Угольная промышленность

Превращение мертвой растительности в уголь называется углефикацией. В разное время в геологическом прошлом на Земле были густые леса в низинных районах. На этих водно-болотных угодьях процесс углефикации начался, когда мертвые растительные вещества были защищены от окисления, обычно с помощью грязи или кислой воды, и преобразованы в торф. Образовавшиеся торфяные болота, в которых удерживалось огромное количество углерода, в конечном итоге были глубоко погребены под отложениями. Затем, в течение миллионов лет, жара и давление глубоких захоронений привели к потере воды, метана и углекислого газа и увеличению доли углерода. Марка добываемого угля зависела от максимального достигнутого давления и температуры: бурый уголь (также называемый «бурым углем») добывался в относительно мягких условиях, а полубитуминозный уголь, битуминозный уголь или антрацитовый уголь (также называемый «каменным углем» или «черный уголь») добывается поочередно с повышением температуры и давления.

Из факторов, участвующих в углефикации, температура гораздо важнее, чем давление или время захоронения. Суббитуминозный уголь может образовываться при температуре от 35 до 80 °C (от 95 до 176 °F), тогда как для антрацита требуется температура по меньшей мере от 180 до 245 °C (от 356 до 473 °F).

Хотя уголь известен из большинства геологических периодов, 90% всех угольных пластов были отложены в каменноугольный и пермский периоды. Как ни парадоксально, это произошло во время позднепалеозойского ледника, времени глобального оледенения. Однако падение глобального уровня моря, сопровождавшее оледенение, обнажило континентальные шельфы, которые ранее были затоплены, и к ним добавились широкие речные дельты, образовавшиеся в результате усиленной эрозии из-за падения нижнего уровня. Эти обширные заболоченные территории создавали идеальные условия для образования угля. Быстрое образование угля закончилось угольным разрывом во время пермско-триасового вымирания, где уголь встречается редко.

Наличие обширных угольных пластов каменноугольного периода не может быть объяснено одной лишь благоприятной географией. Другими факторами, способствующими быстрому отложению угля, были высокий уровень кислорода, превышающий 30%, который способствовал интенсивным лесным пожарам и образованию древесного угля, который практически не переваривался разлагающимися организмами; высокий уровень углекислого газа, способствующий росту растений; и природа каменноугольных лесов, которые включали деревья-ликофиты, чей определенный рост означал, что углерод не связывался в сердцевине живых деревьев в течение длительного времени.

Одна теория предполагала, что около 360 миллионов лет назад некоторые растения развили способность производить лигнин, сложный полимер, который сделал их целлюлозные стебли намного более твердыми и древесными. Способность производить лигнин привела к эволюции первых деревьев. Но бактерии и грибы не сразу развили способность разлагать лигнин, поэтому древесина не разложилась полностью, а погреблась под осадком, в конечном итоге превратившись в уголь. Около 300 миллионов лет назад грибы и другие грибы развили эту способность, положив конец основному периоду углеобразования в истории Земли. Хотя некоторые авторы указали на некоторые свидетельства деградации лигнина во время каменноугольного периода и предположили, что климатические и тектонические факторы были более правдоподобным объяснением, реконструкция предковых ферментов с помощью филогенетического анализа подтвердила гипотезу о том, что ферменты, разлагающие лигнин, появились у грибов примерно 200 млн лет назад.

Одним из вероятных тектонических факторов были Центрально-Пангейские горы, огромный хребет, протянувшийся вдоль экватора и достигший в это время своей наибольшей высоты. Моделирование климата показывает, что Центральная Пангея способствовала отложению огромного количества угля в позднем карбоне. В горах круглый год выпадают обильные осадки, без засушливого сезона, типичного для муссонного климата. Это необходимо для сохранения торфа в угольных болотах.

Уголь известен из пластов докембрия, предшествующих наземным растениям. Предполагается, что этот уголь образовался из остатков водорослей.

Иногда угольные пласты (также известные как угольные пласты) переслаиваются с другими отложениями в циклотеме. Считается, что циклотемы возникли в результате ледниковых циклов, которые вызвали колебания уровня моря, которые поочередно обнажали, а затем затопляли большие площади континентального шельфа.

Древесная ткань растений состоит преимущественно из целлюлозы, гемицеллюлозы и лигнина. Современный торф представляет собой преимущественно лигнин с содержанием целлюлозы и гемицеллюлозы от 5% до 40%. Также присутствуют различные другие органические соединения, такие как воски, азотсодержащие и серосодержащие соединения. Лигнин имеет весовой состав около 54% ​​углерода, 6% водорода и 30% кислорода, тогда как целлюлоза имеет весовой состав около 44% углерода, 6% водорода и 49% кислорода. Битуминозный уголь имеет состав около 84,4% углерода, 5,4% водорода, 6,7% кислорода, 1,7% азота и 1,8% серы по весу. Низкое содержание кислорода в угле показывает, что при углефикации удаляется большая часть кислорода и большая часть водорода (процесс, называемый карбонизацией).

Карбонизация протекает преимущественно путем дегидратации, декарбоксилирования и деметанирования. Обезвоживание удаляет молекулы воды из созревающего угля посредством таких реакций, как

Декарбоксилирование удаляет углекислый газ из созревающего угля:

в то время как деметанирование протекает по реакции типа

В этих формулах R представляет собой остаток молекулы целлюлозы или лигнина, к которому присоединены реагирующие группы.

Дегидратация и декарбоксилирование происходят на ранних стадиях углефикации, а деметанация начинается только после того, как уголь уже достиг битуминозного состояния. Эффект декарбоксилирования заключается в уменьшении процентного содержания кислорода, а деметанирование снижает процентное содержание водорода. Дегидратация делает и то, и другое, и (вместе с деметанацией) уменьшает насыщение углеродной цепи (увеличивая количество двойных связей между углеродом).

По мере карбонизации алифатические соединения превращаются в ароматические соединения. Аналогичным образом ароматические кольца сливаются в полиароматические соединения (связанные кольца атомов углерода). Структура все больше напоминает графен, структурный элемент графита.

Химические изменения сопровождаются физическими изменениями, такими как уменьшение среднего размера пор.

Мацералы представляют собой углефицированные части растений, сохраняющие морфологию и некоторые свойства исходного растения. Во многих углях отдельные мацералы можно идентифицировать визуально. Некоторые мацералы включают:

При углефикации гуминит замещается стекловидным (блестящим) витринитом. Созревание битуминозного угля характеризуется битумизацией, при которой часть угля превращается в битум, гель, богатый углеводородами. Созревание до антрацита характеризуется дебитумизацией (в результате деметанации) и возрастающей тенденцией антрацита к разрушению с раковистым изломом, подобно тому, как разбивается толстое стекло.

Поскольку геологические процессы с течением времени оказывают давление на мертвый биотический материал, при подходящих условиях его степень или ранг метаморфизма последовательно увеличивается до:

Существует несколько международных стандартов на уголь. Классификация угля обычно основана на содержании летучих веществ. Однако наиболее важное различие существует между энергетическим углем (также известным как энергетический уголь), который сжигается для выработки электроэнергии с помощью пара; и металлургический уголь (также известный как коксующийся уголь), который сжигают при высокой температуре для производства стали.

Закон Хилта — это геологическое наблюдение, согласно которому (на небольшой территории) чем глубже залегает уголь, тем выше его ранг (или сорт). Это применимо, если температурный градиент полностью вертикальный; однако метаморфизм может вызывать латеральные изменения ранга независимо от глубины. Например, некоторые угольные пласты угольного месторождения Мадрид, штат Нью-Мексико, были частично преобразованы в антрацит в результате контактного метаморфизма магматического порога, в то время как остальная часть пластов осталась в виде битуминозного угля.

Самое раннее известное использование происходит в районе Шэньяна в Китае, где к 4000 году до нашей эры жители эпохи неолита начали вырезать украшения из черного бурого угля. Уголь из шахты Фушунь на северо-востоке Китая использовался для выплавки меди еще в 1000 году до нашей эры. Марко Поло, итальянец, посетивший Китай в 13 веке, описывал уголь как «черные камни… которые горят, как поленья», и говорил, что угля было так много, что люди могли принимать три горячие ванны в неделю. В Европе самое раннее упоминание об использовании угля в качестве топлива содержится в геологическом трактате О камнях (л. 16) греческого ученого Теофраста (ок. 371–287 до н. э.):

Среди материалов, которые выкапывают, потому что они полезны, те, которые известны как антраки [угли], состоят из земли и, будучи подожжены, горят, как древесный уголь [антраки]. Их можно найти в Лигурии… и в Элиде, когда приближаешься к Олимпии по горной дороге; и их используют те, кто работает с металлами.

Уголь из обнажений использовался в Британии в эпоху бронзы (3000–2000 гг. до н.э.), где он входил в состав погребальных костров. В Римской Британии, за исключением двух современных месторождений, «к концу второго века нашей эры римляне разрабатывали уголь на всех основных угольных месторождениях Англии и Уэльса». Свидетельства торговли углем, датированные примерно 200 годом нашей эры, были найдены в римском поселении Херонбридж, недалеко от Честера; и в Фенландсах Восточной Англии, куда уголь из Мидлендса транспортировали по автомобильной дамбе для использования при сушке зерна. Угольные угары были обнаружены в очагах вилл и римских фортов, особенно в Нортумберленде, и датируются примерно 400 годом нашей эры. На западе Англии современные писатели описывали чудо постоянной жаровни с углем на алтаре Минервы в Аква Сулис (Aquae Sulis). современный Бат), хотя на самом деле легкодоступный уголь с поверхности того, что впоследствии стало угольным месторождением Сомерсета, широко использовался в местных довольно скромных жилищах. Были найдены свидетельства использования угля для обработки железа в городе в римский период. В Эшвайлере, Рейнская область, залежи битуминозного угля использовались римлянами для выплавки железной руды.

Не существует никаких свидетельств того, что уголь имел большое значение в Британии примерно до 1000 года нашей эры, в эпоху высокого средневековья. Уголь стал называться «морским углем» в 13 веке; пристань, куда прибыл материал в Лондон, была известна как Сикоул-лейн, обозначенная так в хартии короля Генриха III, выданной в 1253 году. Первоначально это название было дано потому, что на берегу было обнаружено много угля, выпавшего из обнаженных угольных пластов на скалы над подводными обнажениями угля или вымытые из него, но ко времени Генриха VIII считалось, что это произошло от того, как его доставляли в Лондон по морю. В 1257–1259 годах уголь из Ньюкасла-апон-Тайна доставлялся в Лондон для кузнецов и известняков, строящих Вестминстерское аббатство. Сикоул-лейн и Ньюкасл-лейн, где уголь разгружался на причалах вдоль реки Флот, существуют до сих пор.

Эти легкодоступные источники в значительной степени истощились (или не могли удовлетворить растущий спрос) к 13 веку, когда была развита подземная добыча путем шахт или штолен. Альтернативное название было «уголь», потому что его добывали в шахтах.

Приготовление пищи и отопление дома углем (в дополнение к дровам или вместо них) осуществлялось в разные времена и в разных местах на протяжении всей истории человечества, особенно во времена и в местах, где был доступен наземный уголь, а дров было мало, но широко распространено использование угля. угля для домашних очагов, вероятно, никогда не существовало до тех пор, пока в конце шестнадцатого и начале семнадцатого веков в Лондоне не произошел такой переход на топливо. Историк Рут Гудман проследила социально-экономические последствия этого перехода и его последующего распространения по всей Британии и предположила, что его важность в формировании промышленного внедрения угля ранее недооценивалась.^{: xiv–xix}

Развитие промышленной революции привело к широкомасштабному использованию угля, поскольку паровой двигатель пришел на смену водяному колесу. В 1700 году пять шестых мирового угля добывалось в Великобритании. К 1830-м годам в Британии закончились бы подходящие места для водяных мельниц, если бы уголь не был доступен в качестве источника энергии. В 1947 году в Великобритании работало около 750 000 шахтеров, но последняя глубокая угольная шахта в Великобритании закрылась в 2015 году.

Разновидность между битуминозным углем и антрацитом когда-то была известна как «энергетический уголь», поскольку она широко использовалась в качестве топлива для паровозов. В этом специализированном использовании в Соединенных Штатах его иногда называют «морским углем». Мелкий «энергетический уголь», также называемый сухими маленькими паровыми орехами (DSSN), использовался в качестве топлива для нагрева воды в бытовых целях.

Уголь играл важную роль в промышленности в 19 и 20 веках. Предшественник Европейского Союза, Европейское сообщество угля и стали, основывался на торговле этим товаром.

Уголь продолжает поступать на пляжи по всему миру как в результате естественной эрозии обнаженных угольных пластов, так и в результате разливов угля с грузовых судов. Во многих домах в таких районах этот уголь используется как важный, а иногда и основной источник топлива для отопления домов.

Уголь состоит в основном из черной смеси разнообразных органических соединений и полимеров. Конечно, существует несколько видов углей разного темного цвета и разного состава. Молодые угли (бурый, бурый уголь) не черные. Двумя основными черными углями являются битуминозный, который более распространен, и антрацит. % углерода в угле соответствует порядку антрацит > битуминозный > бурый уголь > бурый уголь. В таком же порядке изменяется топливная ценность угля. Некоторые месторождения антрацита содержат чистый углерод в виде графита.

Для битуминозного угля элементный состав в сухом беззольном пересчете составляет 84,4% углерода, 5,4% водорода, 6,7% кислорода, 1,7% азота и 1,8% серы по массе. Эта композиция частично отражает состав растений-предшественников. Вторая основная фракция угля — зола — нежелательная негорючая смесь неорганических минералов. Состав золы часто обсуждают с точки зрения оксидов, получаемых после сгорания на воздухе:

Особый интерес представляет содержание серы в угле, которое может варьироваться от менее 1% до целых 4%. Большая часть серы и большая часть азота входит в состав органической фракции в виде сероорганических соединений и азоторганических соединений. Эта сера и азот прочно связаны внутри углеводородной матрицы. Эти элементы высвобождаются в виде SO₂ и NO_x при сгорании. Иначе их невозможно устранить, по крайней мере экономически. Некоторые угли содержат неорганическую серу, главным образом в виде железного пирита (FeS₂). Будучи плотным минералом, его можно удалить из угля механическим путем, например методом пенной флотации. Некоторое количество сульфатов содержится в угле, особенно в выветрелых образцах. Он не испаряется и может быть удален при стирке.

Второстепенные компоненты включают в себя:

Как минералы Hg, As и Se не представляют опасности для окружающей среды, тем более что они представляют собой лишь следовые компоненты. Однако они становятся подвижными (летучими или водорастворимыми) при сгорании этих минералов.

Хотя большая часть угля используется в качестве топлива, существуют и другие крупномасштабные применения.

Кокс – это твердый углеродистый остаток, полученный из коксующегося угля (малозольный битуминозный уголь с низким содержанием серы, также известный как металлургический уголь), который используется при производстве стали и других железосодержащих продуктов. Кокс получают, когда коксующийся уголь обжигают в печи без кислорода при температуре до 1000 °C, удаляя летучие компоненты и сплавляя связанный углерод и остаточную золу. Металлургический кокс используется как топливо и как восстановитель при выплавке железной руды в доменной печи. Оксид углерода, образующийся при его сгорании, восстанавливает гематит (оксид железа) до железа.

Также производится чугун, который слишком богат растворенным углеродом.

Кокс должен быть достаточно прочным, чтобы выдерживать вес вскрышных пород в доменной печи, поэтому коксующийся уголь так важен при производстве стали традиционным способом. Угольный кокс серый, твердый, пористый, его теплота сгорания составляет 29,6 МДж/кг. Некоторые процессы производства кокса производят побочные продукты, в том числе каменноугольную смолу, аммиак, легкие масла и угольный газ.

Нефтяной кокс (нефтяной кокс) — это твердый остаток, получаемый при переработке нефти, который напоминает кокс, но содержит слишком много примесей, чтобы его можно было использовать в металлургии.

Химические вещества производятся из угля с 1950-х годов. Уголь может быть использован в качестве сырья при производстве широкого спектра химических удобрений и другой химической продукции. Основным путем получения этой продукции была газификация угля для производства синтез-газа. Первичные химические вещества, которые производятся непосредственно из синтез-газа, включают метанол, водород и окись углерода, которые являются химическими строительными блоками, из которых производится целый спектр производных химических веществ, включая олефины, уксусную кислоту, формальдегид, аммиак, мочевину и другие. Универсальность синтез-газа в качестве прекурсора первичных химикатов и дорогостоящих производных продуктов дает возможность использовать уголь для производства широкого спектра товаров. Однако в 21 веке использование метана угольных пластов становится все более важным.

Поскольку в ряде химических продуктов, которые могут быть произведены посредством газификации угля, обычно также может использоваться сырье, полученное из природного газа и нефти, химическая промышленность склонна использовать то сырье, которое является наиболее экономически эффективным. Таким образом, интерес к использованию угля имел тенденцию возрастать по мере роста цен на нефть и природный газ, а также в периоды высоких темпов глобального экономического роста, которые могли ограничить добычу нефти и газа.

Уголь для химических процессов требует значительных количеств воды. Большая часть угля для химического производства находится в Китае, где зависящие от угля провинции, такие как Шаньси, изо всех сил пытаются контролировать загрязнение.

Уголь можно перерабатывать непосредственно в синтетическое топливо, эквивалентное бензину или дизельному топливу, путем гидрирования или карбонизации. При сжижении угля выделяется больше углекислого газа, чем при производстве жидкого топлива из сырой нефти. Смешивание биомассы и использование технологии CCS приведет к выбросам немного меньше, чем при нефтепереработке, но с высокими затратами. Государственная компания China Energy Investment управляет заводом по сжижению угля и планирует построить еще два.

Сжижение угля также может относиться к опасности груза при транспортировке угля.

Газификация угля, как часть угольной электростанции с комбинированным циклом комплексной газификации (IGCC), используется для производства синтез-газа, смеси угарного газа (CO) и водорода (H₂), газа для сжигания. газовые турбины для производства электроэнергии. Сингаз также можно превращать в транспортное топливо, такое как бензин и дизельное топливо, с помощью процесса Фишера-Тропша; альтернативно, синтез-газ может быть преобразован в метанол, который можно непосредственно смешать с топливом или преобразовать в бензин посредством процесса получения метанола в бензин. Газификация в сочетании с технологией Фишера-Тропша использовалась южноафриканской химической компанией Sasol для производства химикатов и автомобильного топлива из угля.

В процессе газификации уголь смешивается с кислородом и паром, при этом он также нагревается и находится под давлением. В ходе реакции молекулы кислорода и воды окисляют уголь до оксида углерода (CO), одновременно выделяя водород (H₂). Раньше это делалось в подземных угольных шахтах, а также для получения городского газа, который поставлялся по трубопроводам потребителям для сжигания в целях освещения, отопления и приготовления пищи.

Если нефтеперерабатывающий завод хочет производить бензин, синтез-газ направляется в реакцию Фишера-Тропша. Это известно как непрямое сжижение угля. Однако если желаемым конечным продуктом является водород, синтез-газ подается в реакцию конверсии водяного газа, в которой выделяется больше водорода:

Плотность энергии угля составляет примерно 24 мегаджоуля на килограмм (приблизительно 6,7 киловатт-часа на кг). Для угольной электростанции с КПД 40 % требуется примерно 325 кг (717 фунтов) угля для питания лампочки мощностью 100 Вт в течение одного года.

В 2017 году 27,6% мировой энергии было получено с помощью угля, а Азия использовала почти три четверти этого количества.

Рафинированный уголь — это продукт технологии обогащения угля, которая удаляет влагу и некоторые загрязняющие вещества из углей более низкого качества, таких как полубитуминозные и бурые (бурые) угли. Это одна из форм нескольких обработок и процессов перед сжиганием угля, которые изменяют характеристики угля перед его сжиганием. Повышение термической эффективности достигается за счет улучшенной предварительной сушки (особенно актуально для топлива с высоким содержанием влаги, такого как бурый уголь или биомасса). Целью технологий предварительного сжигания угля является повышение эффективности и сокращение выбросов при сжигании угля. Технологию предварительного сжигания иногда можно использовать в качестве дополнения к технологиям дожигания для контроля выбросов из угольных котлов.

Уголь, сжигаемый в качестве твердого топлива на угольных электростанциях для выработки электроэнергии, называется термальным углем. Уголь также используется для получения очень высоких температур за счет сгорания. Ранняя смертность из-за загрязнения воздуха оценивается в 200 на ГВт-год, однако она может быть выше вокруг электростанций, где не используются скрубберы, или ниже, если они находятся вдали от городов. Усилия по всему миру по сокращению использования угля привели к тому, что некоторые регионы перешли на природный газ и электроэнергию из источников с низким содержанием углерода.

Когда уголь используется для производства электроэнергии, его обычно измельчают, а затем сжигают в печи с котлом (см. также Котел, работающий на пылеугольном угле). Тепло печи преобразует котловую воду в пар, который затем используется для вращения турбин, которые вращают генераторы и вырабатывают электричество. Термодинамическая эффективность этого процесса варьируется от 25% до 50% в зависимости от обработки перед сжиганием, турбинной технологии (например, сверхкритического парогенератора) и возраста установки.

Было построено несколько электростанций с комбинированным циклом комплексной газификации (IGCC), которые более эффективно сжигают уголь. Вместо того, чтобы измельчать уголь и сжигать его непосредственно в качестве топлива в парогенерирующем котле, уголь газифицируется для получения синтез-газа, который сжигается в газовой турбине для производства электроэнергии (точно так же, как природный газ сжигается в турбине). Горячие выхлопные газы турбины используются для поднятия пара в парогенераторе-утилизаторе, который приводит в действие дополнительную паровую турбину. Общий КПД установки при использовании для комбинированного производства тепла и электроэнергии может достигать 94%. Электростанции IGCC выбрасывают меньше местных загрязнений, чем обычные электростанции, работающие на пылеугольном топливе; однако технология улавливания и хранения углерода (CCS) после газификации и перед сжиганием пока оказалась слишком дорогой для использования с углем. Другими способами использования угля являются водно-угольное топливо (CWS), которое было разработано в Советском Союзе, или МГД-цикл отбензинивания. Однако они не получили широкого распространения из-за отсутствия прибыли.

В 2017 году 38% мировой электроэнергии было получено из угля, такой же процент, как и 30 лет назад. В 2018 году мировая установленная мощность составила 2 ТВт (из которых 1 ТВт находится в Китае), что составило 30% от общей мощности по производству электроэнергии. Самой зависимой крупной страной является Южная Африка, более 80% электроэнергии которой вырабатывается за счет угля; но только Китай производит более половины мировой электроэнергии, вырабатываемой из угля.

Максимальное использование угля было достигнуто в 2013 году. В 2018 году коэффициент использования мощности угольных электростанций составил в среднем 51%, то есть они проработали около половины располагаемого рабочего времени.

Ежегодно добывается около 8000 тонн угля, около 90% из которых составляет каменный уголь и 10% бурый уголь. По состоянию на 2018 год чуть более половины приходится на подземные шахты. В угольной промышленности занято почти 2,7 миллиона работников. При подземных горных работах происходит больше несчастных случаев, чем при открытых. Не все страны публикуют статистику несчастных случаев на шахтах, поэтому мировые данные неопределенны, но считается, что большинство смертей происходит в результате несчастных случаев на шахтах в Китае: в 2017 году в Китае произошло 375 смертей, связанных с добычей угля. Большую часть добываемого угля составляет энергетический уголь (также называемый энергетическим углем, поскольку он используется для производства пара для выработки электроэнергии), но на долю металлургического угля (также называемого «метуголь» или «коксующийся уголь», поскольку он используется для производства кокса для производства железа) приходится 10% добываемого угля. % до 15% мирового потребления угля.

Китай добывает почти половину мирового угля, за ним следует Индия с примерно десятой частью. На долю Австралии приходится около трети мирового экспорта угля, за ней следуют Индонезия и Россия, а крупнейшими импортерами являются Япония и Индия. Россия все больше ориентирует свой экспорт угля из Европы в Азию, поскольку Европа переходит на возобновляемые источники энергии и подвергает Россию санкциям из-за ее вторжения на Украину.

Цена на металлургический уголь нестабильна и намного выше, чем цена на энергетический уголь, поскольку металлургический уголь должен содержать меньше серы и требует большей очистки. Фьючерсные контракты на уголь предоставляют производителям угля и электроэнергетике важный инструмент хеджирования и управления рисками.

В некоторых странах новые наземные ветровые или солнечные электростанции уже стоят дешевле, чем угольная энергия существующих электростанций.
Однако для Китая это прогнозируется на начало 2020-х годов, а для Юго-Восточной Азии – не раньше конца 2020-х годов. В Индии строительство новых электростанций нерентабельно, и, несмотря на субсидии, существующие электростанции теряют долю рынка в пользу возобновляемых источников энергии.

Из стран, которые производят уголь, Китай добывает больше всего, почти половину мирового угля, за ним следует Индия с менее чем 10%. Китай также является крупнейшим потребителем угля. Поэтому тенденции международного рынка зависят от энергетической политики Китая. Хотя усилия правительства по сокращению загрязнения воздуха в Китае означают, что глобальная долгосрочная тенденция заключается в сжигании меньшего количества угля, краткосрочные и среднесрочные тенденции могут отличаться, отчасти из-за китайского финансирования новых угольных электростанций в других странах.

Показаны страны с годовым объемом производства более 300 миллионов тонн.

Показаны страны с годовым потреблением более 500 миллионов тонн. Доли основаны на данных, выраженных в тоннах нефтяного эквивалента.

Экспортеры рискуют столкнуться с сокращением импортного спроса со стороны Индии и Китая.

Использование угля в качестве топлива приводит к проблемам со здоровьем и смерти. Добыча и переработка угля вызывают загрязнение воздуха и воды. Электростанции, работающие на угле, выделяют оксиды азота, диоксид серы, твердые частицы и тяжелые металлы, которые отрицательно влияют на здоровье человека. Добыча метана из угольных пластов важна для предотвращения аварий на шахтах.

Смертоносный лондонский смог был вызван прежде всего интенсивным использованием угля. По оценкам, во всем мире уголь является причиной 800 000 преждевременных смертей каждый год, в основном в Индии и Китае.

Сжигание угля является основным источником выбросов диоксида серы, который создает частицы PM2,5, наиболее опасную форму загрязнения воздуха.

Выбросы угольных дымовых труб вызывают астму, инсульты, снижение интеллекта, закупорку артерий, сердечные приступы, застойную сердечную недостаточность, сердечные аритмии, отравление ртутью, артериальную окклюзию и рак легких.

Ежегодные затраты на здравоохранение в Европе от использования угля для производства электроэнергии оцениваются в 43 миллиарда евро.

В Китае улучшение качества воздуха и здоровья человека будет увеличиваться благодаря более жесткой климатической политике, главным образом потому, что энергетика страны очень сильно зависит от угля. И это будет чистая экономическая выгода.

Исследование 2017 года, опубликованное в Economic Journal, показало, что в Великобритании в период 1851–1860 годов «рост использования угля на одно стандартное отклонение увеличил детскую смертность на 6–8 %, и что промышленное использование угля объясняет примерно -треть городской смертности, наблюдавшейся за этот период».

Вдыхание угольной пыли вызывает у угольщиков пневмокониоз или «черные легкие», названные так потому, что угольная пыль буквально окрашивает легкие в черный цвет. По оценкам, только в США ежегодно 1500 бывших работников угольной промышленности умирают от последствий вдыхания пыли угольных шахт.

Ежегодно образуется огромное количество угольной золы и других отходов. При использовании угля ежегодно образуются сотни миллионов тонн золы и других отходов. К ним относятся летучая зола, зольный остаток и шлам десульфурации дымовых газов, которые содержат ртуть, уран, торий, мышьяк и другие тяжелые металлы, а также неметаллы, такие как селен.

Около 10% угля представляет собой золу. Угольная зола опасна и токсична для человека и некоторых других живых существ. Угольная зола содержит радиоактивные элементы уран и торий. Угольная зола и другие твердые побочные продукты сгорания хранятся локально и улетучиваются различными способами, что подвергает жителей, живущих вблизи угольных электростанций, воздействию радиации и токсичных веществ из окружающей среды.

Добыча угля, отходы сжигания угля и дымовые газы наносят значительный ущерб окружающей среде.

На водные системы влияет добыча угля. Например, добыча угля влияет на уровень грунтовых вод, уровень грунтовых вод и кислотность. Разливы летучей золы, такие как разлив суспензии угольной золы на заводе по производству ископаемых в Кингстоне, также могут загрязнять землю и водные пути и разрушать дома. Электростанции, сжигающие уголь, также потребляют большое количество воды. Это может повлиять на сток рек и иметь косвенные последствия для других видов землепользования. В районах с нехваткой воды, таких как пустыня Тар в Пакистане, добыча угля и угольные электростанции способствуют истощению водных ресурсов.

Одним из самых ранних известных воздействий угля на круговорот воды были кислотные дожди. В 2014 году было выброшено около 100 Тг/с диоксида серы (SO₂), более половины из которых пришлось на сжигание угля. После выброса диоксид серы окисляется до H₂SO₄, который рассеивает солнечную радиацию, поэтому его увеличение в атмосфере оказывает охлаждающее воздействие на климат. Это выгодно маскирует часть потепления, вызванного увеличением выбросов парниковых газов. Однако сера выпадает из атмосферы в виде кислотных дождей за считанные недели, тогда как углекислый газ остается в атмосфере на сотни лет. Выбросы SO₂ также способствуют повсеместному закислению экосистем.

Заброшенные угольные шахты также могут вызывать проблемы. Проседание грунта может произойти над туннелями, что приведет к повреждению инфраструктуры или пахотных земель. Добыча угля также может стать причиной длительных пожаров: по оценкам, в любой момент времени горят тысячи угольных пластов. Например, Бреннендер Берг горит с 1668 года и горит до сих пор в XXI веке.

При производстве кокса из угля образуются аммиак, каменноугольная смола и газообразные соединения в качестве побочных продуктов, которые при попадании в почву, воздух или водные пути могут загрязнять окружающую среду. Сталелитейный завод Уайалла является одним из примеров предприятия по производству кокса, где жидкий аммиак сбрасывался в морскую среду.

Интенсивность выбросов – это количество парниковых газов, выбрасываемых в течение срока службы генератора на единицу произведенной электроэнергии. Интенсивность выбросов угольных электростанций высока, поскольку они выбрасывают около 1000 г CO₂экв. на каждый произведенный кВтч, в то время как природный газ имеет среднюю интенсивность выбросов — около 500 г CO_{2<. /sub>экв на кВтч. Интенсивность выбросов угля зависит от типа и технологии генератора и в некоторых странах превышает 1200 г на кВтч.}

По всему миру горят тысячи угольных пожаров. Те, кто горит под землей, бывает трудно обнаружить, и многие из них невозможно потушить. Пожары могут привести к проседанию земли над ними, их дымовые газы опасны для жизни, а вырыв на поверхность может вызвать поверхностные лесные пожары. Угольные пласты могут загореться в результате самовозгорания или контакта с шахтным или поверхностным пожаром. Удары молний являются важным источником возгорания. Уголь продолжает медленно сгорать обратно в пласт до тех пор, пока кислород (воздух) не перестанет достигать фронта пламени. Пожар травы в угольной зоне может привести к возгоранию десятков угольных пластов. Угольные пожары в Китае сжигают около 120 миллионов тонн угля в год, выбрасывая в атмосферу 360 миллионов тонн CO₂, что составляет 2–3 % годового мирового производства CO_{2 из ископаемого топлива. В Централии, штат Пенсильвания (район, расположенный в угольном регионе США), обнаженная жила антрацита загорелась в 1962 году из-за пожара мусора на городской свалке, расположенной в заброшенном карьере антрацитовой шахты. Попытки потушить пожар не увенчались успехом, и он продолжает гореть под землей по сей день. Первоначально считалось, что австралийская Пылающая гора является вулканом, но дым и пепел исходят от угольного пожара, который горит уже около 6000 лет.}

В Кух-и-Малик в Ягнобской долине (Таджикистан) залежи угля горят уже тысячи лет, создавая обширные подземные лабиринты, полные уникальных минералов, некоторые из которых очень красивы.

Красноватая алевролитовая порода, покрывающая многие хребты и холмы в бассейне реки Паудер в Вайоминге и на западе Северной Дакоты, называется порцеланитом и напоминает «клинкер» отходов сжигания угля или вулканический «шлак». Клинкер – это горная порода, сплавленная в результате естественного сжигания угля. В бассейне реки Паудер за последние три миллиона лет сгорело от 27 до 54 миллиардов тонн угля. О лесных угольных пожарах в этом районе сообщили экспедиция Льюиса и Кларка, а также исследователи и поселенцы в этом районе.

Самым большим и долгосрочным эффектом использования угля является выброс углекислого газа, парникового газа, вызывающего изменение климата. Угольные электростанции внесли наибольший вклад в рост глобальных выбросов CO₂ в 2018 году: на их долю пришлось 40 % общих выбросов ископаемого топлива и более четверти общих выбросов. Добыча угля может выделять метан, еще один парниковый газ.

В 2016 году валовые выбросы углекислого газа в результате использования угля составили 14,5 гигатонн. На каждый выработанный мегаватт-час угольная электростанция выбрасывает около тонны углекислого газа, что вдвое превышает примерно 500 кг углекислого газа, выбрасываемого электростанцией, работающей на природном газе. В 2013 году глава климатического агентства ООН посоветовал оставить большую часть мировых запасов угля в земле, чтобы избежать катастрофического глобального потепления. Чтобы удержать глобальное потепление на уровне ниже 1,5 °C или 2 °C, сотни, а возможно, и тысячи угольных электростанций должны быть выведены из эксплуатации досрочно.

В 2018 году 80 миллиардов долларов США было инвестировано в поставки угля, но почти все средства направлены на поддержание уровня добычи, а не на открытие новых шахт.
В долгосрочной перспективе уголь и нефть могут стоить миру триллионы долларов в год. Один только уголь может стоить Австралии миллиарды, тогда как затраты некоторых более мелких компаний или городов могут достигать миллионов долларов. Экономикой, наиболее пострадавшей от угля (из-за изменения климата), могут быть Индия и США, поскольку они являются странами с самыми высокими социальными издержками от углерода. Банковские кредиты на финансирование добычи угля представляют собой риск для индийской экономики.

Китай является крупнейшим производителем угля в мире. Это крупнейший в мире потребитель энергии, а уголь в Китае обеспечивает 60% первичной энергии. Однако две пятых угольных электростанций Китая, по оценкам, являются убыточными.

Загрязнение воздуха в результате хранения и обработки угля обходится США почти в 200 долларов за каждую дополнительную тонну хранимого угля из-за PM2,5. Ежегодный ущерб от загрязнения углем составляет 43 миллиарда евро. Меры по сокращению загрязнения воздуха приносят пользу отдельным лицам в финансовом отношении и экономике таких стран, как Китай.

Субсидии на уголь в 2021 году оцениваются в 19 миллиардов долларов США, не считая субсидий на электроэнергию, и, как ожидается, в 2022 году они вырастут. По состоянию на 2019 год страны G20 предоставят не менее 63,9 миллиардов долларов США государственной поддержки в год для производства угля, включая угольную электроэнергетику: многие субсидии невозможно определить количественно, но они включают 27,6 миллиардов долларов США в виде внутренних и международных государственных финансов, 15,4 миллиардов долларов США в виде финансовой поддержки и 20,9 миллиардов долларов США в виде инвестиций в государственные предприятия (ГП) в год. В ЕС государственная помощь новым угольным электростанциям запрещена с 2020 года, а существующим угольным электростанциям — с 2025 года. По состоянию на 2018 год государственное финансирование новых угольных электростанций предоставлялось Эксимбанком Китая, Японским банком международных отношений. Сотрудничество и индийские банки государственного сектора. Уголь в Казахстане был основным получателем субсидий на потребление угля на общую сумму 2 млрд долларов США в 2017 году. Уголь в Турции получил значительные субсидии в 2021 году.

Некоторые угольные электростанции могут стать бесполезными активами, например, China Energy Investment, крупнейшая в мире энергетическая компания, рискует потерять половину своего капитала. Однако государственные электроэнергетические компании, такие как Eskom в Южной Африке, Perusahaan Listrik Negara в Индонезии, Sarawak Energy в Малайзии, Taipower на Тайване, EGAT в Таиланде, Vietnam Electricity и EÜAŞ в Турции, строят или планируют новые электростанции. По состоянию на 2021 год это может способствовать возникновению углеродного пузыря, который может вызвать финансовую нестабильность, если он лопнет.

Страны, строящие или финансирующие новые угольные электростанции, такие как Китай, Индия, Индонезия, Вьетнам, Турция и Бангладеш, сталкиваются с растущей международной критикой за препятствование достижению целей Парижского соглашения. В 2019 году островные государства Тихого океана (в частности, Вануату и Фиджи) раскритиковали Австралию за неспособность сократить выбросы более быстрыми темпами, чем они, сославшись на опасения по поводу затопления и эрозии прибрежных территорий. В мае 2021 года члены G7 договорились прекратить новую прямую государственную поддержку международной угольной энергетики.

Уголь является официальным минералом штата Кентукки и официальным камнем штата Юта и Западная Вирджиния. Эти штаты США имеют историческую связь с добычей угля.

В некоторых культурах считается, что дети, которые плохо себя ведут, вместо подарков получат от Санта-Клауса на Рождество только кусок угля в чулках.

В Шотландии и на севере Англии также принято и считается удачей дарить уголь в подарок на Новый год. Это происходит как часть первого шага и символизирует тепло в наступающем году.