煤(Coal)

煤(Coal)
國立臺灣大學化學系學士生張育唐/國立台灣大學化學系陳藹然博士責任編輯

煤(Coal)，一種可燃燒的黑色或棕黑礦石。煤為古代植物遺骸在地下受壓力、熱隨時間轉化而成的生物礦石，一般而言，根據煤的碳化(Carbonizing)比率不同，由低到高依序可以分為泥煤(Peat)、褐煤(Lignite)、煙煤(Bituminous coal)、無煙煤等。其組成元素成份如下：

表一、煤的組成元素比例

泥煤又稱為泥炭，是碳化程度最低的煤，它的發熱能力也最差。它是動植物遺體沉積在沼澤底部，由於環境無法腐化而形成，還保有一定原始有機物的狀態；必須要在周圍環境的轉變，例如施加高壓、地層的變質作用(metamorphism)之下，才有機會變成碳化程度更高的煤。一般而言泥煤多分布在高緯度地區，而且濕地大多是泥煤產區，這是由上一次冰河時期的遺跡所產生的。

褐煤則是變質還不太完全的煤炭，處於煙煤與泥煤之間。它的含碳量依舊較低，約百分之七十左右；而水分與其他揮發性有機成分較高，容易產生自燃現象。也由於其發熱量依舊不高，因此其商業價值低、為了避免自燃，其運送成本也高。因此大多數的用途都是在開採地附近，直接作為燃料或是火力發電使用。褐煤的年齡也較煙煤年輕，而又較泥煤為久，一般而言大多在第三紀(Tertiary Period)產生的。

煙煤相較之下則受到變質作用的影響較為完全，其含碳量大約在百分之八十左右。外表由灰色或是黑色，深淺不一的色帶構成。由於燃燒煙煤（實際上褐煤、泥煤也會）會產生大量的黑煙，故以此名之。因此，若是煙煤需要在工業上進行應用，大多會先進行焦化(Coking)，在缺乏氧氣的情況下加熱，以將其中的揮發性有機成分或者是含硫氣體等雜質除去，得到焦炭(Coke)。焦煤有較高的熱含量，然而其點燃的能力也較差，一般而言大多會用在煉鋼，或者是當作燃料發電上，其汙染較褐煤煙煤為低。

無煙煤則是品質最好的煤，變質作用的程度最高，具有高的熱含量，以及最少的雜質。其顏色多為黑色，表面具有明顯的光澤，碳含量超過百分之九十。無煙煤的點燃困難，然而其燃燒不易起煙，因此所造成的汙染也較小。無煙煤被推測可能是在產生瀝青、石墨等物質當中的過渡狀態，由於其需要長久且高度的變質，因此其分布大多在相當古老的地層，也經常伴隨著變質岩一起出現。無煙煤由於其產生的煙相當少，因此大多被用來當作家用的燃料，其價格是煙煤的兩至三倍。由於高爐煉鐵的煤所需要的低雜質，因此也曾經被拿來當作煉鐵的材料，然而現在多為焦炭所取代。隨著現代環保意識的抬頭，無煙煤以其乾淨的優勢，在世界各地的使用越來越普遍。

資料來源：
1. Zumdahl, S. S. Chemical Principles, 5^th edition; Houghton Mifflin Company:　Boston, 2003; pp. 380-381.
2. Wikipedia– Anthracite  http://en.wikipedia.org/wiki/Anthracite_coal
3. Wikipedia– Coal  http://en.wikipedia.org/wiki/Coal
4. Wikipedia—Bituminous coal  http://en.wikipedia.org/wiki/Bituminous_coal
5. Wikipedia– Lignite  http://en.wikipedia.org/wiki/Lignite
6. Wikipedia– Peat  http://en.wikipedia.org/wiki/Peat