煤炭是怎么形成的？煤阶是什么？
煤炭是约三亿年前石炭纪沼泽森林的遗骸：真菌和细菌尚未进化出分解木质素的酶，倒下的巨树沉入酸性沼泽水中不腐烂，堆积成泥炭，再被数百米沙泥覆盖，经压力与地热「煤化」而成。煤阶即按含碳量给煤分级：褐煤、次烟煤、烟煤、无烟煤。
煤炭的故事始于约三亿年前的石炭纪——一个温室世界，覆盖着巨大的沼泽森林，大气含氧量高达35%，使蜻蜓一类的昆虫得以长到鹰那般大小，野火频繁横扫沼泽，留下的炭层至今仍能在煤层中找到。优势植物是能长到60英尺高的鳞木（Lepidodendron）和巨型蕨类。最终产物在物理上是不均质的：同一煤层内性质可以剧烈变化，并以微量形式含有几乎整个元素周期表，包括汞、硫、砷乃至铀和钍。
成煤的关键不只在于巨树繁盛，更在于一个生物意义上的空缺：当时地球的真菌和细菌还未进化出分解木质素（木材结构胶）所需的酶。巨树倒伏后沉入停滞的酸性沼泽水，不腐烂，一层层积累成富碳的泥炭（Peat）。数百万年间，这些泥炭层被数百米厚的沙泥覆盖，压力与地球内部热量启动了缓慢的「煤化（Coalification）」：水分、氧气和氢气被挤出，碳原子以越来越致密的网络相互结合。
煤炭形成的压缩比约为20:1——每生成一米厚的煤层，需要最初约20米深的茂密史前植被；想象一片六层楼高的森林被压成仅三英尺厚的岩石。正是这种压缩把数百万平方英里远古阳光的能量浓缩成可以轻易运输和燃烧的形式，提供了木材或畜力永远无法达到的能量浓度——这就是煤炭何以是工业时代「奇迹燃料」的原因。全球探明储量估算约1.07万亿吨，按当前消费速率可使用约139年。
煤阶决定的不只是电厂效率，也决定共同呼吸的空气化学：烟煤是最常见的工业煤阶，在隔绝空气条件下加热可形成焦炭（Coke）——一种纯多孔碳，是高炉化学还原铁矿石不可或缺的原料，没有烟煤，20世纪的摩天大楼城市根本无从建起。而从气候角度看，煤炭是所有主要固定能源中碳强度最高的：每产生一太焦耳能量释放约26.8吨碳，显著高于石油的20.0吨和天然气的15.3吨（IEA, World Energy Outlook 2023）。
| 煤阶 | 含碳量／含水量 | 特性与用途 |
|---|---|---|
| 褐煤（Lignite / Brown Coal） | 含水量高达45% | 最软、最年轻的煤，有时仍能看到树皮和木纤维；运输效率低，燃烧时火焰发黑多烟 |
| 次烟煤（Sub-bituminous） | 含硫量通常较低 | 更硬、更黑，在美国西部大量储存，因低硫更易符合现代污染标准 |
| 烟煤（Bituminous） | 含碳量50–70% | 最常见的工业煤阶，用于发电和钢铁生产；隔绝空气加热成焦炭，是高炉还原铁矿石的必需原料 |
| 无烟煤（Anthracite） | 含碳量超过90% | 煤阶顶峰，以干净的热蓝火焰燃烧、几乎无烟；但稀少且难以点燃，仅存于少数工业利基领域 |
三亿年的阳光与有机质，被压进了一块可以握在手中的石头。这个物理事实，在炉膛里以几秒钟的燃烧告终。
资料来源
- International Energy Agency (IEA), World Energy Outlook 2023: The Future of Coal in the Net Zero Scenario
- 《能源文明的全局》第二章 2.3（煤炭储采比约139年）
- 《能源文明的全局》第三章 3.1 煤炭是什么？地质、煤阶与成煤过程
这个问题在书中的展开位置： 《能源文明的全局》，第三章 3.1