ნახშირბადის, წყალბადის და ჟანგბადის ძირითადი ორგანული ნივთიერებებია ნახშირი, რომელიც შეადგენს 95%-ზე მეტს; რაც უფრო ღრმაა კოალიფიკაცია, მით უფრო მაღალია ნახშირბადის შემცველობა და მით უფრო დაბალია წყალბადის და ჟანგბადის შემცველობა. ნახშირბადი და წყალბადი არის ელემენტები, რომლებიც წარმოქმნიან სითბოს ქვანახშირის წვის დროს, ხოლო ჟანგბადი არის წვის დამხმარე ელემენტი. ნახშირის წვისას აზოტი არ წარმოქმნის სითბოს, მაგრამ მაღალ ტემპერატურაზე გარდაიქმნება აზოტის ოქსიდებად და ამიაკად და თავისუფალ მდგომარეობაში იშლება. ნახშირის მავნე კომპონენტებია გოგირდი, ფოსფორი, ფტორი, ქლორი და დარიშხანი, რომელთაგან ყველაზე მნიშვნელოვანია გოგირდი. ნახშირის წვისას გოგირდის უმეტესი ნაწილი იჟანგება გოგირდის დიოქსიდში (SO2), რომელიც გამოიყოფა გრიპის გაზით, აბინძურებს ატმოსფეროს, საფრთხეს უქმნის ცხოველებისა და მცენარეების ზრდას და ადამიანის ჯანმრთელობას და აფუჭებს ლითონის აღჭურვილობას; როდესაც გოგირდის მაღალი შემცველობის ქვანახშირი გამოიყენება მეტალურგიულ კოქსში, ეს ასევე გავლენას ახდენს კოქსისა და ფოლადის ხარისხზე. ამიტომ „გოგირდის“ შემცველობა ერთ-ერთი მნიშვნელოვანი მაჩვენებელია ქვანახშირის ხარისხის შესაფასებლად.

ნახშირში ორგანული ნივთიერებების გარკვეულ ტემპერატურასა და პირობებში დაშლის შედეგად წარმოქმნილ წვად აირს ეწოდება "არასტაბილური", რომელიც წარმოადგენს შერეულ გაზს, რომელიც შედგება სხვადასხვა ნახშირწყალბადების, წყალბადის, ნახშირბადის მონოქსიდისა და სხვა ნაერთებისგან. არასტაბილურია აგრეთვე ქვანახშირის ხარისხის მთავარი მაჩვენებელი, რომელიც მნიშვნელოვან საცნობარო როლს ასრულებს ნახშირის გადამუშავებისა და გამოყენების გზებისა და ტექნოლოგიური პირობების განსაზღვრაში. ქვანახშირი დაბალი კოალიფიკაციის ხარისხით უფრო აქროლადია. თუ წვის პირობები შეუსაბამოა, ნახშირი მაღალი აქროლადი შემცველობით ადვილად წარმოქმნის დაუწვავ ნახშირბადის ნაწილაკებს წვის დროს, რომლებიც ცნობილია როგორც "შავი კვამლი"; და წარმოიქმნება მეტი დამაბინძურებლები, როგორიცაა ნახშირბადის მონოქსიდი, პოლიციკლური არომატული ნახშირწყალბადები და ალდეჰიდები და მცირდება თერმული ეფექტურობა. ამიტომ, წვის შესაბამისი პირობები და აღჭურვილობა უნდა შეირჩეს ნახშირის აქროლადი ნივთიერების მიხედვით.

ნახშირში ცოტაა არაორგანული ნივთიერებები, ძირითადად წყალი და მინერალები და მათი არსებობა ამცირებს ნახშირის ხარისხს და სარგებლობის ღირებულებას. ნახშირის ძირითადი მინარევებია მინერალები, როგორიცაა სულფიდი, სულფატი და კარბონატი, რომელთა უმეტესობა მავნე კომპონენტებია.

ნახშირის გადამუშავებასა და უტილიზაციაზე დიდ გავლენას ახდენს „ტენიანობა“. როდესაც წვის დროს წყალი ორთქლად გადაიქცევა, ის შთანთქავს სითბოს, რითაც ამცირებს ნახშირის კალორიულობას. ნახშირის ტენიანობა შეიძლება დაიყოს გარე ტენიანობად და შიდა ტენიანობად, ხოლო შიდა ტენიანობა ზოგადად გამოიყენება როგორც ინდექსი ნახშირის ხარისხის შესაფასებლად. რაც უფრო დაბალია კოალიფიკაციის ხარისხი, მით მეტია ნახშირის შიდა ზედაპირის ფართობი და უფრო მაღალია ტენიანობა.

"ნაცარი" არის მყარი ნარჩენი, რომელიც რჩება ქვანახშირის მთლიანად დაწვის შემდეგ და ეს არის ქვანახშირის ხარისხის მნიშვნელოვანი მაჩვენებელი. ნაცარი ძირითადად წარმოიქმნება ნახშირის შეუწვავი მინერალებიდან. როდესაც მინერალი იწვება, მან უნდა შეიწოვოს სითბო და დიდი რაოდენობით წიდა წაართმევს სითბოს, ამიტომ რაც უფრო მაღალია ნაცარი, მით უფრო დაბალია ნახშირის წვის თერმული ეფექტურობა; რაც მეტი ნაცარია, მით მეტი ნაცარი წარმოიქმნება ნახშირის წვის შედეგად და მით უფრო მეტი ნაცარი გამოიყოფა. ზოგადად, მაღალი ხარისხის ნახშირისა და სუფთა ნახშირის ნაცრის შემცველობა შედარებით დაბალია [1].

ქვანახშირი განაწილებულია ყველა კონტინენტზე და ოკეანის კუნძულებზე, მაგრამ ქვანახშირის განაწილება მსოფლიოში ძალიან არათანაბარია და ნახშირის მარაგი სხვადასხვა ქვეყანაში ასევე ძალიან განსხვავებულია. ჩინეთი, შეერთებული შტატები, რუსეთი და გერმანია მდიდარია ქვანახშირის მარაგებით და ისინი ასევე წარმოადგენენ ქვანახშირის მსხვილ მწარმოებელ ქვეყნებს მსოფლიოში, რომელთა შორის ჩინეთი არის ყველაზე მაღალი ნახშირის გამომუშავების ქვეყანა მსოფლიოში. ჩინეთის ქვანახშირის რესურსები მსოფლიოში პირველ ადგილზეა, მეორე ადგილზეა მხოლოდ შეერთებული შტატების, რუსეთისა და ავსტრალიის შემდეგ [9].

მიუხედავად იმისა, რომ ქვანახშირის მნიშვნელოვანი პოზიცია ნავთობმა ჩაანაცვლა, დიდი ხნის განმავლობაში, ის აუცილებლად დაიკლებს ნავთობის თანდათანობითი ამოწურვის გამო. ქვანახშირის უზარმაზარი მარაგებისა და მეცნიერებისა და ტექნოლოგიების სწრაფი განვითარების გამო, ახალი ტექნოლოგიები, როგორიცაა ქვანახშირის გაზიფიკაცია, მომწიფდა და ფართოდ გამოიყენება.

ნახშირის წარმოქმნის სხვადასხვა ორიგინალური მასალისა და პირობების მიხედვით, ნახშირი ბუნებაში შეიძლება დაიყოს სამ კატეგორიად, კერძოდ, ნეშომპალა ნახშირი, ნარჩენი ჰუმუსის ნახშირი და საპროპელის ნახშირი.

ჩინეთი პირველი ქვეყანაა, რომელმაც ქვანახშირი გამოიყენა მსოფლიოში. ქვანახშირის ხელნაკეთი ნივთები ნაპოვნი იქნა Xinle-ის უძველეს კულტურულ ადგილას ლიაონინგის პროვინციაში და ნახშირის ნამცხვრები ასევე ნაპოვნი იქნა ქალაქ გონგიში, ჰენანის პროვინციაში.

შან ჰაი ჯინგში ნახშირს უწოდებენ stone nie, ხოლო ვეის და ჯინის დინასტიებში ნახშირს გრაფიტს ან ნახშირბადს უწოდებენ. სახელი ნახშირი პირველად გამოიყენა მატერია მედიკას კომპენდიუმში ლი შიჟენის მიერ მინგის დინასტიაში.

საბერძნეთი და ძველი რომი ასევე იყო ქვეყნები, რომლებიც ადრე იყენებდნენ ნახშირს. ბერძენმა მეცნიერმა თეოფრასტოსმა დაწერა ქვის ისტორია ჩვენს წელთაღრიცხვამდე დაახლოებით 300 წელს, რომელშიც ჩაწერილი იყო ნახშირის ბუნება და წარმოშობა. ძველ რომში ნახშირის გამოყენება გასათბობად დაახლოებით 2000 წლის წინ დაიწყო.

ქვანახშირი არის შავი ჰუმუსის უკიდურესად სქელი ფენა, რომელიც გროვდება მიწაზე მცენარეების ტოტებითა და ფესვებით მილიონობით წლის განმავლობაში. დედამიწის ქერქის ცვლილების გამო, იგი განუწყვეტლივ არის ჩამარხული მიწისქვეშა და ჰაერისგან იზოლირებული დიდი ხნის განმავლობაში, და მთელი რიგი რთული ფიზიკური და ქიმიური ცვლილებების შემდეგ მაღალი ტემპერატურისა და მაღალი წნევის ქვეშ, ქმნის შავ წვად დანალექ ქანებს, რომელიც არის ნახშირის წარმოქმნის პროცესი.

ქვანახშირის ფენის სისქე ქვანახშირის მაღაროში დაკავშირებულია ქერქის დაცემის სიჩქარესთან და მცენარეთა ნარჩენების დაგროვებასთან ამ ტერიტორიაზე. დედამიწის ქერქი სწრაფად ცვივა და მცენარის ნაშთები სქელ გროვდება, ამიტომ ქვანახშირის ნაკერი ამ ქვანახშირის მაღაროში სქელია. პირიქით, დედამიწის ქერქი ნელ-ნელა ცვივა და მცენარის ნარჩენები გროვდება თხლად, ამიტომ ნახშირის ნაკერი ამ ქვანახშირის მაღაროში თხელია. დედამიწის ქერქის ტექტონიკური მოძრაობის გამო, თავდაპირველი ჰორიზონტალური ნახშირის ნაკერები იკეცება და იშლება. ზოგიერთი ქვანახშირის ნაკერი ჩამარხულია უფრო ღრმად მიწისქვეშეთში, სხვები ამოღებულია ზედაპირზე, ან თუნდაც ექვემდებარება მიწას, რაც ადვილად პოულობს ადამიანებს. ასევე არის ნახშირის ნაკერები, რომლებიც შედარებით თხელია და მცირე ფართობით, ამიტომ არ არსებობს სამთო ღირებულება და არ არსებობს განახლებული განცხადება ნახშირის წარმოქმნის შესახებ.

ნახშირი წარმოიქმნება ამ გზით? საჭიროა თუ არა ზოგიერთი ექსპოზიციის შემდგომი შესწავლა და განხილვა. ქვანახშირის დიდ მაღაროს აქვს ნახშირის სქელი ნაკერი და ნახშირის შესანიშნავი ხარისხი, მაგრამ მისი ფართობი ზოგადად არც თუ ისე დიდია. თუ ეს არის მცენარეების ფოთლებისა და ფესვების ბუნებრივი დაგროვება მილიონობით წლის განმავლობაში, მისი ფართობი ძალიან დიდი უნდა იყოს. იმის გამო, რომ ძველად დედამიწაზე ყველგან ტყეები და მდელოები იყო, მიწისქვეშა ყველგან ნახშირის შესანახი კვალი უნდა იყოს; ქვანახშირის ნაკერი სულაც არ არის ძალიან სქელი, რადგან მცენარის ფოთლები და ფესვები ლპება ჰუმუსად, რომელსაც მცენარეები შეიწოვება. თუ ის განმეორდება, ის ასე კონცენტრირებული არ იქნება, როდესაც საბოლოოდ დაიმარხება მიწისქვეშა და ნიადაგის ფენასა და ნახშირის ნაკერს შორის არ იქნება ასე მკაფიო.

თუმცა, არ შეიძლება უარვყოთ ის ფაქტი და საფუძველი, რომ ქვანახშირი მართლაც წარმოიქმნება მცენარეთა ნარჩენების სისტემატური ევოლუციით, რაც უდავო ჭეშმარიტებაა. სანამ ნახშირის ბლოკს ყურადღებით დააკვირდებით, შეგიძლიათ იხილოთ მცენარეების ფოთლებისა და ფესვების კვალი; თუ ნახშირს დაჭრით და მიკროსკოპის ქვეშ დააკვირდებით, შეგიძლიათ იპოვოთ ძალიან მკაფიო მცენარის ქსოვილები და სტრუქტურები, ზოგჯერ კი ისეთი რაღაცეები, როგორიცაა ღეროები, ნახშირის ფენებშია შემორჩენილი და ნახშირის ნაწილი კვლავ შეფუთულია მწერების ნამარხებით.

ზედაპირის ნორმალური ტემპერატურისა და წნევის პირობებში, მდგრად წყალში დაგროვილი მცენარის ნაშთები ტორფად ან საპროპელად გარდაიქმნება ტორფად ან საპროპელით; დამარხვის შემდეგ ტორფი ან საპროპელის ტალახი აუზის სარდაფის დაქვეითების გამო ღრმა მიწისქვეშეთში იძირება და დიაგენეზის გზით გარდაიქმნება ლიგნიტად; როდესაც ტემპერატურა და წნევა თანდათან იზრდება, მეტამორფიზმით იგი გარდაიქმნება ბიტუმიან ნახშირად ანტრაციტად. Peatization ეხება პროცესს, როდესაც უმაღლესი მცენარეების ნაშთები გროვდება ჭაობებში და გარდაიქმნება ტორფად ბიოქიმიური ცვლილებებით. საპროპარგიზაცია გულისხმობს პროცესს, რომლის დროსაც ქვედა ორგანიზმების ნაშთები ჭაობებში ბიოქიმიური ცვლილებებით გარდაიქმნება საპროპელურ ტალახად. საპროპარგიტი არის ერთგვარი ტალახიანი ნივთიერება, რომელიც მდიდარია წყლით და ასფალტინით. მყინვარის პროცესმა შესაძლოა ხელი შეუწყოს ქვანახშირის წარმომქმნელი მცენარეების ნაშთების შეგროვებას და შენარჩუნებას [2].

ნახშირის წარმოქმნის ასაკი

მთელ გეოლოგიურ ხანაში მსოფლიოში ნახშირის წარმოქმნის სამი ძირითადი პერიოდია:

პალეოზოურ კარბონიფერსა და პერმის ნახშირის წარმომქმნელი მცენარეები ძირითადად სპორული მცენარეები იყო. ნახშირის ძირითადი ტიპებია ბიტუმიანი ნახშირი და ანტრაციტი.

მეზოზოური იურული და ცარცული პერიოდის განმავლობაში, ქვანახშირის წარმომქმნელი მცენარეები ძირითადად ჯიმნოსპერმები იყვნენ. ქვანახშირის ძირითადი ტიპებია ლიგნიტი და ბიტუმიანი ნახშირი.

კაინოზოური ხანის მესამეულში, ქვანახშირის წარმომქმნელი მცენარეები ძირითადად ანგიოსპერმები იყვნენ. ძირითადი ქვანახშირი არის ლიგნიტი, რასაც მოჰყვება ტორფი და ახალგაზრდა ბიტუმიანი ნახშირი.

ქვანახშირი არის ყველაზე ფართოდ გავრცელებული წიაღისეული ენერგიის რესურსი მსოფლიოში, რომელიც ძირითადად იყოფა ოთხ კატეგორიად: ბიტუმიანი ნახშირი და ანტრაციტი, ქვებიტუმიანი ქვანახშირი და ლიგნიტი. მსოფლიოში ნახშირის ამოღებული მარაგების 60% კონცენტრირებულია შეერთებულ შტატებში (25%), საბჭოთა რესპუბლიკებში (23%) და ჩინეთში (12%). გარდა ამისა, ავსტრალია, ინდოეთი, გერმანია და სამხრეთ აფრიკა მთელ მსოფლიოში ნახშირის წარმოების 29%-ს შეადგენს, ხოლო ნახშირის დადასტურებული მარაგი 63-ჯერ აღემატება ნავთობის მარაგს. ქვანახშირის მდიდარი მარაგის მქონე ქვეყნები ასევე ნახშირია.