3.1-Coal
3.1-Coal Important Formulae
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3.1 - Coal
- Coal is a fossil fuel formed from dead plants over millions of years.
- It is composed mainly of carbon, along with various other elements such as hydrogen, sulfur, oxygen, and nitrogen.
- Coal is classified into four types: Peat, Lignite, Bituminous, and Anthracite.
- The process of coal formation is called carbonization.
- Coal is used as a source of energy for electricity generation and industrial processes.
- The chemical formula for coal can be represented as $C_xH_yO_z$ (where x, y, and z vary based on the type of coal).
- It is a non-renewable resource and its burning releases harmful gases like carbon dioxide (CO₂).
3.1 - Coal
Coal is a fossil fuel that forms from the remains of plants over millions of years. It is a non-renewable source of energy, which is primarily used as fuel in industries and power generation. Coal is mainly composed of carbon, along with various other elements such as hydrogen, sulfur, oxygen, and nitrogen. The process by which coal forms is called carbonization.
The formation of coal occurs in stages, beginning with the accumulation of plant material in swampy areas. Over time, heat and pressure transform the plant material into peat, which eventually becomes coal. The stages of coal formation are as follows:
- Peat: Peat is an early stage in the coal formation process. It is formed from the partial decomposition of plant material in waterlogged environments.
- Lignite: Lignite is the first stage of coal that has undergone compression and heating. It is a soft, brownish-black coal.
- Bituminous Coal: Bituminous coal is a denser and harder form of coal, used widely for power generation and industrial processes.
- Anthracite: Anthracite is the highest grade of coal, having the highest carbon content and energy density. It is hard, black, and shiny in appearance.
The carbon content of coal increases as it progresses through these stages. In general, the higher the carbon content, the more energy the coal can produce when burned.
Coal is commonly used for generating electricity in power plants, where it is burned to produce heat, which in turn converts water into steam. This steam drives turbines connected to generators, producing electricity. Apart from electricity generation, coal is also used in industries such as steel production, cement manufacturing, and as a source of various chemicals.
One of the key chemical reactions that occurs when coal is burned is the combustion reaction, which can be represented by the following equation:
$\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{heat}$
This reaction shows that coal (carbon) reacts with oxygen to form carbon dioxide and release energy in the form of heat.
Although coal is an important energy source, it has several environmental drawbacks. Burning coal releases harmful gases such as carbon dioxide (CO$_2$), sulfur dioxide (SO$_2$), and nitrogen oxides (NO$_x$), which contribute to air pollution and climate change. The mining of coal also results in land degradation and destruction of ecosystems.
In India, coal is the primary source of energy for electricity generation, and the country has one of the largest coal reserves in the world. The major coal-producing regions in India include Jharkhand, Odisha, Chhattisgarh, and West Bengal.
Despite the environmental issues associated with coal, it remains a vital part of the global energy mix due to its availability, energy density, and cost-effectiveness. However, there is a global shift towards cleaner energy sources like solar, wind, and hydropower to reduce dependence on coal.
Adrem68, CC BY-SA 4.0, via Wikimedia Commons
3.1-कोयला (Coal)
कोयला एक प्राकृतिक रासायनिक यौगिक है जो मुख्य रूप से कार्बन से बना होता है। यह एक प्रमुख जीवाश्म ईंधन है, जो पृथ्वी की प्राचीन वनस्पतियों और पेड़ों के संरक्षित अवशेषों से विकसित हुआ है। कोयला मुख्य रूप से ऊर्जा उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है। इसका उपयोग विद्युत उत्पादन, औद्योगिक प्रक्रिया, और घरेलू ईंधन के रूप में किया जाता है।
कोयला की संरचना और प्रकार
कोयला मुख्य रूप से कार्बन, हाइड्रोजन, ऑक्सीजन, नाइट्रोजन और कुछ अन्य तत्वों का मिश्रण होता है। इसमें कार्बन की मात्रा अधिक होती है, जिससे यह एक अच्छे ईंधन के रूप में कार्य करता है। कोयला के विभिन्न प्रकार होते हैं, जो उनके कार्बन और ऊर्जा की मात्रा के आधार पर वर्गीकृत किए जाते हैं:
- एंथ्रासाइट (Anthracite): यह कोयले का सबसे कठोर और उच्चतम ग्रेड होता है। इसमें कार्बन की मात्रा 90% से अधिक होती है और यह उच्चतम उष्मा ऊर्जा प्रदान करता है।
- बिटुमिनस (Bituminous): यह कोयले का सबसे सामान्य प्रकार है, जिसमें कार्बन की मात्रा 45-86% होती है। इसका उपयोग विद्युत उत्पादन और औद्योगिक प्रक्रिया में किया जाता है।
- सब-बिटुमिनस (Sub-bituminous): इसमें कार्बन की मात्रा 35-45% होती है और यह अधिकतर कम तापमान पर जलता है।
- लिग्नाइट (Lignite): इसे 'भूरा कोयला' भी कहा जाता है। इसमें कार्बन की मात्रा सबसे कम होती है (25-35%) और यह जल्दी जल जाता है।
कोयला का निर्माण
कोयला एक बहुत लंबे समय तक चलने वाली प्रक्रिया द्वारा बनता है। यह प्रक्रिया लाखों वर्षों में पूरी होती है। जब पौधे मरते हैं, तो उनके अवशेष पानी में डूब जाते हैं, जहां ऑक्सीजन की कमी होती है। इस परिस्थिति में पौधों के अवशेषों का विघटन नहीं होता और वे धीरे-धीरे दबाव और तापमान के प्रभाव में बदलकर कोयला बन जाते हैं।
कोयला के उपयोग
कोयला मुख्य रूप से निम्नलिखित क्षेत्रों में उपयोग होता है:
- ऊर्जा उत्पादन: कोयला विद्युत संयंत्रों में जलाकर बिजली उत्पन्न करने के लिए प्रयोग किया जाता है।
- धातु उद्योग: कोयला का उपयोग कच्चे लोहा (Iron) और स्टील के उत्पादन में भी होता है।
- गृह उपयोग: कुछ स्थानों पर कोयले का उपयोग घरेलू ईंधन के रूप में भी किया जाता है।
- रासायनिक उद्योग: कोयला का उपयोग रासायनिक पदार्थों की निर्मिति में भी होता है।
कोयला का रासायनिक संघटन और ऊष्मा मान (Heat Value)
कोयला की ऊष्मा मूल्य (Heat Value) उसकी कार्बन सामग्री पर निर्भर करता है। उच्च कार्बन वाले कोयले में अधिक ऊष्मा उत्पन्न होती है। कोयला जलने पर ऊष्मा उत्पन्न करता है, और यह ऊर्जा के रूप में कार्य करता है। इसके ऊष्मा मान को किलोकैलोरी (kcal) में मापा जाता है।
कोयला जलाने पर उत्पन्न होने वाली ऊर्जा को निम्नलिखित सूत्र से व्यक्त किया जा सकता है:
$$ Q = m \cdot H $$यहाँ,
- Q = उत्पन्न ऊष्मा (किलो कैलोरी में)
- m = कोयला का भार (किलोग्राम में)
- H = कोयले की ऊष्मा क्षमता (किलो कैलोरी/किलोग्राम में)
उचित कोयला चयन के लिए इसकी ऊष्मा क्षमता महत्वपूर्ण होती है, क्योंकि उच्च ऊष्मा क्षमता वाला कोयला अधिक प्रभावी रूप से जलता है और ऊर्जा अधिक उत्पन्न करता है।