Kol C

Kemi

Grundämnet kols uppbyggnad ger ämnet många möjligheter att reagera med andra grundämnen. Med till exempel väte H bildar kol ett helt system av kemiska ämnen som vi kallar kolväten. Det enklaste kolvätet är gasen metan (CH4). I reaktion också med många andra grundämnen är kol den viktigaste byggstenen i alla organismer. Den organiska kemin studerar detta område.

Kol förekommer i jordskorpan i ren form som diamant och grafit samt det nyligen upptäckta fulleren.
Kol finns i lager i jordskorpan i form av, stenkol, brunkol, råolja, naturgas och mineral med karbonat (CO32-) O är syre.

När kol-innehållande ämnen förbränns bildas bl.a. koldioxid (CO2). 

Träkol, men består av precis samma grundämne som stenkol, diamant, grafit etc.

Historiskt

Enligt Naturhistoriska riksmuseet fanns allt kol ursprungligen bland de grundämnen som solsystemet och jorden bildades av och som tidigare bildats i reaktioner i äldre stjärnor. 
Eftersom kol är ett lätt grundämne bör det mesta samlats vid jordens yta eller i atmosfären. Man tror att den tidiga atmosfären innehöll mycket hög koncentration av koldioxid.

Man vet att människan kunde göra upp eld för 400 000 år sedan (källa: Energy and Human Evolution, David Price) och kanske kunde det också avsevärt före det. Detta ökade förbränningen av organiskt material vid sidan av de naturligt förekommande bränderna.
Enligt Nationalencyklopedin började lättillgängliga lager av stenkol användas mera allmänt i Europa på 1100-1200 talet när träkolstillgången började minska p.g.a. att stora arealer skog bränts upp. Denna användning tog fart ytterligare när industrialiseringen intensifierades.
Allmän utvinning och användning av råoljeprodukter började på 1850 talet.
En tidig fyndighet som exploaterades ca 1870 var den i Baku, där familjenNobel hade stora intressen. Ungefär 12% av förmögenheten som testamenterades av Alfred Nobel till Nobelstiftelsen och därmed prisen utgjordes av aktier i detta företag. 
Företaget konfiskerades av Sovjetunionen vid Ryska revolutionen.

Nutid

Earth System Climate Data (ESSD) gör varje år en Global Kolbudget.
C. Le Quéré et al.: Global Carbon Budget 2018
I rapporten finns många intressanta diagram.

Lagrat fossilt kol

Stenkol
Under årmiljonernas lopp har det organiska materialet som dött och fallit till marken gått igenom nedbrytning och kemiska processer och till slut bildat först torv, sedan brunkol och till sist stenkol. Stenkol innehåller 85–90 % C, antracit en ren råvara med innehåll av mer än 90 % C. (källa Skogen)
Dessa produkter används till framförallt energiutvinning i värmeverk, men också i ståltillverkning, aluminiumtillverkning och som legeringsmedel. (Sveriges geologiska undersökningar SGU)

Råolja
Petroleum (av grekiskans petra, ‘klippa’, och oleum, ‘olja’), även kallat mineraloljabergoljaråolja och ibland nafta är en tunnflytande mörk vätska som naturligt förekommer i delar av berggrunden. Denna vätska är en blandning av hundratals olika kolväten, som bildas av växter och djur som inte hinner förmultna, i en process som antas ta ungefär 100 000 år under naturliga förhållanden. 
Råolja blir användbara produkter vid fraktionerad destillation. Man kan främst skilja på sex fraktioner. (källa Wikipedia)

Dessa destillationsfraktioner används i olika sammanhang. Alltså inte bara som olika typer av bränsle utan också som smörjmedel, asfalt, tjära, vaxer, paraffin och vaselin. De kan också vara råvara till framställning av av kemiska ämnen i kemisk industri som plaster, läkemedel, rengöringsmedel, färger, lösningsmedel.
Den kemiska industrin tog fart när råoljan blev en möjlighet till lättillgänglig råvara.

Naturgas
Naturgas är en organisk produkt som bildades i jordskorpan för flera miljoner år sedan genom förmultning av levande organismer.
Den används till förbränning i värmeverk, men gasen som i huvudsak innehåller metan (CH4), det enklaste kolvätet, kan också den vara råvara i kemisk industrin. Metan är en färglös och luktfri gas. Den upptäcktes på 1770-talet av Alessandro Volta.

Mineraler med karbonat t.ex. Kalciumkarbonat CaCO3
Stora delar av jordens koldioxid finns bundet i bergarternas karbonater.
Kalksten består av mineralet kalcit. Kalcit (eller det besläktade mineralet aragonit) bildar skal runt många djur (koraller, snäckor, musslor), och en del kalkstenar är bildade genom avsättning av sådana skalrester. (källa Naturhistoriska riksmuseet)
Kalksten används till cementframställning varvid koldioxiden bunden i mineralet släpps fritt. (se Cementa)

Starkt förenklad schematisk bild av lagrat kol i jordskorpan och det cirkulerande kolet i biosfären (Bild av Iréne)

Cirkulerande och lagrat kol i biosfären

Levande organismer
I kretsloppet försörjs i stort sett alla levande organismer av solenergin genom fotosyntesen.
De gröna växterna, cyanobakterierna  och blågröna algerna omvandlar koldioxid (CO2) och vatten (H2O) med hjälp av solljuset (energi) till sockerarten glukos (C6H12O6) och syre (O2) frigörs. Reaktionen sker i celldelar (organeller) som kallas kloroplaster. Färgämnet klorofyll (grönt) fångar in solljuset (energin) som behövs för reaktionen. På detta sätt växer växterna om de också får tillgång till de näringsämnen och det vatten de behöver.
Vi och många andra organismer utnyttjar sedan denna process för den egna tillväxten.

Kol i träd utgör ungefär hälften av vikten.
Kol utgör ca 18% av en människas kroppsvikt.

Vid förbränning i vår egen kropp återbildas koldioxid, som vi andas ut, precis som i en förbränningsmotor eller vid eldning av ved.

Utan koldioxid i atmosfären stannar växtligheten upp.

Biogas
Biogas består till nästan lika hög koncentration av metan som naturgas och kan därför bli en ersättare till den fossila gasen.
Skillnaden är att råvaran till biogasen hämtas ur biosfären och gör att bundet kol åter kommer i omlopp. Vid en kontrollerad jäsprocess med hjälp av mikroorganismer produceras koldioxid och metan, som fångas upp. Som råvara används t.ex. avloppsslam, gödsel, organiska rester från hushållen och rester från livsmedelsindustrin. De fasta resterna från jäsprocessen kan återföras till jorden som gödningsmedel.
Även överblivet material från skogsindustrin kan användas för tillverkning av biogas, men processen för framställningen är en annan.

Torv
Torv bildas genom igenväxning av öppet vatten och genom försumpning av förut torr mark.
Bildningen sker när stillastående vatten blir allt syrefattigare p.g.a. nedbrytning av organiskt material. Torv består av organiskt material, vatten och luft. Den är vanligen mättad med vatten upp till ytan större delen av året. 
Torv är ett biobränsle men räknas inte alltid dit eftersom det är ett slags fossil, men ett mycket ungt sådant. Torv är ett förstadium under den fossilisering där stenkol är slutstadiet. (källa: Skogen)