煤炭是一种使用历史悠久的能源，帮助人类度过了一个又一个寒冬。然而，你真的了解煤炭吗？你知道煤炭是怎么形成的吗？你知道无烟煤为什么没有烟吗？本文将带你探索关于煤炭的14个有趣冷知识，从历史到科学，从日常到奇妙用途，让你对煤炭有一个全新的认识。准备好你的好奇心，我们现在开始！
人类使用煤炭的历史可以追溯到数千年前，煤炭是人类最早使用的能源之一。早在公元前1000年，今天我国东北部抚顺矿区附近的居民就可能已经开始使用煤炭来冶炼铜。而在欧洲，煤炭的使用记录可以追溯到古罗马时代，考古学家在英国发现了公元2世纪和3世纪使用煤炭的证据。
煤炭是地球上储量最为丰富的能源，截至2020年，全球已探明的煤炭储量约为10741.1亿吨，相当于132年的消费量。远超石油（储量约为50年的消费量）和天然气（储量约为49年的消费量）。煤炭资源分布广泛，全球约有80个国家拥有煤炭资源，满足了全球约30%的能源需求。
在所有石化能源中，煤炭的成本优势显著，同等发热量下，煤炭的成本仅为石油的30%，天然气的40%。
以下是截至2024年9月，全球主要煤炭出口国的煤炭价格表格：
国家
煤炭类型
价格（每吨）
澳大利亚
动力煤
$150
中国
723元人民币（约$100）
印度
$90
俄罗斯
$120
南非
$110
煤炭的等级划分主要依据其碳含量和能量密度。一般来说，碳含量越高，能量密度越高，煤炭的等级就越高。根据中国的煤炭分类标准，煤炭的等级从高到低分为无烟煤、烟煤和褐煤三大类。其中，等级最高无烟煤在燃烧时一般不冒烟，这是因为它的固定碳含量高，挥发分含量低。挥发分是指煤炭在高温下分解产生的气体和液体成分，这些成分在燃烧时会产生烟雾。
以下是无烟煤、烟煤和褐煤的具体信息：
煤化程度
固定碳含量
挥发分
含水量
主要用途
无烟煤
最高
>80%
<10%
低
制造煤气、炭电极、活性炭
烟煤
中等
76%-92%
10%-40%
炼焦、动力锅炉、气化工业
褐煤
最低
<76%
>37%
高
发电、气化工业
截至2024年，全球煤炭储量最丰富的国家是美国，其煤炭储量占全球总储量的23.2%，约为2489.41亿吨。俄罗斯紧随其后，占全球储量的15.1%，约为1621.66亿吨。澳大利亚的煤炭储量占全球的14%，约为1500亿吨。而我国的煤炭储量也非常可观，占全球储量的13.3%，约为1431.97亿吨。印度的煤炭储量占全球的10.3%，约为1100亿吨。这五个国家的煤炭储量之和占全球总储量的76%。这些数据表明，煤炭资源在全球的分布相对集中，主要集中在少数几个国家。
截至2024年，中国的煤炭资源主要分布在华北和西北地区，尤其集中在山西、陕西和内蒙古三省（区），这三个地区的煤炭储量占全国总储量的60%以上。其中，山西省的焦煤储量占全国的60%，内蒙古则以露天煤矿和优质动力煤著称。陕西省的煤炭资源也非常丰富，主要以低硫动力煤为主。此外，新疆、贵州和四川等省份也有较为丰富的煤炭资源。全国32个省（区、市）中，除上海市外均有煤炭资源，但总体呈现“北富南贫，西多东少”的分布格局。这种分布特点决定了我国煤炭运输的主要流向为“北煤南运”和“西煤东运”。
截至2024年，我国是全球人均煤炭使用量最高的国家。2022年，中国的煤炭消费量达到45.6亿吨，占全球总消费量的54.8%。按14亿人口计算，人均煤炭使用量约为3.26吨。相比之下，同样是煤炭出口大国的印度的人均煤炭使用量仅为0.8吨。中国的煤炭消费主要集中在发电和工业领域，发电用煤占总消费量的60%以上。
煤炭对环境的污染主要源于其开采、加工和燃烧过程。每燃烧100万吨煤炭，会排放约2万吨二氧化硫（SO2）、20万吨灰渣和3万吨烟尘。这些污染物会导致酸雨，破坏土壤和森林。此外，燃煤产生的氮氧化物（NOx）会引发肺气肿和肺癌等疾病。煤炭开采过程中产生的煤矸石、煤矿瓦斯和矿井水也会污染土壤和水源。因此，尽管煤炭是重要的能源，但其对环境和健康的负面影响不容忽视。
煤炭是全球最大的二氧化碳（CO2）排放源，占全球二氧化碳排放的近40%。2022年，全球二氧化碳排放量达到368亿吨，其中煤炭燃烧贡献了约150亿吨。相比之下，石油和天然气分别贡献了约110亿吨和70亿吨。煤炭的单位热值碳排放量最高，每燃烧一吨煤炭会产生约2.86吨二氧化碳。此外，煤炭开采和运输过程中也会释放大量甲烷，这是一种比二氧化碳更强效的温室气体。
煤气是通过煤炭的不完全燃烧产生的。在煤气化过程中，煤炭与水或空气在高温条件下反应，生成一氧化碳（CO）和氢气（H2）。具体而言，每吨煤炭可以生产约300立方米的煤气。煤气的主要成分是一氧化碳和氢气，其中一氧化碳具有毒性，因此煤气的使用需要特别注意安全。煤气广泛应用于工业和家庭燃料，但由于其毒性和安全隐患，近年来逐渐被更为清洁和安全的天然气所取代。
煤油是通过煤炭液化技术生产的。煤炭液化分为直接液化和间接液化两种技术路线。直接液化是将煤炭在高温高压下通过催化加氢直接转化为液态烃类燃料。间接液化则是先将煤炭气化为合成气（主要是一氧化碳和氢气），然后通过费托合成反应生成液态燃料。煤油主要用于照明，是喷灯、汽灯和煤油炉的燃料。
煤炭和钻石在化学组成上相似，主要成分都是碳元素。煤炭的主要成分是碳，同时还含有氢、氧、氮和硫等元素。钻石则是由纯碳在高温高压条件下形成的单质晶体。尽管两者的主要成分相同，但由于形成条件不同，导致它们的物理性质差异巨大。煤炭结构松散，呈黑色或棕黑色。而钻石结构致密，呈透明或半透明状，具有极高的硬度和光泽。不过，我们可以通过HTHP（高温高压）方法模拟天然钻石在地壳深处的高温高压环境，将煤炭中的碳元素转化为钻石。在HTHP过程中，温度需达到1500°C，压力需超过5GPa。
煤炭中含有多种金属元素，这些金属在煤炭的开采、加工和利用过程中会对环境产生影响。例如，煤炭中常见的重金属包括铅（Pb）、锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镉（Cd）和汞（Hg）。这些重金属在煤炭燃烧过程中会释放到大气中，造成空气污染。此外，煤炭中还含有镓（Ga）、锗（Ge）和锂（Li）等稀有金属。这些金属元素的存在不仅影响煤炭的燃烧效率，还对环境和人体健康构成潜在威胁。