EUGENIUSZ KW1ATLQW&K.I
MGR INŻ. EUGENIUSZ KWIATKOWSKI
662. 74
Z A R Y S
TECHNOLOGII CHEMICZNEJ WĘGLA KAMIENNEGO
Mgr inż. Eugeniusz Kwiatkowski — Zarys te c h n o lo g ii ch em iczn ej w ęgla k a m ien n eg o
W ażniejsze błędy dostrzeżone u j druku
S t r. W i e r s z J e s t P o w i n n o b y ć Z czy jej w iny
38 Tabl. 5
rubr. 5 99 9,9 korektor
100
3 od dołu
13 od dołu c + os = co C + O s = COj drukarnia 262 7 od góry C -j- HaO(para) = C -f- 2 H 20(para) = drukarnia 262 10 od góry C T . 2 H 20(para) — C -f- H 20(pora) = drukarnia 296 W ta b licy
rubr. 6 ' 32,0 32 3 korektor
313
1 od dołu W ta b licy
rubr. 4 30,2 2 0 ,2 korektor
4 od dołu
W A R S Z A W A 1 9 5 4
P A Ń S T W O W E W Y D A W N I C T W A T E C H N I C Z N E
O p i n i o d a w c y : p rof. d r B ła ż e j R oga p ro f. d r J ó z e f S a lc e w ic z
R e d a k t o r z y n a u k o w i : m g r in ż. Z. B a ń k o w s k i
d r A . J a r z y ń s k i
*
/§*> śSi
K s ią ż k a s ta n o w i n o w o c ze sn e u ję c ie z a g a d n ie ń ch em ii, f i z y k o ch e m ii i te c h n o lo g ii c h e m ic zn e j w ę g la . W sp o só b s y n t e ty c z n y o m ó w io n o w n ie j c a ło k s z ta łt za g a d n ie ń u ty liz a c ji w ę g la ja k o su ro w ca ch em iczn eg o i m a te r ia łu o p a ło w e g o z u w z g lę d n ie n ie m g o sp o d a rczeg o i te c h n o lo g ic zn e g o z n a c z e n ia k a żd e g o p ro c e s u o ra z e ta p ó w r o z w o jo w y c h ró ż n y c h m e to d c h e m ic z
n e j p r z e r ó b k i. U w zg lę d n io n o r ó w n ie ż za s a d n ic ze e le m e n ty k o n s tr u k c y jn e r ó ż n o r a k ie j a p a r a tu r y p r z e tw ó r c z e j, w s k a z a n o w z a je m n e p o w ią z a n ie p o sz c ze g ó ln y c h g a łę z i p r z e m y s łu b e z p o śre d n io lu b p o śr e d n io z w ią z a n y c h z p r z e m y s łe m w ę g lo w y m
o ra z n a k re ś lo n o n ie k tó r e p e r s p e k ty w y ro z w o jo w e . K s ią ż k a p rz e zn a c zo n a j e s t d la in ż y n ie r ó w i te c h n ik ó w , dla stu d iu ją c y c h o ra z e k o n o m istó w z a in te r e s o w a n y c h za g a d n ie -
' i w ę g la .
P W T W arszawa 1954. W ydanie 1. N akład 3624 cgz. A rk. wyd. 30,5. A rk. druk. 32,253. F o rm at B5. P ap . d ru k .sa t.
kl. V , 60 g, 700x1000/16. Rękopis oddano do składania 28.11.53. Podpisano do d ruku 19.2.54. D ru k ukończono 27-2.54 Sym bol 73935/Ch. Cena 35- - Zł.
D ru k arn ia im . R ew olucji Październikow ej, W arszawa. Zam . 1419a/53,5-B-50285 W S Z E L K IE PRAW A ZA STRZEŻONE
t
\
R edaktor tech n iczn y F. T rza s k a K orek tor te c h n ic z n y M. M u n k ie w ic z
S P I S T R E Ś C I
Str.
W s t ę p ... 5
C z ę ś ć p i e r w s z a W Ę G IE L KAMIENNY W NAUCE, T E C H N IC E I G O SPO D A R C E R ozdział. I. P o zy cja w ę g la w gospodarce w sp ó łczesn ej . . . . 7
R ozd ział II. T eorie i h ip o tezy p o w sta n ia zasob ów w ę g lo w y c h . . 13
R ozd ział III. P o g lą d na w y n ik i b ad ań n a u k o w y ch nad is to tą c h e m iczną w ę g la . . . . . . . . . . . . 31
R ozd ział IV. T ech n o lo g iczn a i h a n d lo w a k la sy fik a c ja w ę g li . . . 61
R ozdział V. P o ró w n a w cza ch a ra k tery sty k a p a liw sta ły ch , ciek łych i g a zo w y ch ... 72
R ozd ział VI. P rzem ia n y stru k tu ra ln e w d zied zin ie zap otrzeb ow an ia i sto so w a n ia p a l i w ...84
R ozd ział V II. Z ałożen ia tech n o lo g iczn e w y k o r z y sta n ia w a rto ści k a lo ry czn y ch i ch em iczn y ch w ę g la k a m ien n eg o . . . . 99
L itera tu ra do części p i e r w s z e j ...• . . . 114
C z ę ś ć d r u g a SU C H A DESTYLACJA W ĘG LA K A M IEN N EG O R ozd ział V III. W p ły w w y ż sz y c h tem p era tu r na su b sta n c ję w ę g lo w ą . 116 R ozd ział IX . P rzeb u d o w a su b sta n c ji w ę g lo w e j przy odgaW w aniu w n iższy ch t e m p e r a t u r a c h ...134
R ozd ział X . D rogi r o zw o jo w e g a z o w n i c t w a ... 154
R ozd ział IX . Od k o k so w n ic tw a do k o k so ch em ii . . . . . . 190
R ozdział X II. P ro d u k ty u b oczn e od g a zo w a n ia V ę g l a ... 220
L itera tu ra do części d rugiej . . ... ... ... • 246
C z ę ś ć t r z e c i a PR Z E B U D O W A 'S U B S T A N C JI W ĘG LO W EJ NA PA LIW A GAZOW E R ozdział X III. P o d sta w y term o ch em iczn e i założen ia tech n iczn e w p ro cesach ca łk o w iteg o zg a zo w a n ia sta ły c h m a teria łó w op a ło w y c h . • • • 248 R ozd ział X IV . G en era to ry gazow e. R ozw ój u rząd zeń i m etod p ra cy . 281 L iteratu ra do części t r z e c i e j ... 322
3
C z ę ś ć c z w a r t a
B EZ PO ŚR ED N IA 1 PO ŚR E D N IA PR ZEB U D O W A SU B S T A N C JI W ĘG LO W EJ NA PA LIW A C IEK Ł E
R ozdział X V . O góln y pogląd na fizy k o ch em ic zn e założenia przy fo r
m ow an iu p a liw c i e k ł y c h ... 323
R ozdział X V I. P ie r w sz y cy k l p rzetw órczy: od p a liw a sta łeg o do p a liw a c i e k ł e g o ...337
R ozd ział X V II. D ru gi c y k l przetw órczy: od p a liw a g a zow ego do p a li w a c i e k ł e g o ...357
L iteratu ra do części c z w a r t e j ... 375
W nioski k o ń c o w e ...377
O gólna literatu ra p r z e d m i o t u ...383
S k orow id z n a z w i s k ...386
s
W S T Ę P
O ddając do rą k czy teln ik a polskiego now ą, sy n te ty c zn ą p racę techn o
logiczną o w ęglu k am ien n y m należy podk reślić k ilk a m om entów i dać k ilk a w y ja śn ie ń w stępnych.
Źe te n te m a t je s t dziś szczególnie a k tu a ln y , a w w a ru n k a ch gospo
d a rk i planow ej i uspołecznionej w p ro st kluczow y, to dla każdego tech n o loga i chem ika je s t zupełnie jasn e. W now oczesnej s tru k tu rz e p rzem y sło w ej w ęgiel je s t nie ty lko w ielkim su row cem energetycznym , ale ponadto ta k różn o rod ny m su row cem przetw ó rczy m , iż w żadnej m onografii nie m ożna zam knąć w szystkich kon sek w en cji przem ysłow ych, k tó ry c h p ra - źró dłem je s t w ęgiel kam ienny .
Ju ż w ciągu ubiegłego stu le c ia w artość p ro d u k cji w ęglow ej stano w iła p raw ie 83% sum ary czn ej w ytw órczości górniczej jeżeli w y e lim in u je się z niej o d ręb n ą ek sp lo atację m eta li szlachetnych. W w ieku X X użytecz
ność w ęgla jako n a jak ty w n iejszeg o surow ca chem icznego w z ra sta ła ciągle i potęgow ała się z dziesięciolecia n a dziesięciolecie. I jeżeli n a w e t m ożna sobie w yobrazić, że tech n ik a energ ety czna, a m oże i częściowo p ro d u k cja m eta lu rg ic z n a — oczyw iście w p ersp e k ty w ie długiego czasu — zn ajd ą oparcie n a zupełnie now y ch po d staw ach i w yzw olą się od całkow itej p re - p o n d e ra n c ji w ęgla, nie zm ieni to fak tu , że obecnie jesteśm y nie u k resu drogi ew olucy jnej w w y k o rz y sty w an iu w ęgla jak o fu n d a m e n tu rozbu
dow y całej, skom plikow anej sieci w ytw órczości chem icznej, ale odw rotnie, n a sam y m jej początku. Zdobycze now oczesne o tw ie ra ją szlaki k u no
w em u postępow i i potężnem u rozw ojow i, którego w yników końcow ych dziś n a w e t w przy b liżen iu przew idzieć i oszacować nie m ożem y.
W w a ru n k a ch ty ch je s t zrozum iałe, że b ad an ia n a d chem ią w ęgla i jego s tru k tu rą , n a d jaw n y m i i u tajo n y m i jego w artościam i, p rac e n a d pochodnym i p rzeró b k i w ęg la m nożą się obechie law inow o n a całym świecie, a w w ielu p rzo d ujących k ra ja c h fu n k c jo n u ją wysoko dotow ane, sp ecjaln e in s ty tu ty naukow e, pośw ięcające cały zespołow y w ysiłek w y łącznie spraw o m w ęgla.
W zw iązku z ty m i m a te ria ły źródłow e w ty c h dziedzinach ro z ra sta ją się obecnie do olbrzym ich rozm iarów . K o nsekw encją tego sta n u rzeczy je s t to, ,że p rzy sy n te ty c zn y m p o tra k to w a n iu tego przed m io tu w jego całokształcie nie m ożna się uw olnić od koniecznych uogólnień czy sk ró tów. Je że li w ięc p ra c a ta k a nie m a być zbytnio su m ary czn a czy ency klo pedyczna, ani też zb y t rozległa w tem aty ce i nużąca dla studiującego , to m u si się poddać ją św iadom ie dyscy p lin ie ograniczającej i selek cjo n u jącej. I ty lk o w ty m w y p ad k u now oczesna, w p ro st re w o lu c y jn a droga po
stęp u i p rzem ian w technologii chem icznej w ęgla m oże być zary so w an a z całą oczyw istą w yrazistością i z pożądaną jasnością.
J e s t fak te m zn anym pow szechnie, że w d aw niejszych podręcznikach technologii chem icznej najw ięcej uw agi pośw ięcano drobiazgow em u opi
sy w an iu u rządzeń m echanicznych stosow anych p rzy procesach chem icz
nych. Od la t trzy d ziesty ch bieżącego stu lecia p u n k t ciężkości b a d ań i roz
w ażań począł przesuw ać się coraz w y raźn iej w k ie ru n k u zagad nień fizy
kochem icznych i teo rety czn o-m atem aty czn ych . Z jaw isko to w ynikało logicznie z coraz silniejszego pow iązania technologii i p ra k ty k i p rze m y słow ej z osiągnięciam i p rac teoretyczn o -n au k o w ych. Je d n ak ż e z nag ro m a
dzeniem dośw iadczeń i m ateriałó w , z n ag ły m rozw ojem now ych m etod technologicznych p rzejaw iać się poczynał p rą d k u specjalizacji zagadnień i znalazł swój w yraz w coraz liczniejszych p u b lik a c ja c h m onograficznych.
W ty ch w a ru n k a ch n a jb a rd zie j celow e je s t położenie głów nego n aci
sku na p ro blem atyce czysto chem icznej i technologicznej, w y łan iającej się zarów no z b a d ań n a d n a tu rą sam ego w ęgla, ja k też i z p ra c n a d jego przeróbką. J e s t sp raw ą zrozum iałą, że w g ran icach w ew n ętrzn ej logiki i p rzejrzy sto ści w y k ła d u m uszą tu być poruszone i om ów ione zarów no podstaw ow e zjaw iska fizykochem iczne, spojone organicznie z procesam i p rzekształcan ia m ate rii i en erg ii pochodzenia węglowego, ja k też i zasad
nicze elem en ty k o n stru k c y jn e różnorodnej a p a ra tu ry , a w reszcie zagad
n ien ia term o en erg ety czn e oraz asp ek ty ekonom iczne zw iązane z w ęglem . Ale dom inującą ten d e n c ją w cały m opraco w aniu je s t u p rzy stę p n ie n ie czytelnikow i całego, now oczesnego i przełom ow ego dorobku, k tó ry na pozycję w ęgla w technice i w gospodarce rzu cił w o statn ich dziesięciole
ciach now e św iatło i o tw orzył d alekie i pociągające p e rsp e k ty w y roz
wojowe.
P rz y tak im założeniu i tak iej k o n stru k c ji p rac y u jem n ą kon sek w en cją będzie to, że n iek tó re te m a ty technologiczne (np. w zak resie szczegółów a p a ra tu ry m echanicznej) oraz n iek tó re te m a ty ściśle teo rety czn e nie b ę
dą tu dostatecznie n aśw ietlo ne i pogłębione. Toteż św iadom ie zestaw iono dość obszerny indeks n ajcen n iejszy ch dzieł z lite r a tu r y fachow ej polskiej i zagranicznej, d ając czytelnikow i drogow skazy d la uzu p ełn ien ia swego stu d iu m w dow olnie w y b ra n y m zakresie.
Z tego sam ego założenia w y n ik a też i u k ład treści niniejszej p racy . Skoro idzie n am o w y jaśnienie, czym w sw ej istocie je s t w ęgiel k am ien ny, jak a je s t jego s tru k tu ra chem iczna, ja k ro z w ija ją się procesy tech n o logicznej przeróbki, ja k i je s t zw iązek gen ety czn y pom iędzy nim i, jak ie p o ten cjaln e w artości k ry ją się w w ęglu, to te w łaśn ie m om enty d y k tu ją ju ż sam orzu tnie i p lan pracy, i w łasną logikę w u k ładzie treści.
Polska w now ej sy tu a c ji geograficznej, po lityczn ej, społecznej i go
spodarczej sta ła się jed n y m z czołow ych p ro d u cen tó w w ęgla. Z fa k tu tego w y p ły w a obow iązek skierow ania szczególnej u w ag i -na to w ielkie bogactw o n a tu ra ln e . Jeżeli więc książka n in iejsza — obok szeregu in n y ch p u b lik a c ji naukow ych polskich — zdoła rozbudzić i podnieść w m łodym pokoleniu now e i głębsze zain tereso w an ie dla tej dziedziny w iedzy, to w y p ełn i ona całkow icie sw oje zadanie.
C Z Ę Ś C P I E R W S Z A
WĘGIEL KAMIENNY w NAUCE, TECHNICE i GOSPODARCE
R o z d z i a ł I
POZYCJA WĘGLA W GOSPODARCE WSPÓŁCZESNEJ
W ciągu w ielu m ilionów la t k o lejn y ch epok geologicznych dokonyw ały się w stru k tu rz e sk o ru py ziem skiej głębokie p rze m ia n y fizy k aln e a ró w nocześnie zachodziły liczne re a k c je chem iczne, w k tó ry c h głów ną rolę o d g ryw ały trz y p ierw iastk i: w odór, tle n i w ęgiel. C h a ra k te r ty c h rea k c ji chem icznych b y ł bardzo różnorodny. Je d n e zachodziły sam o rzutn ie w oparciu o pow inow actw o chem iczne i d ocierały do k resu szybko, in ne o db y w ały się pow oli i stopniow o, a w y m ag ały p raw dopodobnie w spół
u działu tak ich ciał postronn y ch , k tó re u legając lu b n a w e t n ie u legając ja kim kolw iek p rzem ianom chem icznym w p ły w ały czynnie n a zm ianę szyb
kości re a k c ji głów nych; jed n e re a k c je b y ły połączone z w yw iązy w aniem ciepła, in n e znow u p o chłan iały ciepło. W jed n y c h ciała bardzo złożone, 0 skom plikow anej a rc h ite k tu rz e drobinow ej u leg ały rozpadow i n a zw iązki bardziej pro ste, o m ały m ciężarze cząsteczkow ym , in n e rea k c je p rze b ie gały odw rotnie, poprzez p o lim ery zację i kondensację, tw orząc su b stan cje coraz w yżej zorganizow ane chem icznie.
G dy zaś n a ziem i rozw inęło się b u jn e życie organiczne, potężn ą rolę p rzek ształcającą poczęły dodatkow o odgryw ać rea k c je biochem iczne. W ra żliwość ich n a w a ru n k i zew nętrzn e, w a ru n k i stw a rz a n e przez św iatło słoneczne, te m p e ra tu rę , ciśnienie, wilgoć, obecność lu b nieobecność tle n u itp. b y ła oczywiście bardzo w ielka, a w zależności od ty ch czynników r e z u lta ty końcow e ty ch re a k c ji m u siały b y ć b ardzo rozm aite.
P ra w a p rzy ro d y , pod k tó ry c h w p ły w em k ształto w ały się te różnorodne 1 skom plikow ane p rocesy ew olucyjne, są w p raw dzie fu n k cjo n aln e, ale w zasadzie bardzo pro ste, id ealn ie logiczne i niezm ienn e w czasie. F u n k cjonalność oznacza, że są one w zajem n ie od siebie uzależnione, że zm iana jednego p a ra m e tru pow oduje au to m aty czn ie p rzesunięcia i zm iany in -
\
7
n y c h p aram etró w , a w konsekw encji procesy rozpoczynające się w ty ch sam ych okolicznościach i w oparciu o id enty czne m a te ria ły w yjściow e m ogły — p rzy zróżnicow aniu w a ru n k ó w — doprow adzić do zupełn ie od
m ien n y ch rez u lta tó w końcow ych. W ty m w łaśnie zjaw isku nieskończonej różnorodności w aru n k ó w przem ian tk w i w ielk a tru d n o ść b a d a n ia „ p re h isto rii“ procesów fizykochem icznych n a k u li ziem skiej w ich w ielow ie
kow ej i stopniow ej ewolucji.
N atom iast m ocnym p u n k te m oparcia w p racach naukow o-badaw czych je s t to, że podstaw ow e p raw a p rzy ro d y są niezm ienn e w czasie i fu n k cjo n u ją z p recy zy jn ą dokładnością. S p alenie jed no stk i w ęgla w atm osferze tle n u n a bezw odnik w ęglow y w y w iązuje zaw sze ściśle tę sam ą ilość k alo rii; określona ilość w odoru łączy się zawsze z u staloną i w iadom ą z góry ilością tle n u n a p a rę w odną, a praw o zachow ania m asy i praw o zachow a
nia en erg ii posiadało i posiada n ad al sw oją w artość, ta k samo ja k praw o N ew tona o pow szechnej g raw itacji.
Jeżeli zaś sk ieru jem y uw agę n a p rocesy geofizyczne i geochem iczne, to za Le C h atelierem m ożem y ogólnie stw ierdzić, że zw iązane z nim i p rze m iany przebiegać m u siały w ty m k ie ru n k u , k tó ry u m ożliw iał w y ró w n a nie lub zrów now ażenie tak ich w pływ ów zew nętrzn ych, ja k h yd ro liza i zm iana k o n cen tracji ciał uczestniczących w reakcji, ja k ciśnienie, tem p e ra tu ra itp.
T ym w łaśnie procesom fizykochem icznym zaw dzięczam y dziś w szyst
kie bogactw a kopalne ziemi, ja k kru szce i ru d y , sole i solanki, m in e rały i n a tu ra ln e paliw a stałe, ciekłe i gazowe, podobnie ja k zaw dzięczam y im urodzajność gleby i w eg etację roślinności oraz stałe i^sam oczynne naw o żenie azotow e w czasie bu rz i atm o sfery czn y ch w yład o w ań elektryczn ych . W g ru p ie ty ch bogactw n a tu ra ln y c h paliw a, jak o gotow e i skoncen
tro w an e w olbrzym ich ilościach źró d ła ciepła i energii m echanicznej, od
g ry w a ją pierw szoplanow ą ro lę w świecie. P a liw a pochodzenia górniczego b y ły znan e m ieszkańcom ziem i bardzo daw no. T ak na p rzy k ła d w y stęp o w an ie i w łasności p aln e w ęgla kam iennego stw ierdzo ne b y ły n a w y spach b ry ty jsk ic h jak o b y ju ż p rzed n aszą erą, w okresie brązu. K on
k re tn ie w spom ina o w ęglu pisarz sta ro ż y tn e j G recji T eofrast. P raw d o p o dobnie w ęgiel b y ł eksplo ato w an y górniczo najw cześniej w C hinach;
w każdy m razie re la cjo n u je o ty m fakcie M arco Polo w X III w ieku. Ale o statecznie i człow iek jako nieodłączna część składow a p rzy ro d y u leg ał jej praw om ogólnym i gdy sta w ał p rze d koniecznością w y tw a rz a n ia cie
p ła postępow ał w edług zasady n ajm niejszego oporu. Św ieża ak u m u lacja en erg ii słonecznej b yła w ów czas dostępna n a każdym k ro k u w postaci u rew na. D opiero po u p ływ ie w ielu w ieków fa k ty m ające w łasn ą w ym o
wę zm usiły człow ieka do zw rócenia bacznej uw ag i n a celowość i m ożli
wość w yk o rzy stan ia paliw n a tu ra ln y c h pochodzenia górniczego.
Tem po p rzy ro stu ludnościow ego wzm ogło się w czasach now ożytnych bardzo pow ażnie. Z apotrzebow anie na m etale, a p rze d e w szystkim n a że
8
lazo i stal, w zrastało z każd y m dziesięcioleciem jeszcze znaczniej. Lasy, szczególnie w okolicach w ielk ich m iast i ośrodków p rzem y słu m etalo w e
go, zostały ju ż w ytrzebione. O w ęgiel d rzew ny było coraz tru d n ie j. W re
szcie zu pełnie rew o lu c y jn y przełom został dokonany z chw ilą p ra k ty c z nego zastosow ania w y n alazk u m aszy ny parow ej. O dtąd zrfaczenie w ęgla w gospodarce społecznej, a łącznie z ty m i jego w ydobycie poczęło w z ra stać w zaw ro tn y m tem pie, a rozw ój p rzem y słu i k o m u n ik acji osiągał w p ro st rekord ow e rez u lta ty .
A by zrozum ieć dokładnie znaczenie dokonanego p rzełom u i postępu w s tru k tu rz e gospodarczej św ia ta n a p rze strz e n i ostatniego stulecia, p rz e łom u dającego w y raźn e reflek sy i w e w szystkich in n y ch dziedzinach ży
cia zbiorowego, w y starczy prześledzić choćby ty lk o ograniczoną ilość fak tów i zjaw isk. N a p rzy k ła d w 1820 r. św iatow a p ro d u k cja w ęg li doszła w bardzo pow olnej ew olucji do 17,2 m iliona tonn; w sto la t później w y nosiła ju ż 1320 m ilionów tonn, a w 1950 r. dosięgała ok. 1700 m ilionów tonn. T ak w ięc w ciągu 130 lat, gdy ludność św iata podw oiła się, w y d ob y
cie w ęg la kam iennego i b ru n atn e g o w zrosło p raw ie sto krotn ie. W ty m sam ym czasie k ilk ad ziesiąt now ych okręgów podjęło p ro d u k cję w ęgla, czyniąc go stopniow o a rty k u łe m codziennego u ż y tk u o n ajszerszy m z n a
czeniu ry n k o w y m i społecznym .
Jeszcze w 1870 r. w ydobycie trzech p ań stw zachodnio-europejskich, m ianow icie W ielkiej B ry tan ii, F ra n c ji i Belgii, rep rezen to w ało 65,4%
p ro d u k c ji św iatow ej w ęgla; ale w 1950 r. pom im o silnego w zrostu liczb bezw zględnych w ydobycia ich ud ział sp ad ł do 18,0%. P rz y k ła d e m w p ro st niezw ykłego tem p a rozw ojow ego — częściowo i n a now ych tere n ac h — m ogą być liczby dotyczące w ydo b ycia w ęg la w Z w iązku R adzieckim w dw u o sta tn ic h dziesięcioleciach. W 1930 r. w ydobyto ta m 49,5 m ilionów tonn, a w 1949 r. p ro d u k cja zw iększyła się ju ż do 260 m ilionów to n n 1), czyli w y k azała w zro st o ponad 500% 2).
Ten pow szechny proces rozw ojow y s ta je się zupełnie zrozum iały, gdy
^ d a m y sobie sp raw ę z postępów m ech an izacji przem y słu i podstaw ow ych u rzą d z e ń tran sp o rto w y ch . T ak w ięc w 1841 r. moc zainstalo w any ch m a
szyn paro w y ch w całym p rzem yśle św iato w ym zaledw ie przekro czy ła 1,6 m iliona KM. W ciągu n astępnego stu lecia pozycja ta w zrosła ponad sto k ro tn ie i od tąd ro śnie dalej w e w zm ożonym tem pie. U rządzenia e n e r
getyczne zainstalow an e w przem yśle ty lk o pięciu głów nych p a ń stw p rz e m ysłow ych rozrosły się w p ierw szym ćw ierćw ieczu X X stu lecia z 32 do 108 m ilionów KM. A le i w ty m w y p a d k u zatoczył k rę g i proces analogicz
n y do upow szechnienia w ydobycia w ęgla; k raje , k tó re jeszcze przed 25 la ty posiadały zupełn ie znikom ą ilość i zain stalow an ą m oc u rząd zeń e n e r
!) U n ited N a tio n s E con om ic S u r v e y o f E urope in 1950, str. 39.
2) O sta tn ie sp ra w o zd a n ia donoszą o p rzek roczen iu liczb y 300 m ilio ń ó w tonn (przyp. red.).
9
getycznych, ja k np. daw ne obszary kolonialne, obecnie ry w a liz u ją w ty m zakresie ze sta ry m i pań stw am i p rzem y sło w y m i i to z dużym pow odze
niem (patrz U. N. S ta tistica l Je a rb o o k 1952).
Rozwój m echanizacji p ro d u k c ji w yw o łał jed n a k n ie tylko bezpośredni w zro st w ydobycia w ęgla. P rzeciw nie, p rzyczy n y i sk u tk i p rze n ik ają c się teraz w zajem nie poczęły w yw oływ ać całe łań cu ch y konsekw encji. B udo
w a m aszyn i dróg żelaznych spow odow ała d uży p rz e w ró t w w y tw ó rn iac h m etalurg iczny ch. W lata ch d w u dziestych ubiegłego w iek u w y tap ian o m niej niż m ilion tonn surów k i rocznie w h u ta c h żelaznych św iata. W k o ń
cu X IX stu lecia w ytw órczość tego p ó łp ro d u k tu dosięgała ju ż 36 m ilionów tonn rocznie. Obecnie (r. 1951) liczba ta w zrosła do ok. 150 m ilionów tonn, gdy p ro d u k cja stali b ijąc w szystkie daw n e rek o rd y dosięga ok. 2 0 0 m i
lionów tonn.
D alszą k o nsekw encją tego fa k tu było spotęgow anie w ytw órczości koksu, w ęglow odorów arom atycznych, am oniaku i p o tężny rozw ój konsum pcji gazu węglowego. Rów nocześnie cała te c h n ik a energ ety czn a czyniąc n iezw ykle w ielkie postępy teo rety czn e i p rak ty c zn e d ała na przełom ie ostatniego stu lecia m ocne podstaw y do rozw oju ele k tro te ch niki. I te n dział now oczesnej p ro d u k cji kroczy od tąd m ilow ym i k ro k am i naprzód. W ytw órczość p rą d u elektrycznego z zu p ełn ie znikom ych zacząt
ków doszła w 1930 r. do pow ażnej cy fry 280 m iliardów kW h, p rzy czym np. w ytw órczość Z w iązku Radzieckiego rep re z en to w a ła w ów czas zaledw ie je d n ą pięćdziesiątą część p ro d u k c ji św iatow ej. W 1951 r. su m ary czn a w y tw órczość zw iększyła do 950 m iliardó w kW h, a w ięc w zrosła w ty m cza
sie w zw yż trzy k ro tn ie, gdy rów nocześnie np. w Z w iązku R adzieckim doszła do 90 m iliardów kW h, a w ięc w zrosła 18-krotnie. T ak w ięc w ciągu życia jed n ej g en eracji p rą d elek try czn y , podobnie ja k w ęgiel, s ta ł się rów nież a rty k u łe m pierw szej potrzeby.
A le może nic bardziej jask ra w o nie ilu s tru je w ielkiego w p ły w u w ęgla n a p rzem ian y w stru k tu rz e gospodarczej św ia ta ja k rozw ój kom un ikacji, a p rzede w szystkim kolei żelaznych, obecnie jednego z n ajw iększy ch k onsum entów w ęgla kam iennego. W 1830 r. długość lin ii k olejow ych n a w szystkich k o n ty n en ta ch b y ła jeszcze znikom o m ała, bo n ie przek raczała sum ary czn ie 330 km . Do końca X IX w iek u zainw estow ano w koleje że
lazne okrągło 275 m iliard ó w f r zł., co w ów czas było sum ą p ieniężną za
w ro tn ie w ielką i nie m ającą preced en su w h isto rii gospodarczej. O becnie długość lin ii kolejow ych dosięga c y fry 1 500 000 km , a łączna m oc zain stalo w ana w parow ozach przek ro czy ła 155 m ilionów KM. Podobny obraz rozw ojow y k o n sta tu je m y rów nież p rzy b ad a n iu ew olucji tra n s p o rtu m o r
skiego.
S y n te ty z u ją c zjaw iska m ożem y pow iedzieć, że głów nym znam ieniem życia aż do początkow ych la t X IX w iek u b y ła sta g n a c ja i spętan ie czło
w ieka oraz rez u lta tó w jego p rac y w p rzestrzen i. C yw ilizacja m iała w ów czas c h a ra k te r statyczny. Z nam ieniem w spółczesności — o d w ro tn ie —
10
je s t w ysoce dynam iczny ruch. W iem y, że i w odległej przeszłości m iały m iejsce w ielo k ro tn ie p o w tarzające się w ęd ró w k i całych narod ów lu b d a
lek ie p rzem arsze w ielkich sił zb ro jn ych ; ale w ciągu całych stu le c i ru c h ludności nie obejm ow ał an i w p rzy b liżen iu ty lu jedn ostek, ile dziś p rze w ożą ko leje w ciągu jednego roku, a w szystkie daw ne w ęd ró w k i ludów r.ie m ogą m ierzyć się ilościowo z ru ch e m m ig ra cy jn y m w ciągu pierw szej połow y X X stulecia. U p o d staw tego ru c h u z n a jd u jem y siłę m otoryczną w postaci w ęgla kam iennego.
Podobnie istn iały w przeszłości h isto ry czn ej okresy znakom itego roz
w o ju m iędzynarodow ego h a n d lu m orskiego. A le i w ty ch m om entach ca
ły obró t tow arow y n ie dosięgał ilościowo obrotów jednego, w ielkiego w spółczesnego p o rtu handlow ego. U p o d staw tego dynam icznego ru c h u tow arow ego i przeładunkow ego o d n a jd u je m y znów w ęgiel k am ienny.
Istn ia ła n iew ą tp liw ie w przeszłości i bardzo daw nej i bliższej pow ażna w ytw órczość przem ysłow a i rękodzielnicza. S łynęły przecież tak ie cen
tr a p ro d u k cy jn e, ja k F en icja, im p e riu m rzym skie, cesarstw o b iz a n ty ń skie, m iasta w łoskie, flam an d zk ie czy b ałty ckie. A je d n a k zarów no ilość zużyw anych surow ców , ja k i ilość p ro d u k tó w gotow ych, zarów no liczba zatru d n io n y ch pracow ników , ja k i ich w ydajn ość p ra c y n ie w y trz y m u ją żadnego p o rów n an ia z cyfram i, a ty m b ard ziej z m etod am i w y tw ó rczy m i jednego w spółczesnego k o m b in atu fabrycznego. U p od staw i tego w iel
kiego p rzełom u m am y do czy nienia z ty m sam ym czynnikiem rew o lucjo n izu jący m s tr u k tu rę gospodarczą, tj. z w ęglem k am iennym .
P odobne w nioski m ożem y w yprow adzić dla długiego łańcuch a zjaw isk gospodarczych. W jak ie jk o lw ie k bow iem dziedzinie ekonom iki społecz
nej poczniem y sondow ać e le m en ty rozw ojow e aż do ich głęboko założo
ny ch fu n dam entó w , to p raw ie w szędzie okaże się, iż jed n y m z w ażkich czynników p o stęp u technicznego b y ł i je s t w ęgiel oraz in n e podstaw ow e surow ce energetyczne. Ileż w y m ow y zam y k a się w p ro sty m stw ierdzeniu , że w spółczesna św iatow a p ro d u k cja w ęg li i rop y naftow ej je s t ilościowo (ciężarowo) d w u k ro tn ie w iększa, niż glob aln a i łączna w ytw órczość psze
nicy, ryżu, ziem niaków , k u k u ry d z y oraz ru d żelaznych, p iry tów , stali i cem entu, a w ięc p ro d u k cja w iążąca ze Sobą o lbrzym i odsetek ludności globu ziem skiego.
A le w istocie rzeczy i to p o ró w n an ie n ie ilu s tru je z całą w y ra z isto ścią rzeczyw istej ro li w ęgla w gospodarce w spółczesnej. A lbow iem w ę giel — poprzez liczne i w szech stro n n e b ad an ia n auk ow e — um ożliw ił roz
wój now ych działów technologii d now ych, pracochłonnych przem ysłów przetw órczych ; poprzez rozw ój urząd zeń tra n sp o rto w y c h — rozszerzył ry n k i zb y tu dla w y tw orów oraz p rzy b liży ł źródła nab y cia surow ców ; po
przez w y siłk i rac jo n alizato rsk ie — doprow adza św iatło, ciepło i siłę w fo r
m ach n ajdoskonalszych aż do m iejsc n a jb a rd zie j odległych od okręgów w ydobycia paliw a; w reszcie poprzez m echanizację i m otoryzację zrew o
lucjonizow ał m eto dy i spotęgow ał w yd ajn o ść p ra c y lud zk iej.
11
Cały te n zróżnicow any proces dotyczący w ydobycia w ęgla i w yciąg
nięcia o statecznych k onsekw encji technologicznych z tego podstaw ow e
go paliw a a zarazem surow ca chem icznego nie dokonuje się ró w n o m ier
n ie w czasie i w przestrzeni. Obok linii c h a ra k te ry z u ją c y ch szybki i zde
cydow any w zro st i rozw ój, m ożem y odnaleźć rów nież p rz e ja w y stag n acji lu b n a w e t recesji czy to w poszczególnych k ra ja c h czy też w zakresie oddzielnych gałęzi przetw órczo-w ęglow ych. W spółczesne sta ty s ty k i d ają obfity i w y ra z isty obraz om aw ianej ew olucji. N ie w chodząc w szczegó
ły cyfrow e ty ch zjaw isk, m ożem y tylko skonstato w ać ogólnie, że p rz e m ian y k tó re zachodzą w spółcześnie w s tru k tu rz e p ro d u k cji, zastosow a
nia, m etod p rzero b u i zb y tu w ęgli, ich pochodnych oraz in n y ch p aliw n a
tu ra ln y ch , p odlegają rów nież działan iu w spom nianego ju ż p ra w a Le C ha- teliera. A lbow iem przeb ieg ają one w ty m k ie ru n k u , k tó ry um ożliw ia w y rów n an ie tak ich w pływ ów i sił zew n ętrzn y ch ja k spotęgow any proces planow ego uprzem ysłow ienia, ja k zdobycze racjo n alizato rsk ie w z ak re
sie doskonalszego w y k o rzy stan ia en erg ii cieplnej, ja k stale rosnące zapo
trzebow anie n a paliw a ciekłe i w ęglopochodne surow ce chem iczne.
Z zagadnieniam i ty m i w sensie technologicznym zetk n iem y się jeszcze w form ie bardziej k o n k retn e j i rzeczow ej.
R o z d z i a ł II
TEORIE I HIPOTEZY POWSTANIA ZASOBÓW WĘGLOWYCH
Podkreślono ju ż ogólnie, że n a u k a o w ęglu poczyniła w o statn im ćw ierćw ieczu zdum iew ająco w ielkie postępy. A je d n a k pom im o tej obfi
tości praw d ziw ie doniosłych, technologicznie w p ro st przełom ow ych osiąg
nięć o sam ej istocie tego m ate ria łu , z k tó ry m nieom al każdy m ieszka
niec k u li ziem skiej, bezpośrednio lu b pośrednio, m usi sty k ać się codzien
nie, z k tó ry m w iąże się czynnie p raw ie cała p ro d u k c ja przem ysłow a i w ielk a część urząd zeń k o m u n ik acy jn y ch i energetycznych, tj. o w ęglu, w iem y w istocie rzeczy bardzo m ało. O budow ie i k o n sty tu c ji chem icznej czy to ru d m etalow ych, czy też w ielu m inerałów i ich p rzetw o ró w w iem y p raw ie w szystko; tysiące organicznych p re p a ra tó w farm aceu ty czn y ch lu b skom plikow anych barw n ik ó w sy n tety czn y ch d efin iu je m y chem icznie ja s no m niej lu b w ięcej p ro sty m i w zoram i s tru k tu ra ln y m i. A le o w e w n ętrz nej a rc h ite k tu rz e chem icznej w ęgla posiadam y m n iej pew ników n a u k o w ych niż o budow ie ją d ra atom u, niż o rozchodzeniu się fal elek tro m ag n e
tycznych, niż o p ierw ia stk a c h w y stęp u jący ch w m asie ta k odległego od nas słońca.
W w ielu zasadniczych fra g m en ta ch n au k i o w ęglu sta je m y w obliczu zagadn ień dotychczas n ie rozszyfrow anych. S tą d w y n ik a konieczność po
sługiw an ia się w tej dziedzinie dość często hipotezam i naukow ym i. Ale i po tej drodze n ie m ożem y poruszać się an i z b y t pew nie, a n i z b y t daleko, gdyż pasm o rozum ow ania od u stalo n y ch założeń poprzez arg u m e n ta c ję przedm iotow ą i w ym ow ę fak tó w aż do sform uło w an ia w niosków je s t dość złożone, czasem pozbaw ione ciągłości, a w ięc budzące n iejedn o pow ażne zastrzeżenie. W k o n sekw encji m usim y liczyć się tu z w ielom a wysoce spornym i, a n a w e t i przeciw staw n y m i opiniam i i osądam i.
N a takim , raczej k ru c h y m i n iep ew n y m gruncie, w znosi się gm ach w iedzy chem icznej o w ęglu w y d o b y w an y m i zużyw an ym obecnie w se t
k ach m ilionów to n n rocznie. Jeżeli w ięc ta k je s t w sto su n k u do k o n k re t
nego m ate ria łu , ta k pow szechnie i łatw o dostępnego, to cóż pew nego m oż
na pow iedzieć o h istorii, o p raźró d lach i procesach u fo rm o w an ia się ty ch o lbrzym ich bogactw k o paln y ch w bardzo odległych epokach geologicz
nych, k tó re poprzez astronom iczne w y m ia ry czasu oddzielone są od sa
13
m ego zarania cyw ilizacji ludzkiej. N iem niej jed n a k m ożem y, a n aw et m u sim y p o d trzym ać tw ierdzenie, że zbilansow ane a k ty w a n au ko w e w tym zakresie są bardzo pow ażne i m ocne, a to dlatego, że dotychczasow e w y n ik i nie ty lk o um ożliw iły zbudow anie w oparciu o p rzesłank i naukow e całych łańcuchów doniosłych rozw iązań technologicznych, w y p e łn ia ją cych w gospodarstw ie społecznym bardzo w ażkie i w ysokie fun kcje, ale p onadto zezw oliły — pom im o b ra k u n iek tó ry ch zasadniczych elem en
tów — n a sform ułow anie logicznego i syntetycznego poglądu n a istotę oraz n a jaw n e i u k ry te w arto ści w ęgla kam iennego.
Oczywiście, iż d o tarcie do tego pożądanego celu, do tej świadomość^
naukow ej n ie było an i zb y t łatw e, an i pro ste. Droga, k tó rą tu z koniecz
ności m usim y kroczyć, je s t podobna do p ra c y re k o n stru k c y jn e j w sp an ia
łych, ale częściowo zniszczonych zabytków arch itek to n iczn y ch . S topnio
wo, krok za krokiem , trzeb a tu o d k ry w ać w y m iary d aw ny ch fu n d am e n tów, trz e b a p rzen ik ać m y ślą celowość i założenia k o n stru k c y jn e budow y, a w reszcie w staw ić n a w łaściw e m iejsca fra g m e n ty odnalezionych k o n k retó w rzeczow ych. Całą resztę n ależy w y pełnić tw órczą, czasem in tu i
cyjną, w łasną p rac ą m yślow ą. Podobną drogą od k ilk u g e n e ra c ji kroczy n a u k a w zak resie zbadania p ro b le m aty k i w ęglow ej w całej jej rozciągło
ści. A le n ieu ch ro n n ą k o n sek w en cją tak iej m etody je s t to, że trz e b a cierp liw ie dotrzeć aż do sam ego końca rozw ażań n aukow ych i całej ew olucji osiągnięć technologicznych, ab y w y rob ić sobie jaśn ie jsz y pogląd n a w szystkie asp ek ty s tr u k tu ry chem icznej i n a w arto ści u ży tko w e w ęgla, a zarazem uzbroić się należycie dla p rzep ro w ad zenia k r y ty k i w sto sun ku do pow szechnie stosow anych m etod w y k o rz y sty w an ia zasobów w ęglo
wych.
J u ż przy zestaw ieniu licznych d e fin icji w ęgla m u si nas u d erzy ć ich lakoniczność i ogólnikowość. T ak np. D. J . W. K re u le n podaje, że w ęgle są to n a tu ra ln e p aliw a stałe u tw o rzon e przez pow olny rozkład w ielk ich ilości su b stan cji organicznych głów nie pochodzenia roślinnego. In n y a u to r m ówi, że w ęgle są to w yd ob y w ane z ziem i sk am ien ielin y palne, zasobne w zw iązki w ęgla elem en tarneg o , k tó re p o w stały w ciągu długich okresów geologicznych z nagrom adzo n y ch i częściowo rozłożonych resz
te k su b sta n c ji przew ażnie pochodzenia roślinnego. W heeler, Stopes i Fox d e fin iu ją w ęgiel jako zw artą, sk am ien iałą m asę, w yw odzącą swój rodo w ód z su b stan cji roślin n y ch o daleko p o su n iętej w e w n ętrzn e j p rzeb u d o w ie, zapoczątkow anej przez różny co do sto p n ia i c h a ra k te ru proces roz
kładow y, zaham ow any n a stę p n ie w p ew nej, określonej fazie rozw oju.
O gólnie p rz y jm u je się, że w ęgle p o w stały przez zm asow anie w odległych epokach geologicznych su b sta n c ji roślin n ych , k tó re w p ew nych w a ru n k ach uch ro n iły się od całkow itego ro zk ład u i u n ice stw ien ia przez drobno
u stro je i k tó re u leg ały n astęp n ie w ciągu b ardzo długiego okresu czasu różnym reakcjom chem icznym i w pływ om czynników fizycznych.
T e i podobne d efin icje oraz w y ja śn ie n ia p o zo staw iają oczywiście 14
w n auce bardzo dużo do życzenia. P e w n e u sp ra w ie d liw ie n ie tego sta n u rzeczy z n a jd u je m y w nie budzącej dziś w ątpliw ości ko n statacji, że w ę giel — nie zaw ierając „w ęgla elem en tarn eg o “ w sta n ie w o lny m — składa się z m ieszanin y bardzo różnorodnych ciał organiczny ch o w ysoce skom plikow anej budow ie m o lek u larn ej, n a k tó ry c h s tru k tu rę w p ły w ały liczne i zm ienne w a ru n k i zew n ętrzn e, co w rez u lta c ie spowodow ało, iż n a całej p rz e s trz e li globu n ie m a dw u w ęg li ab so lu tn ie iden tyczny ch co do swego pochodzenia, sk ład u chem icznego i właściwości.
F a k t te n u tru d n ia położenie nacisk u w d efinicjach n a sam ą chem iczną isto tę w ęgla i dlatego od w o łu ją się one' zw ykle do o k reślan ia tw orzyw a, z którego w ęgle pow stały.
W zasadzie p a n u je tu zgodny pogląd, że n a jisto tn ie jszą składow ą czę
ścią p ra m a te rii w ęglow ej b y ły su b sta n c je pochodzenia roślinnego. N ie m a też żadnego pow odu do w ątp ien ia, że w ty ch sam ych w a ru n k a ch zacho
dziły ta k samo w przeszłości, ja k zachodzą i w spółcześnie identyczne r e a k c je biochem iczne. W iem y dobrze, że podstaw o w ym i sk ład n ik am i ele
m e n ta rn y m i drzew a są: w ęgiel, w odór i . tlen , oraz w m ałych ilościach azot i siark a. Te sam e p ie rw ia stk i o d n a jd u je m y zarów no w w ęglach k a m iennych, ja k też w w ęglach b ru n a tn y c h i torfach. B udow a i d e stru k c ja ty c h su b sta n c ji o rganicznych opiera się w zasadzie n a ty ch sam ych ty p o wo o d w racalnych rea k c ja c h chem icznych. T ak w ięc pod w pływ em św ia
tła słonecznego i w obecności w o dy oraz p rzy k a ta lity c zn y m w spół
u dziale chlorofilu n a stę p u je proces asy m ilacji COo zw iązany z pochła
nian iem energii cieplnej p rom ienio w an ia słonecznego. T en proces bioche
m iczny p rzed staw iam y w n a stę p u jąc y m schem acie:
6CO2 + 6H2O = C eH i20(i + 602 albo
n (6CO2 + 6H2O) = n - C o H io O c + ł i -602
C uk ier gronow y C g H i2Óo p rzek ształca się n a stę p n ie w celulozę p rzy w ydzielen iu wody. W yrażam y to ró w n an iem chem icznym
n -C c H ia O s — n-CoHioOr, + 7i-H20
Z CO2 i Ho O oraz p rz y ab sorp cji ciepła tw o rzy się w ięc su b stan cja d rzew n a i w yd ziela się w olny tlen. O dw rotnie, jeżeli będziem y m ieli do czynienia z k rań co w y m rozkładem su b sta n c ji drzew nej, z ta k zw any m
„ zw ietrzen iem “ albo ze spalan iem drew n a, w ęgla czy torfu, to zgodnie z podstaw ow ym i p raw a m i zachow ania m a te rii i energii dojdziem y w re zultacie o statecznym do p u n k tu w yjściow ego, tj. do w y d zielenia C 02
i H20 , c o łączy się z w yzw oleniem ciepła i pochłonięciem rów now ażnej ilości tle n u pow ietrza. W te n sposób cały cy kl p rze m ia n zostaje zam knięty .
Ju ż te n fa k t skiero w ał uw agę n a p raw dopodobieństw o pow iązań g ene
ty cznych m iędzy drzew em i w ęglem . N au k a rozporządza je d n a k w skazów 15
kam i bardziej oczyw istym i i bardziej bezpośrednim i. N ie ty lk o w ięc na spękaniach w ydo b yw any ch b ry ł w ęglow ych w y stę p u ją często w y raźn e odciski frag m en tó w roślinnych, n ie ty lko z n a jd u ją się w ty ch b ry ła c h n a w e t spo re k a w a łk i okludow anych żyw ic drzew nych, nasion, zarodków itp., ale p rzed e w szystkim b ad an ia m ikroskopow e, a jeszcze dokładniej b ad an ia ultram ikro sk opow e bardzo cienkich szlifów w ęglow ych udow od
n iły ponad w szelką w ątpliw ość, że m am y tu do czynienia ze szkieletam i kom órek roślinnych. Rów nież zary so w u je się dość zgodny sąd co do tego, że su b sta n c je ro ślin ne niekoniecznie b y ły jed y n y m tw orzyw em organicz
n y m p ra m a te rii w ęglow ej. P aleo b o tan ik a om aw ia szczegółowo rep re z en tac ję flo ry z okresów w ęglow ych 1).
D la w ęgli b ru n a tn y c h po siadających znacznie w y raźn iejszą s tru k tu rę ro ślin n ą m ożna n a w e t określić z dużym praw dopodobieństw em , że tw o rzyw o to składało się z tak ich przed staw icieli św iata roślinnego jak : d rze
wo m am utow e, cyprysy, palm y, cedry, jodły, sosny, jałow ce itd. W iele z ty ch drzew rośnie i obecnie. N a tej po d staw ie m ożem y w nioskow ać, że np. azot z a w a rty w w ęg lu p raw dopodobnie nie pochodzi z sam ej tylko su b stan cji drzew nej. Suche drew no zaw iera nie w ięcej niż 0,04 do 0,10%
azotu, podczas gdy w ęgle za w iera ją go zaw sze niep ro p o rcjo n aln ie w ięcej.
Z nam y w p raw d zie sp ecjaln e g a tu n k i ro ślin posiadające znacznie w ięcej azotu niż w ęgle. T ak np. w liściach m chu zaw artość N dosięga 3,2%, w w odorostach dochodzi ona do 4,8%, w d ro b n o u stro jach przek racza n ie
raz 13,0%, a w p ro te in ac h ro ślin n y ch w ah a się n a w e t w g ran icach od 15,0 do 19,0%. Je d n ak ż e su b stan cje, te albo ich pochodne u leg a ją łatw o atak o w i enzym ów i przek ształcają się w rozpuszczalne w w odzie am ino
kw asy.
W dalszej ew olucji m ogła zachodzić i w ty m w y p a d k u m etam orfoza prow adząca do p o w stania skom plikow anych pro d u k tó w kon d ensacji o w łasnościach koloidalnych; jed n ak że w ielu badaczy przypuszcza raczej, że do su b sta n c ji ro ślin n y ch m ogły być dom ieszane w znaczniejszych ilo
ściach rów nież szczątki ciał zw ierzęcych, k tó ry c h p ro te in y w spółdziałały w zaopatrzeniu p rasu b stan c ji w ęglow ej w w iększe ilości azotu, pom im o że p rz y rozkładzie su b sta n c ji o rganicznych azot z organizm ów zw ierzę
cych je s t n a ogół znacznie m niej o dp o rn y n a działania czynników ze
w n ę trz n y c h niż N pochodzenia roślinnego.
Ciała stanow iące kom pozycję m asy ro ślin nej są jakościow o różne, a ilościowo w a h a ją się w dość szerokich granicach. Obok tak ich p ro d u k tów, ja k białk a, cu kry , tłuszcze, woski, żywice, g um y itp., w y stę p u ją tu w dużych ilościach celuloza i lignina. Te o statn ie tw o rzą zw ykle głów ną część su b stan cji roślinn ej. O obu z p u n k tu w id zenia chem icznego m ożem y pow iedzieć stosunkow o niew iele. Je d n o w szakże m ożna stw ierdzić, m ia-
1) S zczeg ó ły w p racy D. J. W. K R E U L E N A : E lem en ts o f C oał C hem istry, str. 74— 82.
16
* PO/7
now icie to, że celuloza na pew no, a lign in a n ajp raw do po do bn iej może być uw ażana za ciało chem icznie jed n o ro d n e x). W ja k i sposób z ty ch jed n o ro d n y ch ciał po w stał p ro d u k t ta k zróżnicow any, ta k w ysoce skom pliko
w any, tak hetero g eniczny ja k w ęgiel k am ien n y — oto w ielki problem naukow y. O czywiście o dg ry w ał tu rolę jed e n czynnik, k tó ry e k sp ery m en taln ie nie da się ani w p rzy b liżen iu pow tórzyć, a m ianow icie czas. W edług opinii geologów sy tu a c ję ogólną w ty m zakresie m ożna u jąć n astępu jąco :
Epoka paleozoiczna trw a ła ok. 330 m ilionów lat. Z epoki tej, z o k re
sów n ajstarszy ch , kam b ry jsk ieg o i silurskiego, pochodzą przew ażnie g ra fity. W form acjach o kresu dew ońskiego, ale rów nież silurskiego i k a m bry jskiego n a p o ty k am y głów nie w ęgle an tracy to w e. W okresie perm skim , a przede w szystkim w okresie k arb o nu , m am y do czynienia z w ęglem k a m ienny m i czasem, w fo rm acjach n ajstarszy ch , z a n tra cy te m . Epoka n a stęp n a — m ezozoiczna — m ia ła trw a ć 'około 110 m ilionów lat. Z tego okresu czasu pochodzą liczne w ęgle k am ienne, a w form acjach n ajm ło d - « szych sp o ty k a się sporadycznie i w ęgle b ru n a tn e . W epoce kenozoicznej o kres trzecio rzęd u m iał trw a ć ok. 60 m ilionów lat. Tu spotyk am y w w a rstw a c h n a jsta rsz y ch rów nież w ęgle kam ienne, ale zasadniczo jest to okres form ow ania się w ęg li b ru n a tn y c h . O kres czw artorzędu, o b ejm u jący d y lu w iu m i aluw ium , b y ł stosunkow o bardzo k ró tk i, gdyż oblicza się go n a jed e n m ilion lat. W dy lu w iu m n ap o ty k a m y jeszcze m łodsze w ęgle b ru n a tn e i torfy, w aluw ium ju ż ty lk o złoża to rfow e2).
T rzeba je d n a k stw ierdzić tu z całym naciskiem , że istn ie ją zarów no w ęgle w ysoce zróżnicow ane jakościow o, a pochodzące z ty ch sam ych okresów geologicznych, ja k też i o d w ro tnie złoża w ęglow e uform ow ane w bardzo odległych od siebie okresach czasu, a w y ra ź n ie zbliżone pod w zględem sk ład u elem entarnego, w łasności fizykochem icznych, a n a w e t w y ró w n an e pod w zględem w arto ści opałow ej. Sam więć czynnik czasu n ie m ógł być rozstrzygającą, a ty m bard ziej je d y n ą siłą przetw órczą. J e s t oczyw iste, że m u siały zachodzić tu p rzeró żn e procesy fizyczne i chem icz
ne i to nie zawsze zsynchronizow ane w czasie. P rz y po ró w n an iu w ęgli g órnośląskich z w ęglam i okręgu R u h ry uzy sk u jem y bardzo w ym ow ny i c h a ra k te ry sty c z n y p rzy kład . J a k p rzy tacza K reu łen , w ęgle śląskie, a p rzede w szy stk im w ęgle Zagłębia, O straw sk o-karw iń skiego są geologi
cznie n a w e t starsze niż w ęgle w estfalskie. N iem niej je d n a k w ęgle górno
śląskie są „chem icznie“ znacznie m łodsze; są one n a ogół długopłom ienne, o dużej zaw artości części lo tn y ch i ciał b itum icznych, podczas gdy Z agłę
bie R u h ry posiada w ęgle w szystkich typów z przew ag ą w ęgli koksow ych oraz chudych.
P ró b y przyczynow ego w y ja śn ie n ia ty ch zjaw isk, połączone z w y sił
kiem z re k o n stru o w an ia zasadniczych w a ru n k ó w i okoliczności, k tó re do-
17
pro w adziły do uform ow ania się złóż w ęglow ych, w y p e łn iły sporam i w czasie okresu życia dw u g e n e ra c ji liczhe czasopism a i p u b lik a c je fa chowe. Te praco w ite i tw órcze „ k ró tk ie spięcia“ poglądów ob jęły ty le tem ató w i ty le zagadnień, że sy stem atyczn e om ów ienie ich h isto rii roz
sadziłoby ram y każdej p ra c y ogólnej i sy n tety czn ej. N ależy w ięc o g ran i
czyć się ty lk o do ty ch m om entów n ajisto tn iejszy ch , k tó re są niezb ęd ne do całości i jasności w ykładu.
P rz ed e w szystkim w ięc pow stało zagadnienie jakościow ego o kreślenia pochodzenia i c h a ra k te ru tej p ra m a te rii, z k tó re j n a stę p n ie uform ow ały się złoża w ęglowe. Na pod staw ie s tr u k tu ry m akroskopow ej i m ikroskopo
w ej oraz cech fizykochem icznych P o to n ie dzieli m a te ria ł p raw ęglo w y na trz y zasadnicze g ru p y i w oparciu o te elem en ty p ró b u je zbudow ać ogólną klasy fik ację w ęgli. P rz y częściow ym rozkładzie roślin lądow ych i b ło t
n ych m ia ły pow stać w ęgle, k tó re nazy w a hum usow ym i, a w k tó ry c h za
chow ały się w y raźn e ślady tk a n k i ro ślin n ej; jeżeli pod staw ą p ra m a te rii b y ła roślinność w odna w w odach stojących, przy w spółudziale glonów, wów czas m am y do czynienia z tzw. sapro pelitam i, k tó re w odróżnieniu od w ęgli h um usow ych m ięk n ą w stosunkow o bardzo niskich te m p e ra tu rac h i d ają sporo części rozpuszczalnych w rozpuszczalnikach organicz
nych; w reszcie zachodzi w y p ad ek trzeci, g d y d o m in an tą w p ra m a te rii sta ły się w oski i żywice; w ów czas p o w sta w a ły tzw. liptobiolity, d ające p rzy rozkładzie term iczn ym dużo gazów i sm oły. T akie w łaśnie k o n c e n trac je typów p rasu b stan c ji w iąże P oto n ie z h ip o tety czn y m i zm ianam i k lim atu w okresie karbo nu . P ojęcia te p rzysw ojone zostały z czasem przez liczne podręczniki, jed n ak że obecnie uw aża się je za nied ostatecznie naukow o uzasadnione i p rzestarzałe.
Rów nocześnie w yłoniła się w ielka d y sk u sja n a tem a t autochtonicznego czy allochtonicznego pochodzenia tw o rzyw a węglow ego. In n y m i słow y szło o to czy p ra m a te ria p o w staw ała n a ty m sam ym m iejscu, w k tó ry m w n a stęp n y ch okresach u fo rm ow ały się złoża w ęglow e, czy też m ogły za
chodzić p rzesu w an ia ty ch m as w p rzestrzen i, np. przez w ody m orskie lub w ylew y rzeczne. W ty ch w y p ad k ach uleg ały b y w ym ieszan iu su b stan cje bardzo różnorodnego pochodzenia i o ro zm aity m c h a ra k te rz e chem icznym . W tym celu przeprow adzono całe łań cu ch y badań, np. co do sk ład u che
m icznego popiołów lu b co do genezy n adk ładu, i n a tak ich p odstaw ach w nioskow ano, iż w rzeczyw istości m ogły zachodzić oba p rzy pad ki.
W szystko to nie tłum aczyło fak tu , że nie tylko' w ok reślan y ch zagłę
biach w ęglow ych, ale n a w e t w poszczególnych pokładach m am y n ieraz do czynienia z w ęglam i o bardzo o dm iennych w łaściw ościach. W procesie
„uw ęg len ia“ su b sta n c ji ro ślin n y ch — obok sam ego tw o rzy w a — m ogły o degrać czynną rolę p rzed e w szy stk im tak ie czynniki, ja k rea k c je bio
chem iczne w stad iu m początkow ym , a następ n ie ciśnienie, czas i tem p e
ra tu ra . J e s t to ogólnym zjaw iskiem , że o b u m arłe su b sta n c je ro ślin n e są przedm iotem niszczycielskiego a ta k u drobn o ustrojów . P o w sta je tu w ażne
18
p ytan ie, czy istn ie je jak ak o lw iek kolejność w biochem icznej dekom po
zycji składników su b sta n c ji ro ślin n ej, a Więc, czy rozkład te n m a c h a ra k te r pow szechny i rów nom ierny, czy też m oże o d w ro tnie — selekty w ny, to je st pow odujący stopniow e zanik an ie jed n y c h składn ikó w oraz k on cen
tra c ję innych, bard ziej odpornych n a działan ia drobnoustrojów . Z anim to zagadnienie w yjaśniono całkow icie, w ydaw ało się, że w nauce u sta la się p rzekonanie, iż głów nym i podstaw ow ym skład nik iem p ra su b sta n c ji w ę
glow ej m u siała być celuloza. S tosunek zaw artości celulozy do lig nin y w drzew ie w y raża się w p rzy b liżen iu jak 2 : 1. W szystkie inne części sk ła
dowe w y stę p u ją tu w ilościach niepo ró w n an ie m niejszych.
G dy w ięc B ergius p rzepro w ad ził ek sp ery m en ta ln ie zw ęglenie celulozy w au to k law ie ciśnieniow ym w obecności w ody i w tem p. 340 °C, a n a stę p nie p rzep row adził w podobnych w a ru n k a ch to rf i w ęgle b ru n a tn e w ciała o składzie e le m en ta rn y m rów nież zbliżonym do w ęgli kam iennych, gdy w dalszych b ad an iach stosując ciśnienia do 5000 a t uzy sk ał p ro d u k ty o ty pie a n tra c y tu , w reszcie gdy skonstatow ano, że w odróżnieniu od w ęgli b ru n atn y c h , nie da się w ykazać an ality czn ie obecności pochodnych lig n i
n y w w ęglach kam iennych, to w y daw ało się, że „teo ria celulozow a“
u trw a liła ostatecznie w łasną pozycję w nauce.
R ów nocześnie uzupełniono ją hipotezą o genetyce tzw. części b itu m icz
ny ch w w ęglu. D efinicja składn ik ów bitu m icznych nie b y ła naukow o ści
śle ustalona. N a ogół jed n a k przyjm o w an o pogląd, że są to z jed n ej stro n y te sk ład n ik i w ęgla, k tó re p rz y u życiu rozpuszczalników organicznych przechodzą z w ęgla do roztw oru , z d ru g iej zaś te, k tó re w procesie suchej d esty lacji są p od staw ą tw o rzen ia się sm oły, gazów i w ody, a zarazem są p rzy czy n ą zjaw iska m ięknięcia, w y d y m an ia i koksow ania. M arcusson w y raził poglądy w ielu badaczy, gdy stw ierdził, że p ro d u k ty polim eryzacji żyw ic i w osków ro ślin n y ch stan o w iły p ra su b sta n c ję części bitum icznych.
Jed n ak że b ad an ia n a d rozkładow ym i procesam i biochem icznym i w y kazały, że w sto su n k u do su b stan cji ro ślin n y ch m ają one zdecydow anie c h a ra k te r selekty w ny. S p ra w a kolejności ro zk ład u różnych składników roślin n y ch w yw ołała początkow o pow ódź sprzecznych opinii. Jed n ak że stopniow o u sta lił się pogląd, że n a jp rę d ze j i n ajp ełn iej u le g a ją rozpadow i tak ie ciała, ja k cu kry , protoplazm a, chlorofil, p ro tein y , p en to zany oraz celuloza, n a jb a rd zie j odpornie zaś zachow ują się w ty ch w a ru n k a ch lig ni
ny, w oski i żywice, g um y i tłuszcze. S tw ierd zen ie to w p raw d zie nie w y jaśn iło jeszcze kw estii, k tó ry z ty c h składników ro ślin n y ch sta ł się zasad
niczym m a te ria łe m g enety czn ym dla w ęgla, ale narzuciło n a ty c h m ia st now y i bardzo w ażki problem at.
M ianow icie rozkładow y proces biochem iczny p rzebiega w zasadzie w k ie ru n k u całkow itego u n icestw ien ia su b sta n c ji organicznej. Je że li za
istn iały w a ru n k i dla zapoczątkow ania tego rozkładu, jeżeli b y ł do dyspo
zy cji czas w p ro st nieograniczony, to n arzu ca się tu pytan ie, ja k ie okolicz
ności b y ły w sta n ie spow odow ać zaham ow anie tego procesu w jego p eł
19
n y m rozw oju. G dyby bow iem proces rojzkładowy przebiegał bez p rze szkód do swego n a tu ra ln e g o k resu , to w ogóle nie m ogłoby być m ow y 0 ufo rm o w aniu złóż w ęglow ych. N a po dstaw ie zjaw isk zachodzących w spółcześnie stw ierdzam y, że a ta k d ro b n o u strojów m oże rozw ijać się n a ogół tylko ta k długo, ja k długo w dostatecznej m ierze je s t dostęp ny tle n pow ietrza lub też dopóki nie dojdzie do tak iej k o n c e n trac ji toksyn, k tó ra już sam o rzu tn ie uniem ożliw ia dalszy ro zw ó j-bakterii.
W d anym w y p ad k u p rak ty c zn e znaczenie m ogło m ieć p rzed e w szy st
k im zjaw isko pierw sze, spow odow ane bądź to p rzy k ry ciem nierozłożonych do końca szczątków roślinności przez n ieprzepuszczalne w a rstw y ziem i, bądź też przez całkow ity zalew w odą. W iele arg u m en tó w n a tu r y geologi
cznej przem aw ia za tym , że należy b rać w rac h u b ę obie ew entualności.
P rz y k ry c ie pokładów w ęglow ych tw o ram i ziem nym i je s t faktem ; to zaś, że p rzy n ajm n iej n iek tó re w ęgle form ow ały się w zetk nięciu z w iększym i m asam i wód, zdaje się nie ulegać w ątpliw ości. Często z n a jd u jem y w w ę g lach szkielety fa u n y w odnej, a w ielu badaczy zw raca uw agę n a segre- g ac y jn y w p ły w w ody n a p ro d u k ty pochodne rozk ładu biochem icznego 1 w iąże z ty m istn ien ie licznych odm ian w ro dzinie w ęgli kam iennych.
Sam fa k t olbrzym iego nag ro m adzen ia su b sta n c ji roślin ny ch , a n a stę p n ie i proces biochem icznego rozkładu tej m asy uzależniony b y ł oczywiście w w ysokim stopniu od pan u jącej w ów czas te m p e ra tu ry , W stre fa c h zim n y ch k u li ziem skiej a k u m u la cja su b sta n c ji organicznych b y ła m ała;
w stre fa c h u m iark o w an y ch — średn ia; w stre fie gorącej i w ilgotnej — bardzo duża. Od tego sam ego czynnika uzależniona je s t rów nież słabsza lu b silniejsza aktyw ność b ak terii. Z dotychczas o d k ry ty c h złóż w ęglo
w ych najw iększe ich bogactw o n a całej pow ierzchni k u li ziem skiej kon
c e n tru je się w s tre fie um iark o w an ej. W nioskujem y stąd, że w stre fie go
rącej olbrzym ie m asy roślinności u legały ta k szybko i ta k doszczętnie de
stru k c y jn e m u działaniu b a k te rii, że resz tk i organiczne nie m ogły się tam zachow ać jako tw orzyw o w ęglow e. Jeżeli zaś n a w e t zdarza się n ap otkać złoża torfow e w stre fa c h tro p ik aln y ch , zalegające w nizinach, to u form o w a ły się one w tak ic h bagnach, w k tó ry c h m ogły się rozw inąć tylk o spe
cjaln e g a tu n k i m niej ag resy w n y ch drobno u strojów ; zw ykle je d n a k z n a j
d u jem y tam torfow iska n a stosunkow o znacznych w ysokościach, gdzie te m p e ra tu ra b y ła bard ziej zbliżona do w a ru n k ó w s tre fy u m iark o w an ej.
Rów nie w ielk ą rolę p rzy p isu je się czynnikom te m p e ra tu ry i ciśnienia w n astępn ej fazie form ow an ia się złóż w ęgłow ych, k tó ra trw a ła przez d ziesiątk i i setk i tysięcy lat, a rozpoczęła się ju ż po odcięciu p ra su b sta n c ji od działania pow ietrza, a w ięc i od a ta k u d robnoustrojów . W ówczas to dopiero zachodziły dynam oćhem iczne rea k c je p rzekształcające organicz
n y p ó łp ro d u k t w w ęgiel kam ienn y .
Ten d łu g o trw ały i wysoce skom plikow any proces zw iązany b y ł ze zja
w iskiem tzw. uw ęg lan ia p rasu b stan c ji, to je s t ciągłego i system atycznego w zbogacania się w w ęgiel ele m en ta rn y , -sym bolizowany znakiem C. M ate
20
ria ł w yjściow y ulega p rzy ty m w ew n ętrzn ej przebu do w ie chem icznej i p rzeobrażeniom w sensie fizycznym . E w olucja ta je s t zupełn ie w y ra ź n a w sw oich fazach końcow ych. T ak w ięc analiza e le m e n ta rn a czystej i su
chej su b sta n c ji d a je n am n a stę p u jąc y obraz sum aryczny:
T a b l i c a 1 S k ład ch em iczn y różnych p a liw
Z aw artość w °/o
i
1 D rew n o T orf W ęg iel b ru n a tn y
W ęg iel k a
m ien n y A n tra cy t G rafit
C 50 60 65 75 — 90 95 O O
H 6 5 5 5 3 ---
O + N 44 35 30 20 — 5
2
Je że li jak o założenie teo rety czn e p rzy jm ie się w zór podstaw ow y C e m p y , to w arto ści x i y o k reślające liczby atom ów w odoru i tle n u w sto su n k u do liczby atom ów C — constans = 6, będ ą n astęp u jące:
w celulozie 10,0 i 5,0; w d rew n ie 8,55 i 3,95; w to rfie 7,15 i 2,55; w w ę glu b ru n a tn y m 5,60 i 1,60; w w ęg lu gazow niczym 4,50 i 0,60; w w ęg lu ko ksow niczym 3,80 i 0,25; w a n tra cy c ie 1,50 i 0,10.
P roces u w ę g la n ia w yo brażam y sobie w te n sposób, że w w yn ik u licz
ny ch re a k c ji chem icznych o c h a ra k te rz e kon densacyjnym , zachodzących w su b sta n c ji praw ęglow ej w y d z ie la ją się kolejno HoO, C 02 i C H4. P rz y puszczenie to z n a jd u je p o tw ierd zen ie w p ra k ty c e górniczej. P rz y w y d o
b y w an iu w ęgla m am y zaw sze do czynienia z w ilgocią kopalnianą, a n a w e t całkow icie suche zew n ę trz n ie w ęgle z a w iera ją w odę w e w n ątrz sw ej s tr u k tu ry k a p ila rn e j. Rów nież bardzo często n a p o ty k a m y gazy k o p aln ia
ne, p rz y czym w p ok ładach w ęgli m łodszych, np. z okresu trzeciorzędu, p o jaw ia się zazw yczaj CO2, a w p ok ładach stźrszych, z okresu k arb o nu, szczególnie p rz y w ęglach zbliżonych ty p em do an tracy tó w , m am y do czy
nien ia najczęściej z gazam i w ęglow odorow ym i, w ybuchow ym i, o p rze w a dze m eta n u zanieczyszczonego m ały m i ilościam i C 0 2. P rzeliczając to w szystko na sto su nk i ilościow e m ożem y pow iedzieć, że z w y dzieleniem wody, bezw odnika w ęglow ego i m eta n u p ierw o tn a su b sta n c ja n a dw a atom y w ęgla u tra c iła trz y ato m y tle n u i sześć atom ów w odoru, co w r e zu ltacie ostatecznym spowodow ało posunięcie n ap rzód procesu uw ęglenia.
T aki w łaśn ie proces w ed łu g opinii B ergiusa *) m ógł zachodzić bądź to w w ysokich te m p e ra tu ra c h w ciągu k ró tk ieg o czasu, bądź też w niższych te m p e ra tu ra c h , ale w ciągu bardzo długiego ok resu i e w e n tu aln ie pod zw iększonym ciśnieniem . W iem y, że szybkość re a k c ji chem icznych n a ogół w z ra sta z podniesieniem te m p e ra tu ry . W iele rea k c ji chem icznych po dw aja sw ą szybkość p rzy w zroście te m p e ra tu ry o 10°C. N orm alnie z pow iększeniem głębokości w sk o rup ie ziem skiej o 30 m te m p e ra tu ra
*) N a tu r w isse n sc h a fte n , str, 1— 11, (1928).
21
