Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff sind die wichtigsten organischen Stoffe in Kohle und machen mehr als 95 % aus. Je tiefer die Inkohlung, desto höher der Kohlenstoffgehalt und desto niedriger der Wasserstoff- und Sauerstoffgehalt. Kohlenstoff und Wasserstoff sind die Elemente, die bei der Kohleverbrennung Wärme erzeugen, und Sauerstoff ist das verbrennungsunterstützende Element. Beim Verbrennen von Kohle erzeugt Stickstoff keine Wärme, sondern wird bei hohen Temperaturen in Stickoxide und Ammoniak umgewandelt und in freiem Zustand abgeschieden. Schwefel, Phosphor, Fluor, Chlor und Arsen sind schädliche Bestandteile in Kohle, von denen Schwefel der wichtigste ist. Beim Verbrennen von Kohle wird der größte Teil des Schwefels zu Schwefeldioxid (SO2) oxidiert, das mit dem Rauchgas ausgestoßen wird, die Atmosphäre verschmutzt, das Wachstum von Tieren und Pflanzen sowie die menschliche Gesundheit gefährdet und Metallgeräte korrodiert. Wenn Kohle mit hohem Schwefelgehalt bei der metallurgischen Verkokung verwendet wird, beeinträchtigt dies auch die Qualität von Koks und Stahl. Daher ist der Gehalt an „Schwefel“ einer der wichtigen Indizes zur Bewertung der Kohlequalität.

Das brennbare Gas, das bei der Zersetzung organischer Stoffe in Kohle unter bestimmten Temperaturen und Bedingungen entsteht, wird als „flüchtig“ bezeichnet. Es handelt sich dabei um ein Mischgas aus verschiedenen Kohlenwasserstoffen, Wasserstoff, Kohlenmonoxid und anderen Verbindungen. Der flüchtige Anteil ist auch der wichtigste Kohlequalitätsindex, der eine wichtige Referenzrolle bei der Bestimmung der Verarbeitungs- und Verwendungsmethoden sowie der technologischen Bedingungen von Kohle spielt. Kohle mit niedrigem Inkohlungsgrad enthält mehr flüchtige Stoffe. Wenn die Verbrennungsbedingungen nicht geeignet sind, erzeugt Kohle mit hohem flüchtigen Anteil beim Verbrennen leicht unverbrannte Kohlenstoffpartikel, die allgemein als „schwarzer Rauch“ bezeichnet werden. Außerdem entstehen mehr Schadstoffe wie Kohlenmonoxid, polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe und Aldehyde, wodurch der thermische Wirkungsgrad verringert wird. Daher sollten geeignete Verbrennungsbedingungen und -geräte entsprechend den flüchtigen Stoffen der Kohle ausgewählt werden.

Kohle enthält nur wenige anorganische Stoffe, hauptsächlich Wasser und Mineralien, und ihr Vorhandensein mindert die Qualität und den Nutzungswert der Kohle. Mineralien sind die Hauptverunreinigungen in Kohle, wie Sulfid, Sulfat und Karbonat, von denen die meisten schädliche Bestandteile sind.

„Feuchtigkeit“ hat einen großen Einfluss auf die Verarbeitung und Nutzung von Kohle. Wenn sich Wasser bei der Verbrennung in Dampf verwandelt, absorbiert es Wärme und verringert so den Heizwert der Kohle. Die Feuchtigkeit in Kohle kann in äußere und innere Feuchtigkeit unterteilt werden, und die innere Feuchtigkeit wird im Allgemeinen als Index zur Bewertung der Kohlequalität verwendet. Je niedriger der Inkohlungsgrad, desto größer ist die innere Oberfläche der Kohle und desto höher ist der Feuchtigkeitsgehalt.

„Asche“ ist der feste Rückstand, der nach der vollständigen Verbrennung von Kohle zurückbleibt, und ein wichtiger Indikator für die Kohlequalität. Asche stammt hauptsächlich aus nicht brennbaren Mineralien in der Kohle. Wenn das Mineral verbrannt wird, sollte es Wärme absorbieren, und eine große Menge Schlacke entzieht der Wärme. Je höher also die Asche ist, desto geringer ist der thermische Wirkungsgrad der Kohleverbrennung. Je mehr Asche, desto mehr Asche wird bei der Kohleverbrennung erzeugt und desto mehr Flugasche wird freigesetzt. Im Allgemeinen ist der Aschegehalt von hochwertiger Kohle und sauberer Kohle relativ gering [1].

Kohle ist auf allen Kontinenten und Ozeaninseln verbreitet, aber die Verteilung der Kohle auf der Welt ist sehr ungleichmäßig, und auch die Kohlereserven in verschiedenen Ländern sind sehr unterschiedlich. China, die Vereinigten Staaten, Russland und Deutschland sind reich an Kohlereserven und sie sind auch die wichtigsten Kohle produzierenden Länder der Welt, wobei China das Land mit der höchsten Kohleproduktion der Welt ist. Chinas Kohleressourcen liegen weltweit an der Spitze, nur übertroffen von den Vereinigten Staaten, Russland und Australien [9].

Obwohl die wichtige Position der Kohle über einen langen Zeitraum durch Öl ersetzt wurde, wird sie aufgrund der allmählichen Erschöpfung der Ölvorräte unweigerlich abnehmen. Aufgrund der riesigen Kohlereserven und der raschen Entwicklung von Wissenschaft und Technologie sind neue Technologien wie die Kohlevergasung ausgereift und werden häufig eingesetzt.

Je nach den unterschiedlichen Ausgangsstoffen und Bedingungen der Kohleentstehung kann man Kohle in der Natur in drei Kategorien unterteilen: Humuskohle, Residualhumuskohle und Sapropelkohle.

China ist das erste Land der Welt, das Kohle verwendet. An der antiken Kulturstätte Xinle in der Provinz Liaoning wurden Kohlehandwerksgegenstände gefunden, und in der Stadt Gongyi in der Provinz Henan wurden Kohleklumpen gefunden.

In der Shan Hai Jing wird Kohle als Steinnie bezeichnet, während sie in der Wei- und Jin-Dynastie als Graphit oder Karbon bezeichnet wird. Der Name Kohle wurde erstmals in Li Shizhens Kompendium der Materia Medica in der Ming-Dynastie verwendet.

Griechenland und das antike Rom waren ebenfalls Länder, in denen Kohle schon früher verwendet wurde. Der griechische Gelehrte Theophrastos schrieb um 300 v. Chr. Die Geschichte des Steins, in der er die Natur und den Ursprung der Kohle beschrieb. Das antike Rom begann vor etwa 2000 Jahren, Kohle zum Heizen zu verwenden.

Kohle ist eine extrem dicke Schicht schwarzen Humus, die sich über Millionen von Jahren von den Zweigen und Wurzeln der Pflanzen auf dem Boden angesammelt hat. Aufgrund der Veränderung der Erdkruste bleibt sie kontinuierlich unter der Erde vergraben und ist lange Zeit von der Luft isoliert. Nach einer Reihe komplizierter physikalischer und chemischer Veränderungen unter hoher Temperatur und hohem Druck bildet sie ein schwarzes brennbares Sedimentgestein, das den Entstehungsprozess von Kohle darstellt.

Die Dicke eines Kohleflözes in einem Kohlebergwerk hängt mit der Geschwindigkeit des Krustenrückgangs und der Ansammlung von Pflanzenresten in diesem Bereich zusammen. Die Erdkruste sinkt schnell ab und die Pflanzenreste sind dick aufgehäuft, weshalb das Kohleflöz in diesem Kohlebergwerk dick ist. Im Gegensatz dazu sinkt die Erdkruste langsam ab und die Pflanzenreste sind dünn aufgehäuft, weshalb das Kohleflöz in diesem Kohlebergwerk dünn ist. Aufgrund der tektonischen Bewegung der Erdkruste sind die ursprünglichen horizontalen Kohleflöze gefaltet und gebrochen. Einige Kohleflöze liegen tiefer im Untergrund, andere sind an die Oberfläche gedrückt oder sogar freigelegt, sodass sie von Menschen leicht gefunden werden können. Es gibt auch einige Kohleflöze, die relativ dünn und flächenmäßig klein sind, sodass sie keinen Bergbauwert haben und keine aktuellen Aussagen über die Entstehung der Kohle möglich sind.

Ist Kohle auf diese Weise entstanden? Einige dieser Überlegungen sollten weiter untersucht und diskutiert werden. Ein großes Kohlebergwerk hat ein dickes Kohleflöz und eine ausgezeichnete Kohlequalität, aber seine Fläche ist im Allgemeinen nicht sehr groß. Wenn es sich um eine natürliche Ansammlung von Blättern und Wurzeln von Pflanzen über Millionen von Jahren handelt, sollte seine Fläche sehr groß sein. Da es in der Antike überall auf der Erde Wälder und Grasland gab, sollten überall unter der Erde Spuren von Kohlevorkommen vorhanden sein. Das Kohleflöz ist nicht unbedingt sehr dick, da die Blätter und Wurzeln der Pflanzen zu Humus verrotten, der von den Pflanzen aufgenommen wird. Wenn es sich wiederholt, wird es nicht so konzentriert sein, wenn es schließlich unter der Erde vergraben ist, und die Grenze zwischen Erdschicht und Kohleflöz wird nicht so klar sein.

Es lässt sich jedoch nicht leugnen, dass Kohle tatsächlich durch die systematische Entwicklung von Pflanzenresten entsteht, was eine unwiderlegbare Wahrheit ist. Solange Sie den Kohleblock sorgfältig beobachten, können Sie Spuren von Blättern und Wurzeln von Pflanzen erkennen. Wenn Sie Kohle in Scheiben schneiden und unter dem Mikroskop betrachten, können Sie sehr klare Pflanzengewebe und -strukturen finden. Manchmal sind Dinge wie Stämme in Kohleflözen erhalten, und einige Kohleflöze sind noch mit vollständigen Insektenfossilien umhüllt.

Bei normaler Temperatur und normalem Druck an der Oberfläche werden die in stehendem Wasser angesammelten Pflanzenreste durch Torf oder Sapropelschlamm in Torf oder Sapropelschlamm umgewandelt. Nach dem Vergraben sinkt Torf oder Sapropelschlamm aufgrund des Abstiegs des Beckengrundes in die Tiefe und wird durch Diagenese in Braunkohle umgewandelt. Wenn Temperatur und Druck allmählich ansteigen, wird er durch Metamorphose von Steinkohle zu Anthrazit umgewandelt. Als Torfbildung bezeichnet man den Prozess, bei dem sich Überreste höherer Pflanzen in Sümpfen ansammeln und durch biochemische Veränderungen in Torf umgewandelt werden. Als Sapropargitbildung bezeichnet man den Prozess, bei dem sich Überreste niederer Organismen durch biochemische Veränderungen in Sümpfen in Sapropelschlamm verwandeln. Sapropargit ist eine Art schlammige Substanz, die reich an Wasser und Asphalten ist. Gletscherprozesse können zur Sammlung und Erhaltung kohlebildender Pflanzenreste beitragen [2].

Das Zeitalter der Kohlebildung

Im gesamten geologischen Zeitalter gibt es weltweit drei große Kohlebildungsperioden:

Im Paläozoikum (Karbon) und Perm waren die kohlebildenden Pflanzen hauptsächlich Sporenpflanzen. Die wichtigsten Kohlearten sind Steinkohle und Anthrazit.

Im Jura und in der Kreide des Mesozoikums waren die kohlebildenden Pflanzen hauptsächlich Nacktsamer. Die wichtigsten Kohlearten sind Braunkohle und Steinkohle.

Im Tertiär des Känozoikums waren die kohlebildenden Pflanzen vor allem Angiospermen. Die wichtigste Kohle ist Braunkohle, gefolgt von Torf und etwas junger Steinkohle.

Kohle ist die am weitesten verbreitete fossile Energiequelle der Welt und wird hauptsächlich in vier Kategorien unterteilt: Steinkohle und Anthrazit, subbituminöse Kohle und Braunkohle. 60 % der weltweit gewinnbaren Kohlereserven konzentrieren sich auf die Vereinigten Staaten (25 %), die Sowjetrepubliken (23 %) und China (12 %). Darüber hinaus entfallen 29 % der weltweiten Kohleproduktion auf Australien, Indien, Deutschland und Südafrika, und die nachgewiesenen Kohlereserven sind mehr als 63-mal so hoch wie die Ölreserven. Die Länder mit reichen Kohlereserven der Welt sind ebenfalls Kohle.