Výhody a nevýhody splyňovania uhlia

Keď spoločnosť začala brať uhlie ako zdroj paliva, prinieslo to výhody efektívnosti pre priemysel a výrobu spolu s problémami v oblasti životného prostredia a bezpečnosti. Postupom vedy a techniky sa tieto metódy zdokonaľovali tak, aby zodpovedali otázkam bezpečnosti. Pozeranie na proces splyňovania uhlia ako na príbeh, ktorý má pozitíva aj negatíva, môže ukázať skutočnú podstatu jeho uskutočnenia.

Aj keď vedci od roku 1780 študovali proces emitovania plynu zo spaľovania uhlia, trvalo by to až do roku začiatkom 20. storočia, keď sa procesy stanú komerčnými pre použitie v rôznych priemyselných odvetviach v mestách na celom svete.

Premena uhlia na plyn v procese splyňovania uhlia sa datuje do Anglicka z 19. storočia. Počas týchto desaťročí využívali uhliari na výrobu plynu procesy, ktoré drvili uhlie v prítomnosti kyslíka a pary pri vysokých teplotách.

Do 60. rokov 19. storočia sa USA vďaka rozsiahlej ťažbe uhlia stali priemyselným gigantom procesy cez Apalačské vrchy, stredozápadné prérie a dokonca aj Kaskády a Skalnaté hory.

Národ stál ako najväčší producent uhlia na svete, ale história si pamätá aj temnejšiu stránku príbehu. Parné lopaty, traktory a zariadenia používané pri ťažbe uhlia erodovali pôdu, zatiaľ čo železnice, priemyselné závody a domy znečisťovali mestá po celej krajine.

Chudobnejšie komunity sa spoliehali na lacnejšie a špinavšie uhlie, ktoré priamo používali, zatiaľ čo elitná vrstva bohatých bola rodiny by profitovali z výhod plynu a elektriny, čím by sa zväčšili rozdiely medzi chudobnými a chudobnými bohatý. Robotnícka trieda zaplavila továrne nekvalifikovanými pracovníkmi v nebezpečných pracovných podmienkach, čo malo za následok V 20. storočí zomierali každoročne desaťtisíce ľudí na železniciach, v továrňach a v uhoľných baniach sami.

Priemyselný sektor, ktorý profitoval z tak efektívneho spôsobu využívania energie Zeme, ukázal tieto nepríjemné nevýhody spolu s výhodami uhoľného priemyslu. Keď vedci a inžinieri prišli s metódami na výrobu uhoľného plynu pre priemyselné a ekonomické to by neskôr viedlo k efektívnejším technikám, ako je ropa a syntetický zemný plyn výroba.

Keď ľudia pochopili výhody a výhody plynofikácie uhlia, vytvorili tieto inovácie tak, aby vyhovovali ich potrebám. Toto malo podobu väčších rastlín a objavov ďalších zásobníkov uhlia na zemi. Rozšírenie na to, aby sme sa dostali tam, kde je dnes splyňovanie uhlia, však neboli také priame.

Nevýhody a výhody plynofikácie uhlia vyvolali reakcie dotknutých občanov a vlád prostredníctvom robotníckeho aktivizmu, ako sú štrajky a odbory. Začiatkom 20. rokov sa v celej krajine rozšírili nové nariadenia a inštitúcie, napríklad to, ako americký prezident Theodore Roosevelt požadoval zvýšenie vládneho dohľadu nad obchodnými podnikmi. Zamestnávatelia sa postavili proti požiadavkám pracovníkov strednej triedy na lepšie pracovné podmienky spolu s rozumnejšou pracovnou dobou a platmi. Industrializácia priniesla prostredníctvom týchto výziev práce progresívne reformy.

Na začiatku 20. storočia sa v Spojených štátoch a vo Veľkej Británii presadil ďalší pokrok. Premena uhlia na plyn pomocou plynných tuhých reakcií sa vyznačovala predovšetkým reakciou uhlíka v uhlí s parou pri tlakoch nižších ako 10 MPa a teplotách nad 750 ° C.

Procesom splyňovania uhlia sa bude vyrábať vodík, amoniak, metanol a uhľovodíky a pomocou pary sa tiež používajú na výrobu syntetického zemného plynu (SNG). Pri týchto reakciách by sa vytvorili syntetické plyny obvykle zložené z oxidu uhoľnatého (CO) a plynného vodíka (H₂).

Do 30. rokov sa zakorenilo aj podzemné splyňovanie uhlia (UCG). UCG použila najmä metódu cirkulácie splyňovacích látok, ako je vzduch, kyslík a voda, do samotného uhlia. Tento proces prevádzal uhlie na užitočné plyny zo samotného uhlia bez nutnosti ťažby materiálu.

Na spustenie týchto endotermických reakcií by bolo potrebné vstup tepla pomocou zdroja tepla z iného procesu alebo spaľovaním časti samotného uhlia. Teplo vydávané plynmi by mohlo poháňať motory alebo sa používať na výrobu chemických produktov, z ktorých by sa niektoré transportovali na povrch Zeme z baní s menším potrebným počiatočným kapitálom, nižšími prevádzkovými nákladmi a menšou výstavbou čas.

Praktické aplikácie UCG však boli a stále sú obmedzované absenciou kvantitatívnych znalostí o samotnom chemickom procese. Inžinieri napriek tomu využili veľkosť dutiny použitej na zadržanie uhlia na maximalizáciu tepelnej energie uvoľnené pochopením priepustnosti materiálu dutiny bez toho, aby sa dutina rozpadla sám.

Pokrok v splyňovaní uhlia v priebehu histórie by zabezpečil, že pozitíva prevážia negatíva uhlia, pretože by sa používalo v rôznych aplikáciách. Reformy prostredníctvom politických, sociálnych a iných oblastí by viedli výrobcov k tomu, aby zohľadňovali ľudskú prácu ako kapitálový zdroj v ekonomike na zabránenie nákladov na ľudský život spolu s pokrokom v oblasti vedy a techniky.

Pokrok by priniesli konflikty, ako napríklad masaker Ludlow v roku 1914 v južnom Colorade, pri ktorom Národná garda v Colorade zabila počas štrajku baníkov 18 mužov, žien a detí.

V 30. rokoch sa poľné pokusy o najlepšie spôsoby využívania uhlia pri výrobe pary začali rozširovať po celej planéte. ZSSR bol priekopníkom v technológiách do 30. rokov 20. storočia a čoskoro sa v nasledujúcich desaťročiach rozšíril do Veľkej Británie, Španielska, Číny, Belgicka a USA. Štúdie uskutočniteľnosti, ktoré výskumníci uskutočnili, sa snažili využiť uhlie na zlepšenie efektívnosti a účinnosti.

V reakcii na nedostatok zemného plynu do 70. a 80. rokov 20. storočia výskumníci experimentovali s použitím iných plynov, ako napr ako vzduch alebo oxid uhličitý, a to by viedlo k použitiu plynného vodíka spolu s vysokými teplotami s katalyzátorom.

Metódy splyňovania uhlia sa tiež snažili odstrániť z uhlia nečistoty ako síra a ortuť, aby sa z neho stal efektívnejší zdroj energie. Tieto metódy efektívnejšieho využívania energie vedú skôr k recyklácii popola zo splyňovania uhlia na betónový agregát, než k jeho odosielaniu na skládku.

Kombinované cykly využívali paru generovanú splyňovaním uhlia na napájanie druhého generátora a fungovali s 45 - 50% účinnosťou, o 10 - 15% vyššou ako tradičné výrobné závody. Kombinovaný cyklus by znížil emisie oxidu uhličitého a viedol by k ešte ekonomickejšiemu vývoju, ako je separácia oxidu uhličitého od ostatných produkovaných plynov.

Inovácie v procese splyňovania uhlia sa snažili v každom kroku dosiahnuť zlepšenie. Určenie vhodnej teploty, pri ktorej by mal splynovač fungovať, by viedlo vedcov k monitorovaniu vonkajšieho plášťa komôr splynovača pomocou infračervených kamier.

Mohli potom analyzovať teplotu pomocou kontinuálneho zdroja údajov o teplote spolu s ďalšími faktormi, ako je tvar splynovačov a použité materiály. Technológia od výrobcu Pepperl + Fuchs v súčasnosti na zaznamenávanie používa systémy až 13 kamier v každom splynovači.

Tieto pokroky ukazujú, ako môže spoločnosť v priebehu histórie vážiť dobré a zlé veci na uhlí.