石炭

context: 石炭(せきたん、英語:coal)とは、古代(数千万年~数億年前)の植物が完全に腐敗分解する前に地中に埋もれ、そこで長い期間地熱や地圧を受けて変質(石炭化)したことにより生成した物質の総称。
見方を変えれば植物化石でもある。
石炭は古くから、産業革命以後20世紀初頭まで最重要の燃料として、また化学工業や都市ガスの原料として使われてきた。
第一次世界大戦前後から、艦船の燃料が石炭の2倍のエネルギーを持つ石油に切り替わり始めた。
戦間期から中東での油田開発が進み、第二次世界大戦後に大量の石油が採掘されて1バレル1ドルの時代を迎えると産業分野でも石油の導入が進み(エネルギー革命)、西側先進国で採掘条件の悪い坑内掘り炭鉱は廃れた。
qas: question: 石炭が主要燃料として多く利用されていた時期は、産業革命以後からいつ頃までの間ですか?
answers: text: 20世紀初頭まで

question: 艦船の燃料が石炭から石油に移行し始めたのはいつからですか?
answers: text: 第一次世界大戦前後から

question: 石油の2分の1のエネルギーである資源は何ですか?
answers: text: 石炭

question: 産業分野で石油の導入が進んだ時、1バレルいくらでしたか?
answers: text: 1ドル

context: しかし1970年代に二度の石油危機で石油がバレルあたり12ドルになると、産業燃料や発電燃料は再び石炭に戻ったが、日本国内で炭鉱が復活することは無かった。
豪州の露天掘りなど、採掘条件の良い海外鉱山で機械化採炭された、安価な海外炭に切り替わっていたからである。
海上荷動きも原油に次いで石炭と鉄鉱石が多く、30万トンの大型石炭船も就役している。
他の化石燃料である石油や天然ガス等と比べても、燃焼した際の二酸化炭素(CO2)や硫黄酸化物(SOx)などの有害物質の排出量が多く、地球温暖化、大気汚染の主な原因の一つとなっている。
日本では、一般的に石炭(せきたん)と呼ばれるようになったのは、明治初年に西欧の採炭技術が入って、特にドイツ語Steinkolenを和訳したものとされる。
それ以前は地方によって、五平太(ごへいだ)、石炭(いしずみ)、岩木(いわき)、燃石(もえいし)、烏丹(うに)、烏朱(うし)などと様々に呼称されていた。
qas: question: 日本に入ってきた安価な石炭は主にどこの国からのものですか?
answers: text: 豪州

question: 石炭をどうすると大量の有害物質を排出させてしまうの?
answers: text: 燃焼

question: 五平太や烏朱とは何を指しているのですか?
answers: text: 石炭

question: 石炭の由来となる単語は何?
answers: text: Steinkolen

context: 現在の地球上では、枯れた樹木は時間とともに大半が菌類(カビ・キノコ等)、細菌、昆虫(シロアリ等)などによって分解されてしまうが、石炭ができるためには完全に分解される前に地中に埋没することが必要である。
特に古生代においてはそれら分解者が、まだ出現していなかったり少数派であったため大量の植物群が分解前に埋没していた。
植物の遺体が分解されずに堆積する場所として湿原や湿地帯が挙げられる。
これらの場所においては植物の死体は酸素の少ない水中に沈むことによって生物による分解が十分進まず、分解されずに残った組織が泥炭となって堆積する。
泥炭は植物が石炭になる入り口とされている。
他の成因として大規模な洪水で大量の樹木が湖底等の低地に流れ込んで土砂に埋まることも考えられる。
地中に埋まった植物は年代を経るに従って泥炭→褐炭→歴青炭→無煙炭に変わってゆく。
この変化を石炭化と呼ぶ。
qas: question: 枯れた樹木を分解する主な昆虫は何ですか?
answers: text: シロアリ

question: 未分解の植物の遺体が堆積する場所は湿原とどこですか?
answers: text: 湿地帯

context: 地中に埋まった植物が地圧や地熱を受けて石炭になる変化を総称して石炭化と呼ぶ。
これは多様な化学反応を伴った変化である。
セルロースやリグニンを構成する元素は炭素、酸素、水素であるが、石炭化が進むに従って酸素や水素が減って炭素濃度が上がってゆき、外観は褐色から黒色に変わり、固くなってゆく。
炭素の含有量は泥炭の70%以下から順次上昇して無煙炭の炭素濃度は90%以上に達する。
化学的には植物生体由来の脂肪族炭化水素が脱水反応により泥炭・褐炭になり、次に脱炭酸反応により瀝青炭となり、最後に脱メタン反応により芳香族炭化水素主体の無煙炭に変わってゆく。
植物が石炭化する速度は地中での圧力や温度の影響を受ける。
日本は環太平洋造山帯に位置し地殻変動が盛んなため、諸外国の産地よりも高温・高圧にさらされて石炭化の進行が早いとする説もある。
qas: question: 泥炭の状態と無煙炭の状態とでは、炭素濃度が低いのはどちらの状態ですか?
answers: text: 泥炭

question: 日本と諸外国を比べると、どちらの方が石炭化の進行が早いとされていますか?
answers: text: 日本

question: 石炭化が進むにつれて濃度が高くなる元素は何?
answers: text: 炭素

question: 石炭化する速度は地中での圧力と何の影響によって変わりますか?
answers: text: 温度

context: 石炭は元となった植物が繁茂していた時代に相当する地層から産出される。
古生代の地層は石炭が産出する地層としては最も古く、産出は無煙炭が主体。
古生代に繁茂していた植物は現在のシダ類やトクサ類の祖先に相当するが、当時の代表的な植物であるリンボクは高さ30メートルになる大木で、大森林を形成していたと考えられている。
中生代はソテツやイチョウなどの裸子植物が優勢となった。
この時代の地層から産出する石炭は海外ではほとんど瀝青炭だが、日本で産出するのは無煙炭が主体である。
新生代第三紀(7~2千万年前)の植物は、現在に近い樹種が主体である。
産出する石炭は、外国では石炭化の低い褐炭が主体だが、日本の炭鉱では瀝青炭が産出される。
qas: question: 中生代の地層から産出する石炭で、日本での主な産出は何ですか?
answers: text: 無煙炭

question: 新生代第三紀の地層から産出される日本での主な石炭は何ですか?
answers: text: 瀝青炭

question: 石炭が産出する最古の地層はいつの時代のものですか?
answers: text: 古生代

question: 古生代の代表的な植物は何ですか?
answers: text: リンボク

context: 植物の体はセルロース、リグニン、タンパク質、樹脂などなどで構成されている。
このうち古生代に繁茂したシダ類ではセルロースが40~50%リグニンが20~30%であり、中生代以後に主体となる針葉樹類ではセルロースが50%以上リグニンが30%である(何れも現生種のデータ)。
これらの生体物質を元にして石炭が形成された。
qas: question: 古生代に繁茂したシダ類の構成成分の内訳で、最も多く占めているのは何の成分ですか?
answers: text: セルロース

question: 中生代以降の針葉樹類の構成成分で2番目に多く占めているのは何の成分?
answers: text: リグニン

question: シダ類と針葉樹類の構成成分を比較すると、どちらの方がセルロースを多く含んでいますか?
answers: text: 針葉樹類

context: シルル紀後期にリグニンを有した植物が登場した。
歴史上上陸した植物が立ち上がるためにはセルロース、ヘミセルロースを固めるためのリグニンが必要であった。
リグニンを分解できる微生物がその当時はいなかったので植物は腐りにくいまま地表に蓄えられていった。
これが石炭の由来となる。
石炭紀に石炭になった植物はフウインボク、リンボク、ロボクなどであり、大量の植物が腐らないまま積み重なり、良質の無煙炭となった。
石炭紀以降も石炭が生成されたが時代を下るに従って生成される石炭の量も質も低下することとなった。
白色腐朽菌は、地球上で唯一リグニンを含む木材を完全分解できる生物で、リグニン分解能を獲得したのは古生代石炭紀末期頃(約2億9千万年前)であると分子時計から推定された。
石炭紀からペルム紀にかけて起こった有機炭素貯蔵量の急激な減少は白色腐朽菌のリグニン分解能力の獲得によるものと考えられている。
qas: question: 上陸した植物が立ち上がるために必要不可欠な成分は何ですか?
answers: text: リグニン

question: 良質の無煙炭が産出したのはいつの時代の地層からですか?
answers: text: 石炭紀

question: 地球上で唯一リグニンを含む木材を完全分解できる生物の名前は何?
answers: text: 白色腐朽菌

question: フウインボク、リンボク、ロボクが石炭になった時代はいつ?
answers: text: 石炭紀

context: 石炭は燃料としては最も埋蔵量が多い地下資源である。
石油が安価だった時代、重油製鉄も検討されたが、製鉄における石炭の優位は崩せなかった。
重油ボイラーを比較的簡単に微粉炭ボイラー(石炭を粉にして吹き込む)に改造できたため、第二次石油危機後の1980年代にほとんどの発電燃料・産業燃料が値段の安い石炭に回帰するか天然ガスに切り替わった。
発電燃料・産業燃料においても微粉炭ボイラーが開発され手作業給炭は過去のものとなった。
日本国内炭は一般的に炭層が薄くて傾斜しておりロングウォールに向かず、採炭コストでは海外炭に太刀打ちできなかった(釧路炭田は水平に厚く石炭層が形成されているために例外的に存続できた)。
自動車の普及した先進国では石油の占める割合が高いが、エネルギー消費の過半数を占める発電燃料・産業燃料では、コスト優位により石炭が未だに少なくない割合を占めている国もある。
アメリカも発電燃料は31%と天然ガスと同じぐらいである。
中国は自動車の普及で石油輸入量が急増し日本を追い抜いたが、依然として全エネルギーのうち5割以上を石炭が占めている。
石油・ガスのような流体ではないことや、核燃料のようにコンパクトではないことは、輸送のコストを押し上げる要因ではあるが、一方では輸送や貯蔵に際しての事故やテロによる被害の規模を抑制する要因でもある。
qas: question: 全エネルギーのうち半分以上を石炭が占めているという国はどこ?
answers: text: 中国

question: アメリカでは石炭は何の燃料と同じくらい使用されているの?
answers: text: 天然ガス

question: 日本国内炭が採炭コストにおいて、打ち勝つことができない対象とは何?
answers: text: 海外炭

question: 石油、ガス、石炭、核燃料の中で事故やテロによる被害を抑制できるものは何?
answers: text: 石炭

context: 石炭は他の燃料に比べて埋蔵量が多く、かつ石油のような一地域への偏在がなく、全世界で幅広く採掘が可能なエネルギー資源である。
50年で枯渇が懸念されている石油に対し、石炭は153年の採掘が可能と考えられている。
2017年の世界の消費は約75億t、2017年時点では総一次エネルギー消費の23%を占める。
確認可採埋蔵量は、世界で約1兆35億t(2017年)(BP統計2005年版では約9091億t)。
1990年のデータではウランを含む燃料資源を石油に換算した確認可採埋蔵量の比率は石炭が61.9%に達し、オイルサンド類の16.1%、石油の10.8%、天然ガスの9.7%に比べて圧倒的に多い。
また石油が世界の埋蔵量のうち中東地区に約48%が偏在したり(2016年のデータ)、天然ガスがヨーロッパ及旧ソ連と中東で70%以上の埋蔵量を占有する状況である(2016年のデータ)のに比べて石炭はアメリカ(22.1%)、中国(21.4%)、ロシア(14.1%)、オーストラリア(12.7%)、インド(8.3%)、ドイツ(3.2%)と政情の安定している国の埋蔵量が大きいことが特徴である(2016年のデータ)。
qas: question: 石油と石炭では、どちらが採掘年数が短いですか?
answers: text: 石油

question: 1990年でのデータで確認可採埋蔵量の比率が最も少ないものは何ですか?
answers: text: 天然ガス

question: ドイツ、中国、ロシア、アメリカ、インド、オーストラリアの中で、石炭の埋蔵量が最も多い国はどこ?
answers: text: アメリカ

question: ロシア、インド、ドイツ、アメリカ、オーストラリア、中国の中で、石炭の埋蔵量が3番目に少ない国はどこ?
answers: text: オーストラリア

context: 鉄鉱石とは錆びた鉄・酸化鉄と脈石の塊であり、製鉄とは還元反応である。
現在の高炉法は粘結炭(瀝青炭)を蒸し焼きにしたコークスと塊状鉄鉱石を円筒形の高炉に積み上げ、下から空気を吹き込んで発生する一酸化炭素で銑鉄を作るので、石炭(特に粘結炭)が不可欠である。
天然ガスでも還元できるが温度が上げにくいので、産油国のような石油採掘の時に随伴ガスとして出てきてしまう天然ガスを無駄に燃やしている国以外では、石炭のほうが優位である。
qas: question: 現在の高炉法で必須資源となるのは何?
answers: text: 石炭

context: 石炭を燃料として使用すると、健康障害や死亡の原因になる。
1952年12月5日から9日にかけてロンドンで発生した「ロンドンスモッグ」は、主に石炭の大量使用によって引き起こされ、合計1万2000人の犠牲者を出し大気汚染としては史上最悪規模の公害となった。
世界的に石炭は、毎年80万人の早死を引き起こすと推定されている。
石炭の燃焼は二酸化硫黄(SO2)の主な排出源であり、窒素成分も他のエネルギー源より多く、酸性雨や大気汚染の最も危険な形態であるPM2.5粒子状物質を生成する。
煙突からの排出物は、喘息、脳卒中、知的障害、動脈閉塞、心臓発作、うっ血性心不全、不整脈、水銀中毒、狭窄症、肺がんを引き起こす。
石炭を使用して発電することによるヨーロッパの年間医療費は、最大430億ユーロと見積もられている。
他の燃料に比べて煤塵発生も多く、労働者の塵肺を引き起こす。
この影響で、米国だけでも石炭産業の元従業員1,500人が毎年死亡すると推定されている。
石炭を使用すると、毎年数億トンの灰やその他の廃棄物が発生し、これらには、フライアッシュ、ボトムアッシュ、および排煙脱硫スラッジが含まれ、これらには、セレンなどの非金属とともに、水銀、ウラン、トリウム、ヒ素、およびその他の重金属が含まれている。
1990年代におけるアメリカ地質調査所の推計によると、アメリカ人は平均して石炭由来の放射線を自然放射線量の0.1%程度、石炭火力発電所から1kmの場所に住んでいる場合は最大で5%を追加で被曝しているとされる。
qas: question: 「ロンドンスモッグ」で犠牲になった人は何人いましたか?
answers: text: 1万2000人

question: 石炭の燃焼によって何という危険物質が生成されますか?
answers: text: PM2.5粒子状物質

question: 「ロンドンスモッグ」の原因は何でしたか?
answers: text: 石炭の大量使用

question: 煤塵発生が多く、労働者の塵肺を引き起こしやすい燃料は何ですか?
answers: text: 石炭

context: 石炭使用の最大かつ最も長期的な影響は、気候変動と地球温暖化に強い影響を与える物質である温室効果ガスである二酸化炭素(CO2)の放出である。
石炭は、2017年時点で世界の一次エネルギーの4分の1を供給し、石炭火力発電は、2018年の世界のCO2排出量増加の最大の要因であり、化石燃料からの温室効果ガス総排出量の40%となっている。
石炭採掘は、別の温室効果ガスであるメタンを放出する。
石炭は高品位になるほど炭素含有量が増えて水素・酸素が減ってゆき、無煙炭の炭素含有量は90%以上に達する。
他の燃料を燃焼すると二酸化炭素と水ができるが、高品位の石炭を燃やすと燃焼生成物の大部分が二酸化炭素となる。
硫黄酸化物除去は実用化されており、二酸化炭素は地中処分が検討されているが、日本では貯留層に70年分の容量しかないといい、既存石炭火力発電所を寿命まで使い切って次世代発電所にバトンタッチする繋ぎ技術と目されている。
qas: question: 石炭を使用する際に放出される温室効果ガスとは何?
answers: text: 二酸化炭素

question: 化石燃料からの温室効果ガス総排出量の4割を占めている資源とは何?
answers: text: 石炭

question: 石炭採掘の際に放出される温室効果ガスとは何?
answers: text: メタン

context: 石炭も微粉炭にして酸素吹き込みで燃やせば高温の一酸化炭素・二酸化炭素が発生するので、ガスタービンを回したあとの数百°Cの熱排気でボイラーを熱して蒸気タービンを回すコンバインドサイクルは可能で研究も進んではいる。
ただし石炭に含まれる灰分が溶けてタービン翼に障害を与えるのを「低コストで」処理するのが難しい。
そのためカロリーあたりでは石炭のほうが安くても、天然ガスコンバインドサイクル発電所のほうが石炭火力発電より燃料消費が少ないので、ドイツのような隣国からパイプラインで購入している国の場合は天然ガス発電所が増えている。
日本やイタリアのように液化天然ガスで輸入している国は天然ガスを-160°Cで液化するコストが掛かっているので、どちらが有利か試算者によって結論が異なる。
qas: question: 日本以外で液化天然ガスを輸入している国はどこ?
answers: text: イタリア

question: 燃料消費が多いのは天然ガスと石炭のどちら?
answers: text: 石炭

context: 石炭は蒸気ボイラー用燃料として発電・製鉄所・各種工場燃料に使われるほか、途上国では鉄道・船舶暖房や煮炊きに使われる場合もある。
また日本のセメント工業の燃料としては石油よりも多く使われている。
製鉄所では瀝青炭を乾留したコークスが大量に使用されている。
乾留の際の副生成物であるコールタールは化学薬品などの原料として重要であり、同じ副生成物のコークス炉ガスは過去に都市ガスとして使用された。
また固体燃料の取り扱いの不便さ改善のために石油と混合して液体燃料化したCOMや、水と混合した液体燃料CWMも実用化されている。
また石炭を化学的に液化(石炭液化)して人造石油を合成する方法として水素添加法や、石炭をガス化した一酸化炭素と水素を元にフィッシャー・トロプシュ反応により炭化水素を合成する方法(南アフリカで実用化)などが工業化、第二次大戦ではドイツは人造石油で軍用燃料をまかなっている。
qas: question: 日本のセメント工業の燃料として石油よりも多く使われているものは何?
answers: text: 石炭

question: 瀝青炭を乾留する際に副生成され、化学薬品の原料となる物質は何?
answers: text: コールタール

question: 瀝青炭を乾留する際にコールタール以外に副生成される物質は何?
answers: text: コークス炉ガス

question: 第二次大戦時に既に人造石油を使用していた国はどこ?
answers: text: ドイツ

context: 古代ギリシアのテオプラストスの記録(紀元前315年)に石炭が鍛冶屋の燃料として使われたと書かれている。
ほぼ同年代の中国戦国時代でも石炭を使用した遺跡が見つかっている。
かつて中国華北で宋代に用いられたとされ、同時代の江南では木炭、四川では竹炭を利用していた。
日本での工業使用は、江戸時代で筑豊炭田の石炭が瀬戸内海の製塩に用いられた記録がある。
元禄年間に貝原益軒が著した『筑前国続風土記』によれば、日本の筑前では山野に露出した石炭を『燃石』と称して、庶民が薪の代用燃料としていたようで、風呂や煮炊き用に火持ちの良い燃石を用いたと著されている。
イギリスは国内に豊富な石炭資源を有し、一部は地表に露出していたため700年以上前から燃料として使われていた。
18世紀にイギリスで産業革命が始まり、製鉄業をはじめとした工業が大規模化した。
燃料消費量が増え従来の薪や木炭を使用した工業システムでは森林資源の回復が追いつかなくなる問題が持ち上がり、工業用燃料として石炭が注目され始めた。
qas: question: 庶民の生活で石炭を使用していた事が書かれた書物は何?
answers: text: 『筑前国続風土記』