Hiiliteollisuus aiheuttaa merkittäviä vahinkoja ympäristölle ja on yksi vaarallisimmista ihmisen toiminnoista. Tärkeimmät kielteiset seuraukset luonnolle ovat metaanipäästöt hiilisaumojen kehittymisen aikana ja hiilidioksidi polttoaineen palamisesta, ilman saastuminen hiilipölyllä, happosateet, maaperän tuhoutuminen, maanalaiset tulipalot ja kiven putoaminen sekä myrkyllisten jätteiden kerääntyminen [1] [ 2] [3] . Siitä huolimatta kivihiili on halvuutensa vuoksi maailman yleisin polttoaine: se tuottaa jopa 40 % kaikesta sähköstä. Ja huolimatta yrityksistä rajoittaa sen käyttöä, Venäjän , Intian ja Kiinan kaltaisten maiden viranomaiset lisäävät aktiivisesti hiilen kehittämistä, käyttöä ja vientiä [4] [5] .
Hiilikaivokset, kaatopaikat ja hakkuut loukkaavat maaperän luonnollista profiilia, tuhoavat kohokuviota ja kasvillisuutta sekä vähentävät maatalous- ja metsämaan pinta-alaa [6] . Molemmat louhintamenetelmät - avoin ja suljettu - rikkovat suoliston geologista rakennetta, mikä johtaa romahduksiin, maanvyörymiin ja mutavirtoihin. Hiilen louhinnan aikana kaivostyöntekijät joko poistavat maaperän pintakerroksia tai kaivavat syviä louhoksia. Jätekiviä hyödynnetään harvoin, enimmäkseen ne viedään yksinkertaisesti erityisille kaatopaikoille. Ne koostuvat huonolaatuisesta hiilestä ja maasta, ovat helposti säänkestäviä, aiheuttaen pölysaasteita ja kykenevät itsestään syttymään [7] [8] [9] . Lisäksi kivihiilen louhinta vaikuttaa pohjaveden tasoon, vuodot yrityksissä johtavat pintavesistöjen saastumiseen sekä kalakantojen ja muiden asukkaiden tuhoutumiseen [10] [11] .
Planeetan voimakkaimmat saastuttajat ovat hiililämpövoimalaitokset [12] . Hiiltä poltettaessa ilmakehään vapautuu myrkyllisiä aineita ja lentotuhkaa, mikä pahentaa ilmansaasteongelmia tiheästi asutuilla alueilla, joilla yleensä sijaitsevat lämpövoimalaitokset. Hiilen palamistuotteet, kuten rikkidioksidi (SO 2 ) ja typen oksidit (NO x ), aiheuttavat happosateita, elohopea ja muut raskasmetallit saastuttavat vesistöjä ja maaperän pintakerroksia tehden alueista sopimattomia elämään ja taloudelliseen toimintaan [11] . Tuhkahiukkasten koko voi olla 0,1 mikronia - tällä koolla ne pystyvät tunkeutumaan kehoon jopa ihon läpi. Suuremmat päästöt ( PM2.5 tai PM10 ) päätyvät ihmiskehoon hengitysteiden kautta, mikä vähitellen johtaa hengitystie- ja onkologisten sairauksien kehittymiseen [13] [14] . Tämän seurauksena jo vuonna 2017 hiilenpolton päästöt aiheuttivat vähintään puolen miljoonan kuolemantapauksen vuodessa [15] .
Ei ole olemassa tekniikoita, jotka mahdollistaisivat hiilen tuotannon, kuljetuksen ja polton ilman merkittäviä ympäristövaurioita [16] . Edes hiilivoimaloiden kaasujen talteenottojärjestelmät eivät tarjoa täydellistä päästöjen puhdistusta. Kansainvälinen energiajärjestö ei tunnusta, että olemassa olevat "vihreät" tekniikat hiilidioksidin talteenottamiseen ja varastointiin hiilivoimaloissa tekevät niistä ympäristöystävällisiä [17] [18] [19] .
Kivihiilen louhinta suoritetaan avoimilla ja suljetuilla menetelmillä: ensimmäinen soveltuu matalille ja vaakasuorille saumoille, toinen syvälle juurtuneille reserveille. Maaperälle ja geologiselle rakenteelle vaarallisimpia ovat avolouhokset, koska niiden kehittämisen aikana laajoilla alueilla poistetaan maaperän pintakerrokset, joiden alla on hiilisauma. Mittakaavassa: yli 60 vuotta ruskohiilen louhintaa neljässä Kreikan avoimessa kaivoksessa louhittiin vain 1,7 miljardia tonnia hiiltä ja yli 8,5 miljardia kuutiometriä kiveä [20] [21] [1] . Yleensä tällaiset "tyhjät", tarpeettomat kivet varastoidaan kasoihin (kaatopaikoille) lähellä kaivosaluetta. Ne miehittävät laajoja alueita ja tuhoavat luonnonmaisemia. Pelkästään Kiinassa syntyy vuosittain noin 7 miljardia tonnia jätehiiltä, ja vuonna 2019 maassa oli 1 600 kaatopaikkaa olemassa olevien kaivosten lähellä [22] [23] .
Hiilentuotanto on yksi suurimmista kiinteän teollisuusjätteen lähteistä, joka aiheuttaa korjaamatonta vahinkoa alueiden luonnolle. Maailman 3 500 suuren kaivosyrityksen arviointi osoitti, että ne tuottavat vuosittain yli 100 miljardia tonnia kiinteää jätettä [24] . Kaatovuorille upotettu maaperän ja huonolaatuisen hiilen seos puhaltaa helposti tuulen mukana, sade huuhtoutuu pois myrkyllisten aineiden massasta ja siirtyy ympäröivään maaperään [23] [1] [2] . Ympäristön heikkeneminen johtaa alueiden kasviston ja eläimistön ehtymiseen [7] [25] .
Avoimessa kehittämisessä viranomaiset vetäytyvät usein maatalousmaasta, ja jäljellä olevan maan hedelmällisyys heikkenee huomattavasti. Esimerkiksi Kemerovon alueella , jossa kivihiiliteollisuutta kehitetään, lähes kaikentyyppisten maataloustuotteiden todellinen tuotanto jää jäljelle kansallisista indikaattoreista [21] [26] . Tämä johtuu siitä, että kivihiilen kaivosalueiden maaperä on altis saastumiselle vaarallisilla aineilla (pääasiassa Cr , Ni , Cu , Zn , Cd ja Pb ). Kiinan kaivosalueilla maatalousmaan saastetaso on keskimäärin 34,3 % suurempi kuin sallitut normit [27] .
Hiilen louhinta tuhoaa olemassa olevia kasvijärjestelmiä ja vähentää maaperän hedelmällisyyttä. Jätemaa on ylikyllästetty myrkkyillä eikä pidä kosteutta (kiihtynyt valuminen), joten kasvit eivät juurtu siihen. Jotkut pilakasat sisältävät suuria määriä löysää liusketta , joka hajoaa nopeasti saveksi. Ne estävät veden tunkeutumisen, mikä johtaa kastelemiseen ja maaperän mikrobiston kuolemaan [28] [29] . Useimpien maiden lainsäädäntö edellyttää kehitettyjen louhosten maan pakollista uudelleenviljelyä, mutta monet maaperän käyttäjät yrittävät välttää näitä töitä niiden korkeiden kustannusten vuoksi. Esimerkiksi Venäjällä yhden hehtaarin ennallistaminen maksaa jopa 270 tuhatta ruplaa. Vuosien 2012-2018 aikana maan vuosittainen talteenotto pieneni 1,7-kertaiseksi (yli 1000 hehtaarista 589 hehtaariin), vaikka kivihiilen louhinnan vuoksi vuosittain häiriintynyt maa-ala kasvoi yli 2-kertaiseksi [30] [31] [32] [33] [34] . Tämän seurauksena vuoteen 2020 mennessä Siperian liittovaltion piirin hiilikaivostoimintaan suuntautuneet alueet olivat johtavia ympäristön saastumisen laajuudessa maassa [35] [36] [37] [31] . Mutta jopa lännen kehittyneissä maissa talteenottoa vaativien hylättyjen hiilialueiden määrä on niin suuri, että esimerkiksi vuonna 2022 Yhdysvaltain viranomaiset joutuivat osoittamaan liittovaltion budjetista 725 miljoonaa dollaria niiden puhdistamiseen [38] . Usein maat tuhoutuvat niin paljon, että edes valtion viranomaisten hyväksymien toimenpiteiden toteuttamisen jälkeen alkuperäistä hedelmällisyyttä ei voida palauttaa. Tämän seurauksena suurin osa regeneroiduista hiilikaivosalueista on muuttumassa vähäarvoisiksi laitumille [39] .
Koska kivihiilen louhinta vaatii merkittäviä maa- ja vesivaroja, se voi haitata maatalousteollisuuskompleksin kehitystä. Tämä on erityisen havaittavissa hiilestä riippuvaisissa maissa, kuten Etelä-Afrikassa , jossa noin 90 % sähköstä tulee halvoista fossiilisista polttoaineista. Vain 3 % maan pinta-alasta on peltomaata, josta lähes puolet sijaitsee kivihiilen louhintaalueilla. Tämän seurauksena kivihiiliteollisuudesta tulee suora uhka maan elintarviketurvalle [40] . Lisäksi se aiheuttaa vahinkoa arkeologisille kohteille ja pienille kansoille: kehitys vahingoittaa muinaisia hautausmaita ja historiallisia monumentteja, valtaa pyhiä maita ja metsästysmaita. Monet kaivosyritykset toimivat maailmanperintökohteilla tai muilla suojelualueilla. Esimerkiksi vuonna 2020 serbialaiset kaivostyöläiset tuhosivat roomalaisten laivojen jäänteet, jotka oli haudattu lähelle muinaista Viminaciumin kaupunkia, joka on yksi Serbian tärkeimmistä arkeologisista kohteista [41] . Samana vuonna Rio Tinto tuhosi Juukanin rotkon Australiassa jossa muinaiset heimot asuttivat viimeisellä jääkaudella ja säilyttivät jälkiä heidän oleskelustaan [42] . Maissa, joissa korruptio on korkea, kivihiiliyritykset voivat häiritä paikallisia asukkaita. Esimerkiksi Venäjällä vuosina 2013–2014 Kemerovon alueella sijaitsevan Beregovoyn avolouhoksen omistajat ostivat osan Shorin siirtokunnan maa-alueista ja kiinteistönsä myynnistä kieltäytyneiden talot paloivat epäselvissä olosuhteissa. [43] .
Kaivosalueilla maaperään ja lähirakennuksiin vaikuttavat räjäytystyöt, poraukset, aputilojen rakentaminen ja ajoneuvoliikenne tärinä. Itse hiilikaivokset voivat kasvaa valtaviin kokoihin aiheuttaen muutoksia ympäröivässä maaperässä ja tuhoten infrastruktuuria. Esimerkiksi Kiinassa, joka on yksi maailman suurimmista hiilentuottajista, vuonna 2016 600 000 hehtaaria maata oli vajoamassa. Koska kaivosalueet sijaitsivat yleensä esikaupunkien tai kylien läheisyydessä, suurin osa sortuneesta maasta viljeltiin maatalouskäyttöön [22] . Venäjällä Korkinskyn hiilikaivoksessa , Euraasian syvimmässä ja 510 metrin syvyydessä tehdyn töiden vuoksi, ympäröivien siirtokuntien rakennukset rapistuivat. Paikalliset asukkaat pystyivät saamaan tuotannon keskeytyksi vain joukkomielenosoituksissa [44] [45] [46] [47] . Suljettu kivihiilen louhinta voi myös aiheuttaa mutavirtoja ja maanvyörymiä. Esimerkiksi vuonna 2008 aktiivinen kaivostoiminta Saarlandin alueella Saksassa aiheutti niin voimakkaan pintamaan romahtamisen, että sen uskotaan aiheuttaneen paikallisen 4 magnitudin maanjäristyksen [48] [7] .
Hiilikaivostyöntekijöiden tuottaman jätekiven kertymisen lisäksi maaperän tilaan vaikuttaa kivihiililämpövoimaloiden tuhkan loppusijoitus. Tällaiset jätteet voidaan hävittää kahdella tavalla - laskeutusaltaisiin tai kuivattaa kaatopaikoille. Tuhkanestealtaat voivat imeä myrkkyjä maaperään ja muodostaa uhan ympäristölle ja varastojen lähellä asuville ihmisille. Esimerkiksi vuonna 2000 Yhdysvaltain ympäristönsuojeluvirasto tunnisti maassa vähintään 600 tällaista laskeutumislammiketta, joista yli 180 oli puutteellisesti varustettuja. Tuhkan kuivavarastointi on vaarallista, koska tuuli levittää sen hiukkasia pitkiä matkoja ja sade huuhtelee haitallisia aineita pohjaveteen, jos kaatopaikkojen pohjaa ei ole erityisellä tavalla valmisteltu. Joten vuonna 2006 45 prosentilla Yhdysvaltojen kaatopaikoista havaittiin syöpää aiheuttavien metallien huuhtoutumista pohjaveteen . On maita, joissa kivihiilen polttojätettä käytetään teollisiin tarkoituksiin. Esimerkiksi sellaisissa maissa kuin Italiassa , Tanskassa ja Alankomaissa , joissa vuonna 2005 tuotettiin vain 2 megatonnia hiilituhkaa vuodessa. Mutta muut hiilestä riippuvaiset osavaltiot kierrättävät suurimman osan talteenotetuista voimalaitosten päästöistä: Yhdysvallat ja Saksa, jotka tuottavat yli 10-75 megatonnia lentotuhkaa vuodessa, käyttävät vain 42-85 %; Intiassa (112 tonnia vuodessa) - 38%; Kiinassa (150 tonnia vuodessa) - 65 % [49] [50] [51] .
Yksi yleisimmistä vaihtoehdoista kivihiilen tuhkan uudelleenkäytölle on lannoitteiden valmistus. Tuhkan sisältämät raskasmetallit, kuten rauta , mangaani , kupari , lyijy , kadmium , kromi , koboltti ja muut, ovat välttämättömiä kasvien kasvulle. Kuitenkin melkein kaikista niistä tulee fytotoksisia korkeina pitoisuuksina. On kuitenkin olemassa tekniikoita, jotka mahdollistavat kivihiilen tuhkan käytön viljelykasvien lannoitteiden valmistuksessa. Tämä käytäntö on erityisen yleinen Yhdysvaltojen keskilännessä ja kaakkoisosassa , missä sitä käytetään vihannesten, maapähkinöiden ja muiden viljelykasvien ruokinnassa. Tuhka kuumennetaan bakteerien tuhoamiseksi ja sekoitetaan biologisesti aktiivisiin aineisiin. Tällaiset lannoitteet hidastavat maaperän hajoamista ja niillä on korkea imukyky [51] [49] . Vaikka niiden käyttö on vuosikymmenten takaa, aktivistit kyseenalaistavat niiden turvallisuuden. Koska EPA ei luokittele tuhkaa liittovaltion kannalta vaaralliseksi aineeksi, sen käyttöä ja lannoiteannoksia maataloudessa ei valvota valtiollisesti. Tämän seurauksena vihannekset imevät ylilannoitettuina maaperästä ylimääräisiä annoksia arseenia ja muita myrkkyjä. Tästä aiheesta ei kuitenkaan ole tehty vakavia tutkimuksia [50] .
Hylätyt hiilikaivokset ja louhokset ovat palovaara, sillä mikä tahansa fossiilinen kivihiili voi syttyä itsestään. Samanlainen prosessi tapahtuu yleensä kivikerroksissa, eikä sitä täysin ymmärretä, mutta tärkeimmät syyt uskotaan olevan hiilikaivostyöntekijöiden huolimaton käyttäytyminen ja hiilen hapettuminen . Vapautunut lämpö tukee palamisprosessia ja johtaa useiden vuosien tulipaloihin, joita on lähes mahdoton sammuttaa. Esimerkiksi useimmat Länsi-Yhdysvaltojen maisemat ovat seurausta laajoista muinaisista hiilipaloista: palaneet kivet (klinkkeri) muodostivat mesoja ja kallioita. Jotkut näistä vanhoista tulipaloista jatkavat palamista – yhden Australian hiilipalon iän arvioidaan olevan 6 tuhatta vuotta [52] [53] .
Heikkolaatuiset pehmeät hiilet, joissa on alhainen hiilipitoisuus, voivat syttyä itsestään jo 40 °C:ssa. Hiili- tai kaivospalot voivat olla sekä maassa että maanalaisia [54] [52] . Jälkimmäiset ovat vaarallisimpia, koska suuren syvyyden vuoksi ne voivat olla melkein näkymättömiä ulkopuolelta. Esimerkiksi Wyomingin hiilipalot , joiden pinta-ala on vähintään 22 hehtaaria (89 000 m²), näkyvät kaukaa vain maasta tulevina savupilarina [55] . Joillakin alueilla maaperän ja kallioperän lämpötila voi nousta 100 °C:een ja jopa 1000 °C:een, maaperän halkeamista vapautuu myrkyllisiä kaasuja. Näin ollen palopaikalle pääsy on vaikeaa ja vaara jatkuu vuosikymmeniä. Tällaisia tulipaloja on raportoitu Kiinassa , Intiassa , Yhdysvalloissa, Australiassa, Indonesiassa, Etelä-Afrikassa , Venezuelassa , Itä-Euroopassa ja monilla muilla alueilla [53] . Geologit sanovat, että jokaisessa maailman hiilialtaassa on vähintään yksi tulipalo, josta vapautuu haitallisia aineita. Joten esimerkiksi vain vuonna 2005 Coloradossa , Kentuckyssa , Pennsylvaniassa , Utahissa ja Länsi-Virginiassa viranomaiset paikallistivat 100 tulipaloa [55] .
Hiilisaumojen syttyessä ilmakehään vapautuu kasvihuonekaasuja ( hiilidioksidi , metaani ) ja myrkyllisiä kaasuja ( CO , N 2 O , SO 2 , NO x ), jotka ovat uhka ilmastolle ja ihmisten terveydelle. Pelkästään Kiinassa 1990 - luvulla hiiliesiintymien polttaminen lisäsi noin 360 miljoonaa tonnia kansallisia hiilidioksidipäästöjä . Vertailun vuoksi voidaan todeta, että Yhdysvalloissa kaikki autot ja kuorma-autot heitettiin pois niin paljon, Alankomaissa - kaikenlaiset teollisuuden ja talouden. Hiilen palamisen tiedetään vapauttavan arseenia , fluoria ja seleeniä . Päästöjen määrä ja pitoisuus riippuvat kuitenkin hiilen koostumuksesta, alueen geologiasta ja saumojen syvyydestä [56] [57] . Esimerkiksi Kemerovon kaupungissa Kiselevskissä aktiivinen kivihiilen louhinta ja maanalaiset tulipalot suolistossa aiheuttivat 7-11-kertaisen haitallisten aineiden ylimäärän lasten ja hoitolaitosten lähellä. Vuonna 2019 toisen tulipalon jälkeen asukkaat kääntyivät pääministeri Justin Trudeaun puoleen ja pyysivät turvapaikkaa Kanadasta sietämättömien elinolojen vuoksi [58] [59] [60] [61] [62] [57] .
Ulkoisia sytyttäviä tekijöitä ovat sekä luonnonilmiöt (salamanisku, metsäpalot) että huolimaton ihmisen toiminta. Esimerkiksi Indonesiassa 1900-luvun lopulla vain viidessä vuodessa trooppisten metsien massiivinen polttaminen maatalousmaaksi johti yli 3 000 hiilipaloon [54] [52] . Tällaiset pesäkkeet ovat hallitsemattomia ja voivat levitä pitkiä matkoja: esimerkiksi Kiinassa tulipalojen kärsimä alue ylittää 250 tuhatta km². Tällä tavalla tulipalot uhkaavat infrastruktuuria - lähellä olevia rautateitä ja voimalinjoja, asutuksia ja viljelysmaita [53] [57] [63] . Palaneet kivihiilisaumat aiheuttavat vajoamista, maanvyörymiä ja kiven putoamisia, kun niiden tilalle muodostuu tyhjiöitä maan sisälle. Esimerkiksi Kiinan tulipaloissa menetetään vuosittain 100–200 miljoonaa tonnia hiiltä [64] . Törmäyksien aikana tunkeutuva ilma tehostaa syttymistä, minkä vuoksi palo voi jatkua vuosia ja jopa vuosikymmeniä [52] .
Tällaisten tulipalojen sammuttaminen on työlästä ja kallista: kaivostyöläiset ottavat palavan aineen ja vievät sen syrjäisille autiomaa-alueille tai eristävät sen erityisillä ontoilla kaivannoilla muusta hiilisaumasta. Lisäksi työntekijät peittävät tulen yläpuolella olevan pinnan irtonaisilla materiaaleilla toivoen estävän hapen pääsyn. Yksi menetelmä sisältää maan pumppaamisen kolloidisella vaahdolla - veden, tuhkan ja happea vähentävien kemikaalien seoksella. Mutta nykyiset strategiat ovat kalliita ja tehottomia, koska hiilisaumat voivat pian syttyä uudelleen [53] [30] [31] . Esimerkiksi turhaan yritystä pysäyttää yksi näistä paloista Pennsylvaniassa , viranomaiset käyttivät yhteensä yli miljardi dollaria 48 vuoden aikana ja joutuivat lopulta asettamaan uudelleen lähikaupunkeihin [55] [56] .
Kaivostoiminta häiritsee alueiden vesitasapainoa - kivihiilikerrokset toimivat pohjavesikerroksina , joiden ehtyminen häiritsee paikallisten altaiden täyttymistä ja johtaa kaivojen kuivumiseen. Esimerkiksi kivihiilen louhinta Puolan ja Tšekin rajan lähellä vuonna 2021 johti vedenpinnan laskuun ympäröivillä alueilla. Ympäröivien kylien asukkaat jäivät ilman juomavesilähteitä ja joutuivat käynnistämään kansainvälisen tason oikeudenkäynnit. Tuotantotason alapuolelle mennyt vesi on joutunut saastumisuhan alla lietesäiliöistä vuotaneen haitallisen lietteen vuoksi . Tällaiset jätekiven tai tuotantojätteen loppusijoituspaikat sijaitsevat yleensä mahdollisimman lähellä kaivoksia, mikä minimoi kuljetuskustannukset. Kehittyneissä maissa jätealtaat sijaitsevat usein lähellä epäsuotuisia alueita ja gettoja. Huonosti rakennetut laguunit voivat vuotaa, jolloin vaaralliset kemikaalit pääsevät vähitellen imeytymään alempiin maakerroksiin. Myrkyllisen koostumuksensa ansiosta rikastusjätteet pystyvät liuottamaan metalleja, kuten kuparia , alumiinia , kadmiumia ja lyijyä ympäröivästä kivestä [10] [65] . Greenpeacen arvioiden mukaan jokaista louhittua hiilitonnia kohden 1-2,5 kuutiometriä pohjavettä saastuu [ 66] .
Yksi kivihiiliteollisuuden kielteisistä vaikutuksista on happosateet. Jälkimmäiset muodostuvat rikkidioksidin ja typen päästöistä hiilen polton aikana lämpövoimalaitoksissa. Joutuessaan ilmakehään ja sekoittuessaan veteen pilvissä ne muodostavat vaarallisia happoja [1] [16] [67] . Tällainen sade muuttaa järvien ja jokien vesien ph-tasapainoa , mikä tuhoaa olemassa olevia ekosysteemejä [68] . Ne ovat myös vaarallisia, koska ne pehmentävät tietyntyyppisiä kiviä, mikä voi aiheuttaa maanvyörymiä ja mutavirtoja. Esimerkiksi vuonna 2009 Kiinassa 70 ihmistä kuoli tällaiseen romahdukseen [69] .
Kivihiiliyritysten työ ei vain lisää sateiden happamuutta, vaan myös pehmentää jokien vettä. TPP-tuhkassa oleva kalsiumoksidi (CaO) liukenee helposti teollisuuden jäteveteen muodostaen sammutettua kalkkia (Ca(OH) 2 ), jota sadevesi kuljettaa vapaasti tuhkakaatopaikoista jokiin. Kalkin lisäyksen ansiosta vesistöön kertyy kalsiumia ja magnesiumia, ja muodostuu myös natriumkarbonaattia . Tällaisen koostumuksen omaava vesi ei sovellu maataloustoimintaan, koska sen käyttö kasteluun muuttaa hedelmälliset maaperät yksinomaisiksi [70] .
Kivihiiliyritykset saastuttavat pintavesiä raskasmetalleilla ja vaarallisilla yhdisteillä kaatamalla jätteitä. Jokien ja järvien hiiliteollisuuden päästöistä johtuen raudan , mangaanin , arseenin , litiumin , bariumin , fenolien ja ammoniumryhmän yhdisteiden tasot ylittyvät. Korkean metallipitoisuuden, erityisesti raudan, vesistöjen pohja peittyy oranssinpunaisella limalla. Kalat ja muut vesieläimet eivät voi elää tällaisissa olosuhteissa: esimerkiksi USA:ssa kivihiiliteollisuuden vaikutuspiirissä olevien vesistöjen asukasmäärä vähenee 53 % [71] . Joten jopa vähäinen (jäämäinen) liuenneen kuparin seos vaikuttaa vesilintujen hermostoon ja voi johtaa kidusten vaurioitumiseen . Elohopea, joka vapautuu poltettaessa hiiltä ja joutuu jokiin tuhkan tai jäteveden mukana, voi vahingoittaa sekä kalojen että sitä syövien ihmisten aivoja ja hermostoa. Aine kerääntyy ravintoketjua pitkin, ja mitä suurempi kala, sitä suurempi on myrkkypitoisuus siinä [72] [73] .
Suuren kivihiilen tuotannosta syntyvän jätemäärän myötä järvet, joihin jäte joutuu, muuttuvat itse asiassa lietekuopiksi [74] [58] [62] [65] . Jos kehittyneissä maissa tällaiset tilanteet estetään kivihiiliteollisuuden päästöjen tiukasti sääntelemällä, niin kehittyvissä yrityksissä usein säästetään ympäristötoimenpiteissä selkeän lainsäädännöllisen normin puuttuessa. Käsittelylaitoksia tällaisissa yrityksissä ei joko ole ollenkaan tai ne ovat erittäin vanhentuneita. Ilman saastemäärien ja kaatopaikkojen asianmukaista valvontaa kivihiilen louhinta voi tuhota suojeltuja maita. Esimerkiksi Venäjällä vuonna 2016 76 % kaivosten, kaatopaikkojen ja kaivos- ja käsittelylaitosten jätevesistä joko ei käsitelty ollenkaan tai sitä ei käsitelty riittävästi [6] [35] [75] .
Onnettomuudet hiilikaivoksissa muodostavat erityisen vaaran vesistöjen ekologialle. Esimerkiksi pelkästään Yhdysvalloissa 2000-luvun viidentoista ensimmäisen vuoden aikana on tapahtunut ainakin neljä ympäristökatastrofia. Vuonna 2000 Kentuckyssa ja Länsi-Virginiassa ihmisen aiheuttama onnettomuus Martin County Coal Corp alueella johti 1,13 miljardin litran hiilisuspension (hiilikuonan ja raskasmetalleja ja radioaktiivisia elementtejä sisältävien nesteiden seos) vuotamiseen. ) [76] . Vuonna 2008 yli 4,1 miljoonaa m³ kivihiilen tuhkaa ja myrkyllistä lietettä valui Emory- ja Clinch Riversiin Kingstonin TVA - patovaurion vuoksi . Vertailun vuoksi saastemäärät ylittivät Meksikonlahdella Deepwater Horizon -laiturilla tapahtuneen onnettomuuden aiheuttaman öljyvuodon [77] . Vuonna 2014 yli 45 000 litraa teollista hiilenkäsittelynestettä vuoti Riveriin Länsi - . Koska vesistö toimitti juomavettä osavaltion keskustan kaupunkeihin, 300 000 alueen ihmistä kehotettiin olemaan juomatta vesijohtovettä [78] . Samana vuonna Duke Energy lähes 140 000 tonnia myrkyllistä jätettä ja jätevettä Dan-jokeen lähellä Edeniä 79] .
Hiilepölyä voi päästä meriin sekä hiiltä lastattaessa satamissa että jokien valuessa. Tällä on myrkyllinen vaikutus meren elämään ja vesi sameaa, mikä vähentää leväpopulaatioita, heikentää petoeläinten näkyvyyttä ja pohjan asukkaiden hengitystiet tukkeutuvat, minkä seurauksena muut lajit joutuvat vaihtamaan elinympäristöään. Täysimääräiset tutkimukset tästä aiheesta eivät kuitenkaan riitä [80] .
Kaivostyöläiset käyttävät noin 250 litraa makeaa vettä jokaisen kivihiilitonnin louhintaan, ja noin 3800 litraa kulutetaan joka minuutti sen polttamiseen tyypillisessä 1000 MW:n hiilivoimalaitoksessa. Hiilikaivostyöntekijät käyttävät vettä poraaessaan kiviä ja vangitessaan kivihiilihiukkasia, ja lämpövoimalaitosten työntekijät käyttävät sitä generaattorin pyörittämiseen höyryllä tai järjestelmien jäähdyttämiseen ottamalla sitä altaista, järvistä ja joista [12] . Siten kivihiilen louhinta ja lämpövoimaloiden rakentaminen ovat kannattamattomia vesipulan alueilla. Mutta jopa vesirikkailla alueilla kivihiiliteollisuus voi häiritä jokien virtausta, mikä vaikuttaa merenkulkuun, kalastukseen ja maatalouteen [81] [82] [3] .
Suuri osa hiilen käytön ja louhinnan aiheuttamasta saasteesta päätyy ilmakehään: fossiilien kehittämisen, kuljetuksen ja kuljetuksen aikana ilmaan leviää hiilipölyä ja palamisen aikana palamistuotteita. Hiilikäyttöiset lämpövoimalat päästävät ilmakehään suuren määrän rikkidioksidia , typen oksideja ja hiilidioksidia, raskasmetalleja, mukaan lukien elohopea , ja hiukkasia [4] [83] [84] . Lähes kaikki hiilivoimaloiden sivutuotteet vahingoittavat ympäristöä ja ihmisten terveyttä [12] . Siten pelkästään Euroopassa hiilivoimalaitokset aiheuttavat yli 10 gigatonnia CO 2 -päästöjä vuodessa eli noin 40 % kaikista fossiilisten polttoaineiden hiilidioksidipäästöistä. Halvuutensa vuoksi kivihiili on kuitenkin edelleen maailman yleisin polttoaine: se tuottaa jopa 40 % kaikesta sähköstä [4] [5] .
Kaivostoiminnan aikana hiilikerrokseen vapautuu metaania. Ilmaston lämpenemisen yhteydessä tämän kasvihuonekaasun päästöt ovat vaarallisempia kuin hiilidioksidipäästöt : 20 vuoden perspektiivissä niiden vaikutus ilmaston lämpenemiseen on 80 kertaa suurempi ja 30 kertaa suurempi - 100 vuoden horisontissa [85] ] . Siksi asiantuntijat kutsuvat kaasua "CO 2 steroideilla " [ 86 ] . Kun otetaan huomioon, että vuotuiset metaanipäästöt maailmanlaajuisesti voivat nousta 42 miljoonaan tonniin, sillä on suurempi vaikutus ilmastonmuutokseen kuin merenkululla ja lentoliikenteellä yhteensä [87] .
Kivihiilen louhinta muodostaa merkittävän osan metaanipäästöistä: vuonna 2021 toimivista kaivoksista vapautui tätä kaasua 52,3 miljoonaa tonnia. Kun fossiilisen kaasun louhinnassa hävisi samana aikana vain 45 miljoonaa tonnia, öljyn louhinnassa - 39 miljoonaa tonnia. Oletettavasti vuonna 2022 suunnitellut 465 uuden kaivoksen käyttöönotto ja leikkaukset lisäävät globaaleja metaanipäästöjä 11, 3 miljoonaa tonnia vuodessa. Samaan aikaan Yhdysvalloissa hiilikaivosteollisuus vastasi 10 prosentista tämän kaasun valtakunnallisista päästöistä. Kaivostoiminta Kiinassa on kuitenkin maailman ekologialle vaarallisinta, missä yhdeksän kymmenestä yrityksestä on rekisteröity, joiden kaivokset päästävät eniten metaania vuodessa (22-88 miljoonaa tonnia CO 2 -ekvivalenttia ) [3] [88 ] ] . Venäjällä hiilisaumojen metaanipäästöistä pääosa osuu Kuznetskin altaalle , jonka kaivokset tuottavat noin 70 % vuotuisesta luvusta [89] [90] [91] . Kemerovon alueella kanadalaiset satelliitit tallensivat maailman suurimman kaasuvuodon - aktiivinen Raspadskajan kaivos päästää lähes 90 tonnia metaania tunnissa (764 tuhatta tonnia vuodessa) [92] .
Tiettyjen kaivosten päästömäärät riippuvat geologisesta rakenteesta ja kehityksen syvyydestä. Esimerkiksi Puolan kaivokset päästävät yhtä paljon metaania kuin suhteellisen matalat Indonesian kaivokset, vaikka niiden hiilituotanto on viisi kertaa pienempi. Global Energy Monitorin mukaan maailman kaasua eniten tuottavat hiilikaivokset voivat päästää 67 kertaa enemmän metaania kuin vastaavan kapasiteetin kaivokset. Siten ainakin neljänneksen heikoimmin suoriutuneiden hiilikaivosten poistaminen voi vähentää metaanipäästöjä yli 20 miljoonalla tonnilla [88] . Kaasua ei kuitenkaan vapaudu vain esiintymien kehittymisen aikana, jopa suljetut kaivokset muodostavat vaaran. Pelkästään Yhdysvalloissa vuonna 2019 hylätyt kaivokset tuottivat 8 prosenttia maan kaikista metaanipäästöistä eli noin 1 prosenttia kaikista kasvihuonekaasuista [84] .
CMM-vuotojen rajoittaminen on yksi tehokkaimmista tavoista torjua ilmastonmuutosta [88] . Siksi eri maat kehittävät tekniikoita sen talteenottoa ja varastointia varten. Vaikka kaivospetimetaani on itsessään hyödyllinen resurssi, hiilikaivosyhtiöt ovat ottaneet tällaisia järjestelmiä käyttöön suhteellisen harvoin. Yritykset haluavat vapauttaa kaasun, koska se on räjähtävää ja uhkaa kaivostyöläisiä. Sen talteenottotekniikka on kallista ja omalla tavallaan ympäristölle haitallista. Hiilipetimetaanin louhinta johtaa pohjaveden tason laskuun. Kaasun talteenottamiseksi yritysten on pumpattava pois huomattavia määriä pohjavettä vapauttaakseen paineen kaasua hiilisaumassa pitävästä vedestä. Näin ollen australialaisten yritysten arviot vaihtelevat 126:sta yli 300 gigalitraan vuodessa. Tällaisen toiminnan kielteiset seuraukset ilmenevät hitaasti ja voivat tulla havaittaviksi vasta vuosikymmenien kuluttua, ja vedenpinnan palautuminen voi kestää jopa 20 vuotta [93] [86] [94] .
Vesi, joka pumpataan pois hiilisaumojen "kuivauksen" aikana metaanin poistamiseksi, sisältää useita myrkyllisiä kemikaaleja, joskus raskasmetalleja ja radionuklideja . Tällainen vesi on käytännössä käyttökelvotonta maataloudessa: ajan myötä myrkkyjä kerääntyy maaperään sellaisiin pitoisuuksiin, jotka vähentävät kasvien kasvua. Uutetun nesteen korkea natriumpitoisuus aiheuttaa kalkkikiven muodostumista ja heikentää maaperän vedenjohtavuutta, mikä vaikuttaa negatiivisesti veden saatavuuteen ja ilmastukseen . Tällaisten vesien laskeminen jokiin tai järviin aiheuttaa riskin ihmisten terveydelle ja paikallisten ekosysteemien tilaan. Yritykset pumppaavat jätevettä erikoissäiliöihin, minkä jälkeen puhdistus ja suolanpoisto on mahdollista. Keskimäärin 30 vuoden aikana yhden yrityksen selkeytysaltaisiin voi kertyä jopa 21-31 miljoonaa tonnia jätesuoloja, joita ei käytetä [95] [93] [86] .
CO 2 -päästöt ovat yksi tärkeimmistä ilmaston lämpenemisen tekijöistä. Kemiallisesti kivihiili on hiiltä, joka reagoi ilmakehän hapen kanssa palaessaan. Syntyvä CO 2 vangitsee lämpöä ja edistää ilmastonmuutosta [3] . Kansainvälinen energiajärjestö tunnustaa hiilivoimaloiden suurimmaksi hiilidioksidisaasteen lähteeksi. Ne aiheuttavat yli 10 gigatonnia CO 2 -päästöjä vuodessa tai eri arvioiden mukaan 30-40 % päästöistä kaikkien fossiilisten polttoaineiden palamisesta. Jos keskimääräinen kaasuvoimalaitos tuottaa noin 400 kg CO 2 / MWh, niin hiilivoimalaitos tuottaa 988 kg CO 2 / MWh [96] . Halvinta hiiltä - ruskeaa - polttavat lämpövoimalat voivat päästää ilmakehään jopa 1200 kg CO 2 / MWh [18] [97] [19] [98] . Tästä huolimatta tämäntyyppinen polttoaine on edelleen yleisin: jopa 40 % maailman sähköstä tuotetaan hiilellä [12] [4] [5] .
Ominaispalolämmön suhteen kivihiili on huonompi kuin kaikki tuotetut öljy- ja kaasutuotteet. Korkean hiilipitoisuutensa ansiosta kivihiili vapauttaa poltettaessa enemmän hiilidioksidia lämpöyksikköä kohden kuin mikään muu tavallinen fossiilinen polttoaine. Hiili voi sisältää tyypistä riippuen 60-80 % hiiltä, jonka palamisgrammaa kohti muodostuu noin 4 grammaa CO 2 :ta [3] [99] [100] . Siten päästökerroin vaihtelee polttoaineen laadusta riippuen, esimerkiksi eurooppalaisen hiilen osalta se vaihtelee Romanian 96 tCO 2 /TJ:stä Kreikan noin 129 tCO 2 /TJ:iin. Maailmanmarkkinoilla Indonesian kivihiiltä pidetään likaisimpana ja australialaista hiiltä puhtaimpana. Viimeksi mainitut sisältävät myös suhteellisen pieniä määriä rikkiä, tuhkaa ja radioaktiivisia alkuaineita, mikä tekee siitä yhden maailman markkinoiden kalleimmista [101] [102] .
Kaiken kaikkiaan vuonna 2017 Euroopan unionissa poltettu kivihiili lisäsi alueen kasvihuonekaasupäästöjä 15,2 prosenttia. Indikaattori voi nousta tuotannon lisääntyessä, liikennevirtojen lisääntyessä tai kylminä talvina. Esimerkiksi vuosina 2020–2021, kun EU:n talous elpyi COVID-19-pandemian ja monien teollisuudenalojen sulkemisen jälkeen, hiilidioksidipäästöt nousivat jyrkästi 17 % (jopa 433 miljoonaan tonniin) [4] [5] [103] . Maailmanlaajuisesti energiasektorin päästöjen kasvu oli 6 % (jopa 36,3 miljardia tonnia), mikä oli ennätys koko havaintohistoriassa. Näistä hiilivoimaloiden osuus on 15,3 miljardia tonnia. Energian kysynnän nousu vuonna 2021 ei johtunut pelkästään pandemian jälkeisen tuotannon kasvusta, vaan myös epäsuotuisista sääolosuhteista ja maakaasun hinnan noususta, mikä johti hiilen osuuden kasvuun energiataseessa. Esimerkiksi suurimman osan 2021 hiilivoimaloiden käyttökustannukset olivat Yhdysvalloissa ja monissa EU-maissa huomattavasti alhaisemmat kuin kaasuvoimaloiden. Tämä lyhytaikainen siirtyminen kaasusta hiileen lisäsi sähköntuotannon maailmanlaajuisia hiilidioksidipäästöjä yli 100 miljoonalla tonnilla [104] .
Australiassa sähköntuotanto on suurin hiilisaasteen aiheuttaja, sillä 73 % sen energiavalikoimasta tulee hiilen poltosta [ 105] . Tämän seurauksena maa on 5,34 tonnilla hiilidioksidipäästöjä vuodessa G20 - maissa ja maailmassa johtava hiilipäästöjen määrä henkeä kohti. Vertailun vuoksi G20-maiden toiseksi sijoittuneen maan - Etelä-Korean - luku ei ylitä 3,81 tonnia vuodessa henkilöä kohden. Keskiverto australialainen tuottaa 5 kertaa enemmän hiilidioksidia hiilipolttoenergiasta kuin keskivertoihminen maailmassa ja lähes 2 kertaa enemmän kuin kiinalainen. Vaikka Kiina on maailman suurin kivihiilienergian kuluttaja, se on edelleen maailman viidenneksi päästöissä henkeä kohti - 2,71 tonnia vuodessa. Yhdysvalloissa hiilivoimaloiden osuus energia-alan kasvihuonekaasupäästöistä on 83 prosenttia [106] , ja maan hiilivoimalaitokset ovat neljännellä sijalla G20-maissa hiilidioksidipäästöjen perusteella henkeä kohti - 3,08 tonnia per asukas. vuosi. Näin ollen tämä indikaattori maassa on 3 kertaa korkeampi kuin maailman keskiarvo [107] .
Hiililämpövoimaloiden päästöjen määrä riippuu suoraan energiatehokkuudesta: mitä suurempi se on, sitä vähemmän polttoainetta se polttaa energiayksikköä kohden ja tuottaa päästöjä [108] . Kun laitteet kuluvat, hiilivoimaloista tulee yhä vaarallisempia ympäristölle. Esimerkiksi Venäjällä, jossa noin 30 % kapasiteetista on yli 50-vuotiaita (eurooppalaisella standardilla 40-48 vuotta), keskimääräinen lämpövoimalaitos päästää ilmakehään enemmän haitallisia aineita kuin kiinalainen. Tällaisten yritysten vuotuiset hiilidioksidipäästöt Venäjällä ovat 190 miljoonaa tonnia [17] [ 18] [97] [19] . Yleisesti ottaen Venäjällä vuoteen 2020 mennessä hiilen poltosta aiheutuvat päästöt mihin tahansa tarkoitukseen olivat 356,95 miljoonaa tonnia 1,58 miljardista tonnista vuotuisista hiilidioksidipäästöistä [ 109 ] .
Hiilivoimaloiden vaara edistää hiilidioksidin talteenottoteknologian (CCS) kehitystä. Teollisuus mainostaa usein tällaisia järjestelmiä ratkaisuina, jotka voivat tuottaa "puhdasta" hiilivoimaloista energiaa. Tekniikka mahdollistaa CO 2 -päästöjen poistamisen ja loppusijoituksen erityisiin geologisiin varastoihin. Kuitenkin jopa niin sanotun "puhtaan hiili" -teknologian käyttöönoton myötä voimalaitosten päästöt ovat 800 tonnia CO 2 / GW. Kansainvälinen energiajärjestö ei tunnusta, että hiilidioksidin talteenotto- ja varastointitekniikat hiilivoimaloissa tekevät niistä ympäristöystävällisiä [17] [18] [19] . Lisäksi hiilikaivostyöntekijöiden tarjoaman jätehuoltojärjestelmän turvallisuutta ei ole täysin testattu. CCS-järjestelmät eivät vähennä lämpövoimalaitosten muiden päästöjen määrää, ja hiilidioksidipäästöjen vähentämisvaikutus on havaittavissa vasta niiden laajamittaisella käyttöönotolla. Mutta silloinkin ne ovat kalliita ja vähemmän kannattavia kuin suora siirtyminen uusiutuvaan energiaan [3] [110] [101] .
Eri maiden viranomaiset vähentävät hiilivoimaloiden haittoja lisäämällä investointeja uusiutuviin energialähteisiin ja ottamalla käyttöön rajoituksia ilmakehään joutuvien päästöjen määrille. Esimerkiksi EU:ssa on kiintiöitä , jotka voimalaitosten on ostettava saastemäärän mukaan. Vuonna 2015 hyväksytyn Pariisin sopimuksen tavoitteena on pitää maapallon lämpötilan nousu "reilusti alle kahdessa asteessa" vuoteen 2050 mennessä. Sen voimaantulon jälkeen eurooppalaisen blokin maat alkoivat aktiivisesti vähentää investointeja hiilivoiman tuotantoprojekteihin. Vuosina 2015-2020 keskimääräinen investointi tällaiseen kehitykseen laski kolmanneksen (keskimäärin 7,8 % vuodessa). Kansainvälinen energiajärjestö kuitenkin raportoi vuonna 2021, että nollapäästöjen saavuttamiseksi vuoteen 2050 mennessä on välttämätöntä lopettaa uusien hiilivoimaloiden rakentaminen ja sulkea kaikki olemassa olevat vuoteen 2040 mennessä [111] [112] [113] . . Samaan aikaan yli neljäkymmentä maata on sitoutunut luopumaan hiilen tuotannosta tiettyyn päivämäärään mennessä, muun muassa tärkeimmät hiiltä kuluttavat maat, mukaan lukien Puola, Vietnam ja Chile [114] [115] [116] . Venäjän hyökkäys Ukrainaan on kuitenkin saanut ympäristönsuojelijat varomaan hiilen tuotannon mahdollisesta lisääntymisestä. Fossiilisten kaasujen hintojen nousu ja Venäjän energiaan kohdistuvat sanktiot ovat saaneet jotkin maat harkitsemaan paluuta hiilen massiiviseen käyttöön: Saksan , Alankomaiden, Ranskan ja Itävallan hallitukset ovat ilmoittaneet tällaisista suunnitelmista . Oletettavasti tällaiset toimenpiteet lisäävät hiilidioksidipäästöjä noin 30 miljoonalla tonnilla eli 4 prosentilla EU:n energiasektorin päästöistä vuonna 2021 [117] .
Joidenkin hiilivoimaloiden radionuklidien kokonaispäästöt ovat korkeammat kuin vastaavan kapasiteetin ydinvoimaloiden [18] , ja joidenkin tutkijoiden mukaan niiden säteilytausta on jopa korkeampi kuin minkään ydinvoimalaitoksen [118] . Jos radionuklidit eivät aiheuta vaaraa maanalaisissa hiiliesiintymissä , ne pääsevät louhinnan ja polton aikana ilmakehään ja vaikuttavat ihmisiin, eläimiin ja kasveihin. Kaivostyön aikana suurin uhka kaivostyöläisille ovat uraanin ja toriumin hajoamistuotteiden ( radon ja radon-220 ) aerosolit, jotka joutuvat ilmaan saumojen muodostuessa. Kaivosten tuulettamattomilla alueilla niiden pitoisuus ylittää usein sallitut rajat. Kaivostyöläisten lisääntynyt altistuminen lisää noin 15 %:n yleistä kuolemanriskiä [119] [120] [121] .
Savupiipuista ilmaan joutuessaan säteilypäästöt haihtuvat ja muodostavat monimutkaisen tilavuuskentän. Lämpövoimalaitosten päästöjen radioaktiivisuus riippuu itse polttoaineen ominaisuuksista ja sen palamisen ominaisuuksista. Oletetaan, että hiilivoimalaitokset kaikkialla maailmassa päästävät vuosittain jopa 37,3 tuhatta tonnia uraania ja toriumia [119] . Siten maaperän ja ilman radioaktiivisuus TPP-alueiden viereisillä alueilla voi ylittää suurimmat sallitut arvot useita kertoja. Lisäksi aerosolihiukkasten päälle kondensoituvaa radioaktiivista elementtiä ei useinkaan siedä sähkösuodattimet rakenteestaan johtuen [120] . Ihmisen tai eläimen kehossa tällaiset haihtuvat komponentit tunkeutuvat helposti kudoksiin ja kerääntyvät luihin aiheuttaen vakavia sairauksia. Säteilyaltistus edistää keuhkosairauksien ja onkologisten sairauksien kehittymistä ja vaikuttaa myös ihmiskehoon geneettisellä tasolla [121] [122] .
Kivihiili sisältää aina radioaktiivisia aineita uraani-238 , torium-232 , radium-226 , radon , radon-220 , kalium-40 . Joten Neuvostoliiton ydinenergian kehityksen alkuvaiheessa kivihiili toimi uraanin tuotannon raaka-aineena . Radionuklidien pitoisuudet eri hiilisaumoissa vaihtelevat kuitenkin satoja ja tuhansia kertoja. Keskimääräinen uraanipitoisuus kalliossa on 3,6 g/t, mutta tämä luku on paljon korkeampi yksittäisissä kaivoksissa Venäjällä, Kirgisiassa , Turkissa , Ranskassa , Yhdysvalloissa ja muissa maissa. Esimerkiksi Pohjois- ja Etelä-Dakotassa esiintyy esiintymiä , joiden uraanipitoisuus on keskimäärin 80 g/t . Espanjan ruskohiilillä on todettu erittäin korkea uraanipitoisuus , jopa 298 g/t. Venäjällä Kansk-Achinsk-altaan kivissä uraanipitoisuus on yli 100 grammaa tonnia hiiltä kohti. Näin ollen tällaista polttoainetta ei voida polttaa ilman erityistä esikäsittelyä. Jotkut Kemerovon alueen pohjoisosasta peräisin olevat hiilet sisältävät uraania 139 g/tonni, kun taas niiden palamisen aikana muodostuneet tuhkat ja kuonat sisältävät 902,6 g/t [120] . Venäjällä poikkeavan uraanipitoisuuden omaavaa hiiltä louhitaan kuitenkin yleensä ilman säteilyhygieenistä valvontaa ; hiiltä käytetään lämpövoimalaitoksissa, kattilahuoneissa ja yksityistaloissa [119] [123] [121] .
Lisäksi kivihiili sisältää usein radioaktiivista toriumia, jonka pitoisuus vaihtelee myös louhintapaikan mukaan. Suuria alkuaineen pitoisuuksia havaittiin Australian ruskohiileissä - 17 g/t ja Kanadan bitumihiilessä - 11 g/t. Siperian hiilen toriumpitoisuuden keskimääräinen arvio on 2,4 g/t. Siten Kuznetskin altaassa vuonna 2015 louhittu 215,8 miljoonaa tonnia hiiltä sisältää vähintään 734 tonnia toriumia. Ja vaikka tämän alkuaineen pitoisuus hiilessä on pienempi, se voi olla suurempi uhka ihmisille kuin uraani . Sen biologinen puoliintumisaika on kymmeniä vuosia. Lisäksi tuhka- ja kuonajätteet voivat aiheuttaa lisäaltistusta hiilikaivosyritysten henkilöstölle ja yleisölle. Sedimentointisäiliöistä peräisin oleva hapettunut kivihiili saattaa sisältää radiumia ja kaivostoiminnan aikana maaperästä vapautuu radioaktiivista radonkaasua , mikä lisää kaivostyöläisten altistumista säteilylle [121] [122] .
Hiilivoimalaitokset päästävät ilmaan muun muassa useita myrkkyjä: typen oksideja , rikkioksidia , rikkihappoanhydridiä , typpidioksidia ja bentsapyreeniä . Ne kulkeutuvat helposti tuulen mukana pitkiä matkoja. Tällaisen saastumisen vaikutukset väestöön voivat vaihdella astmasta ja hengitysvaikeuksista aivovaurioihin, sydänongelmiin, syöpään , neurologisiin sairauksiin ja ennenaikaiseen kuolemaan [3] [124] [125] . Lisäksi rikkidioksidi aiheuttaa happosateita, jotka ovat haitallisia vedessä eläville kasveille ja eläimille. Typen oksidit osallistuvat troposfäärin otsonin muodostumiseen , joka on suurina määrinä myrkyllistä ja lisää ilmastonmuutosta [12] [99] .
Valmistajat ovat velvollisia valvomaan haitallisten aineiden pitoisuutta teollisuuden päästöissä, mutta rajoitukset vaihtelevat maittain eivätkä usein ole riittävän tiukkoja. Jopa Euroopassa energia-ala on yksi pääasiallisista ilmansaasteiden lähteistä: vuonna 2018 sen osuus alueen rikkidioksidipäästöistä oli 44 prosenttia ja NOx- päästöistä 14 prosenttia . Euroopan ympäristökeskuksen jäsenmaissa luku on vielä hieman korkeampi: lämmöntuotannon osuus SO 2 -päästöistä oli 54 % ja NO x -päästöistä 16 % . Puolan ja Saksan voimalaitokset, jotka ovat tärkeimmät typen oksidien lähteet EU:ssa, ovat johtavia typen oksidien aiheuttaman saastumisen laajuudessa. 44 % Euroopan hiilivoimaloiden rikkidioksidin (SO 2 ) kokonaispäästöistä tulee vain 10 laitoksesta Turkissa, Serbiassa , Ukrainassa, Pohjois-Makedoniassa , Bosnia ja Hertsegovinassa [124] [125] [126] [127] [128] . Lisäksi eurooppalaiset asemat päästävät vuosittain jopa 16 tonnia elohopeaa ja ovat tämän myrkyllisen metallin tärkein teollinen lähde alueella [4] [83] [9] [87] . YK:n ympäristöohjelman asiantuntijoiden mukaan hiilen polttaminen sähköntuotantoon muodostaa 21 % 2220 tonnista ihmisen toiminnasta ilmakehään joutuvista elohopeapäästöistä vuosittain [112] .
Yhdysvalloissa hiilivoimaloiden päästöt vuonna 2014 sisälsivät: 41,2 tonnia lyijyä, yli 22 tonnia haihtuvia orgaanisia yhdisteitä , 34,9 tonnia arseenia, 4,2 tonnia kadmiumia ja muita myrkyllisiä raskasmetalleja. Yritykset olivat myös vastuussa 42 prosentista maan elohopeapäästöistä [99] . On arvioitu, että Yhdysvaltojen kaikkien hiilivoimaloiden siirtyminen kaasupolttoaineisiin vähentää rikkidioksidipäästöjä yli 90 % ja typen oksidipäästöjä yli 60 %. Tämä puolestaan auttaa vähentämään vuosittaisia terveydenhuoltomenoja 20–50 miljardilla dollarilla [125] .
Jos teollisuusmaissa viranomaiset valvovat tiukasti lämpövoimaloiden päästöjen määrää, niin kehitysmaissa indikaattorit eivät aina ole saatavilla ja voivat käytännössä olla odotettua korkeampia [5] [129] . Esimerkiksi turkkilaiset ruskohiililaitokset, jotka otettiin käyttöön ilman rikinpoistoa, jatkoivat toimintaansa vuonna 2019. Yritykset eivät toimittaneet valtiolle päästöraportteja, koska ne ovat luottamuksellisia kaupallisia tietoja. Monista maan hiilivoimaloista tiedetään puuttuvan asianmukaiset savukaasujen rikinpoistojärjestelmät . Vanhojen turkkilaisten hiilivoimaloiden SO 2 -päästöpitoisuuksien arvioidaan olevan 25-60 kertaa eurooppalaisia standardeja korkeammat. Vuonna 2018 Turkin osuus OECD-maiden energia- alan vuotuisista rikkidioksidipäästöistä oli 33 prosenttia [130] .
Sellaiset maat kuin Turkki, Ukraina ja Länsi-Balkanin valtiot jatkavat suoraan tai välillisesti lämpövoimaloidensa tukemista ja laiminlyövät päästönormeja. Suurin osa alueiden voimalaitoksista on yli 30 vuotta vanhoja ja niiden kapasiteetin nostaminen olisi erittäin kallista. Jo vuonna 2013 tarvittavat investoinnit Euroopan energiayhteisön maiden yrityksiin päästönormien noudattamiseksi arvioitiin 7,85 miljardiksi euroksi. Maat käyttivät 2 miljardia euroa vuosina 2015–2019 hiilivoiman tukemiseen, vaikka arvostetut luonnonvarat tekivät investoinnista tuuli- ja aurinkoenergiaan pitkällä aikavälillä kannattavampia [130] . Kiina yhtenä suurimmista hiilentuottajamaista jatkoi kivihiilivoimaloiden rakentamisen rahoittamista ulkomaille vuoteen 2021 asti [131] .
Merkittävä osa saasteista pääsee ilmakehään kivihiilen avolouhinta-, kuljetus- ja siirtolajien yhteydessä: pienimmät kiinteät hiukkaset leviävät, pääsevät ilmakehään aiheuttaen savua ja huonon näkyvyyden. Toinen merkittävä lähde ovat hiilivoimalaitokset, jotka saastuttavat ilmakehän polttoaineiden palamistuotteista. Elohopea ja raskasmetallit TPP-päästöissä muodostavat lentotuhkaa, joka on suspendoituneita hiukkasia, jotka laskeutuvat kasveille ja maaperään, jokiin tai vesistöihin [125] [3] . Hiilen palamisen aikana muodostuvien kiinteiden jäännösten määrä riippuu sen laadusta: jos huonolaatuisen polttoaineen tuhkapitoisuus voi olla 40–70 %, korkealaatuisen polttoaineen tuhkapitoisuus voi olla 10–12 % ja sitä alhaisempi. Kivihiilen tuhkan rikkipitoisuus voi vaihdella 1-4 % [101] [99] .
Päästöjen vähentämiseksi yritykset ottavat käyttöön erityisiä laitteita, jotka säätelevät saastetasoa. Mutta tästä huolimatta vain Yhdysvalloissa hiilivoimalat tuottavat vuosittain yli 100 miljoonaa tonnia hiilituhkaa. Vuonna 2014 tämä luku oli 197 tuhatta tonnia hienojakoisia hiukkasia (halkaisijaltaan 10 mikrometriä tai vähemmän) [3] [132] . Laajamittainen ilmansaasteet johtavat kroonisen keuhkoputkentulehduksen ja astman kehittymiseen väestössä , sydän- ja verisuonisairauksiin ja jopa ennenaikaiseen kuolemaan [3] . Arviot lämpövoimaloiden aiheuttamasta hiilipölylle altistumisesta vuosittain kuolevien ihmisten määrästä vaihtelevat alueittain. Esimerkiksi Yhdysvalloissa luku on 52 tuhatta ihmistä (vertailun vuoksi 40 tuhatta amerikkalaista kuoli auto-onnettomuuksissa vuonna 2016) [125] [99] .
Euroopan maista johtava pienhiukkasten (PM10 ja PM2.5) sekä bentso(a)pyreenin aiheuttama saastuminen , joita yleensä syntyy hiilen palamisesta, on Puola . Historiallisesti tämän maan ilmanlaatu on yksi Euroopan heikoimmista, mikä johtuu erityisesti huonolaatuisen kivihiilen massiivisesta käytöstä talojen lämmittämiseen ja suuresta hiilituotannosta valtion tasolla. Vuonna 2018 PM10-pitoisuudet maan hiilialueilla ylittivät EU:n päivittäisen raja-arvon yli 50 prosentilla. Ilmansaasteet ovat aiheuttaneet lähes 50 000 ennenaikaista kuolemaa, joista 46 300 kuoli altistumisesta PM2.5-hiukkasille. Vertailun vuoksi EU:ssa tämäntyyppisiin päästöihin kuoli 379 tuhatta ihmistä, Saksassa 63,1 tuhatta ihmistä ja Italiassa 52,3 tuhatta ihmistä [133] .
Kielteisten vaikutusten lieventämiseksi eri maiden viranomaiset asettavat jossain määrin päästörajoja. Vuonna 2019 useimmat energiayhteisön maat eivät kuitenkaan noudattaneet kansallisesti sallittuja päästöjä. Euroopan alueella Ukrainan , Länsi-Balkanin , Turkin, Puolan ja Saksan hiilivoimalaitokset ovat tärkeimpiä ilmansaasteiden lähteitä [124] . Venäjällä 22 miljoonasta hiililämpövoimalaitosten kerätystä tuhkasta ja kuonajätteestä vain 10–15 % kierrätettiin, kun Yhdysvalloissa vastaava osuus oli 64 % ja Japanissa 97 % [126] [127] [128] .
Kun hiilipölypitoisuus on korkea, viranomaiset ottavat käyttöön hätätilan "musta taivas". Tämä on jaksojen nimi, jolloin suspension määrä ilmassa on niin suuri, että ne muodostavat "mustia pilviä". Esimerkiksi Venäjällä Vladivostokin ja Nakhodkan satamakaupunkien asukkaat kohtaavat tämän ilmiön säännöllisesti [3] [134] [135] . Jälkimmäisestä tuli vuonna 2018 johtava ilmansaaste maassa [60] [136] .
Hiiliteollisuus aiheuttaa korjaamattomia vahinkoja kaivosalueiden asukkaille, kaivostyöläisille ja kivihiiliyritysten työntekijöille. Suurin vaara heille on hiilipöly, jonka pienet hiukkaset hajoavat helposti ilman läpi. Kun ne ovat joutuneet kehoon, ne tunkeutuvat hengityselinten kudoksiin ja kulkeutuvat veren mukana koko kehoon. Hienot kiinteät hiukkaset johtavat ylimääräisten vapaiden radikaalien muodostumiseen , mikä liittyy hengityselinten kroonisten patologioiden kehittymiseen. Seurauksena kehittyy pneumokonioosi , keuhkoputkentulehdus ja muut hengityselinten sairaudet. Pölypatologiat provosoivat myös sydän- ja verisuonisairauksia , sydämen kammion muodonmuutoksia [137] . Hiilikaivostoimintaan suuntautuneilla alueilla naiset synnyttävät todennäköisemmin ennenaikaisia ja kuolleena syntyneitä , vastasyntyneiden kehityksessä on poikkeavuuksia ja ensimmäisen elinvuoden lasten sairastuvuus on suurempi. Lisäksi sellaisilla alueilla, kuten esimerkiksi Kemerovo, pahanlaatuisten kasvainten ilmaantuvuus on lisääntynyt (vuosina 2010-2013 - 9,7% koko väestöstä).
Kaivosalan ammattiin liittyy yksi korkeimmista työperäisistä sairastuvuusluvuista. Yksittäiset kaivostyöntekijät ovat 10 kertaa todennäköisemmin sairastua keuhkosyöpään kuin muut kuin hiilityöläiset. Muita kaivostyöläisten yleisiä sairauksia ovat pneumokonioosi ja keuhkoputkentulehdus , sepelvaltimotauti , verenpainetauti ja muut sydän- ja verisuonisairaudet [138] [139] [140] [141] . Lisäksi alan työhön liittyy lisääntynyttä tapaturmien ja työtapaturmien määrää (kiven putoaminen, räjähdykset, kaasupäästöt). Näin ollen Yhdysvalloissa kuolleisuus onnettomuuksien seurauksena on 10 ihmistä vuodessa, Venäjällä - 50 [142] [143] . Vaara syntyy sekä kaivoksen johdon huolimattomuudesta että laiminlyönnistä - säästöt suojavarusteissa, riittämättömät investoinnit turvajärjestelmiin, pakollisen koulutuksen puute, alhainen tuotantokuri, tuotannon lisääminen voittoa tavoittelemalla jne. [143] [30] [144 ] .
Hiilen louhinta uhkaa myös muiden alueiden asukkaiden terveyttä, sillä pöly leviää helposti pitkiä matkoja. Saastuminen pahentaa ekologista tilannetta ja johtaa syöpään ja muihin sairauksiin. Kaivosalueiden yleisimmät syövät ovat keuhko- , henkitorvi- ja keuhkoputket [74] [74] . Tämän seurauksena elinajanodote näillä alueilla on paljon alhaisempi kuin kansalliset indikaattorit, esimerkiksi Kemerovon asukas elää keskimäärin 3-4 vuotta vähemmän kuin keskimääräinen venäläinen [145] .
Lämpövoimalaitosten toiminta aiheuttaa myös korjaamatonta vahinkoa väestön terveydelle, koska hiiltä poltettaessa niistä vapautuu erityisen vaarallisia haihtuvia yhdisteitä, kuten elohopeaa , arseenia , seleeniä , lyijyä , kadmiumia , sinkkiä ja muita. Kun ne ovat joutuneet ihmiskehoon, ne kerääntyvät elimiin, mikä johtaa pahanlaatuisten kasvainten kehittymiseen ja mutageenisiin vaikutuksiin, mikä vähentää vastustuskykyä infektioita vastaan. Pienimmät hiukkaset, joiden halkaisija on jopa 0,1 mikronia, voivat tunkeutua kapillaareihin jopa ihon läpi. Tuhkahiukkasten kuljetusetäisyys ja niiden laskeutuminen maahan yhdessä ilmakehän sateen kanssa riippuu tuhkan fysikaalisista ominaisuuksista ja sääolosuhteista. Suurin vaikutus kohdistuu ihmisiin, jotka asuvat 1-2 kilometrin etäisyydellä voimalaitoksesta [13] [14] .
Vuonna 2017 yli miljoona kuolemantapausta liittyi fossiilisten polttoaineiden polttamiseen, joista yli puolet liittyi hiileen [15] . Vuoden 2021 arvioiden mukaan pelkästään Euroopassa kivihiilestä luopuminen säästää jopa 100 000 ihmishenkeä vuosittain [146] . Hiilen tuotannosta riippuvaisissa maissa, kuten Intiassa , olemassa olevien ja suunniteltujen hiilivoimaloiden vuotuisten kuolemantapausten määrä on 112 000. Vuodelle 2021 suunniteltu laitosten rakentamisen kieltäytyminen välttää vähintään 844 000 ennenaikaista kuolemaa näiden tehtaiden koko elinkaaren aikana [147 ] .