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社会が石炭を燃料源として採用し始めたとき、環境への影響と安全性の問題に加えて、産業と製造業に効率の利点をもたらしました。科学技術が進歩するにつれて、これらの方法は安全性の懸念に対処するために改良されました。石炭ガス化プロセスをプラスとマイナスの両方を持つ物語として見ることは、それが起こった方法の本当の性質を示すことができます。
石炭ガス化の歴史
科学者は1780年から石炭の燃焼からガスを放出するプロセスを研究していましたが、世界の都市の産業で使用するためにプロセスが商業化されるまで1900年代初頭までかかりました。
石炭ガス化プロセスで石炭をガスに変換することは、19世紀のイギリスにまでさかのぼります。これらの数十年間、炭鉱夫は高温で酸素と蒸気の存在下で石炭を粉砕するプロセスを使用してガスを生産しました。
1860年代までに、アパラチア山脈、中西部の大草原、さらにはカスケードとロッキーでの大規模な石炭採掘プロセスのおかげで、米国は産業の巨人として台頭しました。
石炭の欠点と利点
この国は世界最大の石炭生産国でしたが、歴史は物語の暗い側面も覚えています。石炭鉱業で使用される蒸気シャベル、トラクター、機器が土壌を侵食し、鉄道、工場、家屋が全国の都市を汚染しました。
貧しいコミュニティは、彼らが直接使用した安価で汚れた石炭に依存していましたが、裕福な家族のエリートクラスはガスと電気の利益から利益を得て、貧富の差を増やしました。労働者階級は、20世紀までに、鉄道、工場、炭鉱自体で毎年数万人が死亡する危険な労働条件で、未熟な労働者で工場をあふれさせました。
地球のエネルギーを利用するこのような効果的な方法で利益を得た産業部門は、石炭産業の利点とともにこれらの厄介な欠点を示しました。科学者とエンジニアが工業的および経済的な目的で石炭ガスを生産する方法を思いついたとき、これは後に石油や合成天然ガスの生産などのより効果的な技術に進歩するでしょう。
人々は石炭ガス化の利点と利点を理解したため、彼らのニーズに合わせてこれらのイノベーションを生み出しました。これは、より大きな植物の形を取り、地球上により多くの石炭貯留層が発見されました。しかし、今日の石炭ガス化がどこにあるかを知るためにスケールアップすることはそれほど簡単ではありませんでした。
石炭ガス化の欠点と利点は、ストライキや組合化などの労働運動を通じて、関係する市民や政府からの反応を促しました。米国の大統領セオドア・ルーズベルトが、企業に対する政府の監督の増加をどのように望んでいたかなどの新しい規制と制度は、1900年代初頭に全国に広がった。雇用主は、より合理的な労働時間と給与に加えて、より良い労働条件に対する中流階級の労働者の要求に立ち向かった。産業化は、こうした労働の課題を通じて進歩的な改革をもたらしました。
石炭ガス化の科学
20世紀初頭までに、米国と英国でさらに進歩が進みました。気固反応を使用して石炭をガスに変換することは、主に石炭中の炭素と10 MPa未満の圧力および750°Cを超える温度の蒸気との反応を特徴としていました。
石炭のガス化プロセスでは、水素、アンモニア、メタノール、炭化水素が生成され、蒸気とともに使用されて合成天然ガス（SNG）が生成されました。これらの反応により、一般的に一酸化炭素（CO）と水素ガス（H2).
1930年代までに、地下石炭ガス化（UCG）も定着しました。特にUCGは、空気、酸素、水のようなガス化剤を石炭自体に循環させる方法を使用していました。このプロセスでは、石炭を石炭自体から有用なガスに変換し、材料を採掘する必要はありませんでした。
別のプロセスからの熱源を使用するか、石炭自体の一部を燃焼させることにより、これらの吸熱反応を開始するには熱の入力が必要です。ガスから放出される熱は、エンジンに動力を与えたり、化学製品の生成に使用されたりすることがあります。その一部は、必要な始動資本が少なく、運用コストが低く、建設時間が少ない鉱山から地球の表面に輸送されます。
ただし、UCGの実際のアプリケーションは、化学プロセス自体の定量的知識がないため、引き続き制約されています。それでも、エンジニアは、空洞を崩壊させることなく空洞材料の透過性を理解することにより、放出される熱エネルギーを最大化するために、石炭を収容するために使用される空洞サイズを利用しました。
石炭ガス化の進歩
歴史を通じての石炭ガス化の進歩により、石炭はアプリケーション全体で使用されるため、石炭のマイナスを上回ることが確実になります。政治的、社会的、およびその他の領域を介した改革により、製造業者は、科学技術の進歩とともに人命へのコストを防ぐために、経済における資本資源として人的労働を考慮するようになります。
進歩は、コロラド州警備隊が鉱山労働者がストライキ中に18人の男性、女性、子供を殺したコロラド州南部の1914年のラドロー虐殺などの紛争に伴うものでした。
1930年代までに、石炭を蒸気の生産に使用する最良の方法のフィールドトライアルが地球全体に広がり始めました。ソ連は1930年代までに技術を開拓してきましたが、今後数十年ですぐに英国、スペイン、中国、ベルギー、米国に普及しました。研究者が実施した実行可能性調査では、石炭を利用して効率と有効性を改善しようとしました。
1970年代および1980年代までの天然ガスの不足に対応して、研究者は空気や二酸化炭素などの他のガスの使用を実験しました。これにより、触媒とともに高温の水素ガスを使用することになります。
石炭ガス化法では、石炭から硫黄や水銀などの不純物を除去して、石炭をより効率的なエネルギー源にすることも求められていました。エネルギーをより効率的に使用するこれらの方法は、石炭ガス化からの灰を埋め立て地に運ぶのではなく、コンクリートの骨材にリサイクルすることにつながります。
複合サイクルでは、石炭ガス化から生成された蒸気を使用して2番目の発電機に電力を供給し、45〜50％の効率で動作します。複合サイクルは二酸化炭素の排出を削減し、二酸化炭素を生成される他のガスから分離するなど、さらに経済的な開発につながります。
石炭の現代のポジティブとネガ
石炭ガス化のプロセスにおける革新は、各段階で改善を模索しています。研究者は、ガス化装置が作動する適切な温度を決定することで、赤外線カメラを使用してガス化装置の外殻を監視することになります。
そして、温度データの連続ソースを使用して、ガス化装置の形状や使用された材料などの他の要因と一緒に温度を分析できます。メーカーPepperl + Fuchsのテクノロジーは、現在、各ガス化装置で最大13台のカメラのシステムを使用してこれを記録しています。
これらの進歩は、歴史を通じて、社会が石炭の良い点と悪い点を比較検討する方法を示しています。