Γαιάνθρακας (καύσιμο)

Ο γαιάνθρακας ή κάρβουνο (αγγλ. coal) είναι κατηγορία στερεών καυσίμων τα οποία προέρχονται από εξόρυξη σε αντιδιαστολή με τα κοινά κάρβουνα ή ξυλοκάρβουνα. Απαντάται σε όλες τις περιοχές της Γης σε διάφορες μορφές.

Ιστορικό 
Το πρώτο καύσιμο που χρησιμοποιήθηκε για φωτιά, και που εξακολουθεί να χρησιμοποιείται, είναι το ξύλο. Το ξύλο παράγεται συνεχώς από τη φύση και έτσι, θεωρητικά, θα πρέπει να διαρκέσει όσο και η ίδια η Γη, στην παρούσα περίπου μορφή της. Ωστόσο, υπάρχει το ενδεχόμενο η κατανάλωση του ξύλου να είναι τόσο μεγάλη, ώστε η φύση να μην προλαβαίνει να το αντικαταστήσει. 

Πραγματικά, αυτό το ενδεχόμενο γίνεται αναπόφευκτο όσο μεγαλώνει ο πληθυσμός και αυξάνονται, αντίστοιχα, οι ποσότητες ξύλου που καταναλώνει. Όταν ο άνθρωπος έβρισκε γαιάνθρακα, τον χρησιμοποιούσε για καύση. Όταν ανακάλυπτε ορισμένες ποσότητες μισοθαμμένες στο έδαφος, συνήθως έσκαβε πιο βαθιά για να βρει μεγαλύτερες. Υπάρχουν καταγραφές για την καύση γαιανθράκων στην Κίνα γύρω στο 1000 π.χ. στην Ελλάδα, στην Αμερική από τους προκολομβιανούς ιθαγενείς, και ούτω καθεξής.

Για ένα μεγάλο διάστημα, οι δραστηριότητες αυτές ήταν καθαρά τυχαίες και ανοργάνωτες. Αλλά, οι γαιάνθρακες που υπήρχαν κοντά στην επιφάνεια της Γης γίνονταν όλο και πιο δυσεύρετοι και ο άνθρωπος άρχισε σιγά σιγά να τους αναζητεί σκάβοντας το έδαφος, κάτι που συνέβη αρχικά στην Κίνα.
Στην Αγγλία, η εξόρυξη γαιανθράκων έγινε μια σοβαρή δραστηριότητα στις αρχές του δέκατου τρίτου αιώνα. Γνωρίζουμε ότι το 1228 μεταφερόταν γαιάνθρακες με πλοίο από το Νιούκασλ στο Λονδίνο.

Σχηματισμός, μορφές 
Οι γαιάνθρακες έχουν σχηματιστεί από δάση, τα οποία καταπλακώθηκαν από πετρώματα και υπέστησαν ενανθράκωση από το αναερόβιο βακτήριο του άνθρακα. Ανάλογα με το χρόνο που το καταπλακωμένο ξύλο έμεινε στο φλοιό της Γης σχηματίσθηκαν οι διάφοροι τύποι γαιανθράκων, των οποίων η περιεκτικότητα σε άνθρακα ποικίλλει. Οι κυριότερες μορφές γαιανθράκων, κατατασσόμενοι από τους παλαιότερους προς τους νεότερους, ως προς το σχηματισμό, είναι:

 Γραφίτης: Περιέχει 96-98% καθαρό άνθρακα. Ανήκει στην κατηγορία των μεταμορφωσιγενούς προελεύσεως ορυκτών, αν και η αρχική του μορφή οφείλει τη γένεσή της στα ίδια αίτια με τους υπόλοιπους. Είναι η μοναδική κρυσταλλική μορφή γαιάνθρακα (εξαγωνικό σύστημα). Είναι μαύρος, μαλακός, με μεταλλική λάμψη. Δεν χρησιμοποιείται ως καύσιμο, αλλά στην παραγωγή μολυβιών, μελανιών, σκόνης τόνερ (μελάνι σε σκόνη για εκτυπωτικές συσκευές λέιζερ (εκτυπωτές, φωτοτυπικά)), σε ανάμιξη με έλαια ως λιπαντικό και ως επιβραδυντής νετρονίων στους ατομικούς αντιδραστήρες.

 Ανθρακίτης: Περιέχει 92-96% καθαρό άνθρακα. Είναι σκληρός και λείος και έχει μαύρο χρώμα. Αφήνει ελάχιστο υπόλειμμα κατά την καύση του και χρησιμοποιείται κυρίως σε μεταλλουργικές εργασίες αλλά και ως καύσιμο σε ατμομηχανές, ατμοτουρμπίνες κτλ

 Λιθάνθρακας: Περιέχει 80-92% καθαρό άνθρακα. Είναι μαύρος ή σκούρος καφέ, σκληρός και γυαλιστερός και χρησιμοποιείται κυρίως αρχικά για την παραγωγή φωταερίου με ξηρή απόσταξη και το υπόλειμμά του, που ονομάζεται κωκ, χρησιμοποιείται στη μεταλλουργία του σιδήρου και ως καύσιμο.

 Λιγνίτης: Περιέχει 50-65% καθαρό άνθρακα. Έχει σκούρο καφέ χρώμα, δεν είναι γυαλιστερός και αφήνει σημαντικό υπόλειμμα κατά την καύση του. Χρησιμοποιείται ως καύσιμο σε εργοστάσια παραγωγής ενέργειας. Τα εργοστάσια της ΔΕΗ στην Πτολεμαΐδα, τη Μεγαλόπολη και το Αλιβέρι στηρίζονται στον λιγνίτη για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.

 Τύρφη: Περιέχει κάτω από 50% καθαρό άνθρακα. Έχει καφετί χρώμα και η υφή του ξύλου είναι έντονα αποτυπωμένη επάνω της. Δεν χρησιμοποιείται ως καύσιμο, αλλά ως συστατικό εμπλουτισμού καλλιεργήσιμων εδαφών. Μεγάλα κοιτάσματα τύρφης στον Ελλαδικό χώρο υπάρχουν στην Καβάλα.

Υπάρχουν πολλοί ενδιάμεσοι τύποι γαιανθράκων, οι οποίοι παίρνουν το όνομά τους ανάλογα με τη χρήση τους (fat coal, gas coal, forge coal κτλ.).

Εξόρυξη 
Υπάρχουν δύο τρόποι εξόρυξης γαιανθράκων, ανάλογα με το βάθος στο οποίο απαντάται το κοίτασμα:

 Επιφανειακή εξόρυξη: Γίνεται με τη βοήθεια κλασικών εκσκαπτικών μηχανημάτων είτε για να απομακρυνθεί απλά το επιφανειακό λεπτό στρώμα ασύνδετων υλικών που καλύπτουν το κοίτασμα, είτε για την απευθείας εκσκαφή του κοιτάσματος. Είναι οικονομικός τρόπος εξόρυξης, αλλά μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο για επιφανειακά κοιτάσματα.

 Ανθρακωρυχεία: Στις περιπτώσεις που το κοίτασμα βρίσκεται σε βάθος, απαιτείται η διάνοιξη στοών για την εξόρυξη των γαιανθράκων, που σχηματίζουν το ανθρακωρυχείο. Αρχικά διανοίγεται ένα κατακόρυφο φρέαρ, από το οποίο ξεκινούν παράλληλες, οριζόντιες στοές, από τις οποίες εξορύσσονται οι γαιάνθρακες. Τα περισσότερα ευρωπαϊκά κοιτάσματα, ιδιαίτερα των λιθανθράκων και των ανθρακιτών, είναι υπόγεια και απαιτούν την κατασκευή ανθρακωρυχείων για την εξόρυξή τους. Η εργασία είναι δαπανηρή αλλά και επικίνδυνη, λόγω διαρροής αερίων (αναφλέξιμων ή δηλητηριωδών) στις στοές. Συχνή είναι, επίσης, η πτώση των τοιχωμάτων των στοών (παρά το ότι κατασκευάζονται κατάλληλα υποστυλώματα), λόγω διαβρώσεων.

Πηγές 

 Λεξικό Γεωλογικών όρων, Penguin Books, 1973, ISBN 978-0-14-051049-2.
 Energy Information Administration. (στα αγγλικά)
 World Coal Institution 
 The Coal Resource: A Comprehensive Overview of Coal  

Ορυκτά καύσιμα
Σύμβολα του Κεντάκι
Σύμβολα της Γιούτα