Kopalina to naturalne nagromadzenie substancji mineralnej oraz rozproszone w skale ciecze lub gazy, które po wydobyciu – w formie naturalnej lub po przetworzeniu – stają się użytecznym surowcem mineralnym. Można je uzyskać także w sposób ekonomicznie uzasadniony (czyli jego eksploatacja powinna przynieść korzyść gospodarczą).

Do kopalin pochodzenia organicznego zaliczamy tzw. kaustobiolity, czyli palne skały pochodzenia organicznego (roślinnego).

Podstawowy podział kaustobiolitów:

Kaustobiolity z powodzeniem stosuje się jako paliwa do wytwarzania energii.

Zgłębiając geologię historyczną naszej planety, dowiemy się, że występowały trzy główne etapy, w których tworzyły się złoża paliw kopalnych:

W tworzeniu się węgli można rozróżnić dwie główne fazy:

Węgle kopalne dzieli się na trzy grupy, w zależności od rodzaju materii roślinnej, z której powstały:

Im wcześniej powstał węgiel, tym jego jakość jest dużo wyższa. Węgiel kamienny jest dużo starszy od brunatnego, dlatego zawiera też więcej czystego pierwiastka. Stąd wynika również różnica w kaloryczności węgla, czyli rzeczywistej ilości wytworzonego ciepła.

Węgiel kamienny wykorzystywany jest powszechnie do produkcji energii elektrycznej i ciepła w energetyce zawodowej, a także jako opał w gospodarstwach domowych i lokalnych kotłowniach.

Może być również wykorzystywany jako źródło energii w formie nieprzetworzonej, ponieważ spalanie całkowite węgla jest procesem egzoenergetycznym (czyli procesem, w którym wydzielana jest energia podnosząca temperaturę układu i otoczenia), co pozwala używać go jako materiału opałowego:

Węgiel tworzy w przyrodzie, różniący się stopniem uwęglenia, tzw. szereg węglowy:

w którym obserwuje się wzrastającą zawartość pierwiastka węgla C i malejącą zawartość wodoru oraz tlenu.

RaUqh9QtX77A8

Ilustracja przedstawiająca schematycznie proces powstawania węgla kamiennego i brunatnego. Pierwsza warstwa to bujna roślinność, pod nią kolejne warstwy: torf, węgiel brunatny, dalej trzy pasma węgla kamiennego antracyt, węgiel bitumiczny i węgiel podbitumiczny. Nad warstwami trzy podpisane strzałki: czas, ciśnienie oraz ciepło.

Torf to skała osadowa złożona z masy organicznej i mineralnej, znajdująca się w pierwszym, najniższym stadium uwęglenia. Do procesu powstawania torfu konieczny jest wysoki poziom wód gruntowych i niewielki dopływ powietrza.

RgZCZBT5vXhKR

Zdjęcie przedstawiające kawałek torfu, który tworzy czarną, miejscami brązowawą zbitą masę.

R8qQ2Gn6Lo7Bf

Zdjęcie przedstawiające torf wystający spod piasku na plaży Goodrington Sands. Czarny torf otoczony jest bezowym piaskiem, na którym leżą niewielkie kamyki. W tle morze w mglisty dzień, przez co niebo zlewa się z wodą. Po lewej stronie w oddali klif.

Ma barwę brunatną lub czarną. Odmiany czarne różnią się od węgla kamiennego rysą (w geologii jest to barwa sproszkowanego minerału), która w przypadku węgla brunatnego jest zawsze brunatna, a w przypadku węgla kamiennego czarna.

R1Bs8GhlqAzxJ

Zdjęcie przedstawiające węgiel brunatny w postaci odłamków o różnej fakturze w kolorze brązowawym.

RM0wzugb8w3sc

Zdjęcie kopalni węgla brunatnego. Rozłożysty teren, na którym znajdują się warstwy węgla brunatnego.

R1JFWZ6c9dsgf

Zdjęcie przedstawiające kawałek antracytu. Jest to ostro zakończona bryłka, zaokrąglona w dolnej części, jest czarno-szara z brązowymi refleksami i z wyraźnie połyskliwą powierzchnią o różnokształtnej fakturze.

Jest to skała organogeniczna o szaroczarnym lub całkowicie czarnym kolorze, z lekkim półmetalicznym połyskiem. Stanowi silnie przeobrażoną odmianę węgla kamiennego – aby mógł powstać, potrzebne było oddziaływanie wysokiej temperatury i dużego ciśnienia. Z tego też względu złoża antracytu są jednymi z najgłębiej ulokowanych złóż węglowych.

Paliwa kopalnepaliwa kopalnePaliwa kopalne wykorzystuje się w procesach termochemicznego przetwarzania:

Ropa naftowa jest ciekłą kopaliną, złożoną z mieszaniny węglowodorów gazowych, ciekłych i stałych z niewielkimi domieszkami związków: azotu, tlenu, siarki i zanieczyszczeń nieorganicznych. Jest powszechnie wykorzystywana jako surowiec przemysłu chemicznego i energetycznego.

Wśród geologów istnieje kilka hipotez dotyczących warunków powstania ropy naftowej. Najbardziej prawdopodobne jest ta, wg której powstała w wyniku rozkładu przez bakterie beztlenowe szczątków mikroorganizmów, glonów i wymarłych zwierząt wodnych, opadłych na dno mórz i oceanów. W procesie przemiany materii organicznej, w warunkach beztlenowych, powstawał kerogen, nazywany niedojrzałą ropą. Jest to substancja woskowa w postaci drobnych, czarnych ziaren rozproszonych w skałach. Do powstania ropy naftowej potrzebna była odpowiednio wysoka temperatura, ciśnienie oraz oczywiście miliony lat. Opadający osad morski przykrywał rozkładającą się materię organiczną, wciskając ją w głąb ziemi, gdzie dopiero na głębokości ok. 2 km panowała odpowiednio wysoka temperatura (powyżej 60°C), która pozwoliła na rozpoczęcie reakcji chemicznych, dzięki czemu doszło do powstania ropy.

R1L5VamMUH4xf

Ilustracja przedstawiająca morze, nad nim błękitne niebo. W wodzie znajdują się rośliny i zwierzęta, na dno morza opadają martwe szczątki roślin i zwierząt, głównie planktonu.

RbqVxLDUVRffY

Ilustracja przedstawiająca może, nad nim znajduje się błękitne niebo. W wodzie na dnie zgromadzone są martwe szczątki roślin i zwierząt, które przykrywane są innymi osadami, na przykład, mułami, iłami czy piaskami.

RD4TZIJozGgJV

Ilustracja przedstawiająca morze, nad nim błękitne niebo. Utworzona szczelna warstwa osadów odcina dopływ tlenu do martwych szczątków zgromadzonych na dnie.

Z destylacji ropy naftowej pochodzą paliwa ciekłe, stosowane do napędu silników spalinowych, do rozruchu kotłów parowych, celów grzewczych i technologicznych.

Rwhs0RQ9aJUmB

Zdjęcie przedstawiające aparaturę do destylacji prostej zamontowaną w statywie. W łaźni olejowej zanurzona jest kolba z destylowaną cieczą połączona z kolumną frakcyjną, która to łączy się z nasadką destylacyjną, w której znajduje się termometr. Nasadka destylacyjna to trójdrożny element szklany, który umożliwia nie tylko zaopatrzenie aparatury w termometr, ale również podłączenie chłodnicy wodnej, która skierowana jest po skosie w dół, umożliwiając gromadzenie destylatu. Z chłodnicą połączony jest przedłużacz, który prowadzi do odbieralnika.

Produktami destylacji ropy naftowej są:

Gaz ziemny należy do najczystszych paliw kopalnych. W skład gazu ziemnego wchodzą prawie wyłącznie metan i obojętny azot. Z kolei nie występuje w nim siarka oraz metale ciężkie, typu kobalt, ołów czy rtęć. Dzięki temu w procesie spalania nie tworzą się pyły, dwutlenek siarki i nie powstają stałe odpady spalania, jak popiół, żużel czy sadze. W porównaniu z węglem i olejem opałowym, spalany gaz ziemny emituje znacznie mniej tlenków azotu, ale i tlenku węgla oraz dwutlenku węgla. Zanim surowy gaz zostanie wtłoczony do rurociągów, musi zostać oddzielony od innych frakcji węglowodorów i oczyszczony.

Słownik

Bibliografia

Dudek‑Różycki K., Płotek  M., Wichur T., Węglowodory. Repetytorium i zadania, Kraków 2020.

Dudek‑Różycki K., Płotek M., Wichur T., Kompendium terminologii oraz nazewnictwa związków organicznych. Poradnik dla nauczycieli i uczniów, Kraków 2020.

Bilans zasobów złóż kopalin w Polsce wg stanu na 31 XII 2018 r., pod. red. Marcina Szuflickiego, Agnieszki Malon, Marcina Tymińskiego, Warszawa 2019.

Nieć M., Złoże – kopalina – surowiec mineralny. Podstawowe terminy geologii gospodarczo‑złożowej i potrzeba ich uwzględnienia w przepisach prawa geologicznego i górniczego, „Przegląd Geologiczny” 2010, 8, t. 58.

Piestrzyński A., Surowce mineralne oceanów, „Górnictwo i Geoinżynieria” 2011, t. 35, s. 303‑310.

Probierz K., Petrologia węgla w rozpoznawaniu węgli koksowych rejonu Jastrzębia,    „Górnictwo i Geologia” 2012, t. 7, s. 87‑117.