煤炭的价值再发现（下）

（原标题：煤炭的价值再发现（下））

在这一部分，我主要谈一下煤炭的前世、今生和未来。。。

前世。。。。。。

煤炭是由植物遗体经过一系列复杂的生物化学和物理化学变化而形成的固体可燃沉积岩，其生成机理主要包括以下几个阶段：

在古代沼泽环境中，蕨类植物、苏铁类植物、裸子植物等大量生长繁殖。这些植物死亡后，其残体堆积在沼泽底部。沼泽的水体环境为植物残体的堆积提供了良好的条件，水体可以隔绝空气，减缓植物残体的氧化分解速度。

植物残体在微生物的作用下开始分解。微生物分解植物残体的过程是选择性的，一些容易分解的成分如纤维素、半纤维素等被分解，而一些难以分解的成分如木质素等则残留下来。同时，微生物的代谢活动会产生一些酸性物质，这些酸性物质会进一步促进植物残体的分解和转化。在这个过程中，植物残体逐渐失去水分，体积缩小，密度增加，形成泥炭。泥炭是一种富含有机质的疏松物质，其化学成分主要是碳、氢、氧等元素组成的复杂有机化合物，还含有一定量的氮、硫、磷等元素。

随着泥炭堆积厚度的增加，上部泥炭对下部泥炭产生压力。这种压力会使泥炭中的水分被挤出，泥炭的孔隙度减小，密度进一步增大。同时，泥炭中的有机质颗粒也会相互靠近，颗粒之间的接触面积增大，颗粒之间的化学键合逐渐增强。

泥炭中的有机质在压实作用的同时，还会发生一些化学反应。泥炭中的腐殖质等有机物质在一定的温度和压力条件下，会发生缩聚反应，形成一些高分子的有机化合物。这些高分子有机化合物会像胶水一样把泥炭中的颗粒胶结在一起，使泥炭的结构更加紧密。经过压实作用和胶结作用后，泥炭逐渐转变为褐煤。褐煤的化学成分与泥炭相比，碳含量有所增加，而氧含量有所减少，其热值也比泥炭高。

随着地质构造运动，褐煤被埋藏到地下深处，受到地热和构造热的作用。地热温度随着深度的增加而升高，褐煤在高温的环境中，其内部的化学反应加速。褐煤中的有机质会发生脱水、脱气、缩聚等一系列反应。在这个过程中，褐煤中的水分和一些低分子的有机化合物会以气体的形式逸出，而有机质的碳含量则不断增加，氢含量逐渐减少，氧含量进一步降低。

褐煤在地下深处还受到岩石上覆压力的作用。压力会使褐煤的颗粒进一步紧密排列，颗粒之间的距离缩小，颗粒之间的化学键合更加牢固。同时，压力也会促进褐煤中的有机质发生化学反应，加速褐煤的变质过程。经过热力作用和压力作用后，褐煤会逐渐转变为烟煤，烟煤的碳含量更高，热值也更高，其质地更加坚硬，颜色也由褐煤的棕褐色变为黑色。

如果烟煤继续受到更高的温度和压力作用，其变质程度会进一步加深，最终转变为无烟煤。无烟煤的碳含量最高，一般在90%以上，其热值也最高，质地非常坚硬，结构致密，颜色为黑色，具有金属光泽。。。

今生。。。。。。

全球煤炭储量丰富，但分布极不均衡，主要集中在少数几个国家，而且煤种、煤质差异巨大:

美国：储量约2489亿吨，占全球的23.2%，以烟煤和褐煤为主。

俄罗斯：储量约1570亿吨，占全球的15%，主要集中在西伯利亚和远东地区。

澳大利亚：储量约764亿吨，占全球的8.9%，以烟煤为主。

中国：储量约1145亿吨，占全球的13.3%，包括褐煤、烟煤和无烟煤各种煤种。

印度：储量约606亿吨，占全球的7%，大部分为褐煤。

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其中中国煤炭储量及分布:

截至2023年底，中国煤炭储量为2185.7亿吨（中国自然资源部公布数据）。中国煤炭资源包括褐煤、烟煤和无烟煤各煤种，而且得天独厚，烟煤中的炼焦煤及无烟煤在煤炭资源中的占比，都大幅超过中国煤炭资源在全球煤炭的平均占比，例如中国炼焦煤（包括主焦煤及配焦煤，但其中一大半是气煤）的储量占全国煤炭总储量的20%~25%，占全球总储量的26.25%。
全球无烟煤资源量在煤炭各煤种中占比较小，而中国作为全球无烟煤储量最大的国家，其无烟煤资源量（资源量和可采储量不是同一个概念）占全国煤炭总资源量约10%左右。

中国煤炭主要分布地区：

山西：储量483.1亿吨，占全国的23.34%，以烟煤和无烟煤为主。

内蒙古：储量411.22亿吨，占全国的19.86%，以褐煤和烟煤为主。

新疆：储量341.86亿吨，占全国的16.51%，以褐煤、烟煤为主。

陕西：储量290.97亿吨，占全国的14.06%，以烟煤为主。

二、当前全球煤炭的总产量为90.96亿吨，主要生产国包括：

中国：产量47.1亿吨，占全球总产量的51.8%。

印度：产量7.78亿吨。

印度尼西亚：产量8.56亿吨。

美国：产量约5.7亿吨。

澳大利亚：产量约5.5亿吨。

中国是全球最大的煤炭生产国和消费国，但煤炭资源的分布与消费区不匹配，存在一定的运输压力。全球煤炭产量在2024年达到历史新高，中国占比超过一半，但随着可再生能源的发展，煤炭在全球能源结构中的比重逐渐下降。。。

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展望未来。。。

不同煤种的主要用途以及煤碳的新应用场景：

一、目前不同煤种的主要用途:

1.褐煤：

主要用于坑口发电、气化、加氧液化制造石油、提取褐煤蜡，制取有机化肥和活性炭。

2.烟煤:

长焰煤：煤化程度最低的烟煤，挥发分含量很高，燃烧时火焰长而明亮，主要用于动力用煤和化工用煤，如生产低温干馏焦油等。

气煤：挥发分含量在35%-44%之间，粘结性较强。加热时能产生较多的煤气和焦油，焦炭强度较低。主要用于化工原料和动力用煤，也是制气的良好原料。

肥煤：挥发分含量次之，粘结性强，主要用于炼焦。

主焦煤：挥发分含量低于肥煤，结焦性良好，适于生产优质焦炭。

瘦煤：挥发分含量较低，粘结性弱，多用于炼焦或用作气化的原料。

贫煤：是煤级最高的烟煤，不粘结或微粘结，发热量较高耐烧，除作一般锅炉用煤外，还可发电和民用。

3.无烟煤：

无烟煤块煤主要应用是化肥（氮肥、合成氨）、陶瓷、制造锻造等行业；无烟粉煤主要应用在冶金行业用于高炉喷吹（高炉喷吹煤主要包括无烟煤、贫煤、瘦煤和气煤）。

无烟煤也可用于生活给水及工业给水的过滤净化处理。

二、烟煤的新应用场景:

氢气生产：净化后的焦炉煤气可用于制取氢气，进而生产甲醇或者天然气等。

氢能产业：焦化产业发达的地区，其氢能产业使用的原料来源主要是焦化产业，通过焦炉尾气制高纯氢，利用干熄焦余热发电配套水电解制绿氢，氢燃料发动机利用氢能为氢能重卡、氢能公交提供动力。

煤焦油深加工：煤焦油所包含的组分数目可达上万种，目前已查明的约500种，约占煤焦油组分总数的55%，其中包括苯、甲苯、萘、酚、甲酚等上百种常用的化学原料，可用于生产塑料、合成纤维、染料、合成橡胶、医药、农药、耐辐射材料、耐高温材料以及国防工业的重要原料。

三、无烟煤在新型材料领域的应用前景:

纳米超纯碳：华阳新材料科技集团（华阳股份控股母公司）正在推进百万吨级纳米超纯碳项目，该项目以煤炭洗选加工的副产品——煤泥为原料，经纳米超纯碳提取技术深加工后，可生产出灰分≤3.0%的纳米超纯碳、灰分≤1.0%的纳米超纯碳以及灰分≤0.5%的超高纯碳材料。

纳米超纯碳产品应用前景广阔，可加工成为超级电容材料、碳纤维、纳米碳管、活性炭、高纯石墨、石墨烯等，也可用于洁净能源、代替石油等。

石墨：无烟煤富含类石墨微晶芳香片层，且原生孔隙发达，以无烟煤为原料，在掌握热处理过程中无烟煤微观结构演化规律的基础上，通过合理调控炭化-石墨化过程，在石墨微晶结构中有针对性地引入纳米孔道，构筑以石墨微晶为骨架兼具丰富孔结构的煤基石墨化炭负极材料。无烟煤可制备性能优异的石墨负极材料。

锂离子及钠离子电池负极：无烟煤基硬炭材料具有原料来源丰富、含碳量高、产品收率可观等优点。

无烟煤在2000℃以下的炭化产品表现出了硬炭的性质，而在2500℃以上时又表现出了软炭的性质。

无烟煤基硬炭电极材料堆叠的石墨片层比例最小，纳米孔数量最多。

1100℃下未石墨化的无烟煤基碳用作锂离子电池负极可产生370mA·h/g的可逆比容量。

1200℃下直接炭化无烟煤，将其用作钠离子电池负极，在0.1C条件下可以获得222mA·h/g的可逆比容量。

采用浓碱高温预处理和浓酸处理相结合的方法去除无烟煤中的杂质，再经高温煅烧得到无烟煤硬炭，在钠离子半电池测试中，所获得样品作为负极时具有267.7mA·h/g的最高可逆比容量和80%的最高首次库仑效率，且倍率性能出色。

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后记:

煤炭是自然界经过亿万年才形成的，是大自然的馈赠，是不可再生的资源，也正是因为对煤炭的大规模利用，人类才有了后来的工业化和发展成今天的经济状况。。。

但同时煤炭这种亿万年才得以形成的不可再生的资源，人类短短一百多两百年就以极快的速度进行了大量的消耗，而且是以最原始、最初级的燃烧发电的方式进行了大量消耗，煤炭的价值并没有得以更好地体现出来就被烧成了灰。。。

虽然欧洲人因为他们现在的资源状况而大力宣传碳排放对大气层温度的影响，先不论这种学说正不正确，发展可再生能源用于发电肯定是大势所趋。因为煤炭、石油、天然气就是不可再生的资源，过多、过早地低效消耗和浪费在发电这方面，是很可惜的。

特朗普基于美国的资源特点，现在又再一次让美国退出了巴黎气候协定，并改变美国的能源政策，大力宣传和准备发展利用煤炭，将会对世界能源格局产生新的影响和变数，这是我写此煤炭系列短文的原因之一，主要是作为自己的一些零散思考的整理及记录。。。

附:《关于煤炭产业价值重构的思考提纲：从能源载体到碳基材料的战略升级（原创）》 网页链接