L'anthracite, forme du charbon au plus haut rang d'houillification.

Affleurement naturel d'une veine de charbon bitumineux (sur le littoral de la Nouvelle-Écosse).

Affleurement naturel de couches successives de charbon (Plage d'Austinmer ; Australie, Nouvelle-Galles du Sud).

Exemple de structure d'un charbon.

Convoyeurs et bâtiments de la mine de charbon de Jin Hua **** (Datong, Shanxi, Chine).

Le charbon est une roche sédimentaire exploitée dans des charbonnages en tant que combustible et formée à partir de la dégradation partielle de la matière organique des végétaux. Couvrant 29 % des besoins énergétiques mondiaux en 2012, le charbon est actuellement la seconde ressource énergétique de l'humanité, derrière le pétrole (31 %), et la première source d'électricité avec 40,4 % de la production en 2012.

Le charbon a été utilisé comme combustible dès le XI siècle ; son extraction dans les mines a rendu possible la révolution industrielle au XIX siècle.

La combustion du charbon est responsable de 44 % des émissions de CO2 dues à l'énergie en 2012, contre 35 % pour le pétrole et 20 % pour le gaz naturel. Pour atteindre l'objectif des négociations internationales sur le climat de maintenir la hausse des températures en deçà de 2 °C par rapport à l'ère préindustrielle, il faudrait globalement s'abstenir d'extraire plus de 80 % du charbon disponible dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050.

Au cours de plusieurs millions d'années, l'accumulation et la sédimentation de débris végétaux dans un environnement de type tourbière provoque une modification graduelle des conditions de température, de pression et d'oxydo-réduction dans la couche de charbon qui conduit, par carbonisation, à la formation de composés de plus en plus riches en carbone : la tourbe (moins de 50 %), le lignite (50 à 60 %), la houille (60 à 90 %) et l'anthracite (93 à 97 %).

La formation des plus importants gisements de charbon commença au Carbonifère, environ de -360 à -295 Ma.

Dans son appellation courante, le terme désigne généralement la houille. Autrefois, il était appelé charbon de terre en opposition au charbon de bois.

Production de charbon en millions de tonnes en 2013 (source : BP) Chine (46,6%) États-Unis (11,3%) Inde (7,7%) Australie (6,1%) Indonésie (5,3%) Russie (4,4%) Autres (18,6%)

Description

Propriétés

Le charbon est une roche sédimentaire combustible composée essentiellement de carbone, d'hydrogène et d'oxygène. Ce sont les observations au microscope d'Hutton et de Link, vers 1840, qui ont permis la découverte de la composition du charbon.

Il se forme sur plusieurs millions d'années à partir de l'accumulation de débris végétaux qui vont sédimenter et carboniser progressivement à la suite d'une modification graduelle des conditions de température et de pression.

Les propriétés physiques et chimiques du charbon dépendent donc essentiellement du « lithotype », qui reflète le degré de carbonisation du charbon (le « rang » du charbon) ; Plus le rang est élevé, plus sa teneur en eau est faible et sa teneur en carbone est forte, plus son pouvoir calorifique est important. Les charbons de rang supérieur sont donc des combustibles de meilleure qualité. Les charbons de rang inférieur sont plus brunâtres, plus ternes et plus friables tandis que les charbons de rang supérieur sont plus noirs, plus durs et plus résistants.

Formation

La formation des plus importants gisements de charbon commença au Carbonifère, environ de -360 à -295 Ma.

Le processus de transformation du charbon se nomme « carbonification » ou « houillification » et prend environ 300 à 500 millions d’années pour transformer un végétal (arbre...) mort en anthracite (le charbon ayant le plus grand pourcentage de carbone).

Pour que le charbon se forme, il faut des conditions géologiques particulières. Une très grande quantité de débris végétaux doit s'accumuler dans une couche d'eau peu profonde et faible en dioxygène (environnement de type tourbière), ce qui permet à une partie de la matière organique d'échapper à l'action des décomposeurs. Au cours de plusieurs millions d'années, l'accumulation et la sédimentation de ces débris végétaux provoque une modification graduelle des conditions de température, de pression et d'oxydoréduction dans la couche de charbon qui conduit, par carbonisation, à la formation de composés de plus en plus riche en carbone : la tourbe (50 à 55 %), le lignite (55 à 75 %), la houille (75 à 90 %) et l'anthracite (> 90 %). La qualité du charbon, appelée « maturité organique », dépend donc des conditions physico-chimiques, ainsi que de la durée de sa formation.

Selon une étude ayant comparé l'horloge moléculaire et le génome de 31 espèces de basidiomycètes (agaricomycètes : « pourriture blanche », groupe qui contient aussi des champignons ne dégradant pas la lignine (pourriture brune) et des espèces ectomycorrhiziennes), cet arrêt de formation du charbon semble pouvoir être expliqué par l'apparition de nouvelles espèces de champignons capables de dégrader la totalité de la lignine grâce à des enzymes (les lignine-peroxydases).

Friedrich Bergius a tenté vers 1913 de transformer en laboratoire du bois en charbon. Il lui était possible de reproduire le facteur pression, par contre, il lui était impossible de recréer le facteur temps.

Classification

Principaux types de charbons

Il existe de nombreuses variétés de charbon, que l'on distingue selon plusieurs critères dont les principaux sont :

l'humidité

la teneur en matières minérales non combustibles (cendres)

le pouvoir calorifique,

l'inflammabilité, liée à la teneur en matières volatiles.

La plupart de ces critères sont corrélés avec l'âge du charbon : les charbons les plus "récents" (lignite) sont assez humides et contiennent relativement beaucoup de matières volatiles inflammables, tandis que les plus vieux (anthracites) se sont naturellement dégazés au cours du temps ; ils sont difficiles à enflammer, mais plutôt secs et quasiment constitués de carbone presque pur, ils ont un fort pouvoir calorifique.

Un autre critère important, bien qu'il n'intervienne pas dans les classifications, est la composition des matières minérales. Certains charbons (par exemple, charbons indonésiens) ont des cendres majoritairement composées d'oxydes de calcium ou de sodium, dont le point de fusion est assez bas ; ces cendres emportées dans les fumées de combustion auront tendance à se coller sur les parois des fours ou chaudières et les colmater. D'autres charbons (par exemple, charbons australiens) ont des cendres très abrasives composées essentiellement de silice et d'alumine ; la conception des fours ou chaudières où seront brûlés ces charbons devra donc être adaptée.

Pour classifier les charbons, on doit en faire l'analyse. Les propriétés des charbons (analyse, pouvoir calorifique…) sont donnés soit sur " brut" c'est-à-dire pour le charbon tel qu'il sera brûlé, soit sur "sec", c'est-à-dire pour un charbon préalablement séché, soit sur "pur", c'est-à-dire pour la partie réellement combustible du charbon, hors cendres et humidité. L'analyse immédiate est par définition donnée sur "brut" et l'analyse élémentaire généralement donnée sur "pur".

Les principaux types de charbon

Anthracite.

Houille.

Bloc de lignite à usage domestique.

Morceaux de tourbe.

Analyse immédiate

L'analyse immédiate détermine la composition du charbon selon les 4 composants :

L'humidité totale

La teneur en cendres

La teneur en matières volatiles

La teneur en carbone fixe (par différence)

Analyse élémentaire

L'analyse élémentaire donne la composition chimique du charbon en carbone (C), azote (N), oxygène (O), hydrogène (H), soufre (S).

La plupart des pays exploitant (ou ayant exploité) des mines de charbon, ont développé leur propre classification. Au niveau international, c'est la classification américaine (ASTM) qui fait référence.

Classification française

Elle est basée sur la teneur en matières volatiles et sur l'indice de gonflement ; elle comprend :

les anthracites, dont la teneur en matières volatiles est inférieure ou égale à 8 %

les maigres et anthraciteux, dont la teneur en MV est de 8 à 14 %

les quart-gras, (12 % > MV > 16 %)

les demi-gras (13 % > MV > 22 %)

les gras à courte flamme (18 % > MV > 27 %)

les gras (27 % > MV > 40 %)

les flambants gras (MV > 30 %)

les flambants secs (MV > 34 %)

Classification américaine

Elle est basée sur la teneur en matières volatiles pour les charbons de plus haute qualité et sur le pouvoir calorifique supérieur (PCS) pour les autres.

Les teneurs en matières volatiles sont données en pourcentage de la masse du charbon "pur" (sans humidité, ni matières minérales) et les PCS (pouvoirs calorifiques supérieurs) sont donnés sur une base hors cendres (mais y compris l'humidité naturelle).

Classification européenne

Elle comprend les catégories suivantes :

Anthracite.

Bitumineux

Sub-bitumineux

Meta-lignite

Ortho-lignite

Il existe plusieurs classifications du charbon, qui peuvent dépendre de sa composition chimique, de la nature des débris végétaux, ou de son utilisation pratique.

Les principales catégories de charbon reposent sur la teneur en carbone, correspondant à l'évolution du charbon au fil du temps :

Tourbe (50 à 55 %) : produit de la fossilisation des débris végétaux par les micro-organismes dans les tourbières, milieux humides et pauvres en oxygène

Lignite (55 à 75 %), ou charbon brun : brunâtre, plutôt tendre

Charbon sub-bitumineux, ou lignite noir

Houille (75 à 90 %) : le charbon proprement dit Houille grasse, ou charbon bitumineux : le type de charbon le plus courant Houille demi-grasse Houille maigre, ou houille sèche

Houille grasse, ou charbon bitumineux : le type de charbon le plus courant

Houille demi-grasse

Houille maigre, ou houille sèche

Anthracite (90 à 95 %) : le plus haut rang

Graphite : la plus pure variété de charbon, peu utilisé comme combustible

Histoire

Marco Polo signalera, à son retour de Chine, que les Chinois chauffaient leurs maisons et cuisaient leurs aliments en faisant brûler d’étranges pierres noires. Mais c’est au XVIII siècle que se généralise son utilisation, notamment à cause de la révolution industrielle. Les motivations venaient des effets de déboisement massif provoqué par le développement des industries grandes dévoreuses de bois. La fourniture de combustible devenait une préoccupation et la cherté du bois devenait réelle dans les villes. Seul le charbon fournit assez de chaleur pour faire marcher les machines à vapeur . À partir de là commence l'exploitation industrielle des mines de charbon un peu partout en Europe, puis dans le monde.

Dans les zones charbonnières, les enfants travaillaient à la mine dès 13 ans. Le métier était dangereux, les coups de grisou fréquents, l'extraction à la pioche et à la pelle puis à la haveuse. Aujourd'hui, les normes de sécurité ont beaucoup évolué.

En France, la stratégie malthusienne des compagnies débouche sur une sous-production et une pénurie, aggravée lorsque les allemands détruisent les puits pendant la première guerre mondiale. Pour pallier la pénurie, l'État et la Bourse favorisent la multiplication par huit de la production hydroélectrique dans les années 1920. Après la Libération, les dirigeants communistes Benoît Frachon et Maurice Thorez lancent la « bataille pour la production » et les mines sont nationalisées pour former Charbonnages de France ; en 1958, le record national historique de production est atteint (58,9 Mt), suivi d'un déclin inexorable, les réserves s'épuisant ; l'émergence du nucléaire permet de remplacer le charbon, les centrales à charbon étant de plus en plus approvisionnées en charbon importé.

Exploitation

Extraction

Exploitation à ciel ouvert.

Préparation

La préparation du charbon, également appelée lavage du charbon, désigne le traitement du minerai tout venant qui permet de garantir la qualité constante du charbon et de mieux l’adapter à des utilisations finales particulières. Ce traitement dépend des propriétés du charbon et de l’usage auquel il est destiné. Un simple broyage peut suffire mais il se peut aussi qu’un processus plus complexe soit nécessaire pour réduire les impuretés ; on broie alors le minerai brut, puis on trie les fragments par taille ; les grands fragments sont en général triés par flottation : on nettoie le charbon des impuretés en le plongeant dans un bac rempli d’un liquide d’une gravité particulière, normalement composé d’eau et de fines particules de magnétite en suspension. Le charbon étant plus léger, il flotte à la surface et peut être séparé des minerais plus lourds et des autres impuretés qui coulent au fond. Les fragments plus petits sont traités de diverses manières, dans des centrifugeuses par exemple, qui séparent les solides et les liquides contenus dans un récipient en le faisant tourner à très grande vitesse. D’autres méthodes sont basées sur les différentes propriétés de surface du charbon et des résidus. Dans le cas de la «flottation par écumage», on élimine les particules de charbon avec une mousse que l’on produit en soufflant de l’air dans un bain d’eau contenant certains réactifs chimiques. Les bulles attirent le charbon mais pas les résidus et sont enlevées pour récupérer les particules de charbon. Les récents progrès technologiques ont permis d’augmenter la quantité de particules de charbon ultra fines récupérées.

Transport

Terminal du port de Nakhodka, en Extrême-Orient russe, servant à exporter du charbon.

Barge de transport de charbon.

Sur le site minier, le transport se fait généralement par convoyeur ou camion.

Un charbonnier est un navire vraquier destiné à transporter exclusivement du charbon.

Les terminaux charbonniers sont les infrastructures portuaires spécialisées dans l'accueil de ce type de navires.

Lorsque les sites de consommation de charbon (centrales électriques, aciéries) sont éloignés des terminaux charbonniers d'importation, le transport terrestre du charbon se fait par barges sur les fleuves et canaux, par chemin de fer ou même par camion.

Les coûts de transport varient fortement en fonction de l'offre et de la demande, mais de façon générale le transport maritime est peu coûteux, d'où le développement des centrales à charbon en bord de mer ; par contre, les transports terrestres sont très coûteux, beaucoup plus que ceux du transport de pétrole par oléoduc ou du gaz par gazoduc, ce qui fait perdre au charbon sa compétitivité par rapport au pétrole et au gaz dès lors que la distance entre le terminal charbonnier et le site de consommation devient importante. Pour tenter de résoudre ce problème, des carboducs transportant des particules de charbon en suspension dans de l'eau ont été construits, en général sur de courtes distances, mais parfois à longue distance, par exemple aux États-Unis, où le carboduc de Black Mesa (Arizona), en fonction de 1970 à 2005, utilisait 5,5 millions de litres d'eau par an pour transporter le charbon sur 437 km jusqu'au Nevada.

Stockage

Le stockage du charbon s'effectue, en fonction des aléas de la production, du transport et de la consommation, soit sur le carreau de la mine, soit au niveau des terminaux charbonniers, soit à celui des sites de consommation.

Réserves

Les réserves prouvées mondiales de charbon sont estimées fin 2014 à plus de 892 milliards de tonnes, elles sont disséminées sur tous les continents dans plus de 70 pays. Les principales réserves sont situées aux États-Unis (26,6 %), en Russie (17,6 %), en Chine (12,8 %), en Australie (8,6 %) et en Inde (6,8 %). Si la consommation restait constante, les réserves connues de charbon pourraient durer 110 ans tandis que les réserves de pétrole et de gaz naturel devraient s'épuiser respectivement en 53 ans et 54 ans.

Utilisation

Le charbon couvre 29 % des besoins énergétiques mondiaux en 2012 ; il est actuellement la seconde ressource énergétique de l'humanité, derrière le pétrole (31 %), et le combustible fossile le plus utilisé dans le monde pour la production d'électricité, source de 40,4 % de l'électricité mondiale produite en 2012. De nombreux pays l'utilisent encore comme source d'énergie principale en 2012 comme l'Afrique du Sud (69 %), la Chine (68 %) et la Pologne (52 %).

Le rapport annuel 2014 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) sur le charbon prévoit que la consommation mondiale de charbon devrait encore croître de 2,1 % par an d'ici à 2019 ; la Chine représentera encore 61 % de la croissance de la demande mondiale : 471 millions de tonnes équivalent charbon (Mtec) sur un total de 772 Mtec, suivie par l'Inde : +177 Mtec, les pays de l'ASEAN : +79 Mtec et l'Afrique : +38 Mtec ; par contre, la consommation de charbon baissera de 54 Mtec en Amérique du Nord et de 14 Mtec en Europe. Depuis 2011, le marché du charbon est marqué par une offre excédentaire, qui a tiré les prix vers le bas : 70-80 dollars la tonne en 2014 sur le marché européen, contre 120 dollars en 2011.

Un an plus tard, l'AIE revoit en forte baisse le taux prévisionnel de croissance de la demande de charbon dans son scénario central : +0,8 % par an sur 2013-2020. Selon Fatih Birol, directeur exécutif de l’AIE, « la Chine est définitivement entrée dans une nouvelle ère, dans laquelle sa croissance économique ralentit, l’intensité énergétique de sa croissance décline, et la dépendance au charbon diminue, sous l’influence des préoccupations environnementales comme la pollution de l’air et la réduction des émissions de CO₂ ». L’AIE estime même que la Chine pourrait déjà avoir atteint son « peak coal » : des premières données sur 2015 indiquent que la demande de charbon en Chine aurait été inférieure à celle de 2013. Dans un scénario que l’AIE juge désormais « probable », la demande mondiale de charbon baisserait de 0,1 % par an entre 2013 et 2020, tirée à la baisse par un recul en Chine (-1,2 % par an, contre +0,8 % dans le scénario central). La moitié de la croissance de la demande mondiale prévue vient désormais de l’Inde : +4,1 % par an d’ici 2020, qui deviendrait le deuxième consommateur mondial, devant les États-Unis, dès 2018.

Transformation en liquide ou en gaz

Le gaz de houille est obtenu par le procédé chimique de pyrolyse, qui consiste à décomposer un composé organique par la chaleur, en l’absence d’oxygène, pour obtenir un solide carboné, une huile ou un gaz. La pyrolyse du charbon permet donc d’obtenir un gaz brut riche en hydrogène (H2), méthane(CH4), monoxyde de carbone (CO) et aussi du carbone impur tels le coke et le sulfure d’hydrogène. Ces gaz étaient fabriqués dans des usines à gaz et étaient stockés dans des gazomètres puis servaient dans un premier temps à des fins d’éclairage puis par la suite à des fins de chauffage.

La liquéfaction du charbon, plus connue sous le terme anglo-saxon « Coal-To-Liquids » ou « CTL », consiste en la conversion du charbon en hydrocarbures liquides proches des carburants issus de la pétrochimie. L’Afrique du Sud, pour des raisons d'indépendance énergétique, a développé plusieurs usines. Sasol y produit aujourd'hui à partir du charbon près de 30 % de la consommation en hydrocarbures liquides du pays, par la voie indirecte et le procédé Fischer-Tropsch.

Impact environnemental

En brûlant, outre du CO₂, le charbon libère dans l'air de nombreux polluants (NOx, dioxyde de soufre, métaux lourds, HAPs... et particules fines). Il est néanmoins encore employé pour faire la cuisine dans de nombreux foyers, en Asie surtout.

Mine à ciel ouvert dans le Wyoming (États-Unis.)

Quai de chargement.

La production d'électricité par les centrales au charbon ici en 2010 à Shuozhou (Shanxi, Chine) est une source importante de particules, de polluants gazeux (dont les gaz à effet de serre).

Au stade de l'extraction et du transport

De premiers impacts directs et indirects existent à ce stade : Les chantiers produisent des poussières susceptibles de causer la silicose quand elles sont inhalées durant une longue période (cause fréquente de mortalité des mineurs).

Certaines mines affectent directement la faune et la flore en détruisant leur habitat (mines à ciel ouvert, crassiers) ou indirectement par les pollutions directes ou indirectes ou par des modifications environnementales telles que les rabattements de nappe induits par les pompages de dénoiement des mines ou causés par l'utilisation d'une eau de surface pour les besoins miniers (arrosage pour abattement des taux d'empoussièrement, lavage du charbon, etc.).

Selon les caractéristiques du gisement, le charbon est plus ou moins riche en éléments indésirables (soufre, métaux lourds, radionucléides) et il peut laisser se dégazer du grisou.

Stade de la transformation et, ou combustion

La carbochimie quand elle est associé aux bassins charbonniers a été et reste une source importante de pollution. Elle a au XX siècle laissé de lourdes séquelles de pollution de nappes, sols et sédiments.

La combustion du charbon est également une activité particulièrement polluante, plus que pour d'autres énergies fossiles en raison de la quantité de produits indésirables que contient le charbon.

Au cours de la pyrolyse, le charbon émet de nombreux gaz et particules volatiles toxiques et polluantes : HAP, dont benzène et ses dérivés aromatiques (notamment le benzo[a]pyrène), goudrons, dérivés du phénol comme les dioxines… Lorsque le charbon se met à brûler, il émet des oxydes de soufre et d'azote qui acidifie l'air, ainsi que des suies et d'autres éléments toxiques comme le cadmium, l'arsenic ou le mercure.

La combustion du charbon libère dans l'air des quantités importantes de soufre, qui contribue au phénomène de pluies acides et avec le CO2 (transformé en acide carbonique dans l'eau aux phénomènes d'acidification des eaux de surface et des mers. Or, dans un milieu acide ou acidifié, les métaux lourds, dont ceux mis en circulation par la combustion du charbon sont plus mobiles dans l'environnement, plus « biodisponible » et plus « bioassimilables ».

De nombreux foyers utilisent le charbon pour le chauffage et/ou pour la cuisine, en produisant une fumée nuisible à la santé : L'OMS estime que plus de 1,3 million de personnes meurent chaque année des suites de problèmes respiratoires causés par des combustibles solides (bois, herbacées, tourbe, bouses séchées et charbon).

Contributions au forçage climatique

Le charbon est majoritairement formé de carbone. Sa combustion libère donc énormément de dioxyde de carbone (gaz à effet de serre).

L'Agence internationale de l'énergie évalue les émissions mondiales de CO2 dues au charbon à 13 924 Mt en 2012, contre 5 195 Mt en 1971 et 8 317 Mt en 1990 ; la progression depuis 1990 est donc de 67,4 % ; ces émissions représentent 44 % des émissions dues à l'énergie en 2012, contre 35 % pour le pétrole et 20 % pour le gaz naturel.

Si la tendance se poursuit, en 2030 les émissions mondiales seront accrues de 14,0 Gt CO2 (+ 56 %), et les émissions de 7,5 Gt CO2 (+80 %) avec 4,8 Gt CO2 provenant du charbon. En 2050, la situation serait pire encore avec un accroissement de 30,5 Gt CO2 (+ 300%) et 21,1 Gt CO2 en plus issus du charbon. Si les meilleures technologies actuellement disponibles (en 2000-2005) pour un charbon plus « efficace » et plus propre étaient utilisées partout, l'augmentation des émissions serait diminuée de 22 % relativement au niveau attendu en 2050, et de 11 % par rapport au niveau attendu en 2030. L'espoir de technologies propres fait envisager à certains une atténuation plus importante de l'augmentation des émissions (de 9,7 Gt CO2 ; soit une baisse relative de 32 % par rapport au scenario « business as usual » pour 2050, et de 18 % par rapport au même scenario pour 2030). Équiper toutes les centrales au charbon de ces technologies coûteuses et en grande partie encore hypothétiques d'ici 2030 ou 2050 semble cependant peu réaliste, et « en tous cas, même un déploiement total des meilleures technologies de charbon propre disponibles ne fait que limiter l’augmentation d’émissions de CO2 ».

La combustion du charbon libère aussi d'autres gaz à effet de serre (NOx en particulier).

Dans le cadre des négociations internationales sur le climat, tous les pays se sont engagés à maintenir la hausse des températures en deçà de 2 °C par rapport à l'ère préindustrielle. Or Christophe McGlade et Paul Ekins, chercheurs à l'UCL (University College London), soulignent dans la revue Nature que pour aboutir à ce résultat, il faudrait que globalement, les pays s'abstiennent d'extraire un tiers des réserves de pétrole, la moitié des réserves de gaz et plus de 80 % du charbon disponibles dans le sous-sol mondial, d'ici à 2050. Les chercheurs montrent ainsi, pays par pays, que cela concerne l'essentiel des immenses réserves de charbon qui se trouvent en Chine, en Russie, en Inde et aux États-Unis.

Vers un charbon « vert » ou « propre » ?

L'industrie cherche (dans le contexte notamment du marché du carbone) à « verdir » le charbon en projetant pour le futur proche une filière dite « clean coal » associant une combustion mieux contrôlée, à un meilleur lavage des fumées et vapeurs, et à la capture et séquestration du dioxyde de carbone qui fait l'objet de tests et recherches au niveau de la Post-combustion, de la Pré-combustion ou avec une Oxy-combustion. Le charbon ne pourrait devenir réellement propre que par la séquestration géologique du dioxyde de carbone (CCS), or si un meilleur contrôle de la combustion et du refroidissement des gaz permet de réduire les dioxines, les SOx, NOx…), la récupération du plomb et du mercure des vapeurs de combustion n'est pas encore au point.

La question se pose aussi du devenir et de la gestion des énormes crassiers de cendres et mâchefers ou du plomb, mercure et autres toxiques récupérés.

Enfin, le captage du CO₂ n'est pas encore au point à échelle industrielle, et il consomme des quantités significatives d'énergie ou de ressources. Et le stockage géologique n'est pas sans risques si le CO₂ reste sous forme de gaz.

Évoluer vers le charbon propre a un coût exorbitant pour les pays pauvres ; Selon l'AIE, il faudrait 1 500 milliards de dollars d'investissements cumulés (auquel il faudrait ajouter les coûts d'entretien) rien que pour mettre aux normes des meilleures pratiques des années 2000 les centrales électriques au charbon de 2001 à 2030. Les coûts seraient encore bien plus élevés si une très faible émission de CO2 est visée. Des pays comme l'Allemagne peuvent investir dans un charbon « vraiment propre » en espérant pouvoir valoriser ces investissements pour sous forme de technologies, savoir et savoir-faire, brevets et équipements de captation des polluants et du carbone, mais pour les pays pauvres, l'investissement paraît impossible, d'autant que l'exploitation et le transport de nouvelles ressources charbonnières devrait elle-même nécessiter pour la même période (2001-2030) un besoin supplémentaire en investissements cumulés d'environ 398 milliards USD. En outre ces techniques devraient augmenter le prix du charbon, ce qui pourrait le rendre moins compétitif face aux alternatives renouvelables (solaire, éolien, énergies marines, méthanisation, méthanation, etc.)

Recherche & Développement

Comme le charbon est abondant, et qu'il pose des problèmes qui concernent aussi l'industrie pétrolière et gazière (dont pour la difficile dépollution du mercure) ainsi que des industries lourdes très émettrices de CO2 comme la métallurgie et les cimentiers, de nombreux programmes de R&D pour la capture et séquestration du dioxyde de carbone ont été lancés dans le monde, dont aux États-Unis (projet « FutureGen »), en Australie (COAL21) et en Europe (projets « Castor », « Hypogen » et « ENCAP »). Ces recherches impliquent en France des entités nationales telles que le BRGM, Gaz de France, Total, Air liquide, EDF, Arcelor, CNRS, GEOSTOCK, INERIS, Groupe Lafarge, SARP Industries, Schlumberger, l'Institut français du pétrole, Charbonnages de France, le Club CO2 et le Réseau des technologies pétrolières et gazières (RTPG), etc. avec le soutien de l'ADEME, qui peuvent coopérer avec d'autres groupes européens (Siemens par exemple) ou extra-européens. Mais à ce jour, les prototypes les plus avancés ne peuvent traiter qu'une infime partie des émissions totales.

Dans tous les cas, à moyen ou long terme, développer l'efficience énergétique et diminuer l'appel aux énergies fossiles et donc au charbon, au profit d'énergies renouvelables, propres, sûres et décentralisées devrait être une priorité estiment la plupart des experts.

Aléa moral

Les efforts pour diminuer les émissions de CO2 sont affaiblis par les espoirs placés dans la séquestration géologique du dioxyde de carbone. Il s'agit d'une forme de l'aléa moral qui affaiblit la volonté des individus et des gouvernements à diminuer leurs émissions puisqu'une réponse plus économique serait possible selon les partisans de cette technique mais limitée et risquée selon ses détracteurs.

Impact sanitaire

L'extraction du charbon dans les mines est un travail dangereux (espérance de vie réduite pour les mineurs) surtout quand le charbon est exploité dans des galeries souterraines : coup de grisou, intoxications, silicose, effondrements. L'inhalation de poussière de charbon est l'un des facteurs de maladies articulaires et de maladies respiratoires, dont silicose et de risque accru de cancer du poumon et du larynx.

Les mineurs sont aussi exposés au radon (gaz radioactif qu'ils inhalent, et qui devient alors source de cancer des poumons) et ses produits de dégradation ; certains charbons contiennent des quantités significatives d'uranium qui en se dégradant libère du radon : dans la mine de charbon de Figueira (sud du Brésil), on a trouvé une radioactivité ambiante 30 fois supérieure à la moyenne des mines de charbon, qui pourrait expliquer une mortalité anormalement élevée chez les mineurs qui y travaillent.

En France, deux maladies professionnelles liées à l'extraction du charbon sont reconnues par la Sécurité sociale :

broncho-pneumopathie chronique obstructive du mineur de charbon (tableau n 91 du régime général) depuis 1992 ;

lésions chroniques du segment antérieur de l'œil provoquées par l'exposition à des particules en circulation dans les puits de mine de charbon (tableau n 93 du régime général) depuis 1995.

煤炭

烟煤

煤（Coal）是一种可燃的黑色或棕黑色沉积岩，这样的沉积岩通常是发生在被称为煤床或煤层的岩石地层中或矿脉中。因为后来暴露于升高的温度和压力下，较硬的形式的煤可以被认为是变质岩，例如无烟煤。煤主要是由碳构成，连同由不同数量的其它元素构成，主要是氢，硫，氧和氮。

在历史上，煤被用作能源资源，主要是燃烧用于生产电力和/或热，并且也可用于工业用途，例如精炼金属，或生产化肥和许多化工产品。作为一种化石燃料，煤的形成是古代植物在腐败分解之前就被埋在地底，转化成泥炭，然后转化成褐煤，然后为次烟煤，之后烟煤，最后是无烟煤。煤产生之碳氢化合物经过地壳运动空气的压力和温度条件下作用，产生的碳化化石矿物，亦即，煤炭就是植物化石。这涉及了很长时期的生物和地质过程。

成分

现有沼泽中的泥炭。 煤炭化学结构的例子 煤其主要成分为碳、氢、氧和少量的氮、硫或其它元素。硫是煤最主要杂质之一，其通常以硫化物之形式出现于煤的燃烧生成物中。于某些国家，例如美国已设立规范管制硫化物之排放量，因除去此类有害杂质花费不低，故政府均奖励生产低硫煤以减少污染。 煤被认为是远古植物遗骸埋在地层下经过泥炭→褐煤→烟煤→无烟煤的转变所形成的，无烟煤还可以进一步转化为石墨。

分类

根据其碳化程度不同分类，可以依次分为泥炭、褐煤（棕褐煤、黑赫煤）、烟煤（生煤）、无烟煤、亚煤(褐煤的一种，是日本的特有分类）。无烟煤碳化程度最高，泥炭碳化程度最低。 根据其岩石结构不同分类，可以分为烛煤、丝炭、暗煤、亮煤和镜煤。含有95%以上镜质体的为镜煤，煤表面光亮，结构坚实，含有镜质体和亮质体的为亮煤，含粗粒体的为暗煤，含丝质体的为丝炭，由许多小孢子形成的微粒体组成的为烛煤。 根据煤中含有的挥发性成分多少来分类，可以分为贫煤（无烟煤，含挥发分低于12%）、瘦煤（含挥发分为12-18%）、焦煤（含挥发分为18-26%）、肥煤（含挥发分为26-35%）、气煤（含挥发分为35-44%）和长焰煤（含挥发分超过42%）。其中焦煤和肥煤最适合用于炼焦碳，挥发分过低不粘结，过高会膨胀都无法用于炼焦，但一般炼焦要将多种煤配合。 1989年10月，中华人民共和国国家标准局发布《中国煤炭分类国家标准》（GB5751-86），依据干燥无灰基挥发分Vdaf、粘结指数G、胶质层最大厚度Y、奥亚膨胀度b、煤样透光性P、煤的恒湿无灰基高位发热量Qgr，maf等6项分类指标，将煤分为14类。即褐煤、长焰煤、不粘煤、弱粘煤、1／2中粘煤、气煤、气肥煤、1／3焦煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫瘦煤、贫煤和无烟煤。 按终端用途，一般生产的煤炭可分为两种：焦煤与电煤，均属于广义范围的烟煤与次烟煤。焦煤与电煤市场的经营彼此相对独立。

品质鉴定

对煤的品质鉴定，还要根据其发热量、灰分（不能燃烧的部分）和含硫量等因素，根据起用途来确定。如果用做燃料，含硫高则会燃烧产生二氧化硫污染大气，必须要增加脱硫的成本，用做炼焦，膨胀系数也是一个主要因素。

煤炭的优缺点

优点：煤炭资源量丰富，且因世界各地都有煤炭矿藏，因此开采及供给皆很稳定，价钱也较石油及天然气便宜。

缺点：煤炭的发热量比石油或天然气小，煤炭在燃烧时，所排放出的二氧化碳量高于石油及天然气。产量有限，是不可再生能源

用途

煤做为燃料 运载煤的火车 煤用于炼焦，可以产生煤焦油及氨水。焦碳是用于炼铁的重要原料。煤焦油可提取多种工业用的重要化合物。很多人以为煤气是从煤制造出来的，但事实是煤气是从原油提炼出来的石脑油再加以提炼而成的。煤也可以直接汽化，生成水煤气（一氧化碳和氢的混合物），直接用做清洁燃料。 煤，尤其是烟煤（任何挥发分较高的煤）直接作为燃料会冒出黑烟，浪费其中挥发分并造成大气污染，英国由于气候多雾，对污染尤其敏感，早在20世纪初即颁布法律禁止将原煤直接作为燃料，只能燃烧焦碳或半焦。 焦煤和焦炭利用 无烟燃料工厂的焦碳炉，位于英国威尔士。 焦碳作为炼铁的重要原料，对生铁的质量有关键的作用，如果含硫和磷高，会严重降低生铁质量，灰分高会降低热值。因此用于炼焦的煤必须经过洗选，以降低其灰分和硫含量。炼出的焦碳必须选大块坚实的，不能在高炉中被压碎，以便可以通风。选出的碎焦只能做燃料，碎焦做燃料发热量大，不冒烟，是很好的燃料。 煤的气化 煤气化可用于产生合成气，这是一种一氧化碳(CO)和氢气(H2)气体的混合物。通常合成气被用于燃烧于燃气轮机产生电力，但是，通过费托合成工艺，合成气的通用性也允许它被转换成运输燃料如汽油和柴油。煤气化联合费托技术目前被南非的萨索尔化学公司使用，从煤和天然气生产汽车用的燃料。 煤的液化 煤液化被用来从煤生产液体合成燃料: 甲烷，和石油化工产品。煤液化分为直接液化和间接液化两种。直接液化意味着碳化和氢化。间接液化就是先把煤进行气化，生成水煤气，再合成乙烷、乙醇等燃料，也可以进一步合成燃油。 化工品的生产 煤炭是生产许多化肥及其它化工产品的重要原料。生产这些产品的主要途径是煤气化产生合成气。直接从合成气生产初级化学产品包括甲醇，氢气和一氧化碳，它们是化工产品的基本成分，从中可以继续生产衍生化学产品的整个化工产品频谱的制造，包括烯烃，乙酸，甲醛，氨，尿素等。作为初级化学品和高价值的衍生产品的前体，合成气的通用性提供了的一种选择，使用相对便宜的煤炭，以产生广泛的有高价值的商品。 从历史上看，煤的化工品生产已经自1950年代已经被使用，并已创建市场。根据2010年的全球气化数据库，在当前的和计划中的气化炉的调查，2004年至2007年化工生产提高了产品的气化份额从37％到45％。从2008年到2010年，22％添加气化炉是被用于化工生产。

采矿方法

2005年煤炭产量 在美国怀俄明州的煤矿，美国拥有世界上最大的煤炭储量。 大部分烟煤和无烟煤均利用深度采煤法所取得，而近代技术已可使用露天采煤法。露天采煤法需动用每小时能移除数百公吨之大型挖土机，移走数百英呎深之表面土层。虽然成本较低及较快扩挖速度，但会破坏环境景观。一般深度采煤法之深度为数百呎至数千呎，通常需要数个直井作为坑道通风，抽走甲烷并减少矿坑内部之热与湿度。目前大约90﹪以上的煤田利用机械方式采煤和输送，因而坑道内之运输主要依赖输送带，其将煤输送至直井，然后再送出地面予以清洗、分类等处理。

煤炭的淘汰

煤矿稀薄程度的形成

主要煤炭进口国

下表列出年度煤炭总进口数量达两千万短吨以上的国家，最大的进口国仍为日本、中国及南韩。 世界主要煤炭进口国及进口数量(百万短吨) 国家 2006 2007 2008 2009 2010 2011 百分比 日本 199.7 209.0 205.9 182.1 206.7 194.1 16.4% 中国 42.1 53.6 43.3 124.4 163.8 192.5 16.3% 韩国 84.1 94.1 107.1 109.9 125.8 138.2 11.7% 印度 52.7 59.6 67.1 83.3 **.0 86.8 7.4% ** 69.1 72.5 70.8 **.7 69.9 73.5 6.2% 德国 50.6 56.2 54.9 45.9 55.2 49.3 4.2% 英国 56.8 49.0 49.2 42.3 29.4 35.9 3.0% 俄罗斯 28.8 26.3 34.6 26.9 28.4 27.3 2.3% 荷兰 25.8 29.3 23.6 22.1 22.8 27.2 2.3% 土耳其 22.9 25.8 21.7 22.7 23.7 26.4 2.2% 意大利 27.9 28.0 27.9 20.9 24.0 25.7 2.2% 马来西亚 12.0 14.7 17.0 16.0 22.9 23.7 2.0% 巴西 16.4 18.1 19.0 14.2 19.5 21.8 1.8% 西班牙 26.3 27.1 23.3 18.9 14.4 18.0 1.5% 法国 24.1 22.1 25.0 18.2 20.8 17.3 1.5% 美国 40.3 38.8 37.8 23.0 20.6 14.5 1.2% 加拿大 23.9 21.2 23.5 14.6 14.7 10.8 0.9% 总计 990.7 1,046.5 1,052.4 1,024.1 1,115.0 1,181.1 100%

主要产煤国

储备期仅仅是基于目前的生产水平和探明储量级别显示的国家的一个估计，并不假设未来生产的甚至目前生产的趋势。具有年产量超过100万吨的国家都显示。为了比较，还显示用于欧洲联盟的数据。份额是基于以吨油当量的数据。 按国家和年的煤产量 (百万吨) 国家 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 份额 储备期 (年) 中国 1834.9 2122.6 2349.5 2528.6 2691.6 2802.0 2973.0 3235.0 3520.0 49.5% 35 美国 972.3 1008.9 1026.5 1054.8 1040.2 1063.0 975.2 983.7 992.8 14.1% 239 印度 375.4 407.7 428.4 449.2 478.4 515.9 556.0 573.8 588.5 5.6% 103 欧盟 637.2 627.6 607.4 595.1 592.3 563.6 538.4 535.7 576.1 4.2% 97 澳大利亚 350.4 3**.3 375.4 382.2 392.7 399.2 413.2 424.0 415.5 5.8% 184 俄罗斯 276.7 281.7 298.3 309.9 313.5 328.6 301.3 321.6 333.5 4.0% 471 印尼 114.3 132.4 152.7 193.8 216.9 240.2 256.2 275.2 324.9 5.1% 17 南非 237.9 243.4 244.4 244.8 247.7 252.6 250.6 254.3 255.1 3.6% 118 德国 204.9 207.8 202.8 197.1 201.9 192.4 183.7 182.3 188.6 1.1% 216 波兰 163.8 162.4 159.5 156.1 145.9 144.0 135.2 133.2 139.2 1.4% 41 哈萨克斯坦 84.9 86.9 86.6 96.2 97.8 111.1 100.9 110.9 115.9 1.5% 290 世界总量 5,301.3 5,716.0 6,035.3 6,342.0 6,573.3 6,795.0 6,880.8 7,254.6 7,695.4 100% 112