau arderea unei părți a cărbunelui în sine. Căldura degajată de gaze ar putea alimenta motoarele sau ar putea fi folosită pentru a crea produse chimice, dintre care unele ar fi transportate la suprafața Pământului de la mine cu un capital de pornire mai mic necesar, costuri de exploatare mai mici și construcție mai mică timp.
Cu toate acestea, aplicațiile practice ale UCG au fost și continuă să fie constrânse de absența cunoștințelor cantitative ale procesului chimic în sine. Totuși, inginerii au profitat de dimensiunea cavității utilizate pentru a conține cărbunele pentru a maximiza energia termică eliberat prin înțelegerea permeabilității materialului cavității fără ca cavitatea să se dezintegreze în sine.
Progrese în gazificarea cărbunelui
Progresele în gazificarea cărbunelui de-a lungul istoriei ar asigura că pozitivele ar depăși negativele cărbunelui, deoarece ar fi utilizat în toate aplicațiile. Reformele prin domenii politice, sociale și de altă natură ar determina producătorii să ia în considerare munca umană ca resursă capitală în economie pentru a preveni costurile vieții umane alături de progresele în știință și tehnologie.
Progresele vor veni cu conflicte precum masacrul Ludlow din 1914 din sudul Colorado, în care Garda Națională Colorado a ucis 18 bărbați, femei și copii în timp ce minerii erau în grevă.
În anii 1930, încercările pe teren pentru cele mai bune modalități de utilizare a cărbunelui în producerea aburului începeau să se răspândească pe toată planeta. URSS a fost pionierul tehnologiilor până în anii 1930 și s-au răspândit curând în Marea Britanie, Spania, China, Belgia și SUA în deceniile următoare. Studiile de fezabilitate efectuate de cercetători au încercat să profite de cărbune pentru a îmbunătăți eficiența și eficacitatea.
Ca răspuns la deficitul de gaze naturale din anii 1970 și 1980, cercetătorii au experimentat folosirea altor gaze ca aer sau dioxid de carbon, iar acest lucru ar duce la utilizarea hidrogenului gazos alături de temperaturi ridicate cu un catalizator.
Metodele de gazeificare a cărbunelui au căutat, de asemenea, să elimine impuritățile precum sulful și mercurul din cărbune pentru a-l face o sursă mai eficientă de energie. Aceste metode de utilizare mai eficientă a energiei conduc la reciclarea cenușii din gazificarea cărbunelui într-un agregat de beton, mai degrabă decât a fi trimisă la un depozit de deșeuri.
Ciclurile combinate foloseau aburul generat de gazificarea cărbunelui pentru a alimenta un al doilea generator și a funcționa cu o eficiență de 45-50%, o rată cu 10-15% mai mare decât fabricile tradiționale. Ciclul combinat ar reduce emisiile de dioxid de carbon și ar duce la dezvoltări și mai economice, cum ar fi separarea dioxidului de carbon de celelalte gaze produse.
Pozitive și negative moderne ale cărbunelui
Inovațiile în procesul de gazificare a cărbunelui au încercat să aducă îmbunătățiri la fiecare etapă. Determinarea temperaturii adecvate la care ar trebui să funcționeze un gazificator ar determina cercetătorii să monitorizeze carcasa exterioară a camerelor gazificatorului folosind camere cu infraroșu.
Ar putea, apoi, să analizeze temperatura utilizând o sursă continuă de date privind temperatura, alături de alți factori, cum ar fi forma gazificatorilor și materialele utilizate. Tehnologia producătorului Pepperl + Fuchs folosește în prezent sisteme de până la 13 camere în fiecare gazificator pentru a înregistra acest lucru.
Aceste progrese arată cum societatea poate cântări lucrurile bune și rele despre cărbune de-a lungul istoriei.