Steen- en bruinkool voorraden, winning en transport


Introductie

Kolen, in de vorm van steen- en bruinkool, is één van de belangrijkste primaire energiedragers op aarde. Steen- en bruinkool voorzien in 40% van de huidige wereldwijde elektriciteitsproductie. Voor individuele landen kan dit aandeel uiteraard veel hoger zijn. In Polen bijvoorbeeld wordt 94% van de totale elektriciteitsproductie uit kolen geproduceerd, in China is dit 77% en in Australië 76%. Hoewel kolen vaak negatief in het daglicht staan wegens de relatief "vuile" verbranding (er komt ordergrootte 1 ton CO$_2$ per MWh elektriciteit vrij), is het gebruik van kolen voor elektriciteitsopwekking de laatste jaren sterker gegroeid dan het gebruik van gas, olie, uranium of duurzame energiebronnen.

Ontstaan van kolen

Kolen ontstaan uit resten van dode planten die dikke veenlagen vormen in moerassen. Deze laag komt onder klei of zand te liggen. Gedurende miljoenen jaren wordt het veen door hoge druk en temperatuur samengeperst tot bruinkool. Aan hogere temperaturen en drukken blootgesteld, vordert het verkolingsproces van turf, naar bruinkool, steenkool en tenslotte anthraciet. Daarbij verandert de samenstelling naar een hoger koolstofgehalte; naarmate het verkolingsproces voortschrijdt, neemt het percentage waterstof, stikstof en zuurstof af. Deze ontsnappen in de vorm van gassen, zoals mijngas en koolzuur.

Verschillende soorten kolen

Het onderscheid tussen de verschillende soorten kolen wordt gemaakt op basis van het restgehalte aan vluchtige bestanddelen, volgens onderstaande tabel:

Soort kolen Percentage vluchtige bestanddelen
Anthraciet minder dan 8%
Magerkolen 8%-12%
Esskool 12%-20%
Vetkool tot 33%
Askool meer dan 33%

Tabel 1. Soorten kolen, op basis van het percentage vluchtige bestanddelen. Bron: TU Delft 2007

Een hoogwaardige harde koolkwaliteit wordt dus gekenmerkt door een hoog koolstofgehalte. Laagwaardige kolen zoals bruinkool en presteenkool, is zachter en vochtiger en ziet er aardachtig uit. Door het relatief lage koolstofgehalte en de relatief lage energie inhoud per volume-eenheid, verloopt de verbranding veel minder efficiënt dan bij hoogwaardige harde kolen.

De verschillende soorten kolen verschillen qua energieinhoud, vochtgehalte (moisture) en gebruiksfuncties. In figuur 1 is te zien dat vooral laagwaardige kolen hun weg vinden naar de elektriciteitsproductie; de beste kwaliteiten worden vooral gebruikt in de industrie.


Figuur 1. Soorten steenkool, hun energieinhoud en gebruiksfuncties. Bron: World Coal Institute 2009w

Voorraad

De voorraden van kolen zijn, anders dan bij aardolie en aardgas, redelijk over de wereld gespreid. Grote, gemakkelijk winbare steenkoolvoorraden zijn vooral te vinden in de Verenigde Staten, Rusland, China, India en Australië, Zie figuur 2.


Figuur 2. De landen met de grootste kolenvoorraden, gemeten in megaton, data 2008. Bron: Wikipedia 2013kw

In figuur 3 is per werelddeel de voorraad aangegeven. De wereldvoorraad steenkool is naar schatting over 2012 toereikend voor de komende 109 jaar (BP 2013w). Nieuwe technieken waarmee laagwaardige en diep gelegen koolvoorraden economisch winbaar zouden kunnen worden, zijn volop in ontwikkeling, zodat de verwachte R/P ratio mogelijk nog fors kan toenemen.


Figuur 3. Kolenvoorraden, huidige waarden en de trends per werelddeel, gemeten als R/P ratio (in jaren), data 2012. Bron: BP 2013w

Een overzicht van de steenkoolmijnen in onze regio is in figuur 4 weergegeven. Ook in Nederland worden steenkoolreserves aangetroffen, in Zuid-Limburg en in de Achterhoek. De Nederlandse steenkoolvoorraden dateren uit het steenkooltijdperk. Alleen in Zuid-Limburg werden de koolvoorraden gedurende decennia commercieel geëxploiteerd. Door concurrentie met goedkope steenkool uit de VS (dagbouw) en de opkomst van de aardolie en aardgas, werd de Nederlandse steenkoolwinning onrendabel. Op 31 december 1974 werd de laatste Nederlandse kolenmijn gesloten.


Figuur 4. Steenkoolmijnen in Nederland, Duitsland, België en Frankrijk. De genummerde steenkoolmijnen zijn in 2012 nog actief. (bron: Wikimedia Commons)

Winning

Er bestaan twee manieren om steenkool te winnen; ondergrondse winning en oppervlaktewinning (open pit). De keuze voor het type winning is grotendeels afhankelijk van geologische ligging van de steenkool. Van de wereldwijde steenkoolproductie wordt 60% gewonnen door middel van ondergrondse mijnbouw.

Ondergrondse winning

Ondergrondse winning gebeurt met room-and-pillar mining en longwall mining. Bij room-and-pillar mining worden er grote kamers gegraven waarin er pilaren van steenkool overgehouden worden om ondersteuning voor het dak te bieden. Deze pilaren worden vaak in een later stadium alsnog afgebroken om de steenkool uit de pilaren te winnen. De mijn stort hierbij dan gedeeltelijk in. Bij longwall mining wordt steenkool verwijderd door grote machines die steeds een laag van een lange wand afschrapen. Deze wanden kunnen tot wel 350 meter lang zijn. Door mechanische steunpilaren wordt voorkomen dat de mijn instort.

Het grote voordeel van room-and-pillar mining is dat de winning zeer snel kan beginnen, doordat er mobielere machines worden gebruikt die rond de 5 miljoen euro kosten. Longwall mining vergt hoge up front investeringen omdat er steunpilaren en machines gebouwd moeten worden in de mijn (World Coal Institute 2009w). De keuze voor room-and-pillar mining lijkt hiermee voor de hand liggend, maar de hoeveelheid te winnen steenkool verschilt per type. Bij room-and-pillar mining wordt circa 40% van het steenkool gebruikt als pilaar, waardoor er maar 60% gewonnen kan worden. Dit terwijl er bij longwall mining in totaal 75% gewonnen kan worden. De mogelijkheid tot het herwinnen van de steunpilaren speelt een grote rol. Uiteindelijk wordt er per mijn een kostenanalyse gemaakt waarop de keuze voor het type winning gebaseerd wordt.

Oppervlaktewinning

Oppervlaktewinning (open pit mining) is een zeer effectieve manier van het winnen van steekool; 90% van alle steenkool kan gewonnen worden. De winning vind plaats door zeer grote oppervlaktes af te graven met enorme grafmachines. De velden zijn veelal meerdere km$^2$ groot. Om de grond klaar te maken voor de graafmachines worden vaak explosieven gebruikt, waarna de kool opgegraven kan worden en overgeladen in grote trucks die de kool naar een preparatiefabriek brengen.

Transport

De wijze waarop steenkool wordt getransporteerd hangt in grote mate samen met afstand tussen bron en gebruiker. Voor de kleinere afstanden worden vrachtwagens gebruikt, op de middenlange afstand treinen en op de lange afstand schepen. Net als voor het transport van aardolie en LPG worden er ook voor kolentransport reusachtige schepen gebouwd die samen rond de 630 miljoen ton steenkool per jaar transporteren. Dit transport is vrij kostbaar, in tegenstelling tot bijvoorbeeld olietransport per tankerschip, gezien het grote volume dat getransporteerd moet worden in relatie tot de energie-inhoud. In het geval van steenkool kunnen de transportkosten oplopen tot 70% van de kostprijs. Gezien het grote aandeel van de transportkosten valt de wereldmarkt voor steenkool min of meer in twee delen uiteen, de Atlantische markt en de Pacifische markt. Het transport van landen in de Indische en de Stille Oceaan vindt grotendeels naar andere landen rond de Pacific plaats. Steenkool dat in Nederland wordt aangevoerd komt voor meer dan 40% uit Colombia en verder voornamelijk uit Australië, de VS, Zuid-Afrika, Rusland en Letland.

Bronnen

BP 2013w,
World Coal Institute 2009w,
BP 2013w, BP Statistical Review of World Energy. De 2013 versie is gebruikt. Geraadpleegd 5 november 2013
TU Delft 2007, TU Delft, Coalpage, geraadpleegd 2007
Wikipedia 2013kw, Wikipedia - Coal, geraadpleegd 5 november 2013
World Coal Institute 2009w, World Coal Institute, The Coal Resource, a comprehensive overview of coal. Geraadpleegd 7 februari 2014

Laatste wijziging: 24-02-2017
Creative Commons-Licentie
Deze publicatie valt onder een Creative Commons licentie. Zie hiervoor het colofon.