Kivisüsi: moodustumine, koostis, kasutus ja keskkonnamõjud

Kivisüsi: põhjalik ülevaade moodustumisest, koostisest, kasutusest ja keskkonnamõjudest — mõju kliimale, energeetikale ja tööstusele.

Kivisüsi on kõva kivim, mida saab põletada tahke fossiilse kütusena. See koosneb peamiselt süsinikust, kuid sisaldab ka vesinikku, väävlit, hapnikku ja lämmastikku. Tegemist on turbast tekkinud settekivimiga, mis on tekkinud turba peal hiljem ladestunud kivimite survel. Kivisöe kaloriväärtus ja omadused sõltuvad selle «astmest» ehk sellest, kuivõrd orgaaniline materjal on muundunud süsinikurikasteks ühenditeks.

Moodustumine

Turvas ja seega ka kivisüsi moodustub miljonite aastate eest troopilistes märgaladel, näiteks hiliskarbonaalsel perioodil (pennsylvaania perioodil) elanud taimede jäänustest. Niiskes ja hapnikuvaeses keskkonnas lagunenud taimne materjal koguneb, tihendub ja aja jooksul muutub peamiselt keemiliste, termiliste ja rõhu mõjul turbast kivisöeks. Selle protsessi jooksul suureneb tahke süsiniku sisaldus ja väheneb vett ning lenduvate orgaaniliste ühendite osakaal. Ka õhuta ruumis kuumutatud puidust võib saada kivisütt, mis on nagu kivisüsi.

Koostis ja kivisöe liigid

Kivisüsi jaguneb erinevatesse astmetesse ehk liikidesse vastavalt orgaanilise aine kokkutihedusele ja süsiniku osakaalule. Üldiselt liiguvad astmed niimoodi: turvas → pruunkivi (lignite) → subbituminous → bituminous → antratsiit. Kõrgema astme kivisüsi sisaldab rohkem süsinikku, vähem vett ja annab põletamisel rohkem soojust ning vähem lenduvaid ühendeid.

• Turvas – orgaaniline algmaterjal, madala kaloriväärtusega ja väga niiske.
• Pruunkivi (lignite) – madala soojusväärtusega kivisüsi, mida kasutatakse mõnikord kohalikus energiakasutuses.
• Bitumiinne kivisüsi – keskmise kuni kõrge kaloriväärtusega, laialt kasutatav elektritootmises ja tööstuses.
• Antratsiit – kõrgeima kvaliteediga kivisüsi, väga kõrge süsinikusisaldusega ja vähema suitsuga.

Kasutus

Sütt saab põletada energia või soojuse saamiseks. Umbes kaks kolmandikku tänapäeval kaevandatud kivisöest põletatakse elektrijaamades elektri tootmiseks. Lisaks kasutatakse kivisütt ka kodumajapidamistes kütmiseks ja tööstuslikes protsessides, näiteks keemiatööstuses ja tsementtööstuses. Mõned olulised kasutusvaldkonnad:

• Elektri- ja soojuse tootmine suuremates võrgu»-jaamades.
• Terase tootmine ja metallurgia – koksi tootmiseks põletatav söe vorm on oluline sulatamise ja redutseerimise aine.
• Tööstuslikud protsessid, kus vajalikud on kõrged temperatuurid või spetsiifilised taastöötlemise omadused.

Kivisütt saab koksi tootmiseks põletada (kuumutada väga kuumalt kohas, kus ei ole hapnikku). Koksi saab kasutada sulatamisel, et vähendada metallide sisaldust maagist.

Keskkonnamõjud ja terviseriskid

Nagu nafta, nii ka kivisöe põletamisel ühineb selle süsinik õhuhapnikuga ja tekib palju süsinikdioksiidi, mis põhjustab kliimamuutusi. Selle ja muu kivisöest tuleneva õhusaaste tõttu on enamik riike pöördunud uute energiaallikate, näiteks päikeseenergia poole. Kuid mõnes maailma osas, näiteks Hiinas, ehitatakse endiselt uusi kivisöeelektrijaamu.

Peamised keskkonna- ja terviseriskid on:

• Süsinikdioksiidi (CO2) heide – soojenemise ja kliimamuutuste peamine allikas fossiilkütuste põletamisel.
• Õhusaaste – vääveldioksiid (SO2), lämmastikoksiidid (NOx), peenosakesed (PM) ja ränmetes leiduvad raskmetallid (nt elavhõbe) põhjustavad hingamisteede haigusi ja muid terviseprobleeme.
• Aknuriskid ja põllumajanduse kahjustused happeliste vihmade kaudu (SO2 ja NOx muunduvad happeliseks sadestiseks).
• Kaevandamisega seotud veereostus ning happevoolu tekkimine (acid mine drainage), mis võib saastada veekogusid ja pinnast.
• Töötajate terviseriskid – pikaajaline tolmu sissehingamine võib põhjustada kopsuhaigusi (nt kivitööliste pneumokonioos ehk „must kops”).

Kaevandamine, majandus ja taastamine

Kivisütt kaevandatakse kahte peamist meetodit kasutades: pindmine (maapinnalt eemaldatav) kaevandamine ja maa-alune kaevandamine. Pindmine kaevandamine on sageli odavam ja turvalisem, kuid muudab maastikku rohkem. Maa-alune kaevandamine on kallim ja ohutum maastiku suhtes, kuid võib olla ohtlikum töötajatele (varingud, gaaside sissehingamine).

Kaevandamine mõjutab kohalikku majandust, pakub töökohti ja energiajulgeolekut, kuid sellega kaasnevad taastamis- ja keskkonna- ning terviseriskid. Kaevandusalade taastamine (rekultiveerimine) hõlmab maa ettevalmistamist uueks kasutuseks (nt metsandus, põllumajandus või looduspark), vee puhastamist ning pinnase ja taimestiku taastamist.

Kliimameetmed ja alternatiivid

Selleks et vähendada kivisöe keskkonnamõjusid, uuritakse ja rakendatakse mitmeid lahendusi:

• Energiatõhususe parandamine ja saasteainete puhastustehnoloogiad elektrijaamades (nt suitsugaaside desulfuriseerimine ja lämmastikoksiidide eemaldamine).
• CO2 püüdmine ja talletamine (CCS – carbon capture and storage) – tehnoloogia, mis püüab kinni suur osa põletamisest tekkinud süsinikust ja talletab selle maapõues.
• Üleminek taastuvatele allikatele (päike, tuul, hüdroenergia) ja madalama süsinikusisaldusega kütustele, et vähendada sõltuvust kivisöest.
• Tööstuslike protsesside ümberkujundamine ja materjalide ringlussevõtt, et vähendada kütusevajadust.

Kuigi paljud riigid vähendavad kivisöe osakaalu energiabilansis, on sellel kütusel jätkuvalt oluline roll mõnes regioonis ja tööstusharus. Pikaajaline eesmärk on vähendada heitkoguseid ja leida jätkusuutlikud alternatiivid energia- ja materjalivajadustele.

Ajalugu

Kivisüsi oli tööstusrevolutsiooni tähtsaim kütus. Kivisüsi oli 20. sajandil Ühendkuningriigis oluline osa raudteekaubaveost, moodustades suurema osa mitme ettevõtte veomahust. sajandi alguses suleti enamik söeküttel töötavaid elektrijaamu Ühendkuningriigis ja mitmes teises riigis, et vähendada kasvuhoonegaaside heitkoguseid.

Briti söeväljad XIX sajandil.

Erinevad kivisöe liigid ja nende moodustumine

Sobivates tingimustes muundatakse taimne materjal samm-sammult järgmiselt.

1. Turvas ei ole veel kivisüsi.
2. Pruunsüsi (pruunsüsi) on kõige mustem kivisüsi, mis sisaldab umbes 60%-70% süsinikku ja mida kasutatakse kütusena elektrienergia tootmiseks. Jet on pruunsöe kompaktne vorm, mida mõnikord poleeritakse ja mida on pikka aega kasutatud dekoratiivkivi.
3. Subbituminoosset kivisütt kasutatakse kütusena auruelektrijaamades. Samuti on see kergete aromaatsete süsivesinike allikas keemilise sünteesi jaoks.
4. Bituumenkivisüsi on tihe kivim, mis on must, kuid mõnikord ka tumepruun. See on suhteliselt pehme kivisüsi, mis puruneb ja põleb kergesti ja kiiresti. Seda kasutatakse kütusena elektrijaamades, soojuse ja elektri tootmiseks, sepatöödeks ja koksi valmistamiseks.
5. Aurusütt kasutati kunagi laialdaselt auruvedurite kütusena. Selles erikasutusviisis tuntakse seda USAs mõnikord meresöena. Väike aurusüsi (dry small steam nuts või DSSN) kasutati kütusena koduvee kütmisel.
6. Antratsiit on kõvem, läikiv, must kivisüsi. See põleb kauem ja seda kasutatakse peamiselt elamute ja äriruumide kütmiseks.
7. Grafiit on raskesti põletatav ja seda ei kasutata kütusena nii sageli. Seda kasutatakse endiselt pliiatsites, segatuna saviga. Pulbristatud kujul saab seda kasutada määrdeainena.

Üldiselt arvatakse, et selle protsessi lõpptulemuseks on teemant, kuid see ei vasta tõele. Teemant on süsinik, kuid ei moodustu söest.

Kivisüsi sisaldab lisandeid. Konkreetsed lisandid määravad kasutamise. Koksisöes on vähe tuhka, väävlit või fosforit. Need rikuksid kõrgahjus valmistatud rauda.

Kivisütt sisaldav kiht Nova Scotia mere ääres

Keskkonnaprobleemid

Kivisöe põletamisel eraldub energiaühiku kohta peaaegu kolmandiku võrra rohkem süsinikdioksiidi kui nafta ja 80% rohkem kui maagaas. Peaaegu pool inimeste süsihappegaasist on tingitud söe põletamisest, seega on see suurim üksiku põhjus globaalseks soojenemiseks. Söe tekitab happevihma ja sudu, eriti kui seda põletatakse ilma gaasipesuriteta. Kivisöe põletamisel eralduvad mürgised kemikaalid, sealhulgas tahm, elavhõbe ja süsinikmonooksiid, mis aitavad kaasa selliste haiguste nagu vähk ja astma tekkimisele nii inimestel kui ka metsloomadel. Söekaevandamine, eriti mäepealse kaevandamine, võib kahjustada suuri maa-alasid ja hävitada looduslikke elupaiku. Kõrgemad söekvaliteedid põlevad puhtamalt kui madalamad kvaliteediklassid, kuigi need saastavad siiski rohkem kui muud kütused. Lisaks õhusaastele tekitab söe põletamine mürgist söetuhka, mis võib juhusliku keskkonda sattumise korral põhjustada veereostust. Kogu maailmas põleb mitmeid maa-aluseid kaevanduste tulekahjusid. Need maa-alused tulekahjud paiskavad õhku mürgist suitsu ja võivad põhjustada ka maapinna kokkuvarisemist. Centralia linn Pennsylvanias evakueeriti ja on nüüdseks maa-aluse söekaevanduse tulekahju tõttu mahajäetud.

Reostusest tingitud surmajuhtumid ja haigused

Raske on anda täpseid andmeid söe mõju kohta tervisele. Väidetavalt sureb söe tõttu igal aastal üle 800 000 inimese enneaegselt ja miljonid inimesed haigestuvad. Söekaevurid saavad söetolmuga kokkupuutest sageli pneumokonioosi (mustade kopsude haigus).

Kivisöe põletamine tekitab suures koguses õhusaastet

Protestid söe vastu

Vastuseis söereostuse vastu oli üks peamisi põhjusi, miks 19. sajandil sai alguse kaasaegne keskkonnaliikumine.

Protesteerimine kliimamuutustest põhjustatud kahju Great Barrier Reefile Austraalias


Puude majad protestiks Hambachi metsa ühe osa raiumise vastu Hambachi päevakaevanduse jaoks Saksamaal: pärast seda peatati raie 2018. aastal

Kivisöe tipptasemel

Kivisöe tipp tähendab aastat, mil kaevandatakse või põletatakse kõige rohkem kivisütt. Paljud riigid on juba läbinud oma söe tippaasta, näiteks Saksamaa 1985. aastal ja Ameerika Ühendriigid 2008. aastal. Nüüd kaevandavad ja põletavad need riigid vähem kivisütt. Kuid Hiina kaevandab endiselt palju kivisütt ja aitab mõnel riigil, näiteks Pakistanil, rohkem kivisütt kaevandada ja ehitada rohkem söeküttel töötavaid elektrijaamu. Seega on maailma söe tippaasta võib-olla möödas.

Maailma söetarbimine

Küsimused ja vastused

K: Mis on kivisüsi?

K: Kuidas tekib kivisüsi?

K: Millised on kivisöe kasutusalad?

K: Millised on kivisöe põletamisega seotud negatiivsed mõjud?

K: Kas riigid pöörduvad söe kasutamisest energiaallikana eemale?

Otsing