Węgiel kamienny

Węgiel kamienny – skała osadowa pochodzenia roślinnego, zawierająca 75−97% pierwiastka węgla, powstała głównie w karbonie (era paleozoiczna) ze szczątków roślinnych, które bez dostępu tlenu uległy uwęgleniu. Ma czarną barwę, matowy połysk, czarną rysę.

Węgiel kamienny stosowany jest powszechnie jako paliwo, choć jego udział w produkcji energii spada i prawdopodobnie będzie nadal spadał^[1]. Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg. Węgiel kamienny jest nieodnawialnym źródłem energii.

Według Polskiej Normy węgiel kamienny został podzielony na typy zgodnie z naturalnymi cechami, charakteryzującymi jego przydatność technologiczną, określoną następującymi wskaźnikami:

• zawartość części lotnych w węglu (V) w przeliczeniu na substancję bezpopiołową i suchą,
• zdolność spiekania (spiekalność węgla)
• dylatacja
• ciepło spalania węgla w przeliczeniu na substancję bezpopiołową i suchą

Typ węgla	Wyróżnik	Zawartość części lotnych V %	Charakterystyka	Główne zastosowanie
węgiel płomienny	31	powyżej 28	duża zawartość części lotnych, brak lub słaba zdolność spiekania, długi, silnie świecący płomień	piece przemysłowe i domowe, generatory
węgiel gazowo-płomienny	32	powyżej 28	duża zawartość części lotnych, średnia zdolność spiekania	piece przemysłowe i domowe, wytlewanie, uwodornianie
węgiel gazowy	33	powyżej 28	duża wydajność gazu i smoły, znaczna spiekalność	gazownictwo, koksownictwo, wytlewanie
Węgiel gazowo-koksowy	34	powyżej 28	duża wydajność gazu i smoły, dobra spiekalność, średnie ciśnienie rozprężania	gazownictwo, koksownictwo
węgiel orto-koksowy	35	od 20 do 31	typowy węgiel koksowy, średnia zawartość części lotnych, dobra spiekalność, wysokie ciśnienie rozprężania	produkcja koksu metalurgicznego
węgiel meta-koksowy	36	od 14 do 28	dobra spiekalność, duże ciśnienie rozprężania	produkcja koksu odlewniczego
węgiel semi-koksowy	37	od 14 do 28	mała zawartość części lotnych, słaba spiekalność, średnie ciśnienie rozprężania	w koksownictwie jako dodatek schudzający wsad węglowy
węgiel chudy	38	od 14 do 28	mała zawartość części lotnych, brak lub słaba spiekalność, krótki płomień	piece przemysłowe i domowe, generatory
węgiel antracytowy	41	od 10 do 14	mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania	węgiel na mieszanki do produkcji koksu; węgiel energetyczny do palenisk specjalnych oraz produkcji paliwa bezdymowego
antracyt	42	od 3 do 10	bardzo mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania	paliwo specjalne
Metaantracyt	43	do 3	bardzo mała zawartość części lotnych, brak zdolności spiekania	--------

Dla węgla kamiennego wszystkich typów i klas oraz celów przeznaczenia, rozróżnia się zależnie od wymiarów ziarn 11 sortymentów zasadniczych oraz 13 sortymentów połączonych.

Sortymenty zasadnicze Grupa Nazwa Symbol Wymiar ziarna mm Grube Kęsy Ks ponad 200 Grube Kostka I Ko I 200-120 Grube Kostka II Ko II 120-60 Grube Orzech I O I 80-40 Grube Orzech II O II 50-25 Średnie Groszek I Gk I 30-16 Średnie Groszek II Gk II 20-8 Średnie Grysik Gs 10-5 Miałowe Miał M 6-0 Inne Pył P 1-0 Inne Muł Mu 1-0

Sortymenty połączone Grupa Nazwa Symbol Wymiar ziarna mm Grube Gruby I Gr ponad 60 Grube Kostka Ko 200-60 Grube Gruby II Gr II ponad 40 Grube Orzech O 80-25 Grube Orzech średni Ośr 80-16 Średnie Orzech drobny Odr 50-16 Średnie Groszek Gk 30-8 Drobne Drobny I Dr I 80-0 Drobne Drobny II Dr II 50-0 Drobne Drobny III Dr III 30-0 Miałowe Miał I M I 20-0 Miałowe Miał II M II 10-0 Inne Niesort Ns 120-0

Polska jest największym producentem węgla kamiennego w Unii Europejskiej^[2]. Węgiel kamienny wydobywano na Górnym Śląsku co najmniej od połowy XVII w. Działała wówczas kopalnia odkrywkowa w Murckach, co potwierdzają dokumenty z roku 1657. Wydobycie podziemne w tej kopalni rozpoczęto w roku 1755. Obecnie funkcjonuje ona jako Kopalnia Węgla Kamiennego Murcki-Staszic w Katowicach^[3]. W roku 1767 w Małopolsce powstała kopalnia węgla kamiennego w Szczakowej (obecnie dzielnica Jaworzna).

Węgiel jest w Polsce surowcem strategicznym, gdyż zaspokaja 60% zapotrzebowania energetycznego kraju (2008). Polskie zasoby tej skały należą do jednych z największych w Europie. Większość z nich zlokalizowana jest w woj. lubelskim i na Górnym Śląsku. Zasoby lubelskie są większe, leżą na mniejszej głębokości i są wysokiej jakości, choć są słabiej udokumentowane. Złoża ciągną się od Łukowa i Radzynia Podlaskiego do Hrubieszowa i łączą z Lwowsko-Wołyńskim Zagłębiem Węglowym na Ukrainie^[4]. Przez wiele lat Polska zajmowała miejsca w pierwszej piątce państw o największym wydobyciu węgla kamiennego. Najwięcej węgla kamiennego wydobyto w 1979 roku (blisko 180 mln ton)^{[potrzebny przypis]}. Od tego czasu tendencja wydobycia jest spadkowa. W roku 1989 w 70 kopalniach wydobywano 177,4 mln ton węgla kamiennego i zatrudniano 415,7 tys. pracowników. W 2001 roku w 38 kopalniach wydobyto 100,4 mln ton węgla przy zatrudnieniu 136,4 tys. osób, a od 2002 roku wydobywa się poniżej 100 mln ton^[5].

Według danych z 2007 roku, Polska spadła na 9. miejsce, dostarczając ogólnie 1,60% światowego wydobycia tej kopaliny. W roku 2007 w Polsce wydobyto 88 mln ton tego surowca energetycznego^[6]. W 2013 roku wydobycie spadło do 76,5 mln ton. Obecnie Polska jest importerem netto węgla (tzn. więcej węgla importuje niż eksportuje), i to mimo wzrostu eksportu w 2013 roku o 3,2 mln ton (z 7,4 mln t do 10,6 mln t). W 2013 roku polskie górnictwo węgla kamiennego zaliczyło spadek przychodów w stosunku do roku 2012 o 6,9%, co wynikało ze znaczącego spadku cen węgla - średnio o 13,6%, a w przypadku węgla koksującego aż o 23,6%. Na każdej sprzedanej tonie surowca kopalnie traciły średnio 6,41 zł, z kolei jeszcze rok wcześniej zysk ze sprzedaży tony węgla przekraczał 30 zł. W 2013 roku w górnictwie węgla kamiennego zatrudnionych było 106,7 tysiąca osób (w porównaniu z 113,2 tysiąca zatrudnionych rok wcześniej)^[7].

Przyczyny zmniejszania wydobycia:

• zamykanie nierentownych kopalń (Dolny Śląsk – Wałbrzych, Nowa Ruda, Górny Śląsk (Kopalnia Węgla Kamiennego 1 Maja), Małopolska (KWK "Siersza")
• stosowanie technologii energooszczędnych i surowcooszczędnych oraz przechodzenie na inne źródła energii – m.in. rosnąca konkurencja źródeł energii odnawialnej^[8]
• względy zdrowotne i ekologiczne (redukcja emisji zanieczyszczeń^[9] m.in. dwutlenku siarki, tlenków azotu, pyłu, dwutlenku węgla), więcej: wpływ elektrowni węglowych na zdrowie i środowisko
• wyczerpywanie dotychczasowych złóż i brak szerokiego wykorzystania złóż w woj. lubelskim lub śląskim (Kopalnia Węgla Kamiennego Anna)

Miejsca wydobycia:

• Województwo małopolskie: Libiąż – KWK "Janina", Brzeszcze – KWK „Brzeszcze”, Tenczynek
• Województwo śląskie: Górnośląski Okręg Przemysłowy, Rybnicki Okręg Węglowy i Zagłębie Dąbrowskie.
• Zagłębie lubelskie (KWK Bogdanka, woj. lubelskie)

rok	wydobycie w Polsce w milionach ton
1946	47,3[10]
1947	59,1[11]
1948	70,3[11]
1949	74,1[12]
1950	78[13]
1951	82[12]
1952	84,4[12]
1953	88,7[12]
1954	91,6[12]
1955	94,5[13]
1956	95,1[12]
1957	94,1[12]
1958	95[12]
1959	99,1[12]
1960	104,4[14]
1961	106,6[10]
1962	109,6[10]
1963	113,2[10]
1964	117,4[10]
1965	119[13]
1966	122[13]
1967	124[13]
1968	129[13]
1969	135[13]
1970	140,1[15]
1971	145,5[16]
1972	150,7[16]
1973	156,6[16]
1974	162[16]
1975	171,6[14]
1976	179,3[17]
1977	186,1[17]
1978	192,6[15]
1979	201[14]
1980	193,1[15]
1981	163[15]
1982	189,3[15]
1983	191,1[15]
1984	191,6[15]
1985	192[18]
1986	192[18]
1987	193[19]
1988	193[19]
1989	178[20]
1990	148[20]
1991	140[20]
1992	132[21]
1993	130[21]
1994	134[21]
1995	137[22]
1996	138[22]
1997	138[22]
1998	116[23]
1999	111,9[24]
2000	103,3[24]
2001	104[24]
2002	100,4[24]
2003	102,9[24]
2004	101,2[24]
2005	97,9[24]
2006	95,2[24]
2007	88,3[24]
2008	84,3[25]
2009	78,1[26]
2010	76,6[26]
2011	76,5[27]
2012	79,8[28]
2013	77,1[29]
2014	72,5[30]
2015	72,2[30]
2016	70,4[30]
2017	65,5[30]
2018	63,4[30]
2019	61,6[30]
2020	54,4[30]
2021	55[30]
2022	52,8[30]
2023	48,4[30]

Największe złoża węgla kamiennego znajdują się we wschodnich i południowych Chinach (Datong i Fushun), w USA (apallaski i Przyjeziorny Okręg Przemysłowy), a także w Indiach (Damodar), RPA (Witwatersrand) oraz w Australii (Newcastle) i na Ukrainie (Donbas - doniecki okręg przemysłowy).

W 2007 r. światowe wydobycie węgla kamiennego przekroczyło 5,52 mld ton, z czego najwięcej wydobyły Chiny (2479,2 mln ton), USA (967,9 mln ton), Indie (451,6 mln ton), Australia (323,0 mln ton), RPA (243,6 mln ton), Rosja (ok. 241 mln ton), Indonezja (ok. 231 mln ton), Kazachstan (ok. 90 mln ton), Polska (ok. 88 mln ton), Kolumbia (ok. 78 mln ton), Ukraina (75 mln ton), Kanada (ok. 59 mln ton) i Wietnam (ok. 45 mln ton)^[6].

W 2013 r. światowe wydobycie węgla kamiennego ustabilizowało się na poziomie 7,2 mld ton^[31].

Na świecie węgiel kamienny wydobywa się dwiema metodami:

• metodą odkrywkową
• metodą głębinową

Wydobywa się nią głównie węgiel w USA i Australii. Jej zaletą jest bardzo niski koszt wydobycia: 5-6 euro za tonę (kopalnie głębinowe nawet 170 euro za tonę). Wadą jest wielka degradacja środowiska. Kopalnie odkrywkowe mogą wydobywać węgiel zlokalizowany stosunkowo płytko. Zdarzają się, co prawda, zakłady – np. w USA – które wydobywają węgiel z głębokości nawet 300 metrów, tyle że sięgnęły tak głęboko po wyczerpaniu płytszych złóż.

Pochodzi z niej około połowy światowej produkcji węgla. Zakłady tego typu dominują w Europie, Azji oraz Afryce. Zaletą takich zakładów jest to, że mogą wydobywać surowiec nawet w silnie zurbanizowanych regionach. Nie potrzebują bowiem zbyt wiele miejsca na powierzchni. Wydobycie w rejonach miejskich powoduje jednak rozliczne problemy, wśród nich najpoważniejszym są tzw. szkody górnicze. Między innymi konieczność zabezpieczania miast przed skutkami wydobycia powoduje stosowanie kosztowniejszych metod wydobywczych, co podraża produkcję. Czasem kopalnia zmuszona jest pozostawić część złoża na tzw. filar ochronny, by nie zniszczyć budynków na powierzchni.

Kopalnie głębinowe umożliwiają sięgnięcie do złóż leżących nawet ponad kilometr pod powierzchnią.

Główne kierunki przemysłowego wykorzystania węgla kamiennego:

• zgazowanie;
• ekstrakcja;
• upłynnianie;
• odgazowanie.

Przy odgazowaniu 1000 kg węgla otrzymuje się^{[potrzebny przypis]}:

• gaz koksowniczy 330 m³ (20%) o przeciętnym składzie: 50% H₂, 34% CH₄, 8% CO, 4% olefin, 4% N₂, 1% CO₂
• koks 650 kg (65%)
• smoła węglowa ok. 50 kg (5%)
• woda pogazowa (ok. 10%) (NH₃ + H₂SO₄ → (NH₄)₂SO₄) – zawierająca amoniak powstały z rozkładu związków azotowych. Wykorzystywana jest do produkcji soli amonowych stosowanych jako nawozy sztuczne.

Węgiel kamienny wykorzystywany był do ogrzewania już w starożytnych Chinach, w rejonie Kaifeng (co najmniej II w. p.n.e.)^[32]. W Europie, palne właściwości węgla kamiennego znane były od starożytności, nie miał on jednak większego znaczenia gospodarczego, częściowo wskutek obfitości drewna, częściowo ze względu na niskie potrzeby energetyczne społeczeństw. W jednym stanowisku archeologicznym w południowej Walii odnaleziono dowody stosowania węgla w celu kremacji zwłok w epoce brązu (być może w celach rytualnych)^[33]. Dokładniejsze informacje o węglu kamiennym pochodzą od starożytnych Rzymian, którzy zetknęli się z nim po podboju Brytanii w 43 r. n.e. Węgiel był uznawany za „najlepszy kamień Brytanii”^[34] i używano go w celach zdobniczych (nie rozróżniając przy tym węgla kamiennego i gagatu)^[34]. Węgiel używany był ponadto w celach opałowych (m.in. przez żołnierzy w fortach) czy jako paliwo „wiecznego ognia” przed ołtarzem Minerwy w świątyni w Bath^[33]. Po opuszczeniu Brytanii przez Rzymian (V w. n.e.) zaprzestano szerszego stosowania węgla w celach opałowych, sporadycznie stosując dym z niego do odstraszania węży (co poświadcza Beda Czcigodny)^[35].

Do węgla jako paliwa powrócono w Anglii w XII w. Najbardziej znaczącymi obszarami jego wydobycia były Newcastle i obszar rzeki Tyne^[36]. Dzięki dogodnym połączeniom wodnym (szczególnie z Londynem) węgiel był szeroko stosowany w całym kraju. Wokół praw do wydobywania węgla toczyły się lokalne konflikty między kupcami a posiadającym większość ziemi Kościołem^[37]. Znaczenie gospodarcze węgla kamiennego nadal było jednak marginalne. Za panowania króla Edwarda I (1272-1307) węgiel był już stosowany powszechnie w wielu kuźniach, browarach i domach, powodując lokalnie uciążliwe zanieczyszczenie powietrza. Spotkało się to z oporem, którego skutkiem był królewski zakaz używania węgla^[38]. Zakaz ten był powszechnie łamany.

W pozostałych rejonach Europy zastosowanie węgla kamiennego nie było znane. Jako pierwszy informację o wykorzystaniu węgla przywiózł z Chin do Włoch Marco Polo (XIII w.), który obserwował chińskich chłopów używających go do podtrzymywania ognia, ogrzewania domów, gotowania i wykuwania metalowych narzędzi. Jego relacjom nie dano jednak wiary^[39]. Poza Anglią, węgiel znalazł zastosowanie dopiero w epoce nowożytnej wraz z początkami epoki przemysłowej.

Pod koniec XVI w. w Anglii narastał kryzys energetyczny spowodowany brakiem drewna i początkiem małej epoki lodowej^[40]. Aby go rozwiązać, po raz pierwszy w historii sięgnięto masowo po węgiel kamienny^[41]. Anglia była też pierwszym w historii społeczeństwem, którego struktura uległa zasadniczym zmianom wskutek używania tego paliwa^[42]. Znaczne zasoby łatwo dostępnego węgla umożliwiły Anglii dokonanie rewolucji przemysłowej w XVIII wieku^[43].

W XVIII wieku odkryto duże złoża węgla kamiennego w Pensylwanii i Wirginii, ich wykorzystanie nastąpiło dopiero w następnym stuleciu^[44]. W drugiej połowie XVIII wieku nastąpiły gwałtowny rozwój sektora górnictwa węgla kamiennego i wzrost wydobycia, a gwałtowny rozwój przemysłu w XIX wieku zwiększał równocześnie zapotrzebowanie na węgiel kamienny, który stał się wówczas głównym źródłem energii. Wydobycie węgla kamiennego na świecie wzrosło wówczas rocznie z 15 mln ton w 1800, przez 132 mln ton w 1860 do 700 mln ton w 1900 roku^[45].

Górnictwo węgla na terenach polskich miało swoje początki w XVI wieku (pierwsze próby w XII wieku), jednak jego rozwój miał miejsce w drugiej połowie XVIII wieku, kiedy węgiel zaczęto stosować w hutnictwie. W latach 1820. i 1830. ośrodkiem polskiego górnictwa węgla kamiennego były okolice Zagłębia Staropolskiego, a w drugiej połowie XIX wieku nastąpił szybki rozwój górnictwa na Wyżynie Śląskiej^[45].

Spalanie węgla kamiennego powoduje emisję m.in.: dwutlenku siarki (SO₂), tlenków azotu (NO_x), tlenku węgla (CO), pyłów, metali ciężkich (kadm, ołów, rtęć)^[46]. Spalanie paliw kopalnych powoduje także zmiany klimatu (potwierdzone przez minimum 99,9% badaczy)^[47].

• BarbaraB. Freese BarbaraB., Coal. A human history, New York 2016, ISBN 978-0-465-09618-3, OCLC 938399906 .

Zobacz galerię związaną z tematem: Węgiel

Zobacz hasło węgiel kamienny w Wikisłowniku

• ekogroszek
• elektrownia węglowa
• pył węglowy
• synteza Fischera-Tropscha