煤炭在全球尤其中国能源格局中占据着重要地位,在人类历史的长河中有着广泛而深远的应用。
煤炭是一种富含碳元素的固体物质,其颜色通常呈现棕色或黑色,大多存在于分层沉积矿床之中。它主要是由压实和硬化的植物残骸历经漫长岁月演变而成。由于形成煤炭的植物材料在性质上存在差异,煤化程度有所不同,并且所含杂质的范围也不一致,因此产生了各种各样的煤炭类型。这些煤炭类型在特性和用途方面均具有明显的区别。
(二)产地分布
地球上煤炭资源的分布并不均衡。中国、美国、俄罗斯、印度、澳大利亚等国家均拥有大量的煤炭资源,这些地区的煤炭储量在全球煤炭总储量中占据了相当大的比例。在中国,多个省份都蕴藏着丰富的煤炭资源,如山西、新疆、陕西、内蒙古等地,其煤炭储量和产量在全国乃至全球都具有重要影响力。
1.中国的早期使用
中国在煤炭的使用历史方面远远早于欧洲。早在公元前 1000 年左右,位于中国东北的抚顺煤矿就可能已经被用于冶炼铜。此后,煤炭在中国的使用逐渐多样化,除了冶炼金属之外,还被广泛应用于取暖、烹饪等日常生活领域。随着时间的推移,中国的煤炭开采技术和使用规模不断发展。
2.欧洲的早期情况
欧洲煤炭的使用历史相对较晚。直到 13 世纪,才有关于英国煤炭开采的记载开始出现。在这一时期,煤炭主要被用于一些特定的工业生产过程,如石灰烧制、啤酒酿造等。然而,由于当时技术条件的限制,煤炭的开采和使用规模相对较小。
(二)近现代时期
1.欧洲煤炭需求的增长
18 世纪后期,工业革命在欧洲蓬勃兴起,这一时期煤炭的需求开始急剧增加。工业革命带来了大规模的工厂化生产,蒸汽机的广泛应用使得煤炭成为了主要的动力来源。煤炭不仅用于驱动工厂里的各种机械设备,还为铁路运输和蒸汽轮船提供了动力支持。随着煤炭需求的不断增长,煤炭开采技术也得到了迅速发展,矿井的深度和规模不断扩大,开采效率大幅提高。
2.美国煤炭工业的发展
在独立战争之前,美国殖民地所使用的煤炭大多来自英国和新斯科舍。独立战争期间,由于战争的需要以及英国煤炭供应的中断,美国开始重视本土煤炭资源的开发利用。此后,随着美国工业的快速发展,尤其是钢铁、铁路等行业的崛起,煤炭的需求迅猛增长,美国的煤炭工业也得到了长足的发展。
三、煤炭的现代利用方式
在现代社会,煤炭仍然是一种重要的能源来源,尤其在发电领域占据着举足轻重的地位。煤炭发电具有成本相对较低、技术成熟等优点,能够为工业生产和居民生活提供稳定的电力供应。然而,煤炭燃烧过程中会产生大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等污染物,对环境造成严重污染,这也促使人们不断寻求更加清洁高效的煤炭发电技术。
煤炭还是一种重要的化工原料,通过一系列复杂的化学加工过程,可以生产出众多具有高附加值的化工产品。例如,从煤炭中可以提取出苯、甲苯、二甲苯等芳香烃化合物,这些化合物是生产塑料、合成纤维、橡胶、染料、医药等众多化工产品的重要原料。此外,煤炭还可以用于生产焦炭,焦炭在钢铁冶炼过程中具有不可或缺的作用,它能够提供高温环境,使铁矿石还原成铁,同时还能去除铁矿石中的杂质,保证钢铁的质量。
为了提高煤炭的利用效率,减少其对环境的不利影响,煤炭的气化和液化技术应运而生。煤炭气化是指在高温条件下,使煤炭与氧气、水蒸气等发生反应,转化为一氧化碳、氢气、甲烷等可燃气体的过程。这些合成气可以作为燃料直接用于发电、供暖等,也可以进一步加工合成甲醇、二甲醚等液体燃料或其他化工产品。煤炭液化则是将煤炭在高温高压和催化剂的作用下,转化为液态烃类燃料的过程,如汽油、柴油等。
四、煤炭使用带来的问题
1.大气污染
燃烧过程中会释放出大量的二氧化碳、二氧化硫、氮氧化物等酸性气体,这些气体在大气中经过一系列化学反应,会形成酸雨,对土壤、水体、建筑物等造成严重损害。同时,煤炭燃烧还会排放出颗粒物,如烟尘、飞灰等,这些颗粒物会降低空气质量,影响人体健康,引发呼吸道疾病等问题。
2.水污染
煤炭开采和洗选过程中会产生大量的废水,这些废水中含有多种有害物质,如重金属(汞、镉、铅等)、悬浮物、酸碱度异常等。如果未经有效处理直接排放,将会对地表水、土壤和地下水造成污染,影响水生生物的生存,破坏生态平衡,同时也会威胁到人类的饮用水安全。
3.土地破坏与生态退化
煤炭开采活动对土地造成了严重的破坏。露天煤矿开采会直接挖损土地,破坏地表植被和土壤结构,导致土地沙漠化、水土流失等问题。而井下采煤则会引起地面塌陷,使大量土地无法继续耕种或用于其他用途,对当地的农业生产和生态环境造成长期的负面影响。此外,煤炭开采还会破坏矿区的生态系统,导致生物多样性减少,生态服务功能下降。
1.资源枯竭风险
煤炭是一种不可再生资源,其形成需要漫长的地质年代。随着全球煤炭消费量的不断增长,煤炭储量逐渐减少,资源枯竭的风险日益增大。一旦煤炭资源枯竭,依赖煤炭的相关产业将面临巨大的冲击,如电力、钢铁、化工等行业,这将对全球经济的稳定发展带来严峻挑战。
2.经济转型压力
在全球应对气候变化、推动能源转型的大背景下,许多国家和地区都在逐步减少对煤炭的依赖,加大对可再生能源和清洁能源的开发利用力度。这使得传统的煤炭产业面临着巨大的经济转型压力。同时,煤炭产业的转型也会对当地的就业、经济结构等产生深远影响,需要政府和社会共同努力来应对这一转型过程中的各种问题,尽量避免鹤岗化现象。