Szén (köznyelvben kőszén) egy kemény kőzet és fontos fosszilis tüzelőanyag, amelyet elégetve energiát lehet nyerni. Elsősorban szénből áll, de jelentősebb mennyiségben tartalmaz hidrogént, ként, oxigént és nitrogént is. A szén tipikusan üledékes kőzet, amely a korábban felhalmozódott tőzegből jött létre: a tőzeget a rákerülő üledékek nyomása és a hosszú geológiai idő alatt lezajló folyamatok alakították szénné.

Keletkezése

A tőzeg, és így a későbbi szén is, növényi maradványokból keletkezik. Ezek a növények gyakran évmilliókkal ezelőtt, trópusi vizes élőhelyeken – például a késő karbon időszak (a pennsylvaniai korszak) mocsaraiban – éltek és haltak el. A növényi anyag levegőtlen (anaerob) körülmények között halmozódott fel, majd a rétegek alatt növekvő nyomás és hő hatására kémiai átalakulásokon ment keresztül, ami fokozatosan növelte a szén arányát és csökkentette a laza növényi szerkezetet.

Hasonlóan, levegőtlen körülmények között fából nagy hőmérsékleten előállított faszén (szénesedett fa) is létrejöhet, de ez ipari értelemben és tulajdonságaiban különbözik a geológiai úton keletkezett kőszéntől.

Típusok és tulajdonságok

A szén osztályozása a rang (vagy érettség) szerint történik: a tőzeg-től indulva a lignit (barnaszén), majd a alsóbb fajú barnaszén és bitumenes (bitumenes/kőszén), egészen az igen magas széntartalmú antracit felé halad. Általános jellemző, hogy a rang növekedésével nő a széntartalom és a fűtőérték, valamint csökken a nedvesség és a laza szerves anyag aránya. Az antracit például tömörebb, magasabb széntartalmú és jobb fűtőértékű, míg a lignitek kevésbé tömör, magasabb víztartalmú tüzelőanyagok.

Feldolgozás és kivonat

A szenet iparilag többféleképpen használják és továbbfeldolgozzák. A szén pörkölésével, azaz nagyon forrón, oxigénmentes helyen történő hevítéssel kokszot állítanak elő; a koksz különösen fontos a vas- és acéliparban, mert a olvasztás során segít a fémek ércekből történő kivonásában és tüzelőanyagként is használatos. A bányászati szén mellett léteznek olyan eljárások is, mint a szén gázneműsítése (gázosítás) vagy a szén folyékony tüzelőanyaggá alakítása (CTL – coal-to-liquids), továbbá aktív szén és egyéb kémiai alapanyagok előállítása.

Felhasználás

  • A szén elsődleges felhasználása ma is az energia- és hőtermelés: a bányászott mennyiség nagy részét erőművekben égetik el villamos energia előállítására.
  • A koksz kulcsfontosságú a nehéziparban, különösen a vas- és acélgyártásban.
  • Más ipari alkalmazások közé tartozik a gázosításból származó kémiai nyersanyagok, mesterséges tüzelőanyagok, valamint szűrő- és adszorbens anyagok (aktív szén) előállítása.
  • Emellett egyes régiókban fűtésre, ipari kazánokban és kisebb közösségi rendszerekben is használják.

Környezeti hatások és egészségügyi kockázatok

A szénipar és a szén elégetése jelentős környezeti és egészségügyi hatásokkal jár. A szén égetése során a szén-dioxid (CO2) keletkezik, amely üvegházhatású gáz és hozzájárul az éghajlatváltozáshoz. Emellett a szén elégetése egyéb káros anyagokat is kibocsát, például kén-dioxidot (SO2), nitrogén-oxidokat (NOx), finom részecskéket (PM), illetve nehézfémeket, például higanyt; ezek a légszennyező anyagok helyi és távolabbi egészségkárosodást okozhatnak (légzőszervi betegségek, szív-érrendszeri problémák).

A bányászat közvetlen környezeti hatásai közé tartozik a tájsebzés, élőhelyvesztés, felszíni és felszín alatti vizek szennyeződése (pl. savas bányavizek), valamint a földmozgások és süllyedések. Emellett a felszín alatti szénrétegekből felszabaduló metán (coalbed methane) jelentkezhet, ami rövid távon erős üvegházhatású gáz.

További egészségügyi probléma a bányászok körében a fekete köhögés (szénbányászok tüdőbetegsége) és más foglalkozási megbetegedések, valamint a helyi közösségeket érintő légszennyezés miatti megbetegedések.

Intézkedések, technológiák és jövőbeli irányok

A környezeti hatások csökkentésére több stratégia létezik:

  • Szűrő- és tisztítótechnológiák alkalmazása (kén- és nitrogén-oxidok, szálló por eltávolítása).
  • Metánleválasztás és hasznosítás a bányákból (energiaforrásként hasznosítva a kibocsátást csökkentik).
  • Szén-dioxid leválasztás és tárolás (CCS) technológiák, amelyek célja a fosszilis üzemanyagok égetésekor keletkező CO2 elfogása és földalatti tárolása.
  • Tájrehabilitáció, bányaterületek rekultivációja és vízvédelmi intézkedések a bányászat hatásainak mérséklésére.
  • Átállás alacsonyabb károsanyag-kibocsátású és megújuló energiaforrásokra (nap-, szélenergia stb.).

Sok ország és vállalat a szénfelhasználás csökkentésére törekszik a klímavédelem miatt, ezért a fejlett régiókban – részben az épülő szabályozások, részben a gazdasági versenyképesség miatt – visszaesett a szénerőművi kapacitás. Ugyanakkor a világ egyes részein, például Kínában és Indiában, még mindig épülnek és működnek új szénerőművek, mivel ezek olcsó, rendelkezésre álló energiaforrást jelentenek és támogatják a gyors ipari fejlődést.

Összefoglalás

A szén történetileg és ma is fontos energiahordozó és ipari nyersanyag: felhasználása energia- és fémipari folyamatokhoz, valamint vegyipari alapanyagként jelentős. Ugyanakkor elégetése és bányászata súlyos környezeti és egészségügyi következményekkel jár, ezért a jövőben várható a felhasználás csökkenése és a technológiák fejlesztése a káros hatások mérséklésére, valamint fokozatos átállás alacsonyabb szén-dioxid-kibocsátású energiaforrásokra.