石炭
石炭が他の鉱石と著しく異なる点は「良く燃える」ことであり、それによる大規模な炭鉱災害が度々発生している。炭層内に含まれるメタンガスが突然噴出し引火して爆発したり、炭鉱内に飛散した石炭の粉塵(炭塵)に引火して炭塵爆発を起こしたりして多数の犠牲者が出た事故が過去何度も発生している。犠牲者が最も多かったのは日本統治下の満州の本渓湖炭鉱で1943年に発生した炭塵爆発事故で、死者の数は1,527名に達した。日本国内の事故では1914年に方城炭鉱でのガス爆発事故が死者687名を出している。1910年頃までヨーロッパでも死者300人を超える事故があったが、1913年のイギリスのセングヘニス炭鉱事故(死者439名)以後、欧米では犠牲者300名以上の爆発事故は発生していない。それに対して日本では1963年の三池炭鉱(盆踊りの炭坑節で有名)炭塵爆発事故で458名の死者を出している。アメリカにある炭鉱都市のセントラリアは、1962年に発生した坑内火災で町全体に退去命令が出てゴーストタウンと化した。現在も地下では火災が続いており、地上では煙が上がっている。
炭鉱災害の参考文献 - 『太陽の化石:石炭』2.5炭鉱災害と保安の技術史について
炭素含有量70~75%。石炭として最も一般的なもの。加熱により溶けて固まる粘結性が高く、コークス原料や製鉄用燃料となる。
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。
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(2016年のデータ)。
原料として製鉄用コークス、石炭化学工業、都市ガスなどに使用されるものを原料炭、燃料として火力発電や一般産業用ボイラー、セメント回転炉燃料などに使われる石炭を一般炭という。
液体や気体(圧縮し液体化させれば)はポンプと配管で輸送できるが、石炭の輸送にはパワーショベルまたは人手による投炭、ホッパー、ベルトコンベアなどが必要である。貯蔵の際には屋内屋外の貯炭場などに積み上げられることになる。坑内掘りの場合は、粉塵やガスの爆発事故や、ガスによる酸欠事故、粉塵による塵肺、落盤事故などの危険が伴う。
放置すると空気と緩慢酸化、自然発熱を起こし場合によっては自然発火に至ることもあるので注意が必要。そのため、石炭の貯蔵設備は日除けや、粉塵や自然発火防止の散水設備などの安全費用が掛かり、石炭を使用する直前には、湿気た石炭を乾燥させてから火炉に投入するため、乾燥設備や乾燥熱(排熱の利用)の費用もかかる。
石炭の欠点の主な参考文献 - 『石炭技術総覧』第3章石炭を使う
石炭は「黒いダイヤモンド」と称されたこともある。特に産業革命以後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。しかし、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。
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Steinkohle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。