炭素、水素、酸素は石炭中の主な有機物で、95％以上を占めています。石炭化が進むほど、炭素含有量が高くなり、水素と酸素の含有量は低くなります。炭素と水素は石炭燃焼時に熱を発生する元素であり、酸素は燃焼を促進する元素です。石炭が燃焼すると、窒素は熱を発生しませんが、高温で窒素酸化物とアンモニアに変換され、自由状態で沈殿します。硫黄、リン、フッ素、塩素、ヒ素は石炭中の有害成分であり、その中で硫黄が最も重要です。石炭が燃焼すると、ほとんどの硫黄は二酸化硫黄（SO2）に酸化され、排気ガスとともに排出され、大気を汚染し、動植物の成長と人間の健康を危険にさらし、金属機器を腐食させます。硫黄含有量の高い石炭を冶金コークスに使用すると、コークスと鋼の品質にも影響します。そのため、「硫黄」の含有量は石炭の品質を評価する重要な指標の1つです。

一定の温度と条件下で石炭中の有機物が分解して生成される可燃性ガスは「揮発性物質」と呼ばれ、さまざまな炭化水素、水素、一酸化炭素などの化合物からなる混合ガスです。揮発性物質は石炭の主要な品質指標でもあり、石炭の加工利用方法と技術条件を決定する上で重要な参考役割を果たしています。石炭化度の低い石炭は揮発性物質が多くなります。燃焼条件が適切でない場合、揮発性物質含有量の高い石炭は燃焼時に未燃炭素粒子（一般に「黒煙」と呼ばれる）が発生しやすくなります。また、一酸化炭素、多環芳香族炭化水素、アルデヒドなどの汚染物質が多く発生し、熱効率が低下します。したがって、石炭の揮発性物質に応じて適切な燃焼条件と設備を選択する必要があります。

石炭には水とミネラルが主で、無機物はほとんど含まれておらず、その存在は石炭の品質と利用価値を低下させます。石炭の主な不純物は硫化物、硫酸塩、炭酸塩などのミネラルで、そのほとんどは有害成分です。

「水分」は石炭の加工と利用に大きな影響を与えます。燃焼中に水が蒸気に変わると熱を吸収し、石炭の発熱量が低下します。石炭の水分は外部水分と内部水分に分けられ、内部水分は一般的に石炭の品質を評価する指標として使用されます。石炭化度が低いほど、石炭の内部表面積が大きくなり、水分含有量が高くなります。

「灰」は石炭が完全に燃焼した後に残る固体残留物であり、重要な石炭品質指標です。灰は主に石炭中の不燃性鉱物から生じます。鉱物が焼却されると熱を吸収し、大量のスラグが熱を奪うため、灰が多いほど石炭燃焼の熱効率は低くなります。灰が多いほど、石炭燃焼によって生成される灰が多くなり、排出されるフライアッシュが多くなります。一般に、良質の石炭とクリーンコールの灰分含有量は比較的低いです[1]。

石炭はすべての大陸と海洋島に分布していますが、世界の石炭の分布は非常に不均一であり、さまざまな国の石炭の埋蔵量も大きく異なります。中国、米国、ロシア、ドイツは石炭埋蔵量が豊富で、世界の主要な石炭生産国でもあります。その中で、中国は世界で最も石炭生産量が多い国です。中国の石炭資源は世界のトップクラスであり、米国、ロシア、オーストラリアに次ぐ第2位です[9]。

石炭の重要な地位は石油に取って代わられましたが、長期的には石油の枯渇により石炭の地位は必然的に低下します。石炭の膨大な埋蔵量と科学技術の急速な発展により、石炭ガス化などの新技術が成熟し、広く使用されるようになりました。

自然界の石炭は、石炭の形成にかかわる原材料や条件の違いにより、腐植炭、残留腐植炭、腐泥炭の 3 つのカテゴリに分類されます。

中国は世界で初めて石炭を使用した国です。遼寧省の新楽古代文化遺跡では石炭工芸品が発見され、河南省鞏義市では石炭ケーキも発見されています。

『山海経』では石炭は石腊と呼ばれ、魏晋の時代では石炭は黒鉛または石炭質と呼ばれています。石炭という名前が初めて使われたのは、明代の李時珍の『本草綱目』です。

ギリシャと古代ローマも、石炭を以前から使用していた国です。ギリシャの学者テオプラストスは、紀元前300年頃に『石の歴史』を著し、石炭の性質と起源を記録しました。古代ローマでは、約2000年前に暖房に石炭を使い始めました。

石炭は、何百万年もの間、植物の枝や根によって地面に蓄積された非常に厚い黒い腐植層です。地殻の変化により、長い間地中に埋もれ続け、空気から隔離され、高温高圧下で一連の複雑な物理的および化学的変化を経て、黒色の可燃性の堆積岩を形成します。これが石炭の形成プロセスです。

炭鉱の炭層の厚さは、地殻の沈下速度とこの地域の植物遺体の蓄積に関係しています。地殻の沈下が速く、植物遺体が厚く積もっているため、この炭鉱の炭層は厚くなっています。逆に、地殻の沈下が遅く、植物遺体が薄く積もっているため、この炭鉱の炭層は薄くなっています。地殻の地殻変動により、元々水平にあった炭層は折り畳まれて割れています。一部の炭層は地下深くに埋もれており、他の炭層は地表に押し出され、さらには地面に露出しているため、人々に発見されやすいです。また、比較的薄く面積が小さい炭層もあり、採掘価値がなく、石炭の形成に関する最新の声明はありません。

石炭はこのように形成されるのか？いくつかの論点についてさらに研究し議論する必要があるかどうか。大規模な炭鉱は炭層が厚く、石炭の品質も優れているが、その面積は一般にそれほど大きくない。それが何百万年もの間植物の葉や根が自然に蓄積したものであれば、その面積は非常に大きいはずだ。太古の昔、地球上のいたるところに森林や草原があったため、地下のいたるところに石炭貯蔵の痕跡があるはずだ。炭層は必ずしも非常に厚いわけではない。植物の葉や根は腐植に変わり、それが植物に吸収されるからである。それが繰り返されると、最終的に地下に埋まるときにはそれほど濃縮されず、土層と炭層の境界もそれほど明確ではないだろう。

しかし、石炭が植物の残骸の系統的進化によって実際に形成されたという事実と根拠は否定できず、反駁の余地のない真実です。石炭ブロックを注意深く観察する限り、植物の葉や根の痕跡を見ることができます。石炭をスライスして顕微鏡で観察すると、非常に鮮明な植物組織と構造が見つかります。時には幹のようなものが石炭層に保存されており、一部の石炭層はまだ完全な昆虫の化石に包まれています。

地表の通常の温度と圧力下では、よどんだ水に蓄積された植物の残骸は、泥炭または腐泥によって泥炭または腐泥に変わります。泥炭または腐泥は埋没した後、盆地基盤の衰退により地下深くに沈み、続成作用によって褐炭に変わります。温度と圧力が徐々に上昇すると、変成作用によって瀝青炭から無煙炭に変わります。泥炭化とは、高等植物の残骸が沼地に蓄積し、生化学的変化によって泥炭に変わる過程を指します。腐泥化とは、下等生物の残骸が沼地で生化学的変化によって腐泥に変わる過程を指します。腐泥石は、水とアスファルテンを豊富に含む泥質の一種です。氷河プロセスは、石炭形成植物残骸の収集と保存に寄与している可能性があります[2]。

石炭形成の時代

地質時代全体を通して、世界には 3 つの主要な石炭形成期があります。

古生代石炭紀とペルム紀には、石炭を形成する植物は主に胞子植物でした。主な石炭の種類は瀝青炭と無煙炭です。

中生代のジュラ紀と白亜紀には、石炭を形成する植物は主に裸子植物でした。主な石炭の種類は亜炭と瀝青炭です。

新生代第三紀には、石炭を形成する植物は主に被子植物でした。石炭の主なものは亜炭で、泥炭と若い瀝青炭がそれに続きます。

石炭は世界で最も広く分布している化石エネルギー資源であり、主に瀝青炭と無煙炭、亜瀝青炭と褐炭の4つのカテゴリに分けられます。世界の回収可能な石炭埋蔵量の60％は、米国（25％）、ソビエト共和国（23％）、中国（12％）に集中しています。また、オーストラリア、インド、ドイツ、南アフリカは世界の石炭生産量全体の29％を占めており、確認されている石炭埋蔵量は石油埋蔵量の63倍以上です。世界で石炭埋蔵量が豊富な国もすべて石炭です。