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石炭(せきたん、coal)とは、古生代の植物が完全に腐敗分解する前に地中に埋もれ、そこで長い期間地熱や地圧を受けて変質(石炭化)したことにより生成した物質の総称。見方を変えれば植物化石でもある。

石炭は古くから燃料として使われてきており、特に産業革命以後20世紀初頭まで最重要の燃料として、また化学工業や都市ガスの原料として「黒ダイヤ」・「黒いダイヤ」・「黒の宝石」等と呼ばれていた。石油は液体でカロリーが石炭の2倍のため第一次世界大戦前後から艦船燃料は石油に切り替わり、戦後中東で大量の石油が採掘され、1バーレル1ドルの時代を迎えると産業分野でも石油の導入が進み(エネルギー革命)西側先進国で採掘条件の悪い坑内掘り炭鉱は廃れた。

しかし1970年代に二度の石油危機で石油がバーレル12ドルになると、産業燃料や発電燃料は再び石炭に戻り、米国やドイツや中国などでは、石炭は現在も最も重要なエネルギー源である。ただし、日本では豪州の露天掘りなど採掘条件の良い海外鉱山で機械化採炭された安価な海外炭に切替わり国内炭鉱は復活しなかった。海上荷動きも原油に次いで石炭と鉄鉱石が多く30万tの大型石炭船も就役している。

他の化石燃料である石油や天然ガスに比べて、燃焼した際の二酸化炭素 (CO₂) 排出量が多いため地球温暖化問題の面からは不利であるが、天然ガスも石油も数十年の埋蔵量しかないのに比べ、石炭は150年以上の埋蔵量がある。また石油と違い政情の安定している国の埋蔵量が多く、価格も安定しているほか、日本を含む多くの国にとって石炭は有事の場合に自給可能な唯一の燃料でもある。

◆ 石炭の成り立ち

現在の地球上では枯れて倒れた樹木は大半がシロアリやキノコに代表される菌類や微生物によって分解されてしまうが、石炭ができるためには完全に分解される前に地中に埋没することが必要である。植物の遺体が分解されずに堆積する場所として湿原や湿地帯が挙げられる。これらの場所においては植物の遺体は酸素の少ない水中に沈むことによって生物による分解が十分進まず、分解されずに残った組織が泥炭となって堆積する。泥炭は植物が石炭になる入り口とされている。他の成因として大規模な洪水で大量の樹木が湖底等の低地に流れ込んで土砂に埋まる事も考えられる。地中に埋まった植物は年代を経るに従って 泥炭→褐炭→瀝青炭→無煙炭 に変わってゆく。この変化を石炭化と呼ぶ。

◇ 石炭化

地中に埋まった植物が地圧や地熱を受けて石炭になる変化を総称して石炭化と呼ぶ。これは多様な化学反応を伴った変化である。セルロースやリグニンを構成する元素は炭素、酸素、水素であるが、石炭化が進むに従って酸素や水素が減って炭素濃度が上がってゆき、外観は褐色から黒色に変わり、固くなってゆく。炭素の含有量は泥炭の70%以下から順次上昇して無煙炭の炭素濃度は90%以上に達する。化学的には植物生体由来の脂肪族炭化水素が脱水反応により泥炭・褐炭になり、次に脱炭酸反応により瀝青炭となり、最後に脱メタン反応により芳香族炭化水素主体の無煙炭に変わってゆく。植物が石炭化する速度は地中での圧力や温度の影響を受ける。日本は環太平洋造山帯に位置し地殻変動が盛んなため、諸外国の産地よりも高温・高圧にさらされて石炭化の進行が早いとする説もある。

◇ 石炭が産出する地層

石炭は元となった植物が繁茂していた時代に相当する地層から産出される。

古生代の地層は石炭が産出する地層としては最も古く、産出は無煙炭が主体。古生代に繁茂していた植物は現在のシダ類やトクサ類の祖先に相当するが、当時の代表的な植物であるリンボクは高さ30mになる大木で、大森林を形成していたと考えられている。

・ 石炭紀(2億8千万年前頃): ヨーロッパ、北米

・ 二畳紀(2億2千万年前頃): 中国、インド、オーストラリア、アフリカ

中生代はソテツやイチョウなどの裸子植物が優勢となった。この時代の地層から産出する石炭は海外では殆ど瀝青炭だが、日本で産出するのは無煙炭が主体である。

・ 三畳紀(1億9千万年前頃): ヨーロッパ中部、北米、中国南部、インドシナ

・ ジュラ紀(1億5千万年前頃): ヨーロッパ中南部、北米、アジア東部

・ 白亜紀(1億2千年万前頃): ヨーロッパ中部 北米、南米、アフリカ

新生代第三紀(7〜2千万年前)の植物は、現在に近い樹種が主体。産出する石炭は、外国では石炭化の低い褐炭が主体だが、日本の炭鉱では瀝青炭が産出される。

・ ドイツ、北米、中米、オーストラリア、日本

植物の体はセルロース、リグニン、タンパク質、樹脂などなどで構成されている。このうち古生代に繁茂したシダ類ではセルロースが40〜50%リグニンが20〜30%であり、中生代以後に主体となる針葉樹類ではセルロースが50%以上リグニンが30%である(何れも現生種のデータ)。これらの生体物質を元にしてが石炭が形成された。

: の主な参考文献 - 『石炭技術総覧』第2章石炭を採る、『太陽の化石:石炭』第1章石炭の生い立ち

◆ 燃料としての特徴

石炭は燃料としては最も埋蔵量が多い地下資源である。しかし採掘・運搬・使用(燃焼)に際して不利な点も多い。

◇ 石炭の利点

石油が安価だった時代、重油製鉄も検討されたが、製鉄における石炭の優位は崩せなかった。

また発電燃料・産業燃料においても微粉炭ボイラー(石炭を粉にして吹き込む)が開発され、手作業給炭は過去のものとなったのと、重油ボイラーを比較的簡単に微粉炭ボイラーに改造可能であったため、第二次石油危機後の1980年代に発電燃料・産業燃料はほとんど、値段の安い石炭に回帰するか天然ガスに切り替わった。

産業分野において石炭は過去の遺物ではなく、現役の主力エネルギーである(ただし日本国内炭は炭層が薄くて傾斜しておりロングウォールに向かず、海外炭に太刀打ちできなかった。ただ昨今の原油高で海外炭相場も値上がりしたので、一部国内炭鉱が将来的な再開を検討している)。

;安価なコスト

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