古老的现代能源——煤
我国是世界上最早发现并使用煤炭的国家。早在元代初期,意大利旅行家马可·波罗(1254年—1324年)到中国旅行,从1275年5月到内蒙多伦西北的上都,至1292年初离开中国,游历了新疆、甘肃、内蒙、山西、陕西、四川、云南、山东、浙江、福建和北京。
他在各地看到中国人用一种“黑乎乎”的石头烧火、做饭,还用来炼铁,感到很新奇,后来他还把这些黑色的石头带回欧洲。当时欧洲人都是用木炭作燃料,还不知道这种黑石头为何物。
由考古学证明,我国汉代用煤作燃料就已很普遍。在河南巩县铁生沟和古荣镇等西汉冶铁遗址都发现了煤饼和煤屑。在《后汉书》中记载:“县有葛乡,有石炭二顷,可燃以爨。”意思是,这个县有一个叫葛乡的地方,那里有二顷地的范围生产石炭,它可用来烧饭。可见,当时用煤烧火做饭在民间已经普遍。
到晋代及十六国时,采煤炼铁已传到边疆。在古书《水经注·河水篇》中有记载:“屈茨北二百里有山(即突厥金山),人取此山石炭,冶此山铁,恒充三十六国用。”说明当时用煤来冶炼铁的规模之大。
古代,人们把煤叫做石炭、石涅或石墨等,别看其貌墨黑,却也成为古人赋诗的对象。如南朝陈代的张居正写的“奇香分细雾,石炭捣轻纨”。唐代李峤存写有“长安分石炭,上党结松心”。
煤到现代,仍是社会生产生活中的重要能源之一。我国是世界产煤最多的国家,年产量超过11亿吨。煤不仅是钢铁生产、火力发电的主要燃料,也是重要的化工原料,可以说煤炭为人类作出了巨大的贡献。
但是,近年来,烧煤给大气造成了严重的污染,引起人们的抱怨。
煤炭中含有硫,燃烧时这些
硫就变成了二氧化硫气体,排放到大气中。下雨时,这些气体溶解在雨水中就变成硫酸,成为酸雨,排放的二氧化碳遇水也会变成碳酸。
而且烧煤产生的大量二氧化碳还会使地球气温升高,产生所谓的温室效应。
科学家们指出,温室效应会使南极冰川融化,使海平面水位上升,世界上许多沿海城市可能遭到“水漫金山”之患,甚至遭没顶之灾。尽管温室效应造成的影响是缓慢的,但日积月累,在几十年至100年之内还是会造成严重的经济损失和财产的付之东流。因此节省燃料,减少有害气体和二氧化碳的排放,成为当今世界环境保护中最重要的课题之一。
工业的粮食
煤炭是古代植物经过生物化
学作用和地质作用而改变其物理、化学性质,由碳、氢、氧、氮等元素组成的黑色固体矿物。煤炭被人们誉为黑色的金子,工业的粮食,可以用作燃料或工业原料。
煤作为一种燃料,早在800年前就已经普及。而被广泛用作工业生产的燃料,是从十八世纪末的产业革命开始的。蒸汽机的发明和使用,使得煤被广泛地用作工业生产的燃料,提供热量和动能,给社会带来了前所未有的巨大生产力,推动了工业的向前发展,随之发展起煤炭、钢铁、化工、采矿、冶金等工业。煤炭热量高,标准煤的发热量为7000千卡/千克,而且储量丰富,分布广泛,一般开采也比较容易,因此被广泛用作各种工业生产中的燃料。
煤炭除了作为燃料以外,更为重要的是,还可以从中制取冶金用的焦炭和制取人造石油,也就是煤的低温干馏的液体产品——煤焦油。经过化学加工,从煤炭中能制造出成千上万种化学产品,所以煤炭又是一种非常重要的化工原料,例如生产化肥,我国相当多的中、小氮肥厂都以煤炭作原料。我国的煤炭广泛用来作为多种工业的原料。大型煤炭工业基地的建设,对我国综合工业基地和经济区域的形成和发展起着很大的作用。
此外,半导体和原子能工业的重要原料,一些放射性和稀有元素也富含在煤炭中。例如煤炭中含有许多放射性和稀有元素铀、锗、镓等。
煤炭对于现代化工业来说,都发挥着重要的作用。无论是重工业,还是轻工业;无论是能源工业、冶金工业、化学工业、机械工业,还是轻纺工业、食品工业、交通运输业,各种工业部门都在一定程度上要消耗一定量的煤炭,因此人们称煤炭是工业的“真正的粮食”。
我国煤炭资源不仅储量大,分布广,而且种类齐全,煤质优良,是世界上煤炭资源最丰富的国家之一,为我国工业现代化提供了极为有利的条件。
海底藏煤
海底煤矿是人类最早发现并进行开发的矿产。海底煤矿是一种很重要的矿产,它的开采量在已开采的海洋矿产中占第二位,仅次于石油。
世界许多近岸海底已开采煤矿藏。尤其是一些发达国家已在常年开采海底煤矿。英国是世界上最早在海底开采煤矿的国家,从1620年至今已有300多年的历史,仅海底采出的煤,就占英国采煤总量的10%。日本也是海底采煤量较多的国家,占全国采煤总产量的30%。智利、英国、加拿大、土耳其也有开采。从海底采的煤有褐煤、烟煤和无烟煤。目前,世界上已探查出的海底最大煤田是英国诺森伯兰海底煤田。另外有些国家也在海底发现了大型煤田。我国渤海湾和台湾省沿岸也发现了较大规模的海底煤田。
海底为什么有煤呢?在大堆的煤中我们常可以发现一些植物的树干、茎、叶子等,只不过它们早已被碳化或石化了。由此,我们容易联想到,煤是由古代植物残骸堆积层转化来的。形成煤的原始物质,虽然有低等植物,例如藻类,但主要的还是古代的高等植物。简单说来,煤是“参天古木”埋在地下变化而成的。
这些植物大多生长在浅水沼泽区,植物生长茂盛。植物不断繁殖、生长和死亡,它们的遗体堆积在水中与空气隔绝,在缺氧的条件下不会很快腐烂,年长日久,就形成了植物堆积层。在微生物作用下,植物遗体经分解、变化,逐渐转变为泥炭层。泥炭是一种质地疏松仍保留着一部分植物组织的褐色物质,含碳量比植物高,而含氢氧量较少,这就是最初级的“煤”。泥炭层被泥沙掩埋覆盖下沉到地下后,一方面受到上覆岩层的压力;另一方面受到地下高温的作用,进一步脱水、压缩,失去更多的挥发成分,使碳素不断增加。经过这些物理和化学变化,泥炭就逐渐转变为烟煤或无烟煤了。
开采滨海煤矿,一般是从岸上开井口,由此向海底伸延。也有利用天然岛屿和人工岛开井口的。人们采掘方法有所不同,主要有洞室法、矿柱法、长壁开采法、阶梯长壁采矿法等。这些采砂法与陆地采煤差不多,所采用的设备也大致相同。不过,目前有的国家正在研究采用汽化法开采海底煤田。
据统计,世界海滨有海底煤矿井100多口。从16世纪开始,英国人就在北海和北爱尔兰开采煤。这里的煤一般蕴藏在水下100余米深的海底。日本人则从1880年,就在九州岛海底采煤。加拿大在新苏格兰附近450~500米的海底采煤。土耳其在科兹卢附近的黑海中采煤。山东龙口煤田是我国发现的第一个滨海煤田,其主体在龙口市境内,一部分在蓬莱境内,东西长27千米,南北宽14千米,有煤矿区12处。该煤田探明含煤面积391.1平方千米,探明总储量11.8亿吨。该区近岸海域还有煤矿储量11亿吨。油页总储量3亿吨。另外,在黄河口济阳拗陷东部也发现有煤和油页岩,远景储量85亿吨。
工业的血液——石油的经历
石油又称原油,是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体。主要是各种烷烃、环烷烃、芳香烃的混合物。它是古代海洋或湖泊中的生物经过漫长的演化形成的混合物,与煤一样属于化石燃料。
石油堪称一种现代能源,但它的历史也很悠久。
我国人民发现和使用石油的时间为世界最早。
最早发现石油的记录源于《易经》:“泽中有火”,“上火下泽”。泽,指湖泊池沼。“泽中有火”,是石油蒸气在湖泊池沼水面上起火现象的描述。此书在西周时(公元前十一世纪至公元前771年)已编成,距今三千多年。