Felsen

Kohle



Was ist Kohle und wie entsteht sie?


Steinkohle: Bituminöse Kohle ist typischerweise ein gebändertes Sedimentgestein. Auf diesem Foto sehen Sie helle und stumpfe Bänder aus Kohlenmaterial, die horizontal über die Probe ausgerichtet sind. Die hellen Bänder sind gut erhaltenes Holzmaterial, wie Äste oder Stängel. Die stumpfen Bänder können mineralisches Material, das durch Ströme in den Sumpf gespült wird, Holzkohle, die durch Brände im Sumpf erzeugt wird, oder abgebaute Pflanzenmaterialien enthalten. Dieses Exemplar hat einen Durchmesser von ca. 7,5 cm. Foto von der West Virginia Geological and Economic Survey.

Was ist Kohle?

Kohle ist ein organisches Sedimentgestein, das sich aus der Anhäufung und Konservierung von Pflanzenmaterial normalerweise in einer Sumpfumgebung bildet. Kohle ist ein brennbares Gestein und neben Öl und Erdgas einer der drei wichtigsten fossilen Brennstoffe. Kohle hat eine breite Palette von Verwendungen; Die wichtigste Verwendung ist die Stromerzeugung.

Umgebungen, in denen sich Kohle bildet: Ein verallgemeinertes Diagramm eines Sumpfes, das zeigt, wie die Wassertiefe, die Erhaltungsbedingungen, die Pflanzentypen und die Pflanzenproduktivität in verschiedenen Teilen des Sumpfes variieren können. Diese Variationen ergeben verschiedene Kohlearten. Illustration von der West Virginia Geological and Economic Survey.

Torf: Eine Masse von kürzlich angesammelten bis teilweise verkohlten Pflanzenresten. Dieses Material ist auf dem Weg, Kohle zu werden, aber seine Quelle für Pflanzenreste ist immer noch leicht zu erkennen.

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Wie entsteht Kohle?

Kohle entsteht durch Ansammlung von Pflanzenresten, normalerweise in einer Sumpfumgebung. Wenn eine Pflanze stirbt und in den Sumpf fällt, schützt das stehende Wasser des Sumpfes ihn vor dem Verfall. In Sumpfwässern fehlt es normalerweise an Sauerstoff, der mit den Pflanzenresten reagiert und deren Zerfall verursacht. Durch diesen Sauerstoffmangel können die Pflanzenreste fortbestehen. Darüber hinaus überleben Insekten und andere Organismen, die die Pflanzenreste an Land verzehren könnten, unter Wasser in einer sauerstoffarmen Umgebung nicht gut.

Um die dicke Schicht von Pflanzenresten zu bilden, die zur Erzeugung eines Kohleflözes erforderlich ist, muss die Rate der Anhäufung von Pflanzenresten größer sein als die Rate des Zerfalls. Sobald sich eine dicke Schicht von Pflanzenresten gebildet hat, muss diese durch Sedimente wie Schlamm oder Sand eingegraben werden. Diese werden normalerweise von einem überfluteten Fluss in den Sumpf gespült. Das Gewicht dieser Materialien verdichtet die Pflanzenreste und hilft bei der Umwandlung in Kohle. Etwa drei Meter Pflanzenreste verdichten sich zu einem Meter Kohle.

Pflanzenreste sammeln sich sehr langsam an. Es wird also lange dauern, bis sich zehn Fuß Pflanzenreste angesammelt haben. Die fünfzig Fuß Pflanzentrümmer, die zur Herstellung eines fünf Fuß dicken Kohleflözes benötigt werden, würden Tausende von Jahren benötigen, um sich anzusammeln. Während dieser langen Zeit muss der Wasserstand des Sumpfes stabil bleiben. Wenn das Wasser zu tief wird, ertrinken die Pflanzen des Sumpfes, und wenn die Wasserdecke nicht gewartet wird, verfallen die Pflanzenreste. Um ein Kohleflöz zu bilden, müssen die idealen Bedingungen für eine perfekte Wassertiefe sehr lange aufrechterhalten werden.

Wenn Sie ein kluger Leser sind, fragen Sie sich wahrscheinlich: "Wie können sich fünfzig Fuß Pflanzentrümmer in nur ein paar Fuß tiefem Wasser ansammeln?" Die Antwort auf diese Frage ist der Hauptgrund dafür, dass die Bildung eines Kohleflözes ein höchst ungewöhnliches Ereignis ist. Es kann nur unter einer von zwei Bedingungen auftreten: 1) ein steigender Wasserstand, der perfekt mit der Geschwindigkeit der Ansammlung von Pflanzenresten Schritt hält; oder 2) eine abklingende Landschaft, die perfekt mit der Geschwindigkeit der Ansammlung von Pflanzenresten Schritt hält. Es wird angenommen, dass sich die meisten Kohleflöze unter der Bedingung Nr. 2 in einer Delta-Umgebung gebildet haben. In einem Delta lagern sich große Mengen von Flusssedimenten auf einem kleinen Bereich der Erdkruste ab, und das Gewicht dieser Sedimente verursacht das Absinken.

Damit sich ein Kohleflöz bildet, müssen in einer Landschaft, die dieses perfekte Gleichgewicht über einen langen Zeitraum beibehält, perfekte Bedingungen für die Ansammlung von Pflanzenresten und perfekte Bedingungen für das Absinken gegeben sein. Es ist leicht zu verstehen, warum die Bedingungen für die Bildung von Kohle in der Geschichte der Erde nur wenige Male vorgekommen sind. Die Bildung einer Kohle erfordert das Zusammentreffen höchst unwahrscheinlicher Ereignisse.

Rang
(Vom niedrigsten
zu Höchste)
Eigenschaften
TorfEine Masse von kürzlich angesammelten bis teilweise verkohlten Pflanzenresten. Torf ist ein organisches Sediment. Begräbnis, Verdichtung und Verkohlung werden es in Steinkohle verwandeln. Es hat einen Kohlenstoffgehalt von weniger als 60% auf trockener aschefreier Basis.
BraunkohleBraunkohle ist der niedrigste Kohlenstand. Es ist ein Torf, der in einen Stein verwandelt wurde, und dieser Stein ist eine schwarzbraune Kohle. Braunkohle enthält manchmal erkennbare Pflanzenstrukturen. Per Definition hat es einen Heizwert von weniger als 8300 British Thermal Units pro Pfund auf mineralstofffreier Basis. Es hat einen Kohlenstoffgehalt zwischen 60 und 70%, bezogen auf die Trockenasche. In Europa, Australien und Großbritannien werden einige Braunkohlen mit niedrigem Gehalt als "Braunkohle" bezeichnet.
UnterbituminösSubbituminöse Kohle ist eine Braunkohle, die einer erhöhten organischen Metamorphose ausgesetzt ist. Diese Metamorphose hat einen Teil des Sauerstoffs und Wasserstoffs in der Kohle vertrieben. Dieser Verlust erzeugt Kohle mit einem höheren Kohlenstoffgehalt (71 bis 77% auf einer trockenen aschefreien Basis). Subbituminöse Kohle hat einen Heizwert zwischen 8300 und 13000 British Thermal Units pro Pfund auf mineralstofffreier Basis. Auf der Grundlage des Heizwerts wird er in die Ränge Unterbitumen A, Unterbitumen B und Unterbitumen C unterteilt.
BituminösBituminös ist die am häufigsten vorkommende Kohle. Es macht etwa 50% der in den Vereinigten Staaten produzierten Kohle aus. Bituminöse Kohle entsteht, wenn eine subbituminöse Kohle einem erhöhten Grad an organischer Metamorphose ausgesetzt ist. Es hat einen Kohlenstoffgehalt von 77 bis 87%, bezogen auf die Trockenasche, und einen Heizwert, der viel höher ist als der von Braunkohle oder Steinkohle. Auf der Grundlage des Gehalts an flüchtigen Bestandteilen werden bituminöse Kohlen in schwerflüchtige bituminöse, mittelflüchtige bituminöse und schwerflüchtige bituminöse Bestandteile unterteilt. Bitumenkohle wird oft als "Weichkohle" bezeichnet; Diese Bezeichnung ist jedoch ein Laienbegriff und hat wenig mit der Härte des Gesteins zu tun.
AnthrazitAnthrazit ist der höchste Kohlenstand. Im Gegensatz zu anderen Kohlenarten wird es normalerweise als metamorphes Gestein angesehen. Es hat einen Kohlenstoffgehalt von über 87% auf trockener aschefreier Basis. Anthrazitkohle hat generell den höchsten Heizwert pro Tonne auf mineralstofffreier Basis. Aufgrund des Kohlenstoffgehalts wird es häufig in Semi-Anthrazit, Anthrazit und Meta-Anthrazit unterteilt. Anthrazit wird oft als "Steinkohle" bezeichnet; Dies ist jedoch ein Laienbegriff und hat wenig mit der Härte des Gesteins zu tun.

Anthrazitkohle: Anthrazit ist der höchste Kohlenstand. Es hat einen hellen Glanz und bricht mit einem halbkonchoidalen Bruch.

Was ist Kohle "Rang"?

Pflanzenreste sind ein zerbrechliches Material im Vergleich zu den Mineralien, aus denen andere Gesteine ​​bestehen. Wenn Pflanzenreste der Hitze und dem Druck der Bestattung ausgesetzt werden, ändern sich Zusammensetzung und Eigenschaften. Der "Rang" einer Kohle ist ein Maß dafür, wie viel Veränderung stattgefunden hat. Manchmal wird der Begriff "organische Metamorphose" für diese Änderung verwendet.

Kohlen werden je nach Zusammensetzung und Eigenschaften einer Rangfolge zugeordnet, die ihrem Grad an organischer Metamorphose entspricht. Der grundlegende Rangverlauf ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst.

Braunkohle: Der niedrigste Kohlenstand ist "Braunkohle". Es ist Torf, der zu einem Gestein verdichtet, entwässert und lithifiziert wurde. Es enthält oft erkennbare Pflanzenstrukturen.

Was sind die Verwendungen von Kohle?

Die Stromerzeugung ist die Hauptverwendung von Kohle in den Vereinigten Staaten. Der größte Teil der in den USA abgebauten Kohle wird zu einem Kraftwerk transportiert, auf eine sehr kleine Partikelgröße zerkleinert und verbrannt. Die Wärme der brennenden Kohle wird zur Erzeugung von Dampf genutzt, der einen Generator zur Stromerzeugung antreibt. Der größte Teil des in den USA verbrauchten Stroms wird durch Verbrennung von Kohle erzeugt.

Kohlekraftwerk: Foto eines Kraftwerks, in dem Kohle zur Stromerzeugung verbrannt wird. Die drei großen Stapel sind Kühltürme, in denen das bei der Stromerzeugung verwendete Wasser gekühlt wird, bevor es wiederverwendet oder an die Umwelt abgegeben wird. Die Emission, die vom Stapel ganz rechts strömt, ist Wasserdampf. Die Verbrennungsprodukte aus der Verbrennung der Kohle werden in den hohen, dünnen Stapel rechts abgegeben. Innerhalb dieses Stapels befinden sich eine Vielzahl von chemischen Sorptionsmitteln zum Absorbieren von Schadgasen, die während des Verbrennungsprozesses erzeugt werden. Bildcopyright iStockphoto / Michael Utech.

Kohle hat viele andere Verwendungen. Es wird als Wärmequelle für Herstellungsprozesse verwendet. Zum Beispiel werden Ziegel und Zement in Öfen hergestellt, die durch die Verbrennung eines Kohlenstaubs erhitzt werden. Kohle wird auch als Stromquelle für Fabriken verwendet. Dort wird Dampf erhitzt und der Dampf wird zum Antrieb mechanischer Geräte verwendet. Vor einigen Jahrzehnten wurde die meiste Kohle für die Raumheizung verwendet. Ein Teil der Kohle wird immer noch auf diese Weise verwendet, aber stattdessen werden andere Brennstoffe und aus Kohle gewonnener Strom verwendet.

Die Kokserzeugung bleibt eine wichtige Verwendung von Kohle. Koks wird durch Erhitzen von Kohle unter kontrollierten Bedingungen in Abwesenheit von Luft erzeugt. Dies treibt einen Teil der flüchtigen Stoffe ab und konzentriert den Kohlenstoffgehalt. Koks wird dann als kohlenstoffreicher Brennstoff für die Metallverarbeitung und andere Anwendungen verwendet, bei denen eine besonders heiß brennende Flamme benötigt wird.

Kohle wird auch in der Herstellung verwendet. Wenn Kohle erhitzt wird, können die entstehenden Gase, Teere und Rückstände in einer Reihe von Herstellungsprozessen verwendet werden. Kunststoffe, Dachdecker, Linoleum, synthetischer Kautschuk, Insektizide, Anstrichmittel, Arzneimittel, Lösungsmittel und synthetische Fasern enthalten einige von Kohle abgeleitete Verbindungen. Kohle kann auch in flüssige und gasförmige Brennstoffe umgewandelt werden. Diese Verwendungen von Kohle sind jedoch hauptsächlich experimentell und werden in geringem Umfang durchgeführt.

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