Ενεργειακά ορυκτά

ΟΡΥΚΤΑ ΚΑΥΣΙΜΑ

Υπολογίζεται ότι, η οργανική ύλη που σχηματίστηκε στην επιφάνεια της γης, κατά τα 3^δις χρόνια, περίπου, από την εμφάνιση της ζωής επάνω της, έχει ίσο βάρος με το βάρος της ίδιας της γης. Το μεγαλύτερο τμήμα από αυτήν την οργανική ύλη αποσυντέθηκε. Κατά την αποσύνθεσή της ακολουθήθηκαν οι αντίθετες, ακριβώς, διαδικασίες από εκείνες της σύνθεσής της. Ενώ, δηλ. το φυτό, κατά την φωτοσύνθεση, παίρνει το CO₂ της ατμόσφαιρας, και το Η₂Ο, από τις ρίζες και με τη βοήθεια της ηλιακής ενέργειας συνθέτει υδρογονάνθρακες, πρωτεϊνες και λίπη, κατά την αποσύνθεση οι υδρογονάνθρακες κ.λ.π. διασπώνται, με τη βοήθεια αερόβιων βακτηριδίων σε CO₂ και Η₂Ο.

Σε ορισμένες, εντούτοις, περιπτώσεις, η οργανική ύλη ενταφιάζεται στο εσωτερικό της γης, όπου, υπό την επίδραση αναερόβιων βακτηριδίων, αλλά και των υψηλών πιέσεων και θερμοκρασιών που επικρατούν στο εσωτερικό της γης, δίδει ορυκτά καύσιμα. Τα ορυκτά καύσιμα διακρίνονται σε τρεις, κύρια, κατηγορίες: τους γαιάνθρακες, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο. Οι βιτουμενιούχοι σχιστόλιθοι (σχιστόλιθοι πλούσιοι σε βιτουμένια) είναι “εν δυνάμει” πηγές ενέργειας, για μελλοντική εκμετάλλευση.

Το είδος του ορυκτού καύσιμου που θα σχηματιστεί, εξαρτάται από τον τύπο της αρχικής οργανικής ύλης. Έτσι, οι γαιάνθρακες δημιουργούνται από τη μερική αποσύνθεση φυτικών λειψάνων, χερσαίας προέλευσης (φύλλων, σπόρων, βλαστών κλπ), ενώ το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο από την αποσύνθεση, κύρια, του φυτοπλαγκτού, των θαλάσσιων λεκανών.

   Περιβάλλον σχηματισμού γαιανθράκων
     Τύρφης (peat), λιγνίτης (lignite), ανθρακίτες (coal)

ΓΑΙΑΝΘΡΑΚΕΣ

Οι γαιάνθρακες ή ορυκτοί άνθρακες είναι ιζηματογενή κοιτάσματα, βιογενούς προέλευσης, τα οποία είναι πλούσια σε άνθρακα. Δημιουργήθηκαν από, διαφόρων μορφών, φυτικά λείψανα (φυτοκλάστες), όταν αυτά συγκεντρώθηκαν σε κάποια λεκάνη και, στη συνέχεια, ενταφιάστηκαν στο εσωτερικό της γης.

Η συγκέντρωση της φυτικής ύλης έγινε, είτε “in situ” (αυτόχθονοι άνθρακες), όπως είναι η συγκέντρωση ποωδών φυτών σε ελώδεις περιοχές, είτε μετά από τη μεταφορά της σε ενδοηπειρωτικές λεκάνες, τάφρους, ή παράκτιες περιοχές, όπου και αποτέθηκε (ετερόχθονοι άνθρακες).

Στη συνέχεια, υπό την επίδραση της θερμοκρασίας και της πίεσης που επικρατούν στο εσωτερικό της γης η φυτική ύλη ενανθρακώθηκε, με τη βοήθεια αναερόβιων βακτηριδίων.

Η πορεία ενανθράκωσης οδήγησε σε διάφορους τύπους ανθράκων, οι οποίοι είναι οι ακόλουθοι: τύρφη, λιγνίτης, υποβιτουμεχιούχοι και βιτουμενιούχοι άνθρακες, ανθρακίτης και  γραφίτης. Από την τύρφη στον ανθρακίτη, η περιεκτικότητα σε άνθρακα (C) αυξάνει, ενώ, αντίθετα, ελαττώνονται η υγρασία (Η₂Ο) και τα πτητικά συστατικά (CO₂, CH₄, NH₃).

Τύρφης (Γερμανία)

• Η τύρφη έχει προκύψει από μικρή ενανθράκωση ποωδών φυτών, ελωδών περιοχών. Το χρώμα της ποικίλλει, ανάλογα με το pH του περιβάλλοντος ενανθράκωσης.
• Ο λιγνίτης περιέχει μέχρι και 30% (C). Είναι καστανόμαυρος, με ξυλώδη υφή και στερείται λάμψης. Καίγεται παράγοντας καπνό.
• Οι “βιτουμενιούχοι” άνθρακες περιέχουν μέχρι και 85% (C). Το χρώμα τους είναι μαύρο, με υαλώδη λάμψη και αποβάφουν στα δάκτυλα.
• Οι ανθρακίτες περιέχουν 92-95% (C) και 5-8% πτητικά συστατικά. Έχουν λάμψη, κογχοειδή θραύση και δεν αποβάφουν στα δάκτυλα.
• Ο γραφίτης είναι σχεδόν καθαρός άνθρακας (C) και προέρχεται από διαδικασίες μεταμόρφωσης. Έχει μικρή σκληρότητα (Η=2, στην κλίμακα Mohs), λιπαρώδη υφή και γκριζόμαυρο χρώμα. Τα πτητικά του συστατικά <5%.

Σε τομή ενός κοιτάσματος, οι γαιάνθρακες εμφανίζονται ως ενστρώσεις, ποικίλου πάχους (μερικά εκατοστά έως και μερικές δεκάδες μέτρα), οι οποίες εναλλάσσονται με ενστρώσεις, πλούσιες σε αργιλικά ιζήματα, ψαμμίτες και μάργες.

 

        Φωτογραφία macerals σε οπτικό πολωτικό
         μικροσκόπιο ανακλωμένου φωτός

Τα “macerals” είναι τα δομικά συστατικά των ανθράκων, αντίστοιχα με ό,τι τα ορυκτά  στα πετρώματα.

Στους λιγνίτες και υποβιτουμενιούχους άνθρακες τα “macerals” διακρίνονται σε τρεις μεγάλες κατηγορίες, τους χουμινίτες, τους  λιπτινίτες και τους ινερτινίτες και σε πολλές υποκατηγορίες.

Τα “macerals” στους βιτουμενιούχους άνθρακες και ανθρακίτες διακρίνονται, με τη σειρά τους, σε βιτρινίτες, λιπτινίτες και ινερτινίτες.

Οι άνθρακες με χαμηλό βαθμό ενανθράκωσης, άρα πλούσιοι σε πτητικά συστατικά, καίγονται με καπνογόνο φλόγα. Οι άνθρακες με υψηλό βαθμό ενανθράκωσης, καίγονται με φλόγα δίχως καπνό.

        Στους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς της ΔΕΗ στην
        Κοζάνη, την Πτολεμαϊδα και τη Μεγαλόπολη
        παράγονται 12 εκατ. τόνοι τέφρας ετησίως

Ως τέφρα ορίζουμε το υλικό που μένει μετά την πλήρη καύση των ανθράκων και  οφείλεται στα διάφορα ανόργανα συστατικά που ευρίσκονται μαζί με τους άνθρακες, αλλά και στους, συνοδεύοντες τους άνθρακες, αργιλο/μαργο/ψαμμιτικούς ορίζοντες.

Μία χαρακτηριστική ιδιότητα των ανθράκων είναι η θερμογόνος τους δύναμη και εκφράζεται σε kcal / kg. Η θερμογόνος δύναμη διακρίνεται σε ανώτερη (Α.Θ.Δ.) και κατώτερη (Κ.Θ.Δ.) και μετράται σε δείγματα “ως έχουν” και σε δείγματα “επί ξηρού”.

Ενδεικτικά, για το κοίτασμα “Αμύνταιο” της Πτολεμαϊδας, η ΑΘΔ, σε δείγματα “ως έχουν” είναι 2.000 kcal / kg. Η ανώτερη “επί ξηρού” είναι 4.500 kcal / kg.

 

Κατανομή των γαιανθράκων της γης

Τα μεγαλύτερα κοιτάσματα γαιανθράκων στη γη δημιουργήθηκαν κατά το Λιθανθρακοφόρο και το Πέρμιο και στη, συνέχεια, κατά το Ιουρασικό και Παλαιογενές. Τα μεγαλύτερα αποθέματα απαντούν στη Δυτική, Βόρεια Αφρική και στη Σιβηρία. Μικρότερες συγκεντρώσεις απαντούν στην Ευρώπη, Ν.Α. Ασία, Αυστραλία.

ΓΑΙΑΝΘΡΑΚΕΣ ΤΗΣ ΕΛΛΑΔΑΣ

Η πρώτη δειλή εκμετάλλευση λιγνίτη στην χώρα μας άρχισε στο Αλιβέρι (Έυβοια) το 1873, αλλά μόνο μετά το 1950 εντατική εκμετάλλευσή του για την κάλυψη ενεργειακών αναγκών. Σήμερα, το 75%, περίπου, των ενεργειακών αναγκών της χώρας καλύπτονται από το  λιγνίτη. Έτσι, το 85% του λιγνίτη χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, ενώ το υπόλοιπο 15% χρησιμοποιείται για την παραγωγή πλίνθων (~1%), λιγνιτόσκονης για μεταλλουργικούς σκοπούς (3,6%), για καύσιμη ύλη (~1%), για αζωτούχα λιπάσματα κ.λ.π.

Όλοι οι γαιάνθρακες (τύρφη - λιγνίτης - υποβιτουμενιούχοι άνθρακες) που απαντούν στην Ελλάδα είναι Καινοζωικής ηλικίας και αποτέθηκαν σε ενδοηπειρωτικές ή παράκτιες λεκάνες.

Το 84% των λιγνιτοφόρων λεκανών είναι Νεογενούς ηλικίας, το 9% Τεταρτογενούς και το 7% Ηωκαινικής / Ολιγοκαινικής ηλικίας.

Οι σπουδαιότερες λεκάνες είναι εκείνες της Πτολεμαϊδας (Πτολεμαϊδα, Κομνηνά, Αγ.Χριστόφορος, Περδίκα), Πλειοκαινικής ηλικίας, της Μεγαλόπολης και Δράμας (Πλειστοκαινικής ηλικίας) και της Φλώρινας (Μειοκαινικής ηλικίας). Ο λιγνίτης διακρίνεται σε τυρφώδη λιγνίτη (το 25% των αποθεμάτων της χώρας), σε λιγνίτη (το 64%) και σε υποβιτουμενιούχο λιγνίτη (το 11%).

Υποβιτουμενιούχοι άνθρακες, Ηωκαινικής/Ολιγοκαινικής ηλικίας, απαντούν στην Αλεξανδρούπολη, Κοζάνη, Γρεβενά και είναι πολύ καλής ποιότητας, αλλά μικρής οικονομικής σημασίας. Το κοίτασμα τύρφης των Φιλίππων, με 4,3x10⁹ τον. αποθέματα, είναι Πλειστοκαινικής ηλικίας.

Τα συνολικά αποθέματα, της χώρας, σε λιγνίτη εκτιμώνται στους 10x10⁹ τον. περίπου, από τους οποίους, τα βέβαια 6,8x10⁹ τον. τα πιθανά 0,31x10⁹ τον. τα δυνατά 1,95x10⁹ τον. και τα υποθετικά 0,86x10⁹ τον. Από τους  6,8x10⁹ τον βέβαια αποθέματα οι 3,26x10⁹ τον απαντούν στην Πτολεμαϊδα, οι 0,4x10⁹ τον στη Μεγαλόπολη, οι 1,55x10⁹ τον στη Δράμα, οι 1,15x10⁹ τον στην Ελασσώνα και οι 0,47x10⁹ τον στη Φλώρινα. Η εκμετάλλευση είναι υπαίθρια, με κύριες λεκάνες εκμετάλλευσης, την Πτολεμαϊδα και το Αμύνταιο (ετήσια παραγωγή 43,6 εκ. τον) και τη Μεγαλόπολη (8,9 εκ. τον).

Η κατώτερη θερμογόνος δύναμη (Κ.Θ.Δ.) των λιγνιτών της Ελλάδας κυμαίνεται από 840 kcal/kg (Ιωάννινα) έως 7.000 kcal/kg (Κοτύλη Ξάνθης). Στις περισσότερες περιπτώσεις η Κ.Θ.Δ. κυμαίνεται από 1800 - 2600 kcal/kg, για τους, Μειοκαινικής ηλικίας, 1000 - 1800 kcal/kg, για τους, Πλειοκαινικής και <1000 kcal/kg, για τους, Πλειστοκαινικής ηλικίας, λιγνίτες. Λιγνίτες με Κ.Θ.Δ. >2600 kcal/kg είναι ελάχιστοι (<0,4% των αποθεμάτων).

Στην ευρύτερη περιοχή της Πτολεμαϊδας η θερμογόνος δύναμη ποικίλλει, από 1.400 kcal/kg, έως 2.300 kcal/kg, ενώ στη Μεγαλόπολη ανέρχεται στις 950 kcal/kg.

Το μεγαλύτερο ποσοστό υγρασίας, έχουν οι λιγνίτες Μεγαλόπολης (62%, περίπου), Ιωαννίνων (61%) και Πτολεμαϊδας (60%), ενώ το μικρότερο, οι υποβιτουμενιούχοι άνθρακες της Αλεξανδρούπολης (8,9%).

Γενικά, αυξανόμενης της ηλικίας του λιγνίτη, αυξάνεται η θερμογόνος του δύναμη και η περιεκτικότητά του σε πτητικά συστατικά, ενώ, αντίθετα, ελαττώνεται η περιεκτικότητά του σε υγρασία. Η περιεκτικότητα των λιγνιτών σε τέφρα ποικίλλει, ακόμη και στο ίδιο το κοίτασμα, δεδομένου ότι εξαρτάται από το ποσοστό των αργιλο-μαργο-ψαμμιτικών ιζημάτων που συμμετέχουν στο εξεταζόμενο δείγμα. Συνήθης, εντούτοις, τιμή είναι 15-20% (δυνατή διακύμανση 8-30%).

Στους Ελληνικούς λιγνίτες ανευρίσκονται  και  οι τρείς τύποι  “macerals”  [χουμινίτες (> 75%), λιπτινίτες (4-17%) και ινερτινίτες (< 4%)]. Μαζί με τα “macerals”, μπορεί να ανευρεθούν και ορυκτά όπως ο σιδηροπυρίτης (υπό μορφή framboids ή ως υλικό πλήρωσης πόρων), ο ασβεστίτης, ο σιδηρίτης (FeCO₃), ο καολινίτης [Al4 Si₄ Ο₁₀ (OH)₈], κλπ. Στην τέφρα έχουν ανιχνευτεί βαρέα μέταλλα όπως  Pb, Zn, U, Ba, κ.λ.π.

 

Φωτογραφίες του λιγνιτικού πεδίου της Πτολεμαΐδας. Διακρίνονται οι χαρακτηριστικές ενστρώσεις λιγνιτών, ποικίλου πάχους, οποίες εναλλάσσονται με ενστρώσεις, πλούσιες σε αργιλικά ιζήματα, ψαμμίτες και μάργες.

 

Η πρώτη σοβαρή προσπάθεια για την εκμετάλλευση λιγνιτικών κοιτασμάτων στη χώρα μας άρχισε στο Αλιβέρι (Εύβοια) το 1873. Δυστυχώς μια φοβερή πλημμύρα το 1897 κατέστρεψε όλες τις επιφανειακές και υπόγειες εγκαταστάσεις εξόρυξης. Η εκμετάλλευση ξανάρχισε μετά τον πρώτο Παγκόσμιο πόλεμο. Το 1922 η ετήσια παραγωγή έφθασε τους 23.000 τόνους και διατηρήθηκε μέχρι το 1927. Το επόμενο έτος η εκμετάλλευση σταμάτησε για οικονομικούς λόγους.

Μετά το δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο η ανάγκη εξηλεκτρισμού της χώρας οδήγησε στην απόφαση κατασκευής ατμοηλεκτρικού σταθμού στο Αλιβέρι, που θα λειτουργούσε αποκλειστικά με λιγνίτη.

Το 1951 ανέλαβε η ΔΕΗ την υπόγεια εκμετάλλευση των Ορυχείων στο Αλιβέρι, κατορθώνοντας να αυξήσει την παραγωγή σε 750 χιλιάδες τόνους το χρόνο και να τροφοδοτήσει μονάδες συνολικής ισχύος 230 MW. Στις αρχές της δεκαετίας του 1980 σταμάτησε η λειτουργία του λιγνιτωρυχείου Αλιβερίου.

Οι πρώτες συστηματικές έρευνες για την εντόπιση και αξιολόγηση των λιγνιτών της ευρύτερης περιοχής Πτολεμαϊδας άρχισαν μετά το 1938. Το 1955 συστάθηκε η εταιρία ΛΙΠΤΟΛ που είχε ως αντικείμενο την εκμετάλλευση του λιγνίτη και τη χρησιμοποίησή του για την παραγωγή μπρικετών, αζωτούχων λιπασμάτων, ημικώκ και ηλεκτρικής ενέργειας. Το 1959 το 90% των μετοχών της ΛΙΠΤΟΛ περιήλθαν στη ΔΕΗ. Το 1975 συγχωνεύθηκε η ΛΙΠΤΟΛ στη ΔΕΗ. Η παραγωγή λιγνίτη που ήταν το 1959 1,3 εκ. τόνους , αυξήθηκε το 1975 σε 11,7 εκ. τόνους, το 1985 σε 27,3 εκ. τόνους και το 2006 σε 49 εκ. τόνους (συμπεριλαμβανομένου και του ορυχείου στη Φλώρινα).

Το λιγνιτικό κοίτασμα Μεγαλόπολης μελετήθηκε επιστημονικά για πρώτη φορά το 1957 και τα αποτελέσματα ήταν ενθαρρυντικά. Το 1969 άρχισε από τη ΔΕΗ η εκμετάλλευση του λιγνίτη. Το γεγονός αυτό ήταν μία ιδιαίτερη περίπτωση σε παγκόσμιο επίπεδο, επειδή για πρώτη φορά τόσο φτωχός λιγνίτης εξορύσσεται και χρησιμοποιείται για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Το λιγνιτωρυχείο Μεγαλόπολης ξεκίνησε με μία ετήσια παραγωγή 1 εκ. τόνους και έφθασε το 2006 τους 13,5 εκ. τόνους.

Σήμερα η ΔΕΗ παράγει συνολικά περίπου 63 εκ. τόνους λιγνίτη σε ετήσια βάση. Η εντυπωσιακή ανάπτυξη των Λιγνιτωρυχείων της ΔΕΗ επιτρέπει στη χώρα μας να κατέχει τη δεύτερη θέση στην παραγωγή λιγνίτη στην Ευρωπαϊκή Ένωση, την πέμπτη θέση στην Ευρώπη και την έκτη στον κόσμο.

Με βάση τα συνολικά αποθέματα και τον προγραμματιζόμενο ρυθμό κατανάλωσης στο μέλλον, υπολογίζεται ότι στην Ελλάδα οι υπάρχουσες ποσότητες λιγνίτη επαρκούν για τα επόμενα 45 χρόνια. Μέχρι σήμερα έχουν εξορυχθεί συνολικά 1,3 δισ. τόνοι λιγνίτη ενώ τα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα ανέρχονται σε 3,1 δισ. τόνους περίπου. Tο 2006 εξορύχθησαν συνολικά 62,5 εκ. τόνοι. Σήμερα, οι 8 λιγνιτικοί σταθμοί της ΔΕΗ αποτελούν το 42% της εγκατεστημένης ισχύος της και παράγουν το 45% περίπου της καθαρής ηλεκτρικής παραγωγής της ΔΕΗ.

Με τα σημερινά τεχνικο-οικονομικά δεδομένα τα κοιτάσματα που είναι κατάλληλα για ενεργειακή εκμετάλλευση, ανέρχονται σε περίπου 3,2 δις τόνους και ισοδυναμούν με 450 εκ. τόνους πετρελαίου.

Το σύνολο της ετήσιας εθνικής παραγωγής λιγνίτη, μαζί με τα ορυχεία (εκτός ΔΕΗ) που δίνουν πρώτη ύλη στους ατμοηλεκτρικούς σταθμούς, τα τελευταία χρόνια υπερβαίνει τους 55εκ τόνους.

Με βάση τα συνολικά εκμεταλλεύσιμα αποθέματα λιγνίτη της χώρας και τον προγραμματιζόμενο ρυθμό κατανάλωσης στο μέλλον, υπολογίζεται ότι τα αποθέματα αυτά επαρκούν για περισσότερο από 45 χρόνια. Μέχρι σήμερα οι εξορυχθείσες ποσότητες λιγνίτη φτάνουν περίπου στο 29% των συνολικών αποθεμάτων.

Εκτός από λιγνίτη η Ελλάδα διαθέτει και ένα μεγάλο κοίτασμα Τύρφης στην περιοχή των Φιλίππων (Ανατολική Μακεδονία). Τα εκμεταλλεύσιμα αποθέματα στο κοίτασμα αυτό εκτιμώνται σε 4 δις κυβικά μέτρα και ισοδυναμούν περίπου με 125 εκατ. τόνους πετρελαίου.

Η χρήση του λιγνίτη, για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, αποφέρει στην Ελλάδα τεράστια εξοικονόμηση συναλλάγματος (περίπου 1 δισ. δολάρια ετησίως). Ο λιγνίτης είναι καύσιμο στρατηγικής σημασίας, γιατί έχει χαμηλό κόστος εξόρυξης, σταθερή και άμεσα ελέγξιμη τιμή και παρέχει σταθερότητα και ασφάλεια στον ανεφοδιασμό καυσίμου. Συγχρόνως, προσφέρει χιλιάδες θέσεις εργασίας στην ελληνική περιφέρεια, ιδιαίτερα σε περιοχές που εμφανίζουν μεγάλα ποσοστά ανεργίας. Ο λιγνίτης έχει συντελέσει τα μέγιστα στην αύξηση του εθνικού προϊόντος.