석탄은 물과 퇴적물의 생태계에 보존된 이전에 죽은 식물이 생산한 화석 연료입니다. 이러한 환경에서 죽은 식물은 산화와 생분해를 피할 수 있으므로 그 안에 있는 탄소를 고정할 수 있습니다. 석탄은 쉽게 타는 흑색 또는 암갈색 암석입니다. 퇴적암이지만 너무 단단하지 않습니다. 예를 들어 갈탄은 형성된 이후 높은 온도와 압력을 받았기 때문에 변성암으로 간주될 수 있습니다. 석탄의 주요 구성 요소는 탄소와 수소이며, 소량의 다른 원소, 특히 황이 포함되어 있습니다. 석탄은 전 세계 발전 산업에서 가장 많이 사용되는 연료이자 최대 이산화탄소 배출원임은 물론, 기후 변화와 지구 온난화의 중요한 주범이기도 합니다. 이산화탄소 배출량 측면에서 석탄은 석유보다 약간 더 많고 천연가스보다 약 2배 더 많이 배출합니다. 석탄은 지하 탄광, 지하 깊은 곳 또는 노천 채굴장(표면 채굴)에서 채굴됩니다.

석탄발전소

석탄은 주로 발전용 고체연료로 사용되며 연소를 통해 열을 발생시킨다. 세계 연간 석탄 소비량 출처: WER, 2006, Wikipedia, 2007. 약 62억톤 중 약 75%가 발전용으로 사용된다. 2007년 중국의 석탄 생산량은 28억 5천만 톤이었고, 인도의 석탄 생산량은 약 5억 3,670만 톤으로 중국 전력의 68.7%가 석탄 발전에서 생산되었습니다. 미국은 매년 10억 5,300만 톤의 석탄을 소비하며, 그 중 90%가 발전용으로 사용됩니다. 2007년 전 세계 석탄 생산량은 68억 1천만 톤에 달했습니다. 석탄을 사용하여 전기를 생산하려면 먼저 석탄을 분쇄하여 분말로 만든 다음 보일러에서 태워야 합니다. 용광로에서 발생한 열은 보일러의 물을 가열하여 증기로 만들고, 이 증기는 터빈 발전기를 구동하여 전기를 생산하는 데 사용됩니다. 이 공정의 열역학적 효율성은 지난 몇 년 동안 크게 향상되었습니다. 표준 증기 터빈 기술은 결코 만족스럽지 않습니다. 위의 과정에서 열역학적 효율은 35%에 불과합니다. 이는 연소된 석탄의 열 중 65%가 주변 환경으로 방출되어 낭비된다는 의미입니다. 오래된 석탄 화력 발전소는 열 효율이 낮고 더 많은 열 에너지를 낭비합니다.

이론적으로 온도와 압력이 증가하면 열역학적 효율이 높아질 수 있으므로 초임계 터빈 개념의 출현으로 최대 46%의 열역학적 효율을 갖춘 초고온 보일러가 입증되었습니다. 석탄을 활용하는 또 다른 효율적인 방법은 열병합 발전으로 알려진 복합 사이클 발전기와 MHD 탑 사이클 발전기입니다. 전 세계 전기의 약 40%가 석탄을 태워 생산됩니다. 기존 기술로 채굴할 수 있는 퇴적암(석탄)의 총량은 오염도가 높고 에너지 집약도가 낮은 석탄 종류(갈탄, 역청탄 등)를 포함해 현재 소비 수준에서 300년 이상 사용할 수 있다. 수십 년 후에는 전 세계 석탄 생산량이 최대치에 도달할 것입니다.

석탄에서 전기를 생산하는 보다 에너지 효율적인 방법은 일산화탄소 연료 전지 또는 용융 탄산염 연료 전지(또는 산소 이온 변환 기반 전지를 사용하는 것입니다. 산소를 연소할 때 차이가 없습니다.) 배터리 연료 사이). 이러한 방법을 사용하면 열역학적 효율이 60~85%(직접 발전 + 폐열 증기 터빈)에 도달할 수 있습니다. 현재 이 연료전지 기술은 기체 연료만 사용할 수 있고, 유황 중독에 매우 민감합니다. 석탄으로 대규모 상업적 성공을 거두기 전까지는 이 기술만으로는 충분하지 않습니다. 기체연료 연구개발이 진행되면서 질소를 담체로 하여 석탄분말을 수송할 수 있다는 견해가 생겼다. 또 다른 견해는 물로 석탄을 기화시키는 것으로, 전해질의 연료 측에 산소를 도입하면 연료 측의 전압을 감소시킬 수 있지만 탄소 회수를 크게 단순화할 수도 있습니다.