Στερεές Ορυκτές Καύσιμες Ύλες

Κοιτασματολογία(υλικό παρουσίασης από τις σημειώσεις)

Ηλίας Χατζηθεοδωρίδης

Ενεργειακές Πρώτες Ύλες

Παραδοσιακά συμβατικά καύσιμα (γαιάνθρακες, πετρέλαιο, υγραέριο)

Εναλλακτικές πηγές ενέργειας› Γεωθερμία› Πυρηνική ενέργεια› Ενέργεια από τον Ήλιο› Ενέργεια από τα κύματα και τον άνεμο› Ενέργεια από υδατοπτώσεις / φράγματα› Ενέργεια από Βιομάζα

Πηγές παραγωγής ενέργειας και ποσοστιαία κατανομή

Ενεργειακές πηγές

Πίνακας μονάδων μέτρησης ενέργειας

Ελληνικά αποθέματα λιγνίτη

Η ύλη των ορυκτών ανθράκων

Στερεά καύσιμη ύλη απολιθωμένων οργανικών ιζημάτων

Κυρίως φυτικής προέλευσης που συσσωρεύτηκαν

Υπόκεινται στις διεργασίες ενανθράκωσης με αύξηση της περιεκτικότητας του άνθρακα

Συμβαίνει σήμερα, στα πρώτα στάδιά της, και στον γεωλογικό χρόνο στα επόμενα στάδια.

Στάδια μετατροπής της φυτικής ύλης

Φυτική ύλη Τύρφη› Αρχικά συσσώρευση› Έπειτα, βιοχημική αποσύνθεση με δράση

μικροοργανισμών Απομάκρυνση πτητικών και

συμπύκνωση ύλης: δυναμοχημικό στάδιο (χωρίς την δράση βακτηριδίων)

Διαφορετικά στάδια με αύξηση του άνθρακα και μείωση των πτητικών

Στοιχειακή σύσταση λιθανθράκων

Χημική σύσταση ορυκτών ανθράκων

Οργανική ύλη› Κυτταρίνη: από τα μέρη του ξύλου των φυτών› Λιγνίνη: σημαντικό συστατικό των γαιανθράκων, σε αυτήν

οφείλεται η σκλήρυνση της κυτταρίνης των ξύλων› Χουμικά: προϊόν μεταβολής φυτικών υλών, διαλυτές σε βασικούς

διαλύτες, σαν οξέα και άλατα Φουλβικά οξέα Χουμικά οξέα Χουμίνη

› Βιτούμινα και φορείς τους: πολυμοριακές ενώσεις υδρογονανθράκων, συχνά περιέχουν μικροοργανισμούς, σχηματισμός στο πρώτο στάδιο της τυρφογένεσης από έλαια, ρητίνες και λίπη, προέρχονται από σπόρους φυτών και γύρι, στα φύκια κτλ.

› Άλλες οργανικές ύλες: πρωτεΐνες, αζωτούχες ενώσεις (π.χ. χλωροφύλλη), σάκχαρα, άμυλο, λευκώματα, έλαια, κηροί, ρητίνες, τανίνες, διάφορα αέρια.

ΞύλοC% (O + N) % H %

50 44 6

Υπολείμματα τροπικού δάσους

ΤύρφηC% (O + N) % H %

55 - 64 39 - 35 5 - 7

Λιμνούλα έλους όπου σχηματίζεται τύρφη-φαίνονται ψάρια Killifish

Τύρφη

Ελώδης – τελματικός σχηματισμός Χαλαρό, καύσιμο ίζημα Αναγωγικές συνθήκες Παρουσία βακτηριδίων Ιδιαίτερα νέας ηλικίας (συμβαίνει και

σήμερα) Αυξάνεται η θερμαντική ικανότητα

μετά από μείωση του νερού με πίεση

ΛιγνίτηςC% (O + N) % H %

60 - 75 34 - 17 4 - 8

Λιγνίτης

Πρώτα στάδια ενανθράκωσης Διαγενετικές διαδικασίες Θερμαντική ικανότητα 1800-7000Kcal-Kg Διακρίνονται σε:

› Μαλακοί λιγνίτες: γεώδης, καστανού έως υποκίτρινου χρώματος, συνεκτικοί, με σχιστότητα, φυτικά υπολείμματα ακόμη ευδιάκριτα

› Σκληροί λιγνίτες Λαμπεροί: γυαλιστερό χρώμα Αλαμπείς: θαμποί, σκούροι καστανοί, σπάνια φυτικά υπολείμματα

Άλλη διάκριση:› Ξυλίτης: με φυτικά υπολείμματα› Πισσάνθρακας: λεπτομερή ξυλιτικά υπολείμματα έντονα οξειδωμένα,

με πολλά βιτουμενιούχα συστατικά› Γαγάτης (Γαγαία, πόλη της Λυκίας, Ν. Μικρά Ασία): επιδέχεται

επεξεργασία για κατασκευή κομψοτεχνημάτων, ευδιάκριτος ξυλώδης ιστός

ΛιθάνθρακαςC% (O + N) % H %

76 - 90 19 - 4 4 - 6

Λιθάνθρακας

Λαμπερός ώριμος γαιάνθρακας Συμπαγής με λεπτές στρώσεις Υποκατηγορίες με αυξανόμενο στάδιο

ενανθράκωσης:› Φλογάνθρακες› Αεριοφλογάνθρακες› Αεριάνθρακες› Λιπαροί άνθρακες› Ισχνοί άνθρακες› Βιτουμενιούχους άνθρακες με πτητικά συστατικά› Ημιανθρακίτης

ΑνθρακίτηςC% (O + N) % H %

91 - 98 3 - 1 1 - 3

Ανθρακίτης

Πολύτιμος ορυκτός άνθρακας λόγω της αυξημένης θερμαντικής του ικανότητας

Ο τελευταίος στην κατηγορία των γαιανθράκων που χρησιμοποιείται σαν καύσιμη ύλη (μετά είναι ο γραφίτης και το διαμάντι που δεν καίγονται)

Θερμαντική ικανότητα από 8000-9000Kcal/Kg

ΓραφίτηςC% (O + N) % H %

98 - 100 0 0

Σύγκριση λιθανθράκων

Τύρφη

Λιγνίτης

Λιθάνθρακας

Ανθρακίτης

Γραφίτης

Διάκριση τύρφης - λιγνίτη

Όχι σαφή όρια μακροσκοπικά Με περιεκτικότητα σε υγρασία Ύπαρξη κυτταρίνης στην τύρφη αλλά

όχι στον λιγνίτη Η τύρφη κόβεται εύκολα με το χέρι

Διάκριση λιγνίτη - λιθάνθρακα

Εύκολη και μακροσκοπικά Χρώμα, χρώμα γραμμής σκόνης Εργαστηριακά με την αντίδραση με

διάλυμα KOH (Kobel): αντιδρά με την λιγνίνη του λιγνίτη (δεν υπάρχει στον λιθάνθρακα) και δίνει μαύρο διήθημα

Με την αντίδραση με HNO2 (1:9 στο διάλυμα), ομοίως με την λιγνίνη του λιγνίτη και δίνει ερυθρωπό διήθημα

Εκμετάλλευση του λιγνίτη

Φωτογραφίες από Πτολεμαΐδα-Αμύνταιο

Εκμετάλλευση του λιγνίτη

Φωτογραφίες από Πτολεμαΐδα-Αμύνταιο

Εκμετάλλευση του λιγνίτη

Φωτογραφίες από Πτολεμαΐδα-Αμύνταιο

Ορυκτά και Ταξινόμηση οργανικών υλικών γαιανθράκων

Ορυκτά των γαιανθράκων

Οργανικά ορυκτά: Macerals Διακρίνονται:

› Χημική σύσταση› Δομή› Οπτικές ιδιότητες

Κατατάσσονται:› Ομάδα λιπτινιτών (εξινιτών)› Ομάδα χουμινιτών και βιτρινιτών› Ομάδα ινερτινιτών

Ομάδα Λιπτινιτών (Liptinites)

Προέρχονται από:› Σπόρους› Γύρη› Ρητίνες› Φύκη› επιδερμίδες φύλλων› αιθέρια έλαια› Φλοιούς› βιτούμινα

Παλαιότερη ονομασία: Εξινίτες› Από τεμάχη ανώτερης επιδερμίδας σπόρων και

γύρεως.

Λιπτινίτες

Σπορινίτες – από σπόρους και γύρη Αλγινίτες – από άλγη γλυκών νερών

Κουτινίτες – από φύλλα Ρεσινίτες – από ρητίνες, λίπη και έλαια

Χουμινίτες και Βιτρινίτες

Ομοιογενή υπολείμματα φυτών› Ξύλο κορμών, Κλαδιά δέντρων, Ρίζες› Κυτταρίνη, λιγνίνη, τανίνη

Χουμινίτες: διαφοροποίηση φυτικής ύλης μέχρι το στάδιο καστανών οργανικών ανθράκων

Βιτρινίτες: προχωρημένο στάδιο ενανθράκωσης

Στάδια εξέλιξης χουμινιτών και βιτρινιτών

Τυρφογένεση και ενανθράκωση: › διατήρηση φυτικών υφών› Χημική ανασύσταση χουμικά οξέα και

άλατα› Συμπύκνωση και πολυμερισμός

πολύπλοκα μακρομόρια χουμίνης› Πυκνή ομοιογενής μάζα οργανικών

ορυκτών μεγάλης ανακλαστικότητας

Βιτρινίτες

Τελοκολλινίτης Τεχτινίτης

Δεσμοκολλινίτης

Διατήρηση φυτικής υφής, π.χ. κυτταρική δομή

Ινερτινίτες

Προέρχονται από οξείδωση (φουστινοποίηση) των προηγούμενων ομάδων› Μετά από πυρκαγιές δασών› Μετά από εκτεταμένη αποσάθρωση τύρφης με

ατμοσφαιρική επίδραση› Σαν αποτέλεσμα μυκητίωσης

Χάνουν το υδρογόνο και το οξυγόνο (αλιφατικός χαρακτήρας) και εμπλουτίζονται σε άνθρακα (δημιουργία αρωματικών ενώσεων)

Ινερτινίτες

Φουσινίτης Ημιφουσινίτης

Σκληροτινίτης Μακρινίτης (φωτεινό, κυκλικό υλικό)

Οργανική πετρογραφία

Μελέτη με πετρογραφικό μικροσκόπιο, ανακλώμενο ή διερχόμενο, με λευκό πολωμένο φώς ή με υπέρυθρες› Ανακλώμενο φως

Ανακλαστικότητα Μορφή και ιστός Χρώμα Ανισοτροπία Εσωτερικές ανακλάσεις

› Διερχόμενο φως Μορφή και ιστός Απορροφητικότητα (χρώμα) Φθορισμός Σκληρότητα / δημιουργία ανάγλυφου

Ταξινόμηση κατά «Τύπο» και «παραλλαγή»

Τύπος› Από συγκεκριμένες ευδιάκριτες

ιστολογικές και γενετικές διαφορές Παραλλαγή

› Διάκριση από τον διατηρημένο φυτικό ιστό ή όργανο

Για δυσδιάκριτες διαφορές χρησιμοποιείται το πρόθεμα «κρύπτο-»

Λιθότυπος

Ταξινόμηση σε δύο μεγάλες ομάδες από μακροσκοπικά και μικροσκοπικά χαρακτηριστικά:› Λιθότυπος χουμικών οργανικών ορυκτών› Λιθότυπος σαπροπηλιτικών οργανικών

ανθράκων Τα ονόματα καταλήγουν στο «-ain»,

π.χ. Fusain

Ενανθράκωση / ΩρίμανσηΜετατροπή φυτικής ύλης σε

λιθάνθρακες

Διεργασία ενανθράκωσης

Συσσώρευση/εναπόθεση φυτικού υλικού σε λεκάνες απόθεσης

Φυσικές και χημικές διεργασίες› Βιοχημικό στάδιο: με μικροοργανισμούς γίνεται

μετατροπή σε τύρφη› Γεωχημικό στάδιο: χωρίς μικροοργανισμούς γίνεται

μετατροπή σε λιγνίτη, λιθάνθρακα, κτλ. Μετατροπές κατά την ενανθράκωση

› Μείωση υγρασίας και πτητικών, καθώς και όγκου των πόρων

› Αύξηση θερμαντικής ικανότητας, ανακλαστικότητας του βιτρινίτη, αύξηση της περιεκτικότητας σε άνθρακα

Παράγοντες ενανθράκωσης

Γεωλογικός χρόνος› γαιάνθρακες του Λιθανθρακοφόρου είναι πιο ώριμοι από

ατούς του Τριτογενούς (νεώτερο) Βάθος

› Κανόνας του HILΤ: μείωση σε πτητικά (1-2% για κάθε 100μέτρα βάθους)

› Διαπίστωση του SCHUERMANN: μείωση του νερού κατά 1% ανά 100μέτρα βάθους

› Κεκλιμένοι λιγνιτοφόροι ορίζοντες παρουσιάζουν διαφορετικό βαθμό ωρίμανσης

Πίεση› Από τεκτονικά φαινόμενα εκτός από το βάθος

Θερμοκρασία› Σε επαφή με ηφαιστειότητα

Αέρια στους ορυκτούς άνθρακες

Μεθάνιο, αιθάνιο, προπάνιο, CO2, Co, N, He. Περιεκτικότητα αυξάνει με ενανθράκωση, όγκος

20-30 φορές ο όγκος του ορυκτού άνθρακα Σχηματισμός και παραμονή επιτόπου Πιθανότητα εισόδου από το περιβάλλον Σπουδαιότερα το μεθάνιο και το CO2, σπανιότερα

αιθάνιο και βαρείς υδρογονάνθρακες He πολλαπλάσιο της περιεκτικότητας της

ατμόσφαιρας, π.χ. Ruhr Βελγίου με 70cm3 He/τόνο Το CO2 συνήθως είναι από μετανάστευση από

αλλού (π.χ. από ηφαίστεια με μεταφορά μέσω ρηγμάτων)

Κίνδυνοι κατά την εξόρυξη

Τα αέρια μπορούν να προκαλέσουν ασφυξία και εκρήξεις: κίνδυνος κατά την εξόρυξη!!!

Το CO2 συνήθως υπάρχει και διαλυμένο στους άνθρακες σε υψηλή πίεση και απότομη εκτόνωση.

Το CO2 το απομακρύνουμε από τα ορυχεία με ρεύμα αέρος

Αυτανάφλεξη των ορυκτών ανθράκων› Συμβαίνει κατά την έκθεση σε οξυγόνο› Με μεταβολή θερμοκρασίας και πίεσης› Πειράματα με απορρόφηση σε οξυγόνο προσδιορίζουν την

ταχύτητα αυτανάφλεξης› Η υγρασία επιβραδύνει την αυτανάφλεξη αλλά

συσσωρευμένος λιγνίτης στην επιφάνεια αποθήκευσης θα πρέπει να παρακολουθείται.