石炭

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粘結性による分類

石炭は燃料のほか、多くがコークス製造の原料につかわれるが、この場合、石炭の粘結性が重要な役割をはたす。というのも、粘結性の高い石炭は、加熱すると溶融して粒子が結合しやすく、この結合が製鉄高炉用コークスに必要とされるさまざまな強度を保証するからである。石炭はこの粘結性によって粘結炭と非粘結炭に大別され、粘結炭はさらに強粘結炭と弱粘結炭に分類される。この粘結性を日本の4つの炭質分類法に対応させると、瀝青炭には強粘結性のものと粘結性のもの、亜瀝青炭には弱粘結性のものと非粘結性のものがあり、無煙炭と褐炭は非粘結性である。

また石炭の高温乾留によってコークスをつくる際には石炭中の揮発分がおいだされるが、同じ粘結炭でも揮発分が少ないほど強度のある良質のコークスを製造することができる。

IV

石炭の組織

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マセラルとマセラルグループ

太古の植物の化石である石炭は、もとになった植物の幹や樹脂質、種子、花粉などがその組織中にふくまれ、顕微鏡でみると、微細で多様な組織成分が不均質に混在していることがわかる。この石炭を構成する組織の基本的な最小単位成分をマセラル(微細組織成分)といい、一般の岩石を鉱物の集合体とみなすように、石炭もマセラルの集合体とみる考え方がある。

JISではこのマセラルを11種類とし、個々のマセラルで類似したものをまとめて3つのマセラルグループ(微細組織成分群)に分類している。すなわち、ビトリニット、エクジニット、イナーチニットである。ビトリニットは、植物組織の中でも比較的分解しやすい内部組織、つまりセルロースやリグニンからなる木部がもとになっているため、ほかのマセラルにくらべて均質で、石炭を構成する有機化合物の主要部分を占めている。エクジニットがふくむ植物組織は原形のまま、あるいは変形して残存し、石炭化の過程をへても分解しにくい組織である。

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マセラルグループと石炭の性質

同じ石炭化度でもふくまれるマセラルグループがことなれば、燃焼、乾留、液化などの反応性もことなるため、マセラルは石炭を利用するための重要な指標のひとつとなる。たとえば、エクジニットの多い石炭は揮発分が豊富で、液化などに適しているが、イナーチニットは化学的には不活性な成分であるため、この組織を多くふくむ石炭はコークス製造や液化、ガス化の原料としては不向きである。日本の石炭はビトリニット、エクジニットが豊富で、イナーチニットが少ないのが特徴だが、日本以外で産出する石炭はイナーチニットも多くふくんでいる。

V

石炭の埋蔵量

石炭の埋蔵量の基準は国によっておおむね似ているが、同じではない。世界エネルギー会議(WEC)の調査では、予想埋蔵量、確認埋蔵量、確認可採埋蔵量の3つに分類し、これらの概念にてらして各国の埋蔵炭量を集計する。予想埋蔵量は、少なくともある程度の根拠をもった情報にもとづき、将来において経済的関心の対象となるすべての炭量をいう。また確認埋蔵量は、丹念に調査された総埋蔵量の一部で、現在から将来にかけて技術的・経済的に開発可能な炭量である。確認可採埋蔵量は、確認埋蔵量のうち実際に採掘可能な炭量であり、この確認可採埋蔵量を確認埋蔵量でわったものを実収率という。

ちなみに、2007年末現在の確認可採埋蔵量の上位5カ国は、アメリカ(2427億2100万t)、ロシア(1570億1000万t)、中国(1145億t)、オーストラリア(766億t)、インド(564億9800万t)の順となっている。一方、石油換算の生産量では、中国(12億8960万t)、アメリカ(5億8720万t)、オーストラリア(2億1540万t)、インド(1億8100万t)、インドネシア(1億750万t)の順であった。

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発熱量と石炭当量

石炭は産出する地域によって炭質がことなるため、単純に埋蔵炭量を集計しても、工業的に活用できる資源量としては公平・正確とはいえない。そこで炭質のことなる炭量を計算する際には、基準となる指標をきめて換算する必要がある。石炭の場合、無煙炭・瀝青炭の発熱量を1とし、亜瀝青炭を0.78、褐炭を0.3～0.6として、これに埋蔵炭量をかけた値が石炭当量である。この計算方法は石炭だけでなく、ほかのエネルギー資源を比較したり集計したりする場合にも利用され、石油や液化石油ガス(LPG)の量を石炭当量で表現したり、その逆の換算をしたりする。