石炭
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概要
1970
石炭 の起源
石炭 化
石炭 が産出 する地層 と歴史
三 畳 紀 （1億 9千 万 年 前 頃 ）: ヨーロッパ中部 、北米 大陸 、中国 南部 、インドシナジュラ紀 （1億 5千 万 年 前 頃 ）: ヨーロッパ中 南部 、北米 大陸 、アジア東部 白 亜紀 （1億 2千 年 万 前 頃 ）: ヨーロッパ中部 北米 、南米 大陸 、アフリカ大陸
- ドイツ、
北米 、中米 、オーストラリア、日本
石炭 の成 り立 ちの主 な参考 文献 - 『石炭 技術 総覧 』Batman、『太陽 の化石 :石炭 』第 1章 石炭 の生 い立 ち
シルル
石炭 の種類
石 炭化 度 による分類
(
無煙炭 (anthracite)炭素 含有 量 90%以上 [5]。最 も石 炭化 度 （炭素 分 ）が高 く燃 やしても煙 をほとんど出 さない[5][3]。カーバイドの原料 、工業 炉 の燃料 に使 われるほか、家庭 用 の練炭 や豆炭 の原料 となることもある[5]。かつては軍艦 用 燃料 に重 んじられた。ただし揮発 分 が低 く、着火 性 に劣 る。焼 結 に使用 可能 な低 燐 のものは原料 炭 の一種 として高 価格 で取引 される。半 無煙炭 (semianthracite)炭素 含有 量 80%以上 。無煙炭 に次 いで石 炭化 度 が高 いが、粉 鉄鉱 焼 結 にも適 さない一方 、電力 等 微粉 炭 ボイラー用 としては揮発 分 が少 なすぎて適 さず、比較的 安値 で取引 される一般 炭 。セメント産業 の燃料 や流動 床 ボイラに使 われる。着火 性 に劣 るが比較的 発熱 量 が高 く、内陸 工場 への輸送 コストが安 く済 む。瀝青炭 （れきせいたん） (bituminous coal)炭素 含有 量 70～75%[5]。石炭 として最 も一般 的 なもの[3]。加熱 により溶 けて固 まる粘 結 性 が高 く、コークス原料 や製鉄 用 燃料 となる[5]。亜 瀝青炭 (subbituminous coal)瀝青炭 に似 た性質 を持 つが、水分 を15～45%含 むため比較 すると扱 いにくい[5]。粘 結 性 がほとんどないものが多 い。コークス原料 には使 えないが、揮発 分 が多 くて火付 きが良 く、熱量 も無煙炭 ・半 無煙炭 ・瀝青炭 に次 いで高 い。特 にボイラー用 の燃料 として需要 がある[5]。豊富 な埋蔵 量 が広 く分布 しており、日本 で生産 されていた石炭 の多 くも亜 瀝青炭 であった[5]。褐炭 (brown coal)炭素 含有 量 60%以上 [5]。石 炭化 度 は低 く植物 の形 を残 すものも含 まれ、水分 ・酸素 の多 い低 品位 な石炭 である[5][3]。練炭 ・豆炭 などの一般 用 の燃料 として使用 される[5]。色 はその名 の示 す通 りの褐色 。水分 が高 すぎて微 粉炭 ボイラの燃料 としては粉砕 /乾燥 機 の能力 を超 えてしまう場合 が多 く、重量 当 たり発熱 量 が低 いので輸送 コストがかさみ、脱水 すれば自然 発火 しやすくなるという扱 いにくい石炭 なので価格 は最 安価 で、輸送 コストの関係 で鉱山 周辺 で発電 などに使 われる場合 が多 い。褐炭 を脱水 する様々 な技術 の開発 が行 われている。また、水素 原料 として有望 視 されている[11]。亜炭 (lignite)褐炭 の質 の悪 いものに付 けられた俗名 [5]。炭素 含有 量 60%未満 [5]。ただし、亜炭 と呼 ぶ基準 は極 めて曖昧 である。学名 は褐色 褐炭 。埋 れ木 も亜炭 の一種 である。日本 では太平洋戦争 中 に燃料 不足 のため多 く利用 された。現在 では亜炭 は肥料 の原料 としてごく少量 利用 されているにすぎない[5]。泥炭 (peat)泥 状 の炭 。石炭 の成長 過程 にあるもので、品質 が悪 いため工業 用 燃料 としての需要 は少 ない[5]。ウイスキーに使用 するピートは、大麦 麦芽 を乾燥 させる燃料 として香 り付 けを兼 ねる[5]。このほか、繊維 質 を保 ち、保水 性 や通気 性 に富 むことから、園芸 用土 として使用 される。
kJ/kg (kcal/kg) |
||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
Anthracite |
A1 | --- | 4.0 |
|||
| A2 | ||||||
Bituminous |
B1 | 35,160 （8,400 |
1.5 |
|||
| B2 | 1.5 |
|||||
| C | 33,910 （8,100 |
－ | ||||
Sub-Bituminous |
D | 32,650 （7,800 |
－ | |||
| E | 30,560 （7,300 |
--- | ||||
Lignite |
F1 | 29,470 （6,800 |
--- | ( |
||
| F2 | 24,280 （5,800 |
--- | ||||
用途 による分類
粒 度 による分類
石炭 の採掘
20
オーストラリアや
世界 の埋蔵 量
（ ）
アメリカ合衆国 （2484）- ロシア（1604）
- オーストラリア（1419）
中国 （1386）- インド（972）
- ドイツ（362）
- ウクライナ（341）
- ポーランド（258）
主 な産 炭 地
（ ）
中華人民共和国 （45.4）- インド（9.9）
- ダモダル
アメリカ合衆国 （8.8）- アパラチア（
瀝青炭 ）、中央 、ペンシルベニア（無煙炭 ）、ロッキー（褐炭 ）
- アパラチア（
- インドネシア（7.0）
- オーストラリア（6.2）
- ボウエン、ハンター
南 アフリカ共和 国 - トランスヴァール
- ロシア
- クズネツク
- ポーランド
- ウクライナ
- カザフスタン
- カラガンダ
- イギリス
- ドイツ
主 な消費 国
日本 の炭鉱
1950
しかし
2015
2018
主 な日本 の産 炭 地
稼働 中 の炭鉱 あり
国内 唯一 の坑内 掘 り炭鉱 として年 50万 t生産 中 。採炭 とベトナム・中国 等 への石炭 技術 の継承 も行 う。おもに発電 用 。
規模 の小 さな露天掘 りによる炭鉱 が数カ所 存在 する。
全 て閉山
天 北 炭田 （北海道 宗谷 管内 ）：猿払 村 、浜頓別 町 など常磐 炭田 （福島 県 東部 〜茨城 県 北東 部 ）：いわき市 、北茨城 市 、高萩 市 など宇部 炭田 （山口 県 西部 ）：宇部 市 、山陽 小野田 市 など大嶺 炭田 （山口 県 西部 ）：美祢 市
日本 には珍 しい無煙炭 の炭鉱 。
主 に海軍 ・国鉄 向 けの官有 炭鉱 。
三池 炭田 （福岡 県 南西 部 ・熊本 県 北西 部 ）：大牟田 市 、高田 町 （現 ・みやま市 ）、荒尾 市 唐津 炭田 （佐賀 県 北部 ）：唐津 市 、多久 市 など北松 炭田 （長崎 県 北部 ）：松浦 市 、佐世保 市 域 北部 、北松浦 郡 西彼杵 炭田 （長崎 県 中西部 ）：長崎 市 域 北西 部 、西海 市 、長崎 市 高島 町 など天草 炭田 （熊本 県 天草 地方 ）：本渡 市 （現 ・天草 市 ）など西表 炭鉱 （沖縄 県 八重山列島 ）：西表島 （八重山 郡 竹富 町 ）、内離島 宇多 良 炭鉱 など
炭鉱 事故
炭鉱 災害 の参考 文献 - 『太陽 の化石 :石炭 』2.5炭鉱 災害 と保安 の技術 史 について
産業 分野 の利用
各 産業 分野
電力 分野 石炭 は蒸気 ボイラー用 燃料 として発電 に利用 される。
製鉄 分野 製鉄 分野 では精錬 工程 での還元 剤 や熱源 として使用 されている[5]。
各種 誘導 品
石炭 利用 の歴史
石炭 利用 の歴史 この章 の主 な参考 文献 - 『石炭 技術 総覧 』第 3章 石炭 を使 う
石炭 使用 の黎明 期
石炭 の第 一 次 黄金 時代
18
19
石炭 から石油 への移行
20
また、
石油 危機 と石炭 回帰 ・天然 ガスとの競争
2010
石炭 資源 の特徴
利点
安価 なコスト自動車 の普及 した先進 国 では石油 の占 める割合 が高 いが、エネルギー消費 の過半数 を占 める発電 燃料 ・産業 燃料 では、コスト優位 により石炭 が未 だに少 なくない割合 を占 めている国 もある。アメリカも発電 燃料 は31%と天然 ガスと同 じぐらいである[27]。中国 は自動車 の普及 で石油 輸入 量 が急増 し日本 を追 い抜 いたが、依然 として全 エネルギーのうち5割 以上 を石炭 が占 めている[28]。輸送 ・貯蔵 時 のセキュリティ石油 ・ガスのような流体 ではないことや、核 燃料 のようにコンパクトではないことは、輸送 のコストを押 し上 げる要因 ではあるが、一方 では輸送 や貯蔵 に際 しての事故 やテロによる被害 の規模 を抑制 する要因 でもある。豊富 な埋蔵 量 石炭 は他 の燃料 に比 べて埋蔵 量 が多 く、かつ石油 のような一 地域 への偏在 がなく、全 世界 で幅広 く採掘 が可能 なエネルギー資源 である。50年 で枯渇 が懸念 されている石油 に対 し、石炭 は153年 [29]の採掘 が可能 と考 えられている[30]。2017年 の世界 の消費 は約 75億 t[31]、2017年 時点 では総 一 次 エネルギー消費 の23%を占 める[32]。確 認可 採 埋蔵 量 は、世界 で約 1兆 35億 t（2017年 ）（BP統計 2005年版 では約 9091億 t）[31]。1990年 のデータでは ウランを含 む燃料 資源 を石油 に換算 した確 認可 採 埋蔵 量 の比率 は石炭 が61.9%に達 し、オイルサンド類 の16.1%、石油 の10.8%、天然 ガスの9.7%に比 べて圧倒的 に多 い。また石油 が世界 の埋蔵 量 のうち中東 地区 に約 48%が偏在 したり（2016年 のデータ）、天然 ガスがヨーロッパ及旧ソ連 と中東 で70%以上 の埋蔵 量 を占有 する状況 である（2016年 のデータ）のに比 べて石炭 はアメリカ（22.1%）、中国 （21.4%）、ロシア（14.1%）、オーストラリア（12.7%）、インド（8.3%）、ドイツ（3.2 %）と政情 の安定 している国 の埋蔵 量 が大 きいことが特徴 （2016年 のデータ）[33]。製鉄 における石炭 の有利 鉄鉱 石 とは錆 びた鉄 ・酸化 鉄 と脈 石 の塊 であり、製鉄 とは還元 反応 である。現在 の高炉 法 は粘 結 炭 （瀝青炭 ）を蒸 し焼 きにしたコークスと塊状 鉄鉱 石 を円筒 形 の高炉 に積 み上 げ、下 から空気 を吹 き込 んで発生 する一酸化 炭素 で銑鉄 を作 るので、石炭 （特 に粘 結 炭 ）が不可欠 である。天然 ガスでも還元 できるが温度 が上 げにくいので、産油 国 のような石油 採掘 の時 に随伴 ガスとして出 てきてしまう天然 ガスを無駄 に燃 やしている国 以外 では、石炭 のほうが優位 である。豊富 な埋蔵 量 の主 な参考 文献 - 『エネルギー・セキュリティ』
欠点
健康 被害
石炭 の燃焼 は二酸化 硫黄 (SO2)の主 な排出 源 であり、窒素 成分 も他 のエネルギー源 より多 く、酸性 雨 や大気 汚染 の最 も危険 な形態 であるPM2.5粒子 状 物質 を生成 する[36]。煙突 からの排出 物 は、喘息 、脳卒中 、知的 障害 、動脈 閉塞 、心臓 発作 、うっ血 性 心不全 、不整脈 、水銀 中毒 、狭窄 症 、肺 がんを引 き起 こす[37]。石炭 を使用 して発電 することによるヨーロッパの年間 医療 費 は、最大 430億 ユーロと見積 もられている[38]。他 の燃料 に比 べて煤塵 発生 も多 く、労働 者 の塵肺 を引 き起 こす[39]。この影響 で、米国 だけでも石炭 産業 の元 従業 員 1,500人 が毎年 死亡 すると推定 されている[40]。石炭 を使用 すると、毎年 数 億 トンの灰 やその他 の廃棄 物 が発生 し、これらには、フライアッシュ、ボトムアッシュ、および排煙 脱硫 スラッジが含 まれ、これらには、セレンなどの非金属 とともに、水銀 、ウラン、トリウム、ヒ素 、およびその他 の重金属 が含 まれている[41]。1990年代 におけるアメリカ地質調査所 の推計 によると、アメリカ人 は平均 して石炭 由来 の放射線 を自然 放射線 量 の0.1%程度 、石炭 火力 発電 所 から1kmの場所 に住 んでいる場合 は最大 で5%を追加 で被曝 しているとされる[42]。放射 性 物質 は土中 に微量 含 まれているため、他 の鉱物 （鉄 や銅 、アルミ）など採掘 残土 、精製 残土 やそれらの工業 製品 にも製品 品質 や人体 に影響 を与 えない範囲 で極 微量 含有 している。石炭 だけが環境 破壊 （非金属 、重金属 、放射 性 ）の影響 を与 えているという考 えは誤 りである。また、石炭 の燃 え滓 である灰 や廃棄 物 は、石炭 の主成分 の炭素 を分離 した色々 な高 濃度 物質 の塊 であり、環境 や人体 への影響 を考 えたら切 りが無 い。だが、石炭 だけ取 り上 げられる理由 は、石炭 の消費 者 （火力 発電 所 や製鉄 所 など）が環境 意識 の高 い利用 者 、最終 消費 者 （先進 国 の国民 ）に近 いから環境 アセスメント問題 として騒 がれているだけで、発展 途上 国 や公害 に対 する教育 の低 い国 や国民 が騒 がないだけである。そのため、先進 国 から、大型 火力 発電 所 や製鉄 所 が撤退 し、上記 の国 や地域 なら軽度 の環境 アセスメントや経済 的 に移転 している。また、前述 したとおり、石炭 の灰 は色々 な高 濃度 物質 の塊 なので、都市 鉱山 の一種 として研究 が行 われている。
環境 への影響 石炭 使用 の最大 かつ最 も長期 的 な影響 は、気候 変動 と地球 温暖 化 に強 い影響 を与 える物質 である温室 効果 ガスである二酸化炭素 (CO2)の放出 である。石炭 は、2017年 時点 で世界 の一 次 エネルギーの4分 の1[43]を供給 し、石炭 火力 発電 は、2018年 の世界 のCO2排出 量 増加 の最大 の要因 であり、化石 燃料 からの温室 効果 ガス総 排出 量 の40％となっている[44]。石炭 採掘 は、別 の温室 効果 ガスであるメタンを放出 する[45]。
石炭 は高 品位 になるほど炭素 含有 量 が増 えて水素 ・酸素 が減 ってゆき、無煙炭 の炭素 含有 量 は90 %以上 に達 する。他 の燃料 は燃焼 すると主 に二酸化炭素 と水蒸気 が発生 するが、高 品位 の石炭 を燃 やすと燃焼 生成 物 の大 部分 が二酸化炭素 となる。含有 水素 の少 なさを、炭素 の燃焼 によってカバーしているため、他 の燃料 と発熱 量 で比較 すると二酸化炭素 の排出 が多 くなる。他 の硫黄 酸化 物 除去 は実用 化 されており、二酸化炭素 は地中 処分 が検討 されているが、日本 では貯留 層 に70年 分 の容量 しかないといい、既存 石炭 火力 発電 所 を寿命 まで使 い切 って次世代 発電 所 にバトンタッチする繋 ぎ技術 と目 されている。
- エネルギーが
小 さい 石油 と比較 した場合 は低 エネルギーであり、重油 と比 べて約 半分 である。これは蒸気 ボイラーで同 じ出力 を得 ようとした場合 、石油 燃料 を使用 する場合 よりも大 きなボイラーが必要 であることを意味 する。
固体 のため、採掘 ・運搬 ・貯蔵 に際 してコストがかかる液体 や気体 （圧縮 し液体 化 させれば）はポンプと配管 で輸送 できるが、石炭 の輸送 にはパワーショベルまたは人手 による投 炭 、ホッパー、ベルトコンベアなどが必要 である。貯蔵 の際 には屋内 屋外 の貯炭 場 などに積 み上 げられることになる。坑内 掘 りの場合 は、粉塵 やガスの爆発 事故 や、ガスによる酸 欠 事故 、粉塵 による塵肺 、落盤 事故 などの危険 が伴 う。放置 すると空気 と緩慢 酸化 、自然 発熱 を起 こし場合 によっては自然 発火 に至 ることもあるので注意 が必要 [46][47]。そのため、石炭 の貯蔵 設備 は日除 けや、粉塵 や自然 発火 防止 の散水 設備 などの安全 費用 が掛 かり、石炭 を使用 する直前 には、湿気 た石炭 を乾燥 させてから火 炉 に投入 するため、乾燥 設備 や乾燥 熱 （排 熱 の利用 ）の費用 もかかる。石炭 の欠点 の主 な参考 文献 - 『石炭 技術 総覧 』第 3章 石炭 を使 う
出典
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参考 文献
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世界 の艦船 増刊 近代 巡洋艦 史 』海人 社 、1986年 - 『
世界 の艦船 増刊 近代 戦艦 史 』海人 社 、1987年
関連 項目
石炭 液化 - ルール
地方 軍艦 島 塊 炭 飴 田川 市 石炭 ・歴史 博物館 夕張 市 石炭 博物館 - いわき
市 石炭 ・化石 館 - ボタ
山 - マティルド (
小惑星 ) 下 盤 粘土 (シートアース、石炭 層 の下 にできる)
外部 リンク
石炭 について -石炭 エネルギーセンター釧路 コールマイン株式会社 （国内 唯一 の炭鉱 ）直方 市 石炭 記念 館 宇部 市 石炭 記念 館 - おおむた
石炭 WORLD - 『
石炭 』 - コトバンク