Πώς σχηματίζεται ο άνθρακας;
Ο άνθρακας είναι ένα οργανικό ιζηματογενές πέτρωμα, μια μη ανανεώσιμη πηγή ενέργειας που μπορεί να καεί για καύσιμο και να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Οι αρχαιολόγοι έχουν εντοπίσει τη χρήση του πιθανώς ήδη από το 3490 π.Χ. από την επαρχία Shaanxi στην Κίνα.
Η Βιομηχανική Επανάσταση, που ξεκίνησε τον 18ο αιώνα, είχε ως αποτέλεσμα τεράστια ζήτηση για άνθρακα για τη χρήση του στην τήξη σιδήρου και στην τροφοδοσία ατμομηχανών. Η παραγωγή άνθρακα κορυφώθηκε το 1913, με το Ηνωμένο Βασίλειο να παράγει 292 εκατομμύρια μετρικούς τόνους εκείνο το έτος. Ωστόσο, η καύση άνθρακα προσθέτει σημαντική ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα και είναι ο μόνος μεγαλύτερος παράγοντας που συμβάλλει στην ανθρωπογενή κλιματική αλλαγή.
Η παραγωγή άνθρακα (τόσο εξόρυξη επιφανείας όσο και εξόρυξη βαθιάς) και οι εισαγωγές μειώνονται σταθερά από τον Πρώτο Παγκόσμιο Πόλεμο και έκτοτε έχουν εισαχθεί διάφοροι νόμοι για τον καθαρό αέρα για την αντιμετώπιση των εκπομπών καπνού και της ατμοσφαιρικής ρύπανσης που προκαλείται από την καύση άνθρακα.
Στο Ηνωμένο Βασίλειο, η παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας από άνθρακα μειώθηκε από 2,1 τοις εκατό σε 1,8 τοις εκατό μεταξύ 2020 και 2021, εν μέρει λόγω της πανδημίας του COVID-19, ενώ οι ΗΠΑ κατέγραψαν το 21,8 τοις εκατό της ηλεκτρικής ενέργειας που παράγεται το 2021 προερχόταν από άνθρακα.
Σύμφωνα με τα τρέχοντα σχέδια, το Ηνωμένο Βασίλειο σκοπεύει να καταργήσει σταδιακά τους σταθμούς παραγωγής ενέργειας με καύση άνθρακα έως το 2024.
Πώς σχηματίζεται ο άνθρακας;
Ο άνθρακας σχηματίζεται σε στρώματα ή «ραφές» και η διαδικασία ξεκινά με την εναπόθεση της βλάστησης.
Η οργανική ύλη σε αποσύνθεση δημιουργεί τύρφη
Περίπου πριν από 300 εκατομμύρια χρόνια, στο Ανθρακοφόρο, το κλίμα της Γης ήταν ζεστό και υγρό και οι μεγάλοι βάλτοι ήταν άφθονοι.
Καθώς η φυτική ύλη (και άλλη οργανική ύλη) από αυτά τα πυκνά, βαλτώδη δάση συσσωρεύτηκε και βρισκόταν σε αποσύνθεση στον πυθμένα αυτών των βάλτων, το υλικό θάφτηκε και στη συνέχεια συμπιέστηκε. Από αυτήν την μερικώς αποσυντεθειμένη οργανική ύλη, αναερόβιες συνθήκες από έλλειψη οξυγόνου σχημάτισαν τύρφη.
Η τύρφη μοιάζει με μια σπογγώδη μάζα καφέ, ινώδους υλικού και το στάσιμο νερό στους βάλτους του άνθρακα δημιούργησε άριστες συνθήκες για την πρόληψη της οξείδωσης ή της βακτηριακής καταστροφής του υλικού. Εάν είστε αρκετά άτυχοι να ταφείτε στην τύρφη αμέσως μετά τον θάνατό σας (ή ίσως αυτό θα έπρεπε να θεωρηθεί τυχερό;), τότε καθώς σχηματίζεται νέα τύρφη από πάνω, απελευθερώνεται χουμικό οξύ και το σώμα σας μπορεί να διατηρηθεί, περίπου στο ίδιο τρόπο όπως το τουρσί.
Η τύρφη γίνεται λιγνίτης
Μόλις η τύρφη θαφτεί ανάμεσα σε στρώματα ιζημάτων, η βιολογική αποικοδόμηση σταματά και αρχίζουν να συμβαίνουν αλλαγές που είναι αποτέλεσμα της αυξημένης θερμοκρασίας και πίεσης από την ταφή.
Όταν αυτή η τύρφη θάφτηκε σε σχετικά ρηχά βάθη, η συνεχιζόμενη θερμότητα και πίεση τη συμπίεσαν ανάμεσα σε στρώματα ιζήματος σε λιγνίτη:ένα μαλακό, καστανομαύρο υλικό που μοιάζει με άνθρακα με υψηλή περιεκτικότητα σε υγρασία. Θα περιέχει επίσης συχνά ξύλα και υπολείμματα φυτών σε λεπτόκοκκο έδαφος. Ο λιγνίτης είναι επίσης γνωστός ως καφέ άνθρακας και υπάρχουν δύο τύποι:ξυλοειδής λιγνίτης (απολιθωμένο ξύλο) και συμπαγής λιγνίτης. Ο πίδακας πολύτιμων λίθων σχηματίζεται από λιγνίτη.
Ο λιγνίτης γίνεται άνθρακας
Με συνεχή ταφή, θερμότητα και δομική παραμόρφωση, αυτός ο λιγνίτης μεταμορφώνεται σε υποασφαλτικό και ασφαλτούχο άνθρακα (μαλακός άνθρακας). Τέλος, γίνεται ανθρακίτης (σκληρός άνθρακας) και όσο περισσότερη μεταμόρφωση, τόσο πιο σκληρός και πλούσιος σε άνθρακα γίνεται ο άνθρακας.
Ο υποασφαλτικός άνθρακας έχει σταθερή περιεκτικότητα σε άνθρακα 46-60 τοις εκατό και ο ασφαλτούχος άνθρακας θεωρείται ο «κανονικός» τύπος άνθρακα. Είναι γενικά πλούσιο σε πτητικούς υδρογονάνθρακες, γεγονός που διευκολύνει την ανάφλεξη και την καύση με σχετικά μεγάλη φλόγα.
Ο ανθρακίτης, από την άλλη πλευρά, έχει πολύ χαμηλή περιεκτικότητα σε πτητικές ουσίες, αλλά αυτή τη στιγμή θεωρείται η πιο καθαρή μορφή άνθρακα για καύση. Θα είστε εξοικειωμένοι με αυτό εάν έχετε ανοιχτή φωτιά, καθώς το Ηνωμένο Βασίλειο πρόσφατα στράφηκε στη χρήση του ανθρακίτη ως «κάρβουνο χωρίς καπνό». Με συνεχή μεταμόρφωση από περαιτέρω θερμότητα και πίεση, ο ανθρακίτης θα γίνει τελικά γραφίτης. Ο γραφίτης δεν χρησιμοποιείται συνήθως ως καύσιμο, καθώς είναι δύσκολο να αναφλεγεί.
Σε τι χρησιμοποιείται ο άνθρακας;
Κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, ο άνθρακας ήταν το θαυματουργό καύσιμο και χρησιμοποιήθηκε για να τροφοδοτήσει την καυτή, νέα εφεύρεση εκείνη την εποχή - την ατμομηχανή. Αυτά με τη σειρά τους διευκόλυναν την επέκταση των σιδηροδρόμων, της παραγωγής σιδήρου και χάλυβα, καθώς και της ναυτιλιακής βιομηχανίας. Υπολογίζεται ότι ο Τιτανικός χρησιμοποιούσε μεταξύ 600 και 825 τόνους άνθρακα την ημέρα. Σήμερα, ο άνθρακας χρησιμοποιείται σε σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής με καύση άνθρακα για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, και παγκοσμίως, ο άνθρακας εξακολουθεί να είναι η μοναδική μεγαλύτερη πηγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η αεριοποίηση και η υγροποίηση του άνθρακα παράγουν αέρια και υγρά καύσιμα που μπορούν εύκολα να αποθηκευτούν σε δεξαμενές ή να μεταφερθούν μέσω αγωγού.
Ορισμένα από τα υποπροϊόντα της καύσης άνθρακα, όπως η ιπτάμενη τέφρα, μπορούν να ανακυκλωθούν και να χρησιμοποιηθούν στην παραγωγή σκυροδέματος. Μακριά από την ενεργειακή βιομηχανία, μπορεί επίσης να χρησιμοποιηθεί στην παραγωγή εξειδικευμένης τεχνολογίας, συμπεριλαμβανομένου του ενεργού άνθρακα που χρησιμοποιείται στα φίλτρα νερού και αέρα, και ινών άνθρακα που χρησιμοποιούνται στις κατασκευές. Ο άνθρακας είναι επίσης μία από τις πρώτες ύλες που εμπλέκονται στην κατασκευή μετάλλου πυριτίου, που χρησιμοποιείται ευρέως στη μεταλλουργική βιομηχανία για την κατασκευή ηλιακών συλλεκτών, τσιπς στην ηλεκτρονική και στην αυτοκινητοβιομηχανία ως παράγοντας κράματος για την ενίσχυση του αλουμινίου.
Τι τύπος βράχου είναι ο άνθρακας;
Ο άνθρακας αποτελείται κυρίως από συσσωρεύσεις άνθρακα από οργανικό υλικό, συμπιεσμένο σε στρώματα. Αυτό το καθιστά ένα βιοχημικά παραγόμενο ιζηματογενές πέτρωμα, γνωστό ως οργανικό ιζηματογενές πέτρωμα. Πρόκειται για την ομάδα των ιζηματογενών πετρωμάτων που αποτελούνται από οργανικές πλούσιες σε άνθρακα κοιτάσματα που σχηματίζονται από την ταφή και την επακόλουθη αποσύνθεση του άλλοτε ζωντανού υλικού.
Άλλοι τύποι οργανικών ιζηματογενών πετρωμάτων περιλαμβάνουν την κιμωλία, τους διατομίτες, τους απολιθωμένους ασβεστόλιθους και ορισμένες μορφές δολομίτη.
