Produksi listrik dari batu bara dapat membahayakan lingkungan
Gambar Brian Patrick Tagalog di Unsplash
Batubara mineral adalah bahan bakar fosil yang diekstraksi dari bumi melalui penambangan. Asalnya berasal dari penguraian bahan organik (sisa-sisa pohon dan tumbuhan) yang terkumpul di bawah lapisan air jutaan tahun yang lalu. Penguburan bahan organik ini oleh endapan tanah liat dan pasir menyebabkan peningkatan tekanan dan suhu, yang berkontribusi pada konsentrasi atom karbon dan pengeluaran atom oksigen dan hidrogen (karbonifikasi).
Batubara mineral dibagi lagi sesuai dengan nilai kalor dan kejadian pengotor, dengan pertimbangan kualitas rendah (lignit dan sub-bituminus) dan kualitas tinggi (bituminus atau batubara dan antrasit). Menurut Survei Geologi Brazil, batubara mineral dapat dibagi lagi menurut kualitasnya, yang bergantung pada faktor-faktor seperti sifat bahan organik yang membentuknya, iklim dan evolusi geologi daerah tersebut.
Gambut
Ekstraksi gambut dilakukan sebelum area tersebut dikeringkan, yang mengurangi kelembapannya. Ini sering disimpan di tempat terbuka untuk kehilangan lebih banyak kelembaban.
Kegunaan: dipotong menjadi balok-balok dan digunakan sebagai bahan bakar dalam tungku, termoelektrik, untuk mendapatkan bahan bakar gas, lilin, parafin, amonia dan tar (produk dari mana minyak dan zat lain yang sangat berguna oleh industri kimia diturunkan)
Batu bara muda
Itu dapat terjadi dalam dua cara, seperti bahan coklat atau hitam, dan diberi nama yang berbeda.
Kegunaan: gasogen memperoleh tar, lilin, fenol dan parafin. Abu hasil pembakaran dapat digunakan sebagai semen pozzolanic dan keramik.
Batu bara
Batubara dapat dibagi lagi menjadi dua jenis utama: batubara energi dan batubara metalurgi. Yang pertama, juga disebut batubara uap, dianggap yang termiskin dan digunakan langsung di tungku, terutama di pembangkit listrik termoelektrik. Batubara metalurgi, atau batubara kokas, dianggap mulia. Coke adalah bahan berpori, ringan dan dari kilau logam, digunakan sebagai bahan bakar dalam metalurgi (tanur sembur). Batubara juga digunakan dalam produksi tar.
Antrasit
Ini memiliki pembakaran yang lambat, diindikasikan untuk pemanas rumah tangga. Ini juga digunakan dalam proses pengolahan air.
Komposisi dan aplikasi batubara mineral
Dalam setiap tahapannya, batubara terdiri dari bagian organik dan mineral. Organik dibentuk oleh karbon dan hidrogen dan sejumlah kecil oksigen, sulfur dan nitrogen. Mineral tersebut terdiri dari silikat yang membentuk abu.
Karena terbagi lagi menjadi beberapa jenis maka penggunaan batu bara banyak. Kegunaan utama dari mineral batubara adalah sebagai sumber energi. Menurut Badan Energi Internasional (IEA) , batubara mineral bertanggung jawab atas 40% produksi listrik dunia. Batubara mineral juga digunakan di sektor metalurgi.
Jenis arang lain yang ditemukan di alam adalah nabati, yang terbentuk dari karbonisasi kayu bakar. Arang sering digunakan dalam proses industri, tetapi bukan merupakan sumber yang signifikan untuk produksi listrik.
Insentif untuk produksi listrik dari batu bara
Meski tidak terbarukan, ada insentif yang kuat untuk produksi listrik dari mineral batubara. Dua argumen utama yang mendukung produksi energi dari batubara mineral adalah banyaknya cadangan, yang menjamin keamanan pasokan dan biaya bijih yang rendah (dibandingkan dengan bahan bakar fosil lainnya) dan proses produksinya.
Menurut data Badan Tenaga Listrik Nasional (Aneel), cadangan mineral batu bara dunia sebanyak 847,5 miliar ton. Jumlah ini akan cukup untuk memasok produksi batubara saat ini untuk jangka waktu kurang lebih 130 tahun. Insentif lain adalah, tidak seperti minyak dan gas alam, cadangan batubara ditemukan dalam jumlah yang signifikan di 75 negara - meskipun sekitar 60% dari total volume terkonsentrasi di Amerika Serikat (28,6%), Rusia (18, 5%) dan Cina (13,5%). Brasil muncul di posisi ke-10.
Produsen batubara terbesar dunia adalah China dan Amerika Serikat, menurut World Coal Association , diikuti oleh India, Indonesia, dan Australia. Selain itu, sebagian besar matriks energi, baik di China maupun Amerika Serikat, didasarkan pada produksi energi listrik dari mineral batubara, yang juga mewakili matriks energi negara lain, seperti Jerman, Polandia, Australia. dan Afrika Selatan.
Namun, terlepas dari keuntungan ekonomisnya, produksi energi listrik dari batu bara merupakan salah satu bentuk produksi energi yang paling agresif dari sudut pandang sosio-lingkungan. Eksternalitas negatif hadir selama proses produksi, mulai dari ekstraksi batubara mineral.
Pertambangan batubara
Ekstraksi atau penambangan batu bara bisa di bawah tanah atau di tempat terbuka. Ini akan bervariasi sesuai dengan kedalaman di mana batubara ditemukan.
Jika lapisan yang menutupi bijih sempit, atau tanahnya tidak sesuai (pasir atau kerikil), eksplorasi cenderung dilakukan di alam terbuka. Jika mineral di lapisan dalam, perlu dibangun terowongan.
Menurut Aneel, penambangan terbuka merupakan bentuk utama ekstraksi bijih di Brasil, dan juga lebih produktif daripada penambangan bawah tanah. Apa yang tidak sesuai dengan realitas internasional, di mana eksploitasi dengan pertambangan bawah tanah berlaku, setara dengan 60% ekstraksi batubara dunia.
Drainase asam dari tambang dan produksi tailing adalah dampak lingkungan negatif yang umum terjadi pada kedua jenis ekstraksi.
Drainase asam tambang (DAM)
Drainase asam tambang dilakukan dengan pompa, yang melepaskan air belerang ke lingkungan luar, menghasilkan perubahan mineralogi (pembentukan senyawa baru), kimiawi (pengurangan pH) dan fisik (retensi air rendah dan tanah) di dalam tanah. permeabilitas), yang bervariasi sesuai dengan geologi medan.
Drainase asam dari tambang dianggap sebagai salah satu dampak paling signifikan dari proses penambangan secara umum, menurut laporan Kementerian Sains dan Teknologi.
Akibat perubahan tanah ini, kualitas airtanah juga menurun. Mungkin ada penurunan nilai pH air, yang berkontribusi pada pelarutan logam dan kontaminasi air tanah, yang, jika tertelan, dapat mempengaruhi kesehatan manusia.
Mitigasi masalah kimia dan fisik tanah yang disebabkan oleh penambangan adalah langkah pertama dalam pemulihan daerah yang terkena dampak.
Dampak penambangan terbuka
Penggalian tanah berbatu dalam volume besar menghasilkan dampak lingkungan yang terlihat pada tutupan vegetasi dan fauna, bertanggung jawab atas degradasi area yang luas dan polusi visual, belum lagi intensifikasi proses erosi. Selain itu, penggunaan mesin dan peralatan juga menimbulkan polusi suara (noise).
Dampak penambangan bawah tanah
Berkenaan dengan kesehatan pekerja, permasalahan utamanya adalah Pneumoconiosis pada pekerja batubara (PTC). Pneumokoniosis adalah penyakit yang disebabkan oleh menghirup materi partikulat di atas kapasitas pembersihan sistem kekebalan. Ini adalah paparan kronis untuk menghirup debu batubara mineral, diikuti oleh penumpukan debu di paru-paru dan perubahan jaringan paru-paru.
PTC memicu proses inflamasi dan dapat mengembangkan FMP fibrosis progresif masif, penyakit yang dikenal sebagai "paru-paru hitam".
Menurut laporan Kementerian Kesehatan, ada lebih dari 2.000 kasus pneumokoniosis yang didiagnosis di antara para penambang batu bara.
Dampak lain yang terkait dengan penambangan bawah tanah adalah penurunan muka air tanah, yang dapat berkontribusi pada kepunahan sumber, dampak pada jaringan hidrologi permukaan, dan getaran yang ditimbulkan oleh ledakan.
Pengolahan batubara
Menurut Asosiasi Batubara Mineral Brasil, benefisiasi adalah serangkaian proses dimana batubara mentah run-of-mine (ROM), yang diperoleh langsung dari tambang, dilakukan untuk menghilangkan bahan organik dan kotoran, yang bertujuan untuk memastikan kualitasnya. Pengolahan batubara tergantung pada sifat aslinya dan tujuan penggunaan.
Menurut laporan Aneel, pengolahan tersebut menghasilkan limbah padat yang biasanya disimpan di daerah yang dekat dengan pertambangan dan dibuang langsung ke aliran air atau bendungan tailing, menciptakan daerah yang luas yang tertutup oleh bahan cair. Zat beracun yang ada di tailing diencerkan dalam air hujan (leaching), yang berupa cairan, perlahan-lahan merembes ke dalam tanah (perkolasi), mencemari air tanah.
Tailing ini biasanya mengandung konsentrasi besar pirit (besi sulfida - FeS2) atau bahan sulfida lainnya, yang berkontribusi pada pembentukan asam sulfat dan intensifikasi proses “drainase tambang asam”.
Mengangkut
Menurut Aneel, pengangkutan merupakan aktivitas paling mahal dalam proses produksi batu bara mineral. Oleh karena itu, biasanya batubara yang diangkut hanya yang memiliki kandungan pengotor yang rendah, dan nilai ekonomis yang lebih tinggi.
Ketika tujuan penggunaan batu bara adalah untuk menghasilkan listrik, pembangkit listrik tenaga termoelektrik dibangun di sekitar wilayah penambangan, seperti halnya dengan lima pembangkit listrik tenaga uap yang beroperasi di negara tersebut.
Dari sudut pandang ekonomi, lebih menguntungkan berinvestasi di jalur transmisi untuk mendistribusikan energi listrik yang sudah diproduksi, daripada mengangkut batu bara jarak jauh.
Untuk jarak pendek, metode yang paling efisien adalah penggunaan konveyor. Jaringan pipa juga digunakan, di mana batu bara, dicampur dengan air, diangkut dalam bentuk lumpur.
Pembangkit listrik melalui batu bara
Setelah diekstraksi dari tanah, mineral batubara tersebut terfragmentasi dan disimpan dalam silo. Itu kemudian diangkut ke pembangkit listrik tenaga panas.
Menurut Furnas, pembangkit listrik tenaga termoelektrik diartikan sebagai sekumpulan pekerjaan dan peralatan yang berfungsi menghasilkan energi listrik melalui proses yang secara konvensional dibagi menjadi tiga tahap.
Langkah pertama terdiri dari pembakaran bahan bakar fosil untuk mengubah air di ketel menjadi uap. Dalam kasus batubara mineral, sebelum proses pembakaran diubah menjadi bubuk. Ini menjamin pemanfaatan termal terbesar dari proses pembakaran.
Tahap kedua adalah penggunaan uap yang dihasilkan di bawah tekanan tinggi, untuk memutar turbin dan menyalakan generator listrik. Aliran uap melalui turbin menyebabkan turbin dan juga generator bergerak, yang dihubungkan ke turbin, mengubah energi mekanik menjadi energi listrik.
Siklus ditutup pada tahap ketiga dan terakhir, di mana uap dikondensasi dan dipindahkan ke sirkuit pendingin independen, kembali ke keadaan cair, seperti air ketel.
Energi yang dihasilkan diangkut dari generator ke transformator melalui kabel konduktif. Trafo, pada gilirannya, mendistribusikan energi listrik ke pusat konsumsi melalui jalur transmisi.
Emisi
Saat batubara dibakar, unsur-unsur yang terkandung di dalamnya diuapkan (menguap) dan dilepaskan ke atmosfer bersama dengan sebagian materi anorganik yang dilepaskan dalam bentuk partikel debu (fly ash).
sini
Batubara mineral merupakan material dengan konsentrasi karbon yang tinggi. Dengan cara ini, ketika batubara dibakar, ia mengeluarkan karbon monoksida dalam konsentrasi yang besar.
Karbon monoksida adalah gas beracun yang sangat berbahaya bagi kesehatan manusia dan dapat menyebabkan kematian, dalam kasus keracunan akut. Menurut Perusahaan Lingkungan Negara Bagian São Paulo (Cetesb), rute utama keracunan karbon monoksida adalah melalui pernapasan. Setelah terhirup, gas dengan cepat diserap oleh paru-paru dan mengikat hemoglobin, mencegah pengangkutan oksigen yang efisien. Oleh karena itu, paparan karbon monoksida yang berkepanjangan dikaitkan dengan peningkatan kejadian infark di kalangan lansia.
Selain itu, begitu berada di atmosfer, karbon monoksida dapat dioksidasi menjadi karbon dioksida.
Karbon dioksida
Karbondioksida dapat diemisikan secara langsung melalui pembakaran batu bara dan bahan bakar fosil lainnya, atau dapat dibentuk di atmosfer dari reaksi kimia, misalnya dari reaksi oksidasi karbon monoksida.
Karbon dioksida dianggap sebagai salah satu gas utama dalam proses mengintensifkan efek rumah kaca, yang dikaitkan dengan peningkatan pemanasan global. Dan itu juga salah satu jenis gas utama yang diemisikan oleh pembakaran batu bara.
Perlu diperhatikan bahwa pembakaran merupakan fase dalam rantai produksi batubara yang mana terdapat emisi karbondioksida terbesar, namun tahapan penyimpanan dan penyimpanan tailing juga berkontribusi terhadap emisi total. Namun, menurut laporan Kementerian Sains dan Teknologi, kurangnya pengetahuan tentang waktu penyimpanan bijih dalam setiap kasus menjadi faktor pembatas dalam penghitungan total emisi.
Sulfur
Menurut laporan Masyarakat Perencanaan Energi Brasil, dari semua emisi dari pembangkit listrik tenaga batu bara, salah satu yang paling mengkhawatirkan adalah emisi sulfur. Saat dibakar, belerang membentuk rangkaian senyawa gas yang dilepaskan ke atmosfer jika tidak ada peralatan untuk menangkapnya. Dari jumlah tersebut, sulfur dioksida (SO2) menonjol.
Sulfur dioksida (SO2) mengalami oksidasi di atmosfer dan membentuk sulfur trioksida (SO3) yang selanjutnya bila terikat pada air hujan (H2O) akan membentuk asam sulfat (H2SO4) sehingga menimbulkan hujan asam .
Hujan asam berdampak langsung pada kehidupan tumbuhan dan hewan, terutama perairan. Dalam sayuran, hal itu menyebabkan perubahan pigmentasi dan pembentukan serta nekrosis. Pada hewan, hal itu menyebabkan kematian organisme, seperti ikan dan katak. Hujan asam juga menyebabkan kerusakan barang material, karena mendukung proses korosif.
Menurut Kementerian Lingkungan Hidup, dampak sulfur dioksida pada kesehatan manusia mungkin terkait dengan peningkatan kejadian gangguan pernapasan secara umum dan asma, yang ditunjukkan dengan peningkatan jumlah pasien yang dirawat di rumah sakit.
Metana
Batubara mineral memiliki kandungan metana (CH4) yang tinggi. Pembakaran batu bara mineral melepaskan metana ke atmosfer, yang dapat dikaitkan dengan uap air dan karbon dioksida dan dianggap sebagai salah satu gas rumah kaca utama.
Metana terbentuk dari proses penguraian bahan organik. Karena alasan ini, kemunculannya dikaitkan dengan bahan bakar fosil.
Penting untuk dicatat bahwa, terlepas dari kenyataan bahwa proses pembakaran batubara melepaskan sejumlah besar metana ke atmosfer, emisi metana dalam proses produksi batubara mineral terjadi sejak ekstraksi bijih, terutama di tambang bawah tanah dan dalam penyimpanan material pasca-penambangan, seperti yang dapat dilihat dalam laporan Kementerian Sains dan Teknologi
Nitrogen oksida (NOx)
Batubara mineral juga memiliki konsentrasi nitrogen yang tinggi. Oleh karena itu, pembakaran batubara mengeluarkan nitrogen oksida ke atmosfer. Gas pembakaran biasanya sebagian besar terdiri dari nitrogen oksida. Ketika memasuki atmosfer, dengan cepat teroksidasi menjadi nitrogen dioksida.
Nitrogen dioksida, ketika terikat pada air hujan (H2O), menghasilkan asam nitrat (HNO3) yang, seperti asam sulfat (H2SO4), juga menyebabkan hujan asam.
Selain itu, konsentrasi NO2 yang tinggi mempengaruhi pembentukan ozon troposfer dan proses kabut fotokimia.
Particulate matter (MP)
Menurut Cetesb, material partikulat adalah semua material padat dan cair yang tetap tersuspensi di atmosfer karena ukurannya yang kecil. Materi partikulat juga terbentuk di atmosfer dari sulfur dioksida (SO2) dan nitrogen oksida (NOx) yang disebutkan di atas.
Besar kecilnya partikel berhubungan langsung dengan potensi gangguan kesehatan.
Air raksa
Selain gas yang telah disebutkan, batubara mineral juga mengandung sejumlah besar merkuri, yang melalui pembakaran bijih diuapkan ke atmosfer.
Menurut EPA - Environmental Protection Agency, pembangkit listrik tenaga batu bara adalah sumber antropogenik emisi merkuri terbesar.
Merkuri yang mudah menguap yang ada di atmosfer dimasukkan ke dalam siklus hujan, mencapai badan air dan menyebabkan kontaminasi lingkungan dan kerusakan pada kehidupan air. Kontaminasi merkuri juga merupakan masalah kesehatan masyarakat, karena konsumsi organisme air yang terkontaminasi merkuri dapat menyebabkan keracunan akut, dan dalam beberapa kasus kematian.
