Kivihiili

Wikipedia

Kivihiiltä

Kivihiili on eloperäinen, kiteytymätön, pääasiassa hiiltä, happea ja vetyä sisältävä kivilaji. Sen merkitys historiallisesti ja nykyisin polttoaineena on niin huomattava, että hyvin usein sanalla hiili viitataan nimenomaan kivihiileen.

Sisällysluettelo

1 Koostumus ja ominaisuudet
2 Synty
3 Ympäristöhaitat
4 Käyttö
5 Merkittävimmät esiintymisalueet
6 Lähteet
7 Aiheesta muualla

[muokkaa] Koostumus ja ominaisuudet

Pääasiassa kivihiili sisältää hiiltä, happea ja vetyä, vähemmissä määrin rikkiä ja typpeä. Kivihiilessä on myös pienempiä määriä epäorgaanisia yhdisteitä, jotka poltettaessa muodostavat tuhkaa. Eräät hiililajit sulavat kuumennettaessa ja luovuttavat tervaa, nesteitä ja kaasuja jättäen jäljelle koksia.

Hiilen sisältämät yhdisteet ovat moninaisia, eikä niistä voida antaa lyhyttä, kattavaa kuvausta. Merkittäviä kivihiilen yhdisteitä ovat bentseenirenkaat ja niiden johdannaiset, joissa vety, happi, typpi ja rikki ovat kiinnittyneinä hiiliatomien muodostamaan rankaan. Typpi esiintyy kivihiilessä orgaanisina molekyyleinä. Rikkiä on myös epäorgaanisissa yhdisteissä, pääasiassa rautapyriittinä (FeS₂). Typpipitoisuus on yleensä kaikkiaan n. 0-10 %, rikkipitoisuus samoin.

Mineraaliaines hiilessä koostuu tyypillisesti kaoliniitista, savesta, pyriitistä, kalsiitista ym. ja sisältää näin ollen piioksideja, alumiinia, rautaa ja kalsiumia. Myös muita alkuaineita esiintyy vähäisiä määriä. Mineraailaines on kivihiilessä yleensä kerroksina ja juonteina hiilipitoisemman materiaalin välissä.

Kivihiilen hiilipitoisuus vaihtelee sen mukaan, kuinka vanhaa se on. Vanhimmat kerrostumat ovat antrasiittia, joka sisältää lähes puhdasta hiiltä. Varsinainen kivihiili on hiilipitoisuudeltaan antrasiittia pienempää. Ruskohiili on nuorinta kivihiiltä ja siinä hiilipitoisuus on alhaisin. Ruskohiiltä on kaikista maailman hiilivaroista noin puolet.

[muokkaa] Synty

Kivihiiltä syntyi hapettomissa oloissa kovan paineen alaisena tulvien ja niiden tuomien lietteiden alle joutuneista rehevistä kortepuu-, lieko- ja saniaismetsistä pääasiassa kivihiilikaudella vallinneella lämpökaudella 350 miljoonaa vuotta sitten. Syntyprosessiin liittyy yleensä kosteikkojen pohjassa esiintynyt anaerobinen mikrobitoiminta, jonka seurauksena kosteuden osuus materiaalissa ajanoloon väheni ja hiilen pitoisuus kasvoi. Syntyprosessin päävaiheet voi kuvata seuraavasti:

Biomassa → Turve → Ruskohiili → Bitumipitoinen hiili → Antrasiitti

Prosessin jokaista vaihetta esiintyy maailmassa nykyhetkelläkin. Mitä pidemmälle se on edennyt, sitä enemmän hiili on kovettunut ja tiivistynyt. Polttoainekäytössä hiilen laadun katsotaan olevan sitä korkeampi, mitä edempänä prosessi on.

[muokkaa] Ympäristöhaitat

Kivihiilen palamistuotteista suurin osa on hiilidioksidia, joka on merkittävin ilmastonmuutokseen vaikuttava kasvihuonekaasu. Lisäksi syntyy vedystä vettä ja rikistä rikkidioksidia. Rikkidioksidi reagoi herkästi veden kanssa muodostaen rikkihapoketta: SO₂ + H₂0 => H₂SO₃. Se taas voi ilmassa helposti hapettua rikkihapoksi H₂SO₄. Ilmakehästä happo laskeutuu maahan kuivana laskeumana tai veden mukana nk. happosateena ja aiheuttaa vesistöjen ja maaperän happamoitumista.

Teollisen mittakaavan voimalaitoksiin, joissa suurin osa kivihiilestä poltetaan, kannattaa rakentaa savukaasupuhdistimia, joilla rikkipäästöt saadaan vähennettyä alle viiteen prosenttiin puhdistamattoomaan tilanteeseen verrattuna.

[muokkaa] Käyttö


Polttoaineet
Fysikaalisia perusteita
Aurinko · Auringon säteily Fotosynteesi · Kasvi · Biomassa humifikaatio · Fossiloituminen Palaminen
Fossiiliset polttoaineet
Kivihiili · Maakaasu · Maaöljy Bensiini · Diesel · Polttoöljy · Turve
Biopolttoaineet
Bioetanoli · Biodiesel · Biokaasu · Puupelletti · Puupolttoaine · Puukaasu
Muita käsitteitä
Energiakasvi · Epätavanomainen öljy · Ydinpolttoaine
malline: näytä • keskustele • muokkaa

Koksia

Kivihiili on ensimmäinen fossiilinen polttoaine, jota ihminen hyödynsi. 1700-luvun lopulla Englannissa kivihiili mahdollisti teollisen vallankumouksen. Kivihiilen myötä syntyi teollisuusalueita Englannin keskiosiin, Ruhrin alueelle ja Belgiaan, mikä levisi myös muualle Eurooppaan.

Historiallisesti hiiltä on teollisuuslaitosten ulkopuolella käytetty merkittävästi liikennepolttoaineena laivoissa ja höyryvetureissa. Nykyisin hiiltä poltetaan sähköä tuottavissa lämpövoimaloissa ja sitä käytetään myös muun muassa kemianteollisuuden raaka-aineena, missä siitä valmistetaan kemikaaleja, synteettistä kumia sekä lääkkeitä. Hiiltä käytetään myös teräksen valmistuksessa. Suomessa käytetään paljon puolalaisia ja venäläisiä hiililaatuja.

Koksi on kivihiilestä kuivatislaamalla valmistettu polttoaine. Koksi valmistetaan hiilestä kuumentamalla, jolloin kaasuuntuvat ja nesteytyvät aineet poistuvat siitä. Koksiin jää alkuaine hiili ja tuhkaa muodostavat kiinteät aineet.

Energian kokonaistuotannosta hiilen osuus on noin neljännes. Nykykulutuksella tunnettujen kivihiilivarojen on arvioitu riittävän 200 vuotta.^[1]