雪中送碳是贵重，也是实贵！
2023.04
煤炭是一种黑色的坚硬矿石，大大都都储躲在地下。在全球它都是一种普及利用的能源。同时，煤炭也被用来做为炼铁或者造造其他产物的原料。
煤炭凡是被当做燃料，燃烧的效果十分好。煤炭会从外向内渐渐燃烧，释放出大量的热量。煤炭中含有一种称为碳的元素，是煤炭中次要的可燃成分。
01. 煤炭的品种
煤炭根据硬度、色泽和燃烧时间分为三类。那三种煤炭是从差别的矿山里开摘的。
1.褐 煤
枯燥易碎，含碳量约为50%。褐煤的燃烧速度十分迟缓，火焰呈黄色，陪伴烟雾，是三种煤炭中供热量最小、污染更大的一种煤炭。
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2.烟 煤
硬度居中，外表光泽，纹理清楚。烟煤的含碳量比褐煤高，但是比无烟煤低。燃烧效果很好，产生的烟量较少，是我们利用量更大的煤炭。
3.无烟煤
乌黑、坚硬、有光泽，是煤炭中最纯的一种，含碳量约90%。无烟煤燃烧温度更高，释放的热能更大，几乎不产生任何烟，是用来供热和烧饭的更好的煤炭。
煤炭是和石油、天然气一样的化石燃料，是由远古的动物化石构成的。颠末数百万年的演变，动物最末酿成了煤炭。有些煤炭构成的时间比恐龙呈现的时间还要早。
我们今天所利用的煤炭大大都构成于石炭二叠纪（丛林煤炭时代），约在距今3亿6万万至2亿8千6百万年以前。那个时代地球上的天气十分温热、湿润、多雨。褐煤的构成时间相对晚得多，在距今约1亿4千4百万至6千5百万年前的白垩纪期间，和6千5百万至2百万年前的第三纪期间。
▲煤炭是由生长在池沼地带丛林里的动物构成的
煤炭在地下迟缓地构成
1.动物枯萎后落到池沼的底部，构成了一层厚厚的称为泥煤的腐植土。
2.因为池沼泥浆和淤泥的感化，那些腐朽的动物会陆续发酵。
3.那些动物的残留物被埋得越来越深，并被逐步挤压和加热。
4.动物通过数百万年时间的煤化感化酿成煤。继续的高温、高压和化学改变过程使枯萎的动物逐步酿成了矿物的形态。起首会构成褐煤，接下来是烟煤，最末酿成无烟煤。
人类操纵煤炭的汗青已经有数千年之久。中国是世界上更先利用煤炭的国度。在约3000年之前，古代中国人就把煤炭当做燃料。别的像北美的霍皮族印第安人、古希腊人和古罗马人也在很久之前就起头利用煤炭了。
从18世纪中期起，跟着越来越多的工场被建造起来，煤炭的需求量也越来越大。跟着工业革命的发作，人们需要用煤炭驱动蒸汽机来带开工厂里的机器停止消费。良多大型城镇像雨后春笋般拔地而起，城镇中屹立起成百上千冒着浓烟的烟囱。
▲煤炭为世界上第一批工场供给能源
约100年以前，绝大大都的火车和汽船是靠蒸汽机驱动的。燃烧煤炭加热水罐产生蒸汽。蒸汽推拉蒸汽机内的活塞从而鞭策火车的车轮前进。在蒸轮船上，活塞鞭策螺旋桨动弹。
▲火车上的蒸汽机需要燃烧煤炭来驱动
在19世纪早期，人们通过燃烧煤炭得到了煤气。起初煤气被用来点亮路灯。每当夜晚降临的时候，点灯人就会一盏一盏地把街灯点亮；而破晓到来的时候，点灯人再把路灯一盏一盏地熄灭。随后，煤气也起头被用来烧饭和供热。不断到20世纪60年代天然气才逐步代替了煤气。
煤炭凡是都储躲在地下被称为“出煤层”的构造中。地壳的运动会同时形成煤层的弯曲和平移。有些煤层因为地壳的运动会上升到地表外，其他的煤层仍然深深地被埋在地下。
地量学家能够通过研究岩石的特征，觅觅煤炭储躲的线索。通过对必然的区域停止查询拜访、研究之后，他们会揣度出爆破点的位置。地量学家通过爆炸的冲击波穿透岩石的速度来揣度地下的煤矿位置和煤矿含量，画出煤矿储量图。
假设地量学家认为一个区域中很可能蕴含着煤炭，他们会做进一步的研究： 通过钻孔从地下提取岩石的样本，并查抄那些样原来揣度能否含有煤炭。 假设发现良多优良的煤炭样本，那么那个区域的煤矿就有开摘的价值。
02. 今天的煤炭开摘
煤炭贮存在地下和靠近地表的处所。机器在地下深层运转来发掘煤炭。挖出的煤炭被传送带运送到空中。大型的发掘机次要用来开摘地表处的煤炭。
▲露天煤矿是指位于空中或者靠近空中的煤矿
上图的煤矿凡是位于地表以下200米摆布的位置。煤矿上面的土壤会被移开，然后通过爆破炸开上层的岩石。清走碎石后，就能够用大型的发掘机和开凿机来开摘下方的煤炭了。露天煤矿储量丰富，面积可达数平方千米。
人们通过在煤层上方钻矿井来开摘煤矿。矿工利用电钻和电动切割机来发掘煤炭。煤炭被放在传送带上送到矿井，再拆进矿车中运送到地表。
▲深躲地下的煤矿
矿工需要在地底炎热的前提下工做，四周全是黑色的煤灰。唤吸煤灰会阻塞矿工的肺从而招致疾病。不只如斯，开摘煤矿仍是一份十分求助紧急的工做。在地下工做的时候，矿工需要头戴坚硬的带有矿灯的平安帽，当供电系统呈现问题时能够暂时利用矿灯照明。煤层倾圮或者毒气泄露也随时有可能会发作，它们城市危害矿工的人身平安。
03. 煤炭的运输
煤炭需要从煤矿运送到利用的处所。煤炭体积大、重量多，通过公路或者空运的成本太高，所以凡是会摘用水路或者铁路运输，那两种运输体例固然速度较慢，但是价格相对廉价。
驳船拆载着煤炭顺着河道往来运送。好比德国的莱茵河上就四处都是预备将煤炭运送到内陆的驳船。而海运则是将煤炭运送到世界各地的次要体例。
▲煤炭跟着货轮沿着江河穿过大洋被运送到目标地
列车将煤炭从矿区运送到千里之外的处所。因为煤炭很重，所以列车必需以迟缓而平稳的速度运行。列车上每节车厢拆载的煤炭能够重达100吨—那么大量的煤炭只是一座火力发电厂20分钟的燃烧料。选矿厂用水将煤炭外表的尘埃、石头和一些其他的硫化物冲刷清洁。那一过程能够将一些燃烧后会产生污染的物量过滤掉。清洁之后的煤炭燃烧起来会更足够，产生较少的污染物。
煤炭被当做能源利用，世界上有对折以上的国度通过燃烧煤炭来发电。煤炭产生的电量占世界总电量的39%。除此之外煤炭也为工业供给热能。炉灶、锻造炉和砖窑都需要煤炭做为燃料。
块状的煤炭在燃烧之前需要研磨成粉状，煤粉的燃烧效果更好，产生的热量更高。当煤炭燃烧到达必然的温度后就会将汽锅里的水酿成水蒸气。那些水蒸气会鞭策发电机的涡轮扭转从而发电。那些电能通过电线送到千家万户。
煤炭能够被造成液态燃料。煤炭通过液化的过程能够从固体转化成液体。液态煤炭能够通过精炼（提纯）之后做为原油的替代品利用。液化后的煤炭能够做为燃料运输。
除了液态燃料之外，煤炭还能够被加工成良多其他的产物。例如炼钢所需的焦炭、肥皂和沥青等。沥青是一种黑色黏稠物量，能够用来展路，还能够给屋顶做防水办法。
烟煤颠末1200℃的高温加工后就酿成了焦炭。相较于一般的煤炭，焦炭能够燃烧到更高的温度，因而它和铁矿石在炼炉里燃烧时，能够把铁从矿石里提炼出来，称为熔铁矿。熔铁矿和碳混合在一路就炼成了钢。
冷常识
煤炭还能做肥皂？
煤炭造造的肥皂
（右图）
在烟煤被加热成焦炭的过程中会释放出气体。那些气体被搜集冷却后构成煤焦油。煤焦油是一种黑色的油量液体，能够加工成肥皂和治疗湿疹的药膏。
04. 煤炭和污染
开摘煤炭会产生大量的烧毁物（矿渣）堆在地表，还会在地表留下纵横的沟壑。燃烧煤炭产生的污染对动物和动物是有迫害感化的。现在，人类投进了大量的人力物力来削减煤炭所产生的污染。
煤炭所产生出的大量矿渣具有随时坍塌的求助紧急。1966年，英国威尔士的一处矿渣堆坍塌压服了四周的一所学校，形成144人丧生。露天矿场会在地表留下许多矿井，对地貌形成严峻的毁坏。与此同时摘矿会产生大量的尘埃和噪音，还会污染四周的水源。
▲开摘煤矿对情况形成损坏
气体从燃烧煤的发电厂和工场的烟囱里排放出来。那些气体与云层里的水混合在一路会构成酸雨。跟着时间的流逝，酸雨会杀死动物和野生动物，侵蚀建筑，污染河流和湖泊。风能够照顾酸雨飘散数千千米。
▲燃烧的煤炭会对建筑和树木形成毁坏
大气中二氧化碳的浓度跟着包罗煤在内的更多化石燃料的燃烧而上升。中国和其他亚洲国度的工业在快速开展。因而二氧化碳排放量也在上升。二氧化碳和其他气体将热量困在地球四周，使地球温度上升。那个过程被称为全球变热。
今天我们所利用的煤炭比以往所利用的要清洁良多。
修复露天煤矿曾占用的地盘：露天煤矿只是对地盘的暂时占用，储躲的煤炭被开摘出来之后，那片地盘就能够被再次操纵起来，修整地盘，改换土壤后即可从头播种。从头整修后的地盘能够用来耕种、造林、供野生动物栖息，也能够引进水源构成人工湖泊。除此之外一些停行利用的煤矿也被当成垃圾填埋场来处置垃圾。
新型发电站更清洁：现代的火电站发电量更大，但是排放的二氧化碳和有害物量却更少。新型的火电站与建于20世纪50年代的旧发电站比拟效率进步了约50%。在一些国度，旧的、低效能的发电站已经被封闭。中国正在建造更新型的发电站，那类发电站通过利用最新手艺能够大幅进步发电量，愈加有效地降低污染。
通过净化废气能够有效地削减火电站形成的污染。通过净化，细小的烟灰、有害的气体和金属物量都被剔除。电子空气过滤器会把尘埃和小颗粒过滤掉，石灰岩清洁剂能够吸附有害气体。
结 语
科学家们认为目前的煤炭储量还能够供我们利用200年，但总有一天会被用尽。假设能够削减煤炭的利用量，那么它们可以供人类利用的时间就会耽误。我们能够做良多力所能及的工作来削减能源的利用，从而节约煤炭。
《我们的地球》系列丛书
《我们的地球：煤炭》
（英）凯特·贝德福德 著
王 爱 侯晓希 译
科学普及出书社
2015年10月出书
筹谋编纂 肖 叶
责任编纂 李 睿
存眷大美科学
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