В эпоху стремительного технологического развития мы уже привыкли к наличию различных новых источников энергии. Солнечные панели стоят на крышах, ветряные турбины вращаются на полях, а градирни атомных электростанций выпускают белый пар. Однако при этом остается и «старожил» все еще обеспечивающий постоянный поток энергии для человеческой цивилизации – это уголь.
Несмотря на наши усилия по переходу на более чистую энергетику, уголь остается важной частью мировой энергетической системы. Добыча угля в 2022 году достигла рекордных 8,1 млрд тонн, что, по данным Международного энергетического агентства (МЭА), на 1,2% больше по сравнению с 2021 годом.
Самое большое угольное месторождение в мире — Аппалачское угольное месторождение, расположенное на востоке Соединенных Штатов и охватывающее девять штатов, включая Пенсильванию, Западную Вирджинию и Кентукки, с площадью около 180 000 квадратных километров.
Это огромное угольное месторождение простирается с северо-востока на юго-запад, имеет длину более 1200 километров и ширину от 50 до 300 километров. Что еще более удивительно, так это то, что расчетная глубина самой мощной части этого угольного месторождения составляет около 1800 метров. Запасы угольного месторождения Аппалачей также ошеломляют. По данным Геологической службы США (USGS), это угольное месторождение содержит более 316,8 миллиардов тонн угля, что составляет 9% от общих ресурсов Соединенных Штатов.
Ежегодное мировое потребление угля составляет около 8,1 миллиарда тонн. Другими словами, даже если мир будет полагаться только на запасы угольного месторождения Аппалачей, этого может хватить на 37 лет!
Историю освоения этого «черного сокровища» можно проследить с середины 18 века. В 1750 году кузнец из Пенсильвании впервые обнаружил здесь запасы угля. С тех пор данное месторождение обеспечивает человечество энергией уже почти 300 лет. Несмотря на это, оно по-прежнему обеспечивает Соединенные Штаты примерно 330 миллионами тонн угля, что составляет около половины всей добычи угля в Соединенных Штатах.
Как же образовалось такое большое угольное месторождение? Может, это доисторическая цивилизация похоронить под землей огромный угольный склад? Хотя эта идея очень креативна, объяснение, данное геологами, может удивить вас еще больше: это огромное угольное месторождение на самом деле было в древние времена образовано растениями!
Давайте возьмем машину времени и вернемся в каменноугольный период, который был более 300 миллионов лет назад. В то время Земля была не такой, как сейчас. Содержание углекислого газа в атмосфере достигало 1500 частей на миллион, что почти в четыре раза больше, чем сейчас. Климат был теплым и влажным, а содержание кислорода в воздухе достигало 35%, что намного выше нынешних 21%. В этой среде растения буйно росли, образуя огромные леса и болота.
Представьте себе, что вы стоите в каменноугольном лесу, окруженные гигантскими чешуйчатыми деревьями высотой 30 метров, с толстыми стволами до 2 метров в диаметре. Земля покрыта гигантскими многоножками длиной до 20 метров, а над головой летают гигантские стрекозы, достигающие 75см в размере.
Растения росли, умирали и были погребены в болоте. Поскольку микроорганизмы в то время еще не развили способность расщеплять лигнин, остатки растений не разлагались полностью, а медленно накапливались. Со временем эти растительные остатки покрывались все более толстыми осадками и постепенно погружались в землю. В условиях высокой температуры, давления и недостатка кислорода они претерпели ряд сложных физических и химических изменений, которые со временем трансформировались в уголь, который мы используем сегодня. Этот процесс длился миллионы лет.
Интересно, что по оценкам ученых, для образования 1 метра угля потребуется около 20 метров исходного растительного материала. Другими словами, если вы видите кусок угля толщиной 1 метр, для его происхождения ушло 20 метров леса! Когда вы держите в руке кусок угля, вы на самом деле прикасаетесь к деревьям и папоротникам, которым 300 миллионов лет. Разве это не потрясающе?
Получается, что для формирования пласта угля толщиной в 1 км было необходимо 20 километров леса? Вы серьезно верите, что так и было?
Угольные месторождения Аппалачей: «черный двигатель» американской промышленности
Угольное месторождение Аппалачей — это не только огромное месторождение угля, но и важная движущая сила развития американской промышленности. Качество угля здесь весьма хорошее. В основном это битуминозный уголь и антрацит с высокой теплотворной способностью и низким содержанием примесей. Данный уголь является идеальным сырьем для производства электроэнергии и производства стали.
Именно по этой причине основные предприятия сталелитейной, энергетической и химической промышленность США сосредоточены вокруг угольных месторождений Питтсбурга, известного как «Стальной город», расположенного к северу от угольных месторождений Аппалачей.
В конце 19 — начале 20 веков сталь, производимая в Питтсбурге, составляла более половины общего объема производства США и внесла огромный вклад в индустриализацию США.
Что еще более удивительно, так это то, что условия добычи угля на угольных месторождениях Аппалачей чрезвычайно благоприятны. Большинство угольных пластов расположены относительно близко к земле. Минимальная глубина расположения угля составляет всего 1,7 метра, а самое глубокое расположение угольных пластов — всего около 100 метров. Это означает, что затраты на добычу полезных ископаемых значительно снижаются, а эффективность добычи угля значительно повышается. Для сравнения, средняя глубина угольных шахт Китая превысила 600 метров, а в некоторые шахты достигают глубины более 1500 метров.
Кроме того, содержание газа в этом угольном месторождении чрезвычайно низкое, намного ниже среднего стандарта в 7,85 кубических метров на тонну, что значительно снижает риски безопасности при добыче полезных ископаемых.
Однако добыча угля также принесла в регион серьезные экологические проблемы, а распространенным методом добычи угля открытым способом являются взрывы вершин гор для получения прямого доступа к угольным пластам. Хотя этот метод очень эффективен, он нанес огромный ущерб экологии. С 1970-х годов в Аппалачах были «сровнены» более 500 вершин.
Кроме того, серьезной проблемой является дренаж кислоты из угольных шахт в окружающую среду. Когда сульфиды в угольных шахтах вступают в контакт с воздухом и водой, образуется серная кислота, которая может загрязнять окружающие реки и грунтовые воды.
По данным Агентства по охране окружающей среды США (EPA), более 12 000 километров рек в Аппалачах пострадали от кислоты из угольных шахт.
«Угольное королевство» Китая: бассейн Ордоса
Угольные месторождения мирового класса есть и в Китае. Самым известным из них является месторождение Шэньфу Дуншэн.
Угольное месторождение Шэньфу Дуншэн относится к бассейну Ордос, который расположен на стыке Внутренней Монголии, Шэньси, Ганьсу, Шаньси и Нинся и занимает площадь 370 000 квадратных километров, что больше, чем Аппалачское угольное месторождение. Данный бассейн содержит богатые запасы угля. По оценкам Китайской геологической службы, общие запасы угля здесь достигают 6,4 триллиона тонн.
Запасы угля в бассейне Ордоса не только огромны по количеству, но и превосходны по качеству. Уголь здесь представлен в основном высококачественным антипригарным и длиннопламенным уголем, обладающим высокой теплотворной способностью, низким содержанием золы и серы. Он очень подходит для энергетики и химической промышленности. В частности, уголь из горнодобывающего района Шэндун известен как «лучший уголь в Китае». Если запасы угля в бассейне Ордос преобразовать в электроэнергию, получится около 20 триллионов киловатт-часов электроэнергии. Если предположить, что одно домохозяйство потребляет 10 киловатт-часов электроэнергии в день, ресурсы этого бассейна могут обеспечить 5,4 миллиарда домохозяйств в течение одного года. Согласно годовому уровню использования угля в Китае, составляющему 4 миллиарда тонн, только бассейн Ордос может обеспечить Китай угольными ресурсами около 54 лет на 100%!
Освоение бассейна Ордос началось в 1950-х годах, но настоящее масштабное освоение началось в начале XXI века. В 2002 году компания Shenhua Group (ныне China Energy Group) создала здесь крупнейшую в мире угольную базу — Восточную угольную базу Shenhua Group. Эта база ежегодно производит более 300 миллионов тонн угля, что эквивалентно годовой добыче всей Германии. Однако развитие бассейна Ордос также сталкивается с серьезными экологическими проблемами.
Изначально этот район славился засухой и небольшим количеством осадков. Крупномасштабная добыча угля усугубила проблемы нехватки воды и опустынивания земель. По статистике, уровень грунтовых вод в городе Ордос снижается со скоростью 1-3 метра в год, а в некоторых местах даже произошло проседание грунта. Кроме того, добыча угля также приводит к большому количеству выбросов парниковых газов. По данным Международного энергетического агентства, на добычу и использование угля в Китае приходится около 70% выбросов углекислого газа в стране.
Мы должны понимать, что уголь – это невозобновляемый ресурс и его невозможно восстановить после добычи. Более того, добыча и использование угля также создает серьезные экологические проблемы, такие как загрязнение воздуха, воды и выбросы парниковых газов. Поэтому актуальным вопросом является рациональное использование угольных ресурсов.
