ייצור חשמל מפחם עלול להזיק לסביבה
תמונה של בריאן פטריק טגלוג ב- Unsplash
פחם מינרלי הוא דלק מאובנים המופק מהאדמה באמצעות כרייה. מקורו בפירוק של חומרים אורגניים (שרידי עצים וצמחים) שהצטברו מתחת לשכבת מים לפני מיליוני שנים. קבורת חומר אורגני זה על ידי מרבצי חרס וחול גורמת לעלייה בלחץ ובטמפרטורה, התורמת לריכוז אטומי הפחמן ולהוצאת אטומי חמצן ומימן (פחמן).
פחם מינרלי מחולק לפי ערך קלורי ושכיחות זיהומים, בהיותם נחשבים לאיכותיים נמוכים (ליגניט ותת-ביטומני) ואיכותיים (ביטומניים או פחם ואנתרציט). על פי הסקר הגיאולוגי של ברזיל, ניתן לחלק את הפחם המינרלי לפי איכותו, שתלוי בגורמים כמו אופי החומר האורגני שיצר אותו, האקלים והאבולוציה הגיאולוגית של האזור.
כָּבוּל
מיצוי הכבול מתרחש לפני ניקוז האזור, מה שמפחית את לחותו. זה מופקד לעתים קרובות בשטח פתוח כדי לאבד יותר לחות.
שימושים: הוא נחתך לבלוקים ומשמש כדלק בתנורים, תרמו-חשמליים, לקבלת גז דלק, שעווה, פרפין, אמוניה וזפת (מוצר שממנו נגזרים שמנים וחומרים אחרים לשימוש רב בתעשייה הכימית)
ליגניט
זה יכול להתרחש בשתי דרכים, כמו חומר חום או שחור, ומקבלים שמות שונים.
שימושים: גוגנים המקבלים זפת, שעווה, פנולים ופרפינים. האפר מהבערה יכול לשמש כמלט פוזולני וקרמיקה.
פֶּחָם
ניתן לחלק את הפחם לשני סוגים עיקריים: פחם אנרגיה ופחם מתכות. הראשונה, הנקראת גם פחם אדים, נחשבת לענייה ביותר ומשמשת ישירות בתנורים, בעיקר בתחנות כוח תרמיות. פחם מטלורגי, או פחם מתבשל, נחשב לאצילי. קולה הוא חומר נקבובי, קליל ובעל ברק מתכתי, המשמש כדלק במטלורגיה (תנורי פיצוץ). פחם משמש גם לייצור זפת.
פֶּחָם אֶבֶן
יש לו בעירה איטית, והוא מסומן לחימום ביתי. הוא משמש גם בתהליכי טיפול במים.
הרכב ויישום של פחם מינרלי
בכל אחד משלביו, פחם מורכב מחלק אורגני ומינרל. האורגני נוצר על ידי פחמן ומימן ופרופורציות קטנות של חמצן, גופרית וחנקן. המינרל מורכב מסיליקטים המרכיבים את האפר.
מכיוון שהוא מחולק למספר סוגים, השימושים בפחם הם רבים. השימוש העיקרי בפחם מינרלי הוא כמקור אנרגיה. על פי נתוני סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) , פחם מינרלי אחראי על 40% מייצור החשמל בעולם. פחם מינרלי משמש גם בתחום המתכות.
סוג אחר של פחם המצוי בטבע הוא ירקות, שנוצרים מפחמן עצים להסקה. לעתים קרובות משתמשים בפחם בתהליכים תעשייתיים, אך הם אינם מקור משמעותי לייצור חשמל.
תמריצים לייצור חשמל מפחם
למרות שלא ניתן להתחדש, ישנם תמריצים חזקים לייצור חשמל מפחם מינרלי. שני הטיעונים העיקריים לטובת הפקת אנרגיה מפחם מינרלי הם שפע הרזרבות, מה שמבטיח את ביטחון האספקה ואת העלות הנמוכה של העפרות (בהשוואה לדלקים מאובנים אחרים) ותהליך הייצור.
על פי נתוני הסוכנות הלאומית לאנרגיה חשמלית (אנל), עתודות הפחם המינרלי העולמי מסתכמות ב -847.5 מיליארד טון. כמות זו תספיק לאספקת ייצור פחם שוטף לתקופה של כ -130 שנה. תמריץ נוסף הוא שבניגוד לנפט וגז טבעי, מאגרי פחם נמצאים בכמויות משמעותיות ב -75 מדינות - אם כי כ -60% מהנפח הכולל מתרכז בארצות הברית (28.6%), ברוסיה (18, 5%) וסין (13.5%). ברזיל מופיעה במיקום העשירי.
יצרני הפחם הגדולים בעולם הם סין וארצות הברית, על פי איגוד הפחם העולמי , ואחריו הודו, אינדונזיה ואוסטרליה, בהתאמה. בנוסף, מרבית מטריצת האנרגיה, הן בסין והן בארצות הברית, מבוססת על ייצור אנרגיה חשמלית מפחם מינרלי, המייצג גם את מטריצת האנרגיה של מדינות אחרות, כמו גרמניה, פולין, אוסטרליה. ודרום אפריקה.
עם זאת, למרות היתרונות הכלכליים, ייצור אנרגיה חשמלית מפחם הוא אחת הצורות האגרסיביות ביותר של ייצור אנרגיה מבחינה חברתית-סביבתית. חיצוניות שלילית קיימת לאורך כל תהליך הייצור, ממיצוי פחם מינרלי.
כריית פחם
הפקת או כריית פחם יכולה להיות מתחת לאדמה או בשטח פתוח. זה ישתנה בהתאם לעומק בו נמצאים הפחם.
כאשר השכבה המכסה את העפרות צרה, או שהאדמה אינה מתאימה (חול או חצץ), החיפוש נוטה להיעשות בשטח פתוח. אם המינרל נמצא בשכבות עמוקות, יש צורך בבניית מנהרות.
לדברי אנל, כריית בור פתוח היא הצורה השלטת בהפקת עפרות בברזיל, וגם פרודוקטיבית יותר מכרייה תת קרקעית. זה לא תואם את המציאות הבינלאומית, בה ניצול הכרייה התת-קרקעית שורר, שווה ערך ל -60% ממיצוי הפחם העולמי.
ניקוז חומצות מהמכרה וייצור זנב הם השפעות סביבתיות שליליות המשותפות לשני סוגי המיצוי.
ניקוז מכרות חומצה (DAM)
הניקוז החומצי של המכרה מתבצע באמצעות משאבות המשחררות מים גופרתיים לסביבה החיצונית, ומייצרות שינויים מינרלוגיים (היווצרות של תרכובות חדשות), כימיים (הפחתת pH) ופיזיקלים (החזקת מים נמוכה וקרקע) בקרקע. חדירות), המשתנות בהתאם לגיאולוגיה של השטח.
ניקוז חומצות מהמכרה נחשב לאחת ההשפעות המשמעותיות ביותר של תהליכי כרייה באופן כללי, על פי דו"ח של משרד המדע והטכנולוגיה.
כתוצאה משינויים אלה בקרקע נפגעת גם איכות מי התהום. תיתכן הפחתה של ערך ה- pH של המים, התורם להתמוססות של מתכות ולזיהום מי התהום אשר במקרה של בליעה עלולים להשפיע על בריאות האדם.
הפחתת בעיות קרקע כימיות ופיזיקליות הנגרמות על ידי כרייה היא הצעד הראשון בהתאוששות האזורים שנפגעו.
ההשפעות של כריית בור פתוח
חפירות בכמויות גדולות של אדמה סלעית מייצרות השפעות סביבתיות נראות לעין על כיסוי הצמחייה ובעלי החיים, בהיותן אחראיות לפירוק שטחים גדולים ולזיהום חזותי, שלא לדבר על התעצמות תהליכי הסחף. בנוסף, השימוש במכונות ובציוד מייצר גם זיהום רעש (רעש).
השפעות הכרייה התת קרקעית
בכל הקשור לבריאות העובדים, הבעיה העיקרית היא Pneumoconiosis של עובדי פחם (PTC). Pneumoconioses הם מחלות הנגרמות על ידי שאיפת חלקיקים מעל יכולת הסליקה של המערכת החיסונית. זוהי החשיפה הכרונית לשאיפה של אבק פחם מינרלי, ואחריה הצטברות אבק בריאות ושינוי רקמת הריאה.
PTC מעורר תהליך דלקתי ועשוי לפתח פיברוזיס פרוגרסיבי מאסיבי FMP, מחלה המכונה "ריאה שחורה".
על פי הדיווח של משרד הבריאות, ישנם יותר מ -2,000 מקרים של דלקת ריאות שאובחנו בקרב כורי פחם.
השפעות נוספות הקשורות לכרייה תת קרקעית הן הנמכת שולחן המים, אשר יכולה לתרום להכחדת המקורות, ההשפעה על הרשת ההידרולוגית על פני השטח והרטט הנגרם בעקבות הפיצוצים.
עיבוד פחם
על פי איגוד הפחם המינרלי בברזיל, הטבה היא מכלול התהליכים אליהם נתון פחם מינרלי גולמי המופעל ישירות מהמכרה, להסרת חומר אורגני זיהומים, שמטרתם להבטיח את איכותם. הטיפול בפחם תלוי בתכונותיו המקוריות ובשימוש המיועד.
על פי דו"ח אנל, העיבוד מייצר פסולת מוצקה המופקדת בדרך כלל באזור הסמוך לכרייה ונזרקת ישירות למסלולי מים או לסכרי זנב, ויוצרת אזורים נרחבים המכוסים בחומר נוזלי. החומרים הרעילים הקיימים בזנבות מדוללים במי גשמים (שטיפה) אשר בצורת נוזלים חודרים אט אט לקרקע (חלחול) ומזהמים את מי התהום.
זנבות אלה מכילות בדרך כלל ריכוזים גדולים של פיריט (ברזל גופרתי - FeS2) או חומרי גופרתי אחרים, התורמים לייצור חומצה גופרתית ולהעצמת תהליך "ניקוז מכרה חומצה".
תַחְבּוּרָה
לדברי אנל, תחבורה היא הפעילות היקרה ביותר בתהליך ייצור הפחם המינרלי. מסיבה זו, בדרך כלל, הפחם המועבר הוא רק זה שיש לו תכולה נמוכה של זיהומים וערך כלכלי גבוה יותר.
כאשר השימוש המיועד בפחם מינרלי הוא ייצור חשמל, המפעל התרמו-אלקטרי בנוי בסביבת אזור הכרייה, כפי שקורה בחמשת המפעלים התרמו-חשמליים הפועלים במדינה.
מנקודת מבט כלכלית, כדאי יותר להשקיע בקווי הולכה להפצת האנרגיה החשמלית שכבר הופקה, מאשר בהובלת פחם למרחקים ארוכים.
למרחקים קצרים, השיטה היעילה ביותר היא שימוש במסוע. משתמשים גם בצינורות, דרכם מועברים פחם, מעורבב עם מים, בצורה של בוץ.
ייצור חשמל באמצעות פחם
לאחר הפקתו מהאדמה, הפחם המינרלי מקוטע ומאוחסן בממגורות. לאחר מכן הוא מועבר לתחנת כוח תרמית.
על פי פורנס, מפעל תרמו-אלקטרי מוגדר כמערכת של עבודות וציוד עם פונקציה של יצירת אנרגיה חשמלית באמצעות תהליך המחולק באופן מקובל לשלושה שלבים.
הצעד הראשון מורכב בשריפת הדלק המאובנים כדי להפוך את המים בדוד לאדים. במקרה של פחם מינרלי, לפני תהליך הצריבה, הוא הופך לאבקה. זה מבטיח את השימוש התרמי הגדול ביותר בתהליך הירי.
השלב השני הוא השימוש בקיטור המיוצר בלחץ גבוה, להפעלת טורבינה ולהפעלת גנרטור חשמלי. מעבר הקיטור דרך הטורבינה גורם לטורבינה וגם לגנרטור לנוע, שמוצמד לטורבינה, והופך אנרגיה מכנית לאנרגיה חשמלית.
המחזור נסגר בשלב השלישי והאחרון, בו מעובה הקיטור ומועבר למעגל קירור עצמאי, וחוזר למצב הנוזל, כמו מים מהדוד.
האנרגיה שנוצרה מועברת מהגנרטור לשנאי באמצעות כבלים מוליכים. השנאי, בתורו, מפיץ חשמל למוקדי צריכה דרך קווי הולכה.
פליטות
כשנשרף פחם, האלמנטים הכלולים בו מתנדפים (מתאדים) ומשתחררים לאטמוספרה יחד עם חלק מהחומר האורגני שמשתחרר בצורה של חלקיקי אבק (אפר עף).
פה
פחם מינרלי הוא חומר בעל ריכוז גבוה של פחמן. לפיכך, כאשר נשרף פחם, הוא פולט ריכוזים גדולים של פחמן חד חמצני.
פחמן חד חמצני הוא גז רעיל שמזיק ביותר לבריאות האדם ויכול, במקרים של שיכרון חריף, לגרום למוות. על פי החברה הסביבתית של סאו פאולו (Cetesb), הדרך העיקרית של הרעלת פחמן חד חמצני היא נשימה. לאחר השאיפה, הגז נספג במהירות על ידי הריאות ונקשר להמוגלובין, ומונע הובלת חמצן יעילה. לכן חשיפה ממושכת לפחמן חד חמצני קשורה לעלייה בשכיחות אוטם בקרב קשישים.
בנוסף, פעם אחת באטמוספירה, ניתן לחמצן פחמן חד חמצני לפחמן דו חמצני.
פחמן דו חמצני
פחמן דו חמצני יכול להיפלט ישירות על ידי בעירה של פחם ודלקים מאובנים אחרים, או שהוא יכול להיווצר באטמוספרה מתגובות כימיות, למשל, מתגובת חמצון של פחמן חד חמצני.
פחמן דו חמצני נחשב לאחד הגזים העיקריים בתהליך העצמת אפקט החממה, כשהוא קשור להתחממות כדור הארץ מוגברת. וזה גם אחד מסוגי הגזים העיקריים הנפלטים משריפת פחם.
חשוב לציין כי הבעירה היא השלב של שרשרת ייצור הפחם בה יש את הפליטה הגדולה ביותר של פחמן דו חמצני, אך שלבי האחסון והאחסון של הזנב תורמים גם הם לפליטה כוללת. עם זאת, על פי הדו"ח של משרד המדע והטכנולוגיה, חוסר הידיעה על זמן האחסון של העפרות בכל מקרה הוא גורם מגביל לחישוב הפליטות הכוללות.
גוֹפרִית
על פי הדיווח של החברה לתכנון אנרגיה ברזילאית, מכל הפליטות מתחנות כוח פחמיות, זו שגרמה לדאגה הגדולה ביותר היא פליטת גופרית. עם שריפתו, גופרית יוצרת סדרה של תרכובות גזיות המשתחררות לאטמוספירה אם אין ציוד ללכידתו. מתוכם בולט גופרית דו-חמצנית (SO2).
גופרית דו-חמצנית (SO2) עוברת חמצון באטמוספירה ויוצרת טריו-חמצני גופרית (SO3) אשר בתורו, כאשר היא קשורה למי גשמים (H2O), תיצור חומצה גופרתית (H2SO4), ותוליד גשם חומצי .
לגשם חומצי יש השפעות ישירות על חיי הצומח ובעלי החיים, במיוחד במים. בירקות זה מוביל לשינויים בפיגמנטציה ובהיווצרות ונמק. אצל בעלי חיים זה גורם למוות של אורגניזמים, כמו דגים וצפרדעים. גשם חומצי גורם גם לפגיעה בסחורה חומרית, מכיוון שהוא מעדיף תהליכים מאכלים.
על פי נתוני המשרד לאיכות הסביבה, ההשפעות של גופרית דו-חמצנית על בריאות האדם עשויות להיות קשורות לעלייה בשכיחותן של בעיות נשימה בכלל ואסטמה, דבר המצביע על ידי העלייה באשפוזים.
מתאן
בפחם מינרלי יש תכולה גבוהה של מתאן (CH4). הבעירה של פחם מינרלי משחררת מתאן לאטמוספירה, אשר יכול להיות קשור לאדי מים ופחמן דו חמצני ונחשב לאחד מגזי החממה העיקריים.
מתאן נוצר מתהליך הפירוק של חומר אורגני. מסיבה זו, התרחשותה קשורה לדלקים מאובנים.
חשוב לציין כי למרות תהליך שריפת הפחם המשחרר כמויות משמעותיות של מתאן לאטמוספירה, פליטת המתאן בתהליך ייצור הפחם מתרחשת מאז מיצוי העפרות, במיוחד במכרות תת קרקעיים ובאחסון של חומר שלאחר הכרייה, כפי שניתן לראות בדו"ח משרד המדע והטכנולוגיה
תחמוצות חנקן (NOx)
בפחם מינרלי יש גם ריכוז גבוה של חנקן. לכן הבעירה של פחם פולטת תחמוצות חנקן לאטמוספירה. גזי בעירה מורכבים לרוב מתחמוצת חנקן. כאשר הוא נכנס לאטמוספירה, הוא מתחמצן במהירות לחנקן דו חמצני.
חנקן דו חמצני, כאשר הוא קשור למי גשמים (H2O), מייצר חומצה חנקתית (HNO3) שכמו חומצה גופרתית (H2SO4), גורמת גם לגשם חומצי.
בנוסף, ריכוזים גבוהים של NO2 משפיעים על היווצרות תהליכי אוזון טרופוספריים וערפי ערפיח פוטוכימיות.
חומר חלקיקי (MP)
על פי Cetesb, חומר חלקיקי הוא כל חומר מוצק ונוזלי שנותר תלוי באטמוספירה בגלל גודלו הקטן. חומר חלקיקי נוצר גם באטמוספרה מחמצני הגופרית הדו-חמצניים (SO2) ותחמוצות החנקן (NOx) הנ"ל.
גודל החלקיקים קשור ישירות לפוטנציאל לגרום לבעיות בריאות.
כַּספִּית
בנוסף לגזים שהוזכרו כבר, פחם מינרלי מכיל גם כמויות משמעותיות של כספית, אשר באמצעות בעירת העפרות מתנפחת לאטמוספירה.
על פי ה- EPA - הסוכנות להגנת הסביבה, תחנות כוח פחמיות הן המקור האנתרופוגני הגדול ביותר לפליטת כספית.
כספית נדיפה הקיימת באטמוספירה משולבת במעגל הגשם, מגיעה לגופי מים ומובילה לזיהום סביבתי ולפגיעה בחיי המים. זיהום כספית הוא גם נושא לבריאות הציבור, מכיוון שצריכת אורגניזמים מימיים המזוהמים בכספית עלולה להוביל להרעלה חריפה, ובמקרים מסוימים למוות.
