Kőszén

A kőszén szerves eredetű, éghető üledékes kőzet.

Képződése

A tengerparti és szárazföldi, dús vegetációjú lápokban felhalmozott, a nagy szervesanyag-tartalom miatt reduktív környezetben eltemetett növényi maradványokból keletkezik: képződésének folyamata a szénülés. Ennek termékei a folyamat előrehaladtával:

• tőzeg,
• lignit,
• barnakőszén,
• feketekőszén,
• antracit.

Az első fázisban (az eltemetett szerves anyag tőzeggé alakulásában) a fő szerepet az anaerob mikroszervezetek (gombák, baktériumok) játsszák; a további fázisok alapvetően kémiai jellegűek (a hő és a nyomás hatására). Nagy melegben és nyomáson az antracit grafittá alakul, ez azonban már nem a szénülés újabb fázisa, hanem metamorf reakció.

A földtörténetben a kőszénképződés legismertebb és legjelentősebb időszaka az éppen ezért karbonnak, azaz kőszénkornak nevezett kor volt. A magyarországi kőszenek közül a Mecsek feketeszene jura korú, a Magyar-középhegységben (és annak hegyközi részmedencéiben) egykor fejtett barnaszenek pedig az eocén, illetve a miocén időszakban keletkeztek.

Alkotórészei

A kőszén növényi szerves anyagok fő alkotóinak számító:

• szén,
• oxigén,
• hidrogén

mellett jelentős mennyiségű, ugyancsak növényi eredetű:

• nitrogént,
• ként,
• foszfort is tartalmaz;

emellett mindig van benne valamennyi, a növényi részekkel egyidőben leülepedő, ahhoz hozzákeveredő, szervetlen ásványi anyag (agyag, iszap, majd ezek átalakulásának termékei.

A szénülés egyes fázisaiban az elemi szén mennyisége fokozatosan nő; az egyéb alkotók részaránya ennek megfelelően csökken. Az antracit már csaknem tiszta szén.

A kőszénhamuban legtöbbször, gyakran iparilag is hasznosítható mennyiségben dúsuló nyomelemek:

• gallium,
• germánium,
• vanádium.

A szerves anyag fő csoportjai:

• bituminitek (szerves oldószerekben oldódó anyagok),
• huminitek,
• oxinitek.

A bitumenes elegyrészek elsősorban a növényi viaszokból és gyantákból keletkeznek, a huminitek pedig a ligninből és a cellulózból.

A kőszenek szövete jellemzően finomsávos; benne négy, eltérő optikai tulajdonságú elegyrész:

• vitrén,
• füzén,
• durén,
• klarén

váltakozik.

Alapanyagai

Alapanyagai a földtörténetben többször is jelentősen változtak aszerint, hogy a lápokban éppen milyen növények domináltak. A jelenleg képződő tőzegek fő összetevői:

• a mérsékelt égövi lápokban:
  • tőzegmoha,
  • nád,
  • sás,
  • különféle fás szárú növények;
• a trópusokon a mangroveerdők növényei.

Felhasználása

A kőszeneket már a korai ókor óta használják tüzelőanyagnak, de igazán jelentőssé az ipari forradalommal (a gőzgép feltalálásával) váltak. A kőszén porából brikettet sajtolnak, ami ugyancsak tüzelőanyag.

A kőszén vegyipari felhasználása a 20. századtól jellemző. A kőszenet 1200–1300 °C-on, anaerob körülmények között lepárolva:

• kokszot,
• (éghető) kamragázt és
• kátrányt kapunk.

A koksz jelentősége a vaskohászatban alapvető; a kátrány a kőszénvegyészet alapanyaga.

A kőszenekből katalitikus hidrogénezéssel vagy Fischer-Tropsch szintézissel cseppfolyós szénhidrogén is előállítható. Ez az úgynevezett „műbenzin” meglehetősen drága, ezért csak benzinhiányos helyzetekben vált jelentőssé (mint például Németországban a II. világháborúban).

Környezeti hatásai

A kőszén elégetésével éghető alkotóelemeinek oxidjai a levegőbe jutnak. A füstgáz legnagyobb része széndioxid, ami az üvegházgázok egyike; alapvetően ezt okolják a 18. század második fele óta tartó globális felmelegedésért. A nitrogén és kiváltképpen a kén oxidjai a légkörben gyorsan hidrolizálva erős ásványi savakat hoznak létre; ez a savas esők kialakulásának legfőbb oka.

Források

• Magyar nagylexikon XI. (Kir–Lem). Főszerk. Bárány Lászlóné. Budapest: Magyar Nagylexikon. 2000. 672. o. ISBN 963-9257-04-4  
• Nagy Géza: Technológiai rendszerek
• Környezet- és Természetvédelmi Lexikon I. Második, átdolgozott, bővített kiadás. Akadémiai Kiadó, Budapest, 2002. p. 664. ISBN 963-05-7847-6