Qu'est-ce que le charbon minéral?

La production d'électricité à partir du charbon peut être nocive pour l'environnement

Charbon minéral

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Le charbon minéral est un combustible fossile extrait de la terre par l'exploitation minière. Son origine provient de la décomposition de la matière organique (restes d'arbres et de plantes) accumulée sous une couche d'eau il y a des millions d'années. L'enfouissement de cette matière organique par des dépôts d'argile et de sable provoque une augmentation de la pression et de la température, ce qui contribue à la concentration des atomes de carbone et à l'expulsion des atomes d'oxygène et d'hydrogène (carbonification).

Le charbon minéral est subdivisé en fonction du pouvoir calorifique et de l'incidence des impuretés, étant considéré comme de faible qualité (lignite et sous-bitumineux) et de haute qualité (bitumineux ou charbon et anthracite). Selon la Commission géologique du Brésil, le charbon minéral peut être subdivisé en fonction de sa qualité, qui dépend de facteurs tels que la nature de la matière organique qui l'a formé, le climat et l'évolution géologique de la région.

Tourbe

L'extraction de la tourbe a lieu avant que la zone ne soit drainée, ce qui réduit son humidité. Il est souvent déposé à l'air libre pour perdre plus d'humidité.

Utilisations: il est découpé en blocs et utilisé comme combustible dans les fours, thermoélectriques, pour obtenir du gaz combustible, des cires, de la paraffine, de l'ammoniac et du goudron (produit dont sont issus les huiles et autres substances très utiles par l'industrie chimique)

Lignite

Il peut se produire de deux manières, comme un matériau brun ou noir, et porte des noms différents.

Utilisations: gazogènes obtenant du goudron, des cires, des phénols et des paraffines. Les cendres issues de la combustion peuvent être utilisées comme ciment pouzzolanique et céramique.

Charbon

Le charbon peut être subdivisé en deux types principaux: le charbon énergétique et le charbon métallurgique. Le premier, également appelé charbon vapeur, est considéré comme le plus pauvre et est utilisé directement dans les fours, principalement dans les centrales thermiques. Le charbon métallurgique, ou charbon à coke, est considéré comme noble. Le coke est un matériau poreux, léger et à lustre métallique, utilisé comme combustible en métallurgie (hauts fourneaux). Le charbon est également utilisé dans la production de goudron.

Anthracite

Il a une combustion lente, étant indiqué pour le chauffage domestique. Il est également utilisé dans les procédés de traitement de l'eau.

Composition et application du charbon minéral

Dans n'importe laquelle de ses phases, le charbon est composé d'une partie organique et d'une partie minérale. L'organique est formé de carbone et d'hydrogène et de petites proportions d'oxygène, de soufre et d'azote. Le minéral est constitué de silicates qui composent les cendres.

Parce qu'il est subdivisé en plusieurs types, les utilisations du charbon sont nombreuses. Le charbon minéral est principalement utilisé comme source d'énergie. Selon l' Agence internationale de l'énergie (AIE) , le charbon minéral est responsable de 40% de la production mondiale d'électricité. Le charbon minéral est également utilisé dans le secteur métallurgique.

Un autre type de charbon de bois trouvé dans la nature est végétal, qui est formé à partir de la carbonisation du bois de chauffage. Le charbon de bois est souvent utilisé dans les processus industriels, mais ce n'est pas une source importante pour la production d'électricité.

Incitations à la production d'électricité à partir du charbon

Bien que non renouvelable, il existe de fortes incitations à la production d'électricité à partir de charbon minéral. Les deux principaux arguments en faveur de la production d'énergie à partir de charbon minéral sont l'abondance des réserves, qui garantit la sécurité d'approvisionnement et le faible coût du minerai (par rapport aux autres combustibles fossiles) et le processus de production.

Selon les données de l'Agence nationale de l'énergie électrique (Aneel), les réserves mondiales de charbon minéral s'élèvent à 847,5 milliards de tonnes. Ce montant serait suffisant pour alimenter la production actuelle de charbon pendant une période d'environ 130 ans. Une autre incitation est que, contrairement au pétrole et au gaz naturel, les réserves de charbon minéral se trouvent en quantités importantes dans 75 pays - bien qu'environ 60% du volume total soit concentré aux États-Unis (28,6%), en Russie (18, 5%) et la Chine (13,5%). Le Brésil apparaît en 10e position.

Les plus grands producteurs de charbon du monde sont la Chine et les États-Unis, selon l' Association mondiale du charbon , suivis respectivement par l'Inde, l'Indonésie et l'Australie. De plus, la majeure partie de la matrice énergétique, tant en Chine qu'aux États-Unis, est basée sur la production d'énergie électrique à partir de charbon minéral, qui est également représentative dans la matrice énergétique d'autres pays, comme l'Allemagne, la Pologne, l'Australie et Afrique du Sud.

Cependant, malgré les avantages économiques, la production d'énergie électrique à partir du charbon est l'une des formes de production d'énergie les plus agressives d'un point de vue socio-environnemental. Des externalités négatives sont présentes tout au long du processus de production, à partir de l'extraction du charbon minéral.

Mine de charbon

L'extraction ou l'extraction du charbon peut être souterraine ou à l'air libre. Cela variera en fonction de la profondeur à laquelle se trouve le charbon.

Lorsque la couche qui recouvre le minerai est étroite ou que le sol ne convient pas (sable ou gravier), l'exploration a tendance à se faire à l'air libre. Si le minéral est en couches profondes, il est nécessaire de construire des tunnels.

Selon Aneel, l'exploitation à ciel ouvert est la forme prédominante d'extraction de minerai au Brésil, et également plus productive que l'exploitation souterraine. Cela ne correspond pas à la réalité internationale, dans laquelle prévaut l'exploitation minière souterraine, équivalente à 60% de l'extraction mondiale de charbon.

Le drainage acide de la mine et la production de résidus sont des impacts environnementaux négatifs communs aux deux types d'extraction.

Drainage minier acide (DAM)

Le drainage acide de la mine est réalisé au moyen de pompes, qui libèrent de l'eau sulfureuse dans l'environnement extérieur, produisant des changements minéralogiques (formation de nouveaux composés), chimiques (réduction du pH) et physiques (faible rétention d'eau et sol) dans le sol perméabilité), qui varient en fonction de la géologie du terrain.

Le drainage acide de la mine est considéré comme l'un des impacts les plus importants des processus miniers en général, selon un rapport du ministère des Sciences et de la Technologie.

En raison de ces changements dans le sol, la qualité des eaux souterraines est également compromise. Il peut y avoir une diminution du pH de l'eau, ce qui contribue à la solubilisation des métaux et à la contamination des eaux souterraines, ce qui, en cas d'ingestion, peut affecter la santé humaine.

L'atténuation des problèmes chimiques et physiques du sol causés par l'exploitation minière est la première étape de la récupération des zones touchées.

Impacts de l'exploitation à ciel ouvert

Les fouilles de grands volumes de sols rocheux génèrent des impacts environnementaux visibles sur la végétation et la couverture faunistique, étant responsables de la dégradation de vastes zones et de la pollution visuelle, sans parler de l'intensification des processus d'érosion. De plus, l'utilisation de machines et d'équipements génère également des nuisances sonores (bruit).

Impacts de l'exploitation minière souterraine

En ce qui concerne la santé des travailleurs, le principal problème est la pneumoconiose des charbonniers (PTC). Les pneumoconioses sont des maladies causées par l'inhalation de particules au-dessus de la capacité de clairance du système immunitaire. C'est l'exposition chronique à l'inhalation de poussières de charbon minéral, suivie de l'accumulation de poussières dans les poumons et de l'altération des tissus pulmonaires.

La PTC déclenche un processus inflammatoire et peut développer une fibrose progressive massive FMP, une maladie connue sous le nom de «poumon noir».

Selon le rapport du ministère de la Santé, plus de 2 000 cas de pneumoconiose sont diagnostiqués parmi les mineurs de charbon.

D'autres impacts liés à l'exploitation minière souterraine sont l'abaissement de la nappe phréatique, qui peut contribuer à l'extinction des sources, l'impact sur le réseau hydrologique de surface et les vibrations provoquées par les explosions.

Traitement du charbon

Selon l'Association brésilienne du charbon minéral, la valorisation est l'ensemble des processus auxquels le charbon minéral brut au fil de l'eau (ROM), obtenu directement de la mine, est soumis pour éliminer la matière organique et impuretés, visant à assurer leur qualité. Le traitement du charbon dépend de ses propriétés d'origine et de l'utilisation prévue.

Selon le rapport Aneel, le traitement génère des déchets solides qui sont normalement déposés dans la zone proche de l'exploitation minière et jetés directement dans les cours d'eau ou dans les barrages de résidus, créant de vastes zones couvertes par un matériau liquide. Les substances toxiques présentes dans les résidus sont diluées dans l'eau de pluie (lessivage) qui, sous forme de fluide, pénètre lentement dans le sol (percolation), contaminant les eaux souterraines.

Ces résidus contiennent généralement de grandes concentrations de pyrite (sulfure de fer - FeS2) ou d'autres matériaux sulfurés, qui contribuent à la génération d'acide sulfurique et à l'intensification du processus de «drainage minier acide».

Transport

Selon Aneel, le transport est l'activité la plus coûteuse dans le processus de production de charbon minéral. Pour cette raison, normalement, le charbon qui est transporté n'est que celui qui a une faible teneur en impuretés et une valeur économique plus élevée.

Lorsque l'utilisation prévue du charbon minéral est la production d'électricité, la centrale thermoélectrique est construite à proximité de la zone minière, comme c'est le cas avec les cinq centrales thermoélectriques au charbon opérant dans le pays.

D'un point de vue économique, il est plus avantageux d'investir dans des lignes de transport pour distribuer l'énergie électrique déjà produite que dans le transport du charbon sur de longues distances.

Pour les courtes distances, la méthode la plus efficace est l'utilisation d'un convoyeur. Des pipelines sont également utilisés, à travers lesquels le charbon, mélangé à de l'eau, est transporté sous forme de boue.

Production d'électricité grâce au charbon

Après avoir été extrait du sol, le charbon minéral est fragmenté et stocké dans des silos. Il est ensuite transporté vers une centrale thermique.

Selon Furnas, une centrale thermoélectrique est définie comme un ensemble d'ouvrages et d'équipements ayant pour fonction de générer de l'énergie électrique à travers un processus qui est classiquement divisé en trois étapes.

La première étape consiste à brûler le combustible fossile pour transformer l'eau de la chaudière en vapeur. Dans le cas du charbon minéral, avant le processus de combustion, il est transformé en poudre. Cela garantit la plus grande utilisation thermique du processus de cuisson.

La deuxième étape est l'utilisation de vapeur produite sous haute pression, pour faire tourner une turbine et démarrer un générateur électrique. Le passage de la vapeur à travers la turbine fait bouger la turbine et le générateur, qui est couplé à la turbine, transformant l'énergie mécanique en énergie électrique.

Le cycle est fermé dans la troisième et dernière étape, dans laquelle la vapeur est condensée et transférée à un circuit de réfrigération indépendant, revenant à l'état liquide, comme l'eau de chaudière.

L'énergie générée est transportée du générateur vers un transformateur via des câbles conducteurs. Le transformateur, à son tour, distribue l'électricité aux centres de consommation via des lignes de transmission.

Émissions

Lorsque le charbon est brûlé, les éléments qu'il contient sont volatilisés (s'évaporent) et émis dans l'atmosphère avec une partie de la matière inorganique qui est libérée sous forme de particules de poussière (cendres volantes).

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Le charbon minéral est un matériau à forte concentration de carbone. Ainsi, lorsque le charbon est brûlé, il émet de fortes concentrations de monoxyde de carbone.

Le monoxyde de carbone est un gaz toxique extrêmement nocif pour la santé humaine et qui peut, en cas d'intoxication aiguë, entraîner la mort. Selon la Société environnementale de l'État de São Paulo (Cetesb), la principale voie d'intoxication au monoxyde de carbone est respiratoire. Une fois inhalé, le gaz est rapidement absorbé par les poumons et se lie à l'hémoglobine, empêchant un transport efficace de l'oxygène. Par conséquent, une exposition prolongée au monoxyde de carbone est liée à l'augmentation de l'incidence des infarctus chez les personnes âgées.

De plus, une fois dans l'atmosphère, le monoxyde de carbone peut être oxydé en dioxyde de carbone.

Gaz carbonique

Le dioxyde de carbone peut être émis directement par la combustion du charbon et d'autres combustibles fossiles, ou il peut être formé dans l'atmosphère à partir de réactions chimiques, par exemple, de la réaction d'oxydation du monoxyde de carbone.

Le dioxyde de carbone est considéré comme l'un des principaux gaz dans le processus d'intensification de l'effet de serre, associé à un réchauffement climatique accru. Et c'est aussi l'un des principaux types de gaz émis par la combustion du charbon.

Il est important de noter que la combustion est la phase de la chaîne de production du charbon dans laquelle il y a la plus grande émission de dioxyde de carbone, mais les phases de stockage et de stockage des résidus contribuent également aux émissions totales. Cependant, selon le rapport du ministère des Sciences et de la Technologie, la méconnaissance de la durée de stockage du minerai dans chaque cas est un facteur limitant pour le calcul des émissions totales.

Soufre

Selon le rapport de la Société brésilienne de planification de l'énergie, parmi toutes les émissions des centrales électriques au charbon, celle qui est la plus préoccupante est l'émission de soufre. Lors de sa combustion, le soufre forme une série de composés gazeux qui sont rejetés dans l'atmosphère s'il n'y a pas d'équipement pour sa capture. Parmi ceux-ci, le dioxyde de soufre (SO2) se démarque.

Le dioxyde de soufre (SO2) subit une oxydation dans l'atmosphère et forme du trioxyde de soufre (SO3) qui, à son tour, lorsqu'il est lié à l'eau de pluie (H2O), formera de l'acide sulfurique (H2SO4), donnant lieu à des pluies acides .

Les pluies acides ont des impacts directs sur la vie végétale et animale, en particulier aquatique. Dans les légumes, cela entraîne des changements de pigmentation et de formation et une nécrose. Chez les animaux, il provoque la mort d'organismes, tels que les poissons et les grenouilles. Les pluies acides causent également des dommages aux biens matériels, car elles favorisent les processus corrosifs.

Selon le ministère de l'Environnement, les impacts du dioxyde de soufre sur la santé humaine peuvent être liés à l'augmentation de l'incidence des problèmes respiratoires en général et de l'asthme, ce qui est indiqué par l'augmentation des admissions à l'hôpital.

Méthane

Le charbon minéral a une teneur élevée en méthane (CH4). La combustion du charbon minéral libère du méthane dans l'atmosphère, qui peut être associé à la vapeur d'eau et au dioxyde de carbone et est considéré comme l'un des principaux gaz à effet de serre.

Le méthane est formé à partir du processus de décomposition de la matière organique. Pour cette raison, son apparition est associée aux combustibles fossiles.

Il est important de noter que, malgré le processus de combustion du charbon minéral libérant des quantités importantes de méthane dans l'atmosphère, les émissions de méthane dans le processus de production du charbon minéral se produisent depuis l'extraction du minerai, en particulier dans les mines souterraines et dans le stockage des matériaux post-miniers, comme on peut le voir dans le rapport du ministère de la Science et de la Technologie

Oxydes d'azote (NOx)

Le charbon minéral a également une forte concentration d'azote. Par conséquent, la combustion du charbon émet des oxydes d'azote dans l'atmosphère. Les gaz de combustion sont généralement constitués principalement d'oxyde d'azote. Lorsqu'il entre dans l'atmosphère, il est rapidement oxydé en dioxyde d'azote.

Le dioxyde d'azote, lorsqu'il est lié à l'eau de pluie (H2O), produit de l'acide nitrique (HNO3) qui, comme l'acide sulfurique (H2SO4), provoque également des pluies acides.

De plus, de fortes concentrations de NO2 influencent la formation d'ozone troposphérique et les processus de smog photochimique.

Particules (MP)

Selon Cetesb, les particules sont toutes des matières solides et liquides qui restent en suspension dans l'atmosphère en raison de sa petite taille. Des particules se forment également dans l'atmosphère à partir du dioxyde de soufre (SO2) et des oxydes d'azote (NOx) susmentionnés

La taille des particules est directement liée au potentiel de causer des problèmes de santé.

Mercure

En plus des gaz déjà mentionnés, le charbon minéral contient également des quantités importantes de mercure qui, par la combustion du minerai, se volatilise dans l'atmosphère.

Selon l' EPA - Environmental Protection Agency, les centrales électriques au charbon sont la plus grande source anthropique d'émissions de mercure.

Le mercure volatil présent dans l'atmosphère est incorporé au cycle de la pluie, atteignant les organismes aquatiques et entraînant une contamination de l'environnement et des dommages à la vie aquatique. La contamination par le mercure est également un problème de santé publique, car la consommation d'organismes aquatiques contaminés par le mercure peut entraîner une intoxication aiguë et, dans certains cas, entraîner la mort.


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