• Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

kul

Oprindelige forfattere BBu, Folke, HCJ, HJSP, JFen og LAHa Seneste forfatter Redaktionen

kul, geologiske forekomster med højt indhold af carbon (kulstof), dannet af plantemateriale. Store forskelle i kullenes alder og i de geologiske processer, der har dannet dem, har givet en lang række forskellige kulkvaliteter. Man kan ret skarpt skelne imellem stenkul, hvori planteresterne er stærkt omdannede, og brunkul, hvis indhold af planterester er omdannet i betydelig mindre grad pga. en ringere varme- og trykpåvirkning. Antracit er omdannet i endnu højere grad end stenkul. Det følgende omhandler kun stenkul og antracit.

Dannelse

Kul dannes ved begravelse af ikke-forrådnet plantemateriale som fx tørv. Omdannelsen sker som følge af stigning i tryk og temperatur ved fortsat begravelse, hvilket resulterer i en forøgelse af kulstofindhold og hårdhed, se kulrækken. Bestemte tidsrum i Jordens historie er kendetegnet ved særlig store akkumulationer af tørv, der bl.a. indeholder kulstof og siden omdannes til kul. Perioder med udbredte og store kulaflejringer omfatter Tertiær, Perm, dog kun på den sydlige halvkugle, og Karbon, kun på den nordlige halvkugle, hvor store områder af kontinenterne var dækket af skovsumpe. Her blev primitive ulvefodstræer og kæmpepadderokker begravet som tørveaflejringer, der senere blev omdannet til kul. Karbone kul kendes især fra USA, Ruhrdistriktet i Tyskland og det nordlige England.

Egenskaber og sammensætning

Kul. Mikroskopisk genkendelige bestanddele af kul betegnes maceraler (i analogi med mineraler i uorganiske bjergarter). Billederne viser reflektionsmikroskopier af maceraler. Der er vist eksempler på maceraler fra hver af de tre hovedgrupper: liptinit, vitrinit og inertinit. Liptinitgruppens maceraler er repræsenteret ved sporinit, der stammer fra sporer og pollen, samt cutinit, som stammer fra kutikula fra løv og kviste. Vitrinitgruppens maceraler er repræsenteret ved collotelinit, der opstår ved omdannelse af ved. Inertinitgruppens maceraler er repræsenteret ved inertodetrinit, der bl.a. kan opstå ved fysisk nedbrydning af oxideret plantemateriale af forskellig art, og fusinit, der er dannet ved oxidation af ved. Oxidationen kan foregå biologisk, fx ved svampeangreb, eller kemisk ved ild.

Kul. Mikroskopisk genkendelige bestanddele af kul betegnes maceraler (i analogi med mineraler i uorganiske bjergarter). Billederne viser reflektionsmikroskopier af maceraler. Der er vist eksempler på maceraler fra hver af de tre hovedgrupper: liptinit, vitrinit og inertinit. Liptinitgruppens maceraler er repræsenteret ved sporinit, der stammer fra sporer og pollen, samt cutinit, som stammer fra kutikula fra løv og kviste. Vitrinitgruppens maceraler er repræsenteret ved collotelinit, der opstår ved omdannelse af ved. Inertinitgruppens maceraler er repræsenteret ved inertodetrinit, der bl.a. kan opstå ved fysisk nedbrydning af oxideret plantemateriale af forskellig art, og fusinit, der er dannet ved oxidation af ved. Oxidationen kan foregå biologisk, fx ved svampeangreb, eller kemisk ved ild.

Stenkul indeholder typisk 10-15 % uorganiske stoffer, i hovedsagen mineraler fra ler, sand og kalk. Metalsulfider forekommer også. Kulrøgens indhold af svovldioxid kommer dels fra disse sulfider, dels fra det svovl, der er kemisk bundet i selve kulsubstansen. Med det blotte øje kan man skelne forskellige kultyper, såkaldte lithotyper: vitrain, clarain, durain og fusain. Under mikroskopet viser de sig at bestå af forskellige enheder, maceraler, der på baggrund af deres udseende kan genkendes og klassificeres. I visse maceraler optræder strukturer, i hvilke man kan genkende enkelte plantedele, fx pollen. Forskellene i maceralernes struktur skyldes, at de er dannet af forskellige plantebestanddele: ved, løv, harpiks, pollen, sporer mv. Endvidere forekommer mikroalger og svampemateriale.

Annonce

Kul klassificeres sikrest ved en måling af maceralet vitrinits reflektans, hvorved placeringen i kulrækken kan bestemmes. En vigtig laboratorieprøve med henblik på kullenes anvendelsesmuligheder er en ophedning uden luftens adgang til ca. 950 °C. Man måler vægttabet, som skyldes afgang af gas og tjære (bitumen), og den faste rest, koks, undersøges. På grundlag af denne undersøgelse kan man opdele stenkul i hovedklasserne bituminøse og subbituminøse kul. Gasafgivelsen varierer fra ca. 2 til ca. 50 vægtpct. Koksenes struktur er vigtig for deres anvendelse som brændsel. Bituminøse kul giver i almindelighed sammenhængende, faste koks, dog med betydelige variationer i porøsitet og styrke. Subbituminøse kul giver oftest smuldrende koks, som er vanskelige at anvende.

Produktion i 2011 i mio. t
total produktion (stenkul og brunkul)stenkul
Kina33843237
USA10921011
Indien516484
Australien398332
Rusland327246
Sydafrika251251
Tyskland19013
Polen13168
Kasakhstan125116
Ukraine6060
andre lande1038681
i alt75206497
Kilde: Det Internationale Energiagentur

Antracit afgiver kun nogle få pct. gas og benyttes derfor ikke til afgasning, men bruges direkte på samme måde som koks.

Kullenes brændværdi varierer fra 25 til 33 MJ/kg (6000-8000 kcal/kg), højest for antracit.

I den ældre fyringsteknik spillede kullenes opførsel i et ristefyr en stor rolle. Nogle typer af bituminøse kul kunne "bage" til sammenhængende lag, som gjorde forbrændingsluftens passage vanskelig. Kul, som smuldrede under forbrændingen, kunne give betydelige tab af uforbrændt kul, som faldt igennem risten. I nyere fyringsteknik, fx kulstøvfyring eller fluid bed-forbrænding, er man mindre afhængig af kullenes egenskaber.

Anvendelse

Den største del af kulproduktionen anvendes direkte som brændsel. En voksende del undergår en eller anden forædlingsproces: afgasning, forgasning eller hydrering.

Afgasning, dvs. ophedning uden luftens adgang, giver gas, tjære og koks. I Danmark bruges denne proces ikke mere; men den er vigtig i andre lande, specielt hvor man producerer stål, idet den metallurgiske industri anvender en væsentlig del af kulproduktionen i form af koks til reduktion af malme indeholdende metaloxider, fx jernmalm. Koksene hertil er ofte den kvalitet, der kaldes cinders (se koks). Gassen og tjæren er vigtige råvarer i den kemiske industri.

Forgasning af kul ved reaktion med luft i underskud og med vanddamp giver en gas, som i hovedsagen består af hydrogen, kulmonoxid og nitrogen (se forgasning og gasgenerator). Sådanne gasblandinger kan være råstof til fremstilling af fx ammoniak. Ved forgasning med oxygen fås en gas, der kan omdannes til en blanding af carbonhydrider (kulbrinter), hvoraf der kan destilleres benzin og andre olieprodukter (se Fischer-Tropsch-processen).

Kulhydrering, dvs. reaktion imellem hydrogen og kul, kan også frembringe en blanding af carbonhydrider. Kulpulver opslæmmes i en olie, og opslæmningen reagerer med hydrogen ved højt tryk (ca. 150 bar) og høj temperatur (ca. 400 °C). Kulsubstansens struktur nedbrydes herved til mindre molekyler og radikaler, og der adderes hydrogen til disse. Der foregår et betydeligt udviklingsarbejde med denne proces, idet den gør det muligt at fremstille "syntetisk råolie" på basis af verdens vældige kulreserver og på denne måde imødegå den forudseelige knaphed på olie, hvoraf de kendte reserver er langt mere beskedne. Kulhydrering ved den såkaldte Bergiusproces var af afgørende betydning for Tysklands forsyning med motorbrændsler under 2. Verdenskrig.

Kul er udgangspunktet for mangfoldige organiske kemikalier. Historisk var kulgastjæren grundlaget for den industrielle organiske kemi. Heraf udvandtes aromatiske forbindelser som benzen, toluen, naftalen, antracen, fenol og pyridin. De var udgangspunkter for syntese af farvestoffer, fx indigo, og senere kemoterapeutika, fx salvarsan.

Af koks kan man med vanddamp producere vandgas, der efter rensning kan anvendes til syntese af ammoniak og methanol. Koksovngassen er rig på hydrogen, der kan udskilles og anvendes til syntese.

Kul er i høj grad blevet afløst af olie og gas som basis for kemikalier. Kultjære udnyttes dog stadig — i Danmark af Koppers Denmark i Nyborg (tidl. Tjærekompagniet), som benytter importeret tjære — og Fischer-Tropsch-processen benyttes i Sydafrika.

Reserver

Verdens samlede udvindbare kulreserver er i 2011 opgjort til 892 mia. t. Dette tal dækker den kulmængde, der med sikkerhed er kendt, og som kan udvindes med et økonomisk rimeligt resultat og med den nu anvendte teknologi. De udvindbare resurser omfatter derimod alle kendte kulforekomster og er mere usikre; de er mindst tre gange så store som de udvindbare reserver.

Målt efter energiindhold er kul fortsat verdens næstvigtigste energiresurse (efter olie). Der er dog langt større reserver af kul; med den nuværende produktion er der kendte kulreserver til yderligere 115 års produktion. USA, Rusland og Kina har 57 % af reserverne og er sammen med Indien og Australien de største producenter. I Kina er mange gamle kulminer lukket, og produktionen falder, mens Australien står stærkt på verdensmarkedet efter at have investeret i moderne, højproduktive mineanlæg i mekaniserede åbne brud. Se også energiforsyning. For brydning af kul, se minedrift.

Luftforurening

Anvendelse af kul til opvarmning, elproduktion m.m. er en alvorlig kilde til luftforurening med en række forskellige stoffer. Ved fuldstændig forbrænding dannes kuldioxid (CO2), som giver det største menneskeskabte bidrag til forøgelsen af drivhuseffekten. Ufuldstændig forbrænding giver kulmonoxid (CO, kulilte), der har sundhedsmæssige skadevirkninger; bidraget fra kulfyring udgør dog kun en relativt beskeden andel af udslippet. Svovlet i kullene bliver under forbrændingen omdannet til svovldioxid (SO2), som i atmosfæren kan omdannes til svovlsyre og bidrage til forsuring. I Danmark er kulfyring på kraftværker den dominerende kilde til svovlforurening. En del af de uforbrændte bestanddele bliver til flyveaske. Kul indeholder en række tungmetaller, bl.a. cadmium og kviksølv, der kan frigøres som luftforurening under brydning, transport og specielt forbrænding. Kullenes indhold af uran kan give anledning til radioaktivt udslip. Ved forbehandling af kullene eller røggasrensning kan udslippet af de fleste forureninger begrænses; der findes dog endnu ingen praktisk anvendte metoder til at nedbringe kuldioxidudslippet.

Historie

Anvendelse af stenkul til opvarmning forekom i oldtidens Rom, men helt frem til 1800-t. var træ den vigtigste form for brændsel. Det førte til rovdrift på skovene i tætbefolkede områder og en begyndende anvendelse af kul i bl.a. England. Først under den industrielle revolution i slutningen af 1700-t. og i løbet af 1800-t. blev kul verdens vigtigste energikilde. Nye anvendelsesområder var især i højovne, hvor stenkul afløste trækul, og i dampmaskiner, såvel de stationære som de mobile i lokomotiver og dampskibe, hvor kul afløste vand- og vindkraft samt trækdyr og menneskelig arbejdskraft. Fra slutningen af 1800-t. blev også elektricitetsværkerne store kulforbrugere. Åbning af stadig flere kulminer i Storbritannien, Tyskland, Rusland og USA gjorde det i denne periode muligt at mangedoble verdens energiforbrug.

I første halvdel af 1900-t. kom olie til som en ny energikilde, og navnlig i 1960'erne udviklede prisforholdene sig sådan, at olie blev en hård konkurrent til kul og forårsagede kriser inden for kulindustrien. Efter oliekriserne i 1970'erne har kul genvundet noget af sin tidligere position på energimarkedet, samtidig med at nye lande er kommet til at spille en rolle i verdens kulforsyning, bl.a. Australien og Sydafrika.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Bjørn Buchardt, Hans Folke, Hans Chr. Johansen, H.J. Styhr Petersen, Jes Fenger, L. Alfred Hansen: kul i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 20. november 2017 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=111965