زغال سنگ: تعریف، تشکیل، انواع و کاربرد

زغال سنگ یک سنگ رسوبی سیاه-قهوه‌ای و قابل احتراق است که به صورت لایه‌ای تشکیل می‌شود. زغال سنگ هنگامی تشکیل می‌شود که بقایای گیاهان بر اثر مدفون شدن در زیر زمین تجمع یابند و تحت فشار و دمای نسبتاً بالا قرار گیرند. این فرایند میلیون‌ها سال به طور می‌انجامد و در طی آن مواد گیاهی تا تبدیل شدن به زغال سنگ تغییرات زیادی را متحمّل می‌شوند.

عمده ترین ذخایر زغالسنگ در مکان تالاب‌های قدیمی تشکیل شده‌اند. چنین تالاب‌هایی در طی دوره‌های زمین شناسی کربونیفر و پرمین بیشتر خشکی‌های گرمسیری را بخ خود اختصاص داده بودند.

بیشتر بخوانیم:

مهمترین کاربرد زغال سنگ، استفاده به عنوان سوخت است. اگرچه استفاده از زغال سنگ تاریخچه‌ای چند هزار ساله دارد، تا پیش از انقلاب صنعتی به صورت محدود مورد استفاده قرار می‌گرفت. با اختراع موتور بخار، مصرف زغال سنگ به سرعت افزایش یافت. در حال حاضر حدود یک چهارم از کلی انرژی مورد نیاز و دو پنجم برق مصرفی از طریق سوختن زغال سنگ تولید می‌شود. همچنین در صنایع مختلف، جهت ذوب فلزات از زغال سنگ استفاده می‌شود. در نتیجه این ماده‌ی معدنی با وجود آلودگی‌های فراوانی که به همراه دارد، نقش مهمی را در زندگی بشر ایفا می‌کند.

فهرست محتوا

تعریف زغال سنگ

زغال سنگ (به انگلیسی coal) یک نوع سنگ رسوبی قابل احتراق است. این ماده‌ی معدنی از دیرباز توسط بشر و به منظور تأمین سوخت مورد بهره برداری قرار می‌گرفته است. عنصر اصلی تشکیل دهنده‌ی زغال سنگ کربن است. همچنین مقادیر متغیری از دیگر عناصر مانند هیدروژن، گوگرد، اکسیژن و نیتروژن در ترکیب آن حضور دارند.

زغال سنگ را می‌توان یک سوخت فسیلی به شمار آورد. انرژی‌ای که ما امروزه از سوزاندن زغال سنگ به دست می‌آوریم، حاصل جمع آوری انرژی در گیاهانی است که میلیون‌ها سال پیش بر روی زمین رشد و نمو کرده‌اند.

نحوه تشکیل زغال سنگ

همانطور که اشاره شد، زغال سنگ یک سوخت فسیلی است که از دفن شدن بقایای گیاهان در عمق زمین و تحت فشار و دمای نسبتاً بالا شکل می‌گیرد. به واسطه‌ی نحوه تشکیل، بقایای فسیلی و کهربا در زغال سنگ ها قابل یافت است.

در طی دوره‌های زمین شناسی پیشین، سطح بسیاری از نقاط زمین در نواحی تالابی، پوشیده از جنگل‌های انبوه بوده است. گاهی بر اثر فرایندهای طبیعی مانند سیل، این جنگل‌ها در زیر خاک مدفون شده‌اند. همچنان که حجم خاک فوقانی افزایش یافته است، این بقایای گیاهی بر روی هم فشرده شده‌اند. از آنجایی که عمق آن‌ها نیز طی این فرایند بیشتر شده، دمای آن‌ها نیز افزایش یافته است. در چنین عمقی، امکان اکسید شدن و تجزیۀ زیستی وجود ندارد. در نتیجه کربن محصور می‌شود و رفته رفته تحت دما و فشار بالا، به زغال سنگ تبدیل می‌شود.

فرایند تبدیل مواد گیاهی به زغال سنگ که رغالسازی (coalification) گفته می‌شود، ممکن است میلیون‌ها سال به طور بیانجامد. طی چنین فرایندی، به دلیل فشار و دمای بالا، آب، متان و دی اکسید کربن کاهش می‌یابد و در عوض نسبت کربن افزایش پیدا می‌کند. به این ترتیب، ابتدا لیگنیت (زغال سنگ قهوه‌ای) تشکیل می‌شود. سپس به زغال شبه-بیتومینه و پس از آن به زغال بیتومینه و در نهایت به آنتراسیت (زغال سنگ سخت یا زغال سنگ سیاه) تبدیل می‌شود.

دریاهای وسع و کم عمق دوره کربونیفر ایده آل ترین شرایط برای تشکیل زغال سنگ را داشته‌اند. با این وجود تقریباً در همه‌ی دوره‌های زمین شناسی زغال سنگ تشکیل شده است. تنها دوره‌ای که در آن زغالسازی صورت نگرفته و یا به ندرت انجام شده، زمان رخداد انقراض پرمین-تریاس (حدود ۲۵۲ میلیون سال پیش) است.

انواع زغال سنگ

همچانکه فشار و دما بر توده‌های گیاهی مدفون شده اعمال می‌شود، تحت شرایط مساعد، درجات مختلفی از دگرگونی ایجاد می‌شود که در زیر به طور مختصر مرور می‌شوند:

تورب

تورب یا پوده (به انگلیسی peat)، اولین مرحله از دگرگونی بقایای گیاهی در جهت تبدیل شدن به زغال سنگ است. تورب به توده‌ی متراکمی از گیاهان گفته می‌شود که طور ناقص تجزیه شده‎اند. در این مرحله، هنوز نمی‌توان توده‌ی گیاهی مرده را زغال نامید. پوده‌ها را می‌توان از پوده زارها (peatlands) جمع آوری کرد و به عنوان سوخت مورد استفاده قرار داد.

لیگنیت

لینگنیت یا زغالسنگ قهوه‌ای (lignite) را می‌توان پایین درجه‌ی «زغال سنگ» به شمار آورد (درجه از نظر میزان زغال شدگی). از لیگنیت منحصراً برای تولید انرژی برق در نیروگاه‌ها استفاده می‌شود. با این وجود دارای بیشترین آسیب برای سلامتی و محیط زیست است.

شبق یا شپک (به انگلیسی jet) نوعی لیگنیت است که از زمان پارینه سنگی تا کنون از آن به عنوان گوهرسنگ نیمه قیمتی نیز استفاده می‌شود.

زغال شبه-بیتومینه

زغال شبه-بیتومینه، به نوعی از زغال سنگ گفته می‌شود که درجۀ زغال شدگی آن بین لیگنیت و زغال بیتومینه است. از این نوع زغال سنگ نیز عمدتاً جهت تولید انرژی الکتریسیته استفاده می‌شود.

زغال سنگ بیتومینه

زغال بیتومنیه (bituminous coal) یک سنگ رسوبی چگال، معمولاً سیاه یا قهوه‌ای تیره و اغلب همراه با نوارهای روشن و کدر است. مهمترین کاربرد زغال بیتومینه، تولید انرژی برق است. همچنین از طریق تقطیر آن کُک (coke) نیز تولید می‌شود. کُک دارای عیار کربن بسیار بالا (۸۰-۹۰ درصد) می‌باشد.

آنتراسیت

آنتراسیت یا زغال سنگ سخت و سیاه (به انگلیسی anthracite)، در بین زغال سنگ‌ها دارای بالاترین درجه است. آنتراسیت ظاهری سیاه و براق دارد و در بین زغال سنگ‌ها کمترین میزان آب و مواد فرّار و بیشترین محتوی کربن (بین ۹۲ تا ۹۸ درصد) را دارد.

گرافیت

گرافیت (graphite) که همه‌ی ما آن را به عنوان مغز مداد سیاه می‌شناسیم، نوعی از زغال سنگ است که به سختی قابل اشتعال است؛ بنابراین معمولاً به عنوان سوخت استفاده نمی‌شود. پودر گرافیت برای روانکاری دستگاه‌های مکانیکی نیز به کار گرفته می‌شود.

کاربرد زغال سنگ

زغالسنگ از دیرباز توسط بشر به عنوان سوخت مورد استفاده قرار می‌گرفته است. انرژی حاصل از سوختن زغال، آب را به بخار تبدیل می‌کند و سپس با استفاده از بخار توربین‌ها به حرکت در می‌آیند و از این طریق انرژی برق تولید می‌شود.

از دیگر کاربردهای زغال سنگ در صنعت می‌توان به استفاده از آن در صنعت فولاد، تولید فیبر کربن، استفاده در فیلترهای خالص سازی هوا و آب، ساخت سیلیکون‌ها و سیلان‌ها و … اشاره کرد.

استفاده از زغال سنگ از دهه ۱۹۷۰ میلادی و به ویژه جهت تولید انرژی برق به یکباره افزایش چشمگیری پیدا کرد. با این حال به خاطر مسائل زیست محیطی که سوزاندن این ماده‌ی طبیعی به دنبال دارد، از سال ۲۰۰۸ به بعد مصرف آن رو به کاهش نهاده است. در حقیقت در بسیاری از کشورها استفاده از انرژی‌های تجدید پذیر و پاک تا حدود زیادی جایگزین سوخت‌های فسیلی شده است تا به نوعی جلوی تغییرات اقلیمی و گرمایش جهانی گرفته شود.

منابع: