Источник: http://www.need.org/needpdf/infobook_activities/SecInfo/CoalS.pdf
Уголь является ископаемым топливом, созданным из остатков растений, которые жили и умерли около 100 до 400 миллионов лет назад, когда часть земли была покрыта огромными лесами и была заболочена. Уголь относится к категории не возобновляемых источников энергии, потому что чтобы сформироваться, углю потребуются миллионы лет.
Энергия, которую мы получаем от угля сегодня, исходит от энергии, которая поглощалась растениями от солнца миллионы лет назад. Все живые растения хранят солнечную энергию посредством процесса, известного как фотосинтез. Когда растения умирают, эта энергия, как правило, выпускается. Однако, в условиях, благоприятных для образования углей, процесс распада прерывается, предотвращая выпуск хранящейся солнечной энергии. Энергия оказывается запертой в угле.
Миллионы лет назад, мертвые растения падали в болотистые воды на протяжении многих лет, толстый слой отмерших растений лежал разлагающийся на дне болота.
Вес верхних слоев воды и грязи уплотнили нижние слои растений. Под высокой температурой и давлением, эти растения подверглись химическим и физическим изменениям, выталкивая кислород и оставляя богатые месторождения углеводородов. Что когда-то было растениями, то постепенно превратилось в уголь.
Угольные пласты толщиной от долей дюйма до сотни футов, может представлять сотни или тысячи лет роста растений. Один пласт в семь футов толщиной , например, Питтсбургский пласт, может представлять две тысячи лет роста растений. Один акр этого пласта содержит около 14 тысяч тонн угля.
Индейцы Северной Америки использовали уголь задолго до того, первые поселенцы прибыли в Новый Свет. Индейцев хопи, которые жили на территории нынешнего штата Аризона, использовали уголь для обжига керамики. Европейские поселенцы обнаружили уголь в Северной Америке в первой половине 1600-х годов. Сначала уголь они использовали очень мало. Вместо этого они полагались на водяные колеса и древесину в колониальной промышленности.
Уголь стал использовать в энергетических целях в 1800-х. Люди использовали уголь для выпуска товаров и для движения пароходов и железнодорожных двигателей. Во время американской гражданской войны, люди также использовали уголь, чтобы производить железо и сталь. И к концу 1800-х годов, люди даже использовали уголь для выработки электроэнергии.
Когда Америка вступила в 1900-е годы, угольная энергия стала основой для предприятий страны и отраслей. Уголь остался источником энергии номер один для Америки, пока спрос на нефтепродукты не толкнул нефть на рынок. Автомобилям необходим был бензин. Поезда перешли с угольных двигателей на дизельные двигатели . Даже дома, которые когда-то отапливались углем, перешли на нефтяные или газовые печи вместо этого.
Добыча угля достигла своей низшей точки в начале 1950-х. С 1973 года добыча угля возросла более чем на 95 процентов, достигнув рекордного уровня в 2008 году. В настоящее время на долю угля приходится 23% от общего числа потребностей страны в энергии, в основном для производства электроэнергии.
Есть два способа добычи угля: открытый и подземный. Открытый способ используется, когда угольный пласт находится относительно близко к поверхности, обычно в пределах 200 футов. Первый шаг при открытых горных работах заключается в снятии и сохранении почвы, находящейся над углем, - вскрышных пород. Рабочие используют различное оборудование, экскаваторы, бульдозеры, фронтальные погрузчики для добычи полезных ископаемых.
После завершения открытых горных работ, рабочие возвращают вскрышные породы, засевают его и удобряют. Эта, так называемая, мелиорации земель требуется по закону и помогает восстановить биологический баланс области и предотвратить эрозию. Земельный участок может быть использован для пахотных земель, мест обитания дикой природы, отдыха или в качестве объектов для коммерческой застройки.
Хотя лишь около трети угля страны может быть добыто открытыми горными работами, более двух третей всего угля в США добывается с помощью этого метода сегодня. Почему? Поверхностная добыча, как правило, гораздо дешевле, чем подземные горные работы. Благодаря новой технологии, производительность возросла более чем в три раза с 1973 года.
Подземная добыча используется, когда угольный пласт находится на несколько сотен футов ниже поверхности. Чтобы спуститься в шахту, рабочие и техники спускаются вертикальным или наклонным стволом. Шахтные стволы могут быть глубиной более 1000 метров.
Один из методов подземной разработки называется добыча с оставлением целиков. С помощью этого метода, большая часть угля должна быть оставлены для поддержки кровли шахты и боковых стен. Иногда до половины угля оставляется в целиках, чтобы избежать обрушений.
Более эффективным и безопасным подземным способом добычи, называют способ лавной добычи. При этом используется специальная машина, комбайн, которая позволяет извлекать уголь в управляемом режиме. Этот метод называется лавным, поскольку огромные площади угля до нескольких сотен футов в ширину могут быть удалены, а забой этой площади и есть лава.
После добычи уголь доставляется из-под земли и, обычно, поступает на обогатительную фабрику, которая расположена рядом. Фабрика очищает уголь, удаляет примеси пород, золы, серы, повышая теплоотдачу угля.
После этого уголь можно отправлять на рынок. Очень важно учитывать транспортировку угля при сравнении с другими источниками энергии, потому что иногда транспортировка угля может стоить дороже, чем добыча его.
Подземные трубопроводы могут легко перемещать нефть и природный газ на рынок. Для угля это невозможно. Огромные транспортные поезда используются для транспортировки угля на рынок.
Это дешевле, чем перевозка угля на речных баржах, но этот способ не всегда доступен. В идеале, топливные электростанции строятся вблизи угольных шахт, чтобы минимизировать транспортные расходы.
Уголь делится на четыре основных типа, в зависимости от количества настоящее углерода, кислорода и водорода. Чем выше содержание углерода, тем больше энергии уголь содержит.
Бурый уголь - низшего ранга угли, с теплотворной способности 4,000-8,300 британских тепловых единиц (БТЕ) за фунт. Бурый уголь рассыпчатый и имеет высокое содержание влаги. Большая часть бурого угля, добываемого в США происходит из Техаса. Бурый уголь в основном используется для производства электроэнергии. Он содержит 25-35 процентов углерода. Около семи процентов угля, добываемого в 2006 году бурого угля.
Полукаменные угли, как правило, содержат меньше теплотворная способность, чем каменный уголь (8,300-13,000 БТЕ за фунт) и больше влаги. Он содержит 35-45 процентов углерода. Сорок четыре процента угля, добытого в 2006 году в США был полукаменные.
Каменный уголь был сформирован из бурого угля посредством добавления тепла и давления на него. Он состоит из множества крошечных гладких, блестящих слоев. Это наиболее распространенный тип угля в США. Он имеет в два-три раза большую теплотворность, чем у бурого угля. Каменный уголь содержит 11,000-15,500 БТЕ за фунт. Каменный уголь используется для выработки электроэнергии и является важным топливом для тяжелой металлургии. Он содержит 45-86 процентов углерода. Почти половина добытого угля в 2006 году - каменный уголь.
Антрацит – создан под дополнительным давлением в сочетании с очень высокой температурой внутри Земли. Это уголь черного цвета с металлическим блеском из-за его глянцевой поверхности. Он находится в основном в 11 северо-восточных графств штата Пенсильвания. Как каменный уголь, антрацит является крупным производителем энергии, содержащих почти 15 000 британских тепловых единиц на фунт. Он содержит 86-97 процентов углерода. Менее одного процента угля, добытого в 2008 году антрацита.
Когда ученые оценивают, сколько угля, нефти, природного газа или других источников энергии в Соединенных Штатах, они используют термин запасы или запасы месторождения, которые могут быть собраны с использованием методов сегодняшних и технологии.
По оценкам экспертов, в Соединенных Штатах около 262 млрд. тонн извлекаемых запасов угля. Если США будет продолжать использовать уголь с такой же скоростью, как делают это сегодня, у них хватит угля более чем на 250 лет. Это огромное количество угля, делает США мировым лидером в области разведанные запасы угля.
Угольные месторождения могут быть найдены в 38 штатах. В Монтане большинство извлекаемых угольных запасов, примерно 75 млрд. тонн. Топ других штатов, имеющих запасы угля: Иллинойс, штат Вайоминг, Западная Вирджиния, Кентукки, Пенсильвании, Огайо, Колорадо, Техас и Нью-Мексико. Западные угли, как правило, содержит меньше серы, чем уголь восточный. Низкое содержание серы в углях приводит к меньшему загрязнению атмосферы.
Федеральное правительство на сегодняшний день является крупнейшим владельцем угольных пластов страны. На Западе, федеральное правительство владеет 60% угля и косвенно контролирует еще 20%. Угольные компании должны брать землю в аренду у федерального правительства для того, чтобы добыть этот уголь.
Где производится добыча в Соединенных Штатах? Хотя уголь добывается в 33 штатах, и больше угля добывается в западных штатах, чем в восточных, произошло заметное изменение по сравнению с прошлым годом, когда большинство угля пришли из Восточных подземных шахт.
Доля Запада была всего лишь пять процентов от общего объема производства в 1968 году. В 2008 году Запад достиг 58% от общего объема производства, а шахты восточнее реки Миссисипи - 42%.
Общий объем угля США был 1170 миллионов тонн в 2008 году, более чем 95-процентное увеличение с 1973 года. Ведущие угледобывающие штаты Вайоминг, Западная Вирджиния, Кентукки, Пенсильвании, и Монтана. Эти пять штатов добывают 73% угля в США Некоторая часть угля, добываемого в США, идет на экспорт в другие страны. В 2008 году зарубежные страны купили почти семь процентов всего добываемого угля в США на крупнейших зарубежных рынках угля США, Канаде, Бразилии и некоторых европейских странах.