Waar komt steenkool vandaan?

In de tropische moerassen van het oude Kentucky was niemand in de buurt om te horen of vallende bomen een geluid maakten. Ongeveer 300 miljoen jaar later is het geluid echter onvermijdelijk - die bomen zijn nu steenkool, een fossiele brandstof die de mens al lang heeft geholpen elektriciteit op te wekken, maar wiens innerlijke demonen ook klimaatverandering oproepen.

Steenkool levert nog steeds een groot deel van de Amerikaanse elektriciteit en aangezien meer dan een kwart van de wereldwijde reserves onder Amerikaanse bodem ligt, is het een begrijpelijk verleidelijke stroombron. Het organische gesteente is zelfs zo krachtig en overvloedig dat de Amerikaanse steenkoolbronnen een hoger totaal energiegehalte hebben dan alle bekende winbare olie ter wereld.

Maar steenkool heeft ook een donkere kant: door zijn hoge koolstofgehalte stoot het meer kooldioxide uit dan andere fossiele brandstoffen, waardoor het een onevenredig grote ecologische voetafdruk heeft. Tel daarbij de ecologische kosten op van bergtopverwijdering, opslag van vliegas en kolenvervoer, en de zwarte brok verliest nog meer van zijn glans.

Het Amerikaanse ministerie van Energie en de elektriciteitsindustrie hebben in de loop van de jaren zwaar geïnvesteerd in het opruimen van kolen, van zwaveldioxide en stikstofoxiden tot fijn stof en kwik, met enig succes. De uitstoot van broeikasgassen is tot dusver echter tarte kostenbesparende inspanningen.

Nu steenkool nu bijna net zoveel krantenkoppen genereert als megawatts, zijn er niet veel kansen om te stoppen en te overwegen waar al deze ondergrondse energie in de eerste plaats vandaan kwam. Maar om de op koolstof gebaseerde geesten die onze atmosfeer nu doorkruisen volledig te begrijpen, helpt het om naar de fossielen achter de brandstof te kijken.

Hoe ontstaat steenkool?

Het basisrecept voor elke goede fossiele brandstof is eenvoudig: meng turf met zuur, hypoxisch water, dek af met sediment en kook gedurende ten minste 100 miljoen jaar op hoog vuur. Toen deze omstandigheden zich massaal op het land voordeden tijdens het Carboon - vooral in de uitgestrekte tropische veenmoerassen die de periode zijn naam gaven - lanceerden ze het lange, langzame proces van coalificatie.

'De meeste kolen werden tijdens het Carboon dicht bij de evenaar gevormd', zegt geoloog Leslie Ruppert, die gespecialiseerd is in steenkoolchemie voor de US Geological Survey. 'De landmassa's met deze dikke kolen lagen dicht bij de evenaar en de omstandigheden waren wat we' altijd nat 'noemen, wat betekent dat er tonnen en tonnen regen zijn.'

Terwijl een supercontinent genaamd Gondwanaland destijds een groot deel van het land van de aarde in de buurt van de zuidpool in beslag nam, zweefden een paar achterblijvers rond de evenaar, met name Noord-Amerika, China en Europa (zie afbeelding rechts). Het warme, "altijd natte" weer hielp bij het creëren van enorme veenmoerassen over deze landmassa's, die niet toevallig enkele van de beste steenkoolproducenten van vandaag zijn. In wat nu de Verenigde Staten is, bedekten Carboonveenmoerassen een groot deel van de oostkust en het middenwesten, en voedden ze de huidige Appalachen en het Midwesten van de mijnbouwbedrijven.

Steenkoolvorming begint wanneer veel planten sterven in dichte, stilstaande moerassen zoals de Carboon. Bacteriën zwermen binnen om alles te eten, terwijl ze zuurstof verbruiken - soms een beetje te veel voor hun eigen bestwil. Afhankelijk van de hoeveelheid en frequentie van bacteriële feesten, kan het oppervlaktewater van het moeras zuurstofarm worden, waardoor dezelfde aërobe bacteriën worden vernietigd die het allemaal hebben gebruikt. Nu deze decomposer-microben verdwenen zijn, stopt het plantenmateriaal met rotten wanneer het sterft, in plaats daarvan stapelt het zich op in papperige hopen die bekend staan ​​als turf.

"Turf werd snel genoeg begraven en begraven in een anaërobe omgeving, wat hier en daar toevallig gebeurt", zegt USGS-onderzoeksgeoloog Paul Hackley. 'Een anaërobe omgeving voorkwam bacteriële afbraak. Terwijl het veenmoeras blijft groeien, heb je misschien wel honderden meters turf.'

Turf zelf wordt in sommige delen van de wereld al lang als brandstofbron gebruikt, maar het is nog ver verwijderd van kolen. Om die transformatie te laten plaatsvinden, moet sediment uiteindelijk het veen bedekken, legt Hackley uit, en comprimeert het tot in de aardkorst. Die sedimentatie kan op verschillende manieren voorkomen, en het sloeg over vele veenmoerassen toen het Carboon ongeveer 300 miljoen jaar geleden eindigde. Terwijl continenten afdreven en het klimaat veranderde, werd het veen nog dieper naar beneden geschoven, met rotsen die het van boven verpletterden en geothermische hitte het van onderen roosterde. Gedurende miljoenen jaren heeft deze geologische Crock-Pot onder druk gekookte turfafzettingen gevormd om kolenbedden te creëren.

Terwijl de bergachtige mijnen van Appalachia een aantal van de oudste, grootste en meest iconische kolenlagen van het land aanboren, vormden Amerikaanse kolen niet allemaal tegelijk, benadrukt Ruppert. Het Carboon-tijdperk, dat van vóór dinosauriërs dateerde, was de hoogtijdagen van veengebieden, maar de nieuwe coalificatie ging door tot ver in en na het tijdperk van de dinosauriërs.

'In de Verenigde Staten zijn veel steenkoollagen niet Carboon', zegt Ruppert. 'We hebben oudere, Carboonkolen in het Oosten - de Appalachen, het Illinois Basin - terwijl in het Westen de kolen veel jonger zijn.'

In feite is het Westen nu Amerika's belangrijkste steenkoolproducerende regio, waar een gestage stroom van minder volwassen kolen uit de Mesozoïcum- en Cenozoïcum-tijdperken ontstaat. De meest productieve kolenmijnen van het land bevinden zich in het Powder River Basin, een ondergrondse kom die zich uitstrekt over de staatsgrens Montana-Wyoming. In tegenstelling tot Carboonkolen, zegt Ruppert, werden jongere afzettingen in het Westen meestal gevormd in grote bassins die uit ondiepe zeeën rezen en geleidelijk ondergronds teruggleden.

'Noord-Amerika lag niet langer aan de evenaar [toen westerse kolen werden gevormd], maar het had ook snel verzakkende bekkens die tektonisch actief waren', zegt ze. 'Er werden diepe sedimentaire bekkens gevormd en de vegetatie werd uiteindelijk omgevormd tot turf omdat de bekkens zo diep waren en lange tijd bleven zakken. De regen was goed, het klimaat was goed en toen werd alles begraven.'

Wat zijn de soorten kolen?

Coalificatie is een continu proces, waarbij veel van de kolen die we momenteel opgraven en verbranden volgens geologische normen nog steeds als 'onvolwassen' worden beschouwd. De vier belangrijkste soorten worden hieronder opgesomd, in volgorde van rijpheid:

• Bruinkool: dit zachte, kruimelige en lichtgekleurde fossiel is het minst volwassen turfproduct dat als steenkool wordt beschouwd. Sommige van de jongste bruinkool bevatten nog steeds zichtbare stukjes schors en ander plantaardig materiaal, hoewel USGS-geoloog Susan Tewalt zegt dat dit zeldzaam is in de Verenigde Staten. 'Er zijn een aantal bruinkool waar je nog steeds houtachtige structuren kunt zien, maar de meeste van onze bruinkool is een beetje hoger dan dat', zegt ze. Bruinkool is om te beginnen laagwaardige steenkool en bevat slechts ongeveer 30 procent koolstof omdat het de intense hitte en druk niet heeft ervaren die sterkere soorten smeedde. Het wordt gevonden in een groot deel van de Gulf Coastal Plain en in het noorden van de Great Plains, maar er zijn slechts 20 werkende bruinkoolmijnen in de VS, de meeste in Texas en North Dakota, omdat het vaak niet economisch is om op te graven. Bruinkool vormt ongeveer 9 procent van de aangetoonde Amerikaanse steenkoolreserves en 7 procent van de totale productie, waarvan het merendeel in elektriciteitscentrales wordt verbrand om elektriciteit op te wekken.

• Subbitumineus: Iets harder en donkerder dan bruinkool, subbitumineuze steenkool is ook krachtiger (tot 45 procent koolstofgehalte) en ouder, meestal al minstens 100 miljoen jaar oud. Ongeveer 37 procent van de aangetoonde steenkoolreserves in de Verenigde Staten is subbitumineus, die zich allemaal ten westen van de Mississippi-rivier bevinden. Wyoming is de grootste producent van het land, maar sub-bitumineuze afzettingen zijn verspreid over de Great Plains en de oostelijke Rocky Mountains. Het Powder River Basin, de grootste afzonderlijke bron van Amerikaanse steenkool, is een subbitumineuze afzetting.

• Bitumineus: bitumineus, het meest voorkomende type steenkool dat in de Verenigde Staten wordt aangetroffen, is goed voor meer dan de helft van de aangetoonde reserves van het land. Gevormd onder extreme hitte en druk, kan het 300 miljoen jaar oud zijn en ergens tussen de 45 en 86 procent koolstof bevatten, wat het tot driemaal de verwarmingswaarde van bruinkool geeft. West Virginia, Kentucky en Pennsylvania zijn de belangrijkste producenten van Amerikaanse bitumineuze kolen, die voornamelijk geconcentreerd zijn ten oosten van de Mississippi. Het wordt veel gebruikt om elektriciteit op te wekken en is ook een belangrijke brandstof en grondstof voor de staal- en ijzerindustrie.

• Antraciet: de grootvader van kolen is niet gemakkelijk te vinden. Antraciet is het donkerste, hardste en meestal oudste type, met een koolstofgehalte van 86 tot 97 procent. In de Verenigde Staten is het zo zeldzaam dat het minder dan een half procent van de totale Amerikaanse steenkoolproductie voor zijn rekening neemt en slechts 1, 5 procent van de aangetoonde reserves. Alle antracietmijnen van het land bevinden zich in de kolenregio van het noordoosten van Pennsylvania.

De Verenigde Staten hebben 's werelds grootste bekende totale steenkoolreserves, in totaal bijna 264 miljard ton. Terwijl mijnwerkers deze oude tropische moerassen en energiecentrales opgraven, verspreiden ze hun dampen in de lucht, en ontwikkelt zich een nationaal en mondiaal geroezemoes over de toekomst van steenkool. Ongeacht wat er gebeurt met toekomstige energieregels, zal de niet-hernieuwbaarheid van kolen uiteindelijk de zoektocht naar alternatieven stimuleren als niets anders dat doet - bij het huidige gebruik zullen zelfs Amerikaanse reserves naar verwachting nog 225 jaar meegaan.

Foto's met dank aan NASA, DOE, USGS

Verwante Artikelen