Uhlie je čierna alebo hnedočierna horľavá hornina z radu kaustobiolitov, ktorá vznikla v uhoľných panvách procesmi preuhoľňovania z odumretých rastlinných tiel účinkom tlaku a teplotyVladár, J. a kolektív, Encyklopédia Slovenska VI. zväzok T-Ž. Veda, Bratislava, s. 159. Okrem uhľovodíkov obsahuje do 50 % minerálnych látok a vody. Získava sa z povrchových lomov alebo hlbinných baní a používa sa predovšetkým ako palivo. Od dôb priemyselnej revolúcie je uhlie veľmi dôležitou energetickou surovinou. Väčšina svetovej výroby elektrickej energie sa uskutočňuje práve v uhoľných (t. j. tepelných) elektrárňach (približne 40 % svetovej elektrickej energie). Uhlie je zložené predovšetkým z uhlíka, obsahuje však rozmanité zložky vrátane sírnych zlúčenín.
Zloženie Uhlie je tvrdá ale krehká tmavosivá až čierna hornina s obsahom horľavej (bitumenóznej) zložky nad 50 %. V prípade, že hornina obsahuje menej bitumenóznej zložky nazýva sa uhoľná, bitumenózna alebo čierna bridlicaRojkovič, I., Lintnerová, O., Uhlík, P., Kraus, I., 2006, Nerastné suroviny. Univerzita Komenského, Bratislava, 179 s.. Uhlie je tvorené organickou (uhoľnou) hmotou, popolom (minerálnymi látkami) a vodou. Často možno pozorovať striedanie svetlejších a tmavších vrstiev, v ktorých môže byť pozorovateľný fosílny rastlinný materiál. Okrem vrstevnatosti možno pozorovať kockový rozpad spôsobený dvomi kolmými sústavami puklín (najmä u čierneho uhlia). Pri dotyku sa niektoré druhy uhlia otierajúPellant, Ch., 2005, Horniny a minerály. Ikar, Bratislava, s. 192.
Uhoľnú hmotu možno makroskopicky (voľným okom) rozdeliť na zložkySchenk, J., 1956, Uhlie, jeho vznik a vlastnosti z hľadiska upraviteľnosti. SVTL, Bratislava, 85 s. (litotypy), ktoré možno rozlíšiť podľa farby, lesku a textúry: vitrit – sklovitá lesklá zložka klarit – vrstevnatá lesklá zložka durit – matná zložka fuzit – vláknitá zložka
Niekedy sú rozlišované aj ďalšie zložky: detrit – úlomky rastlinného materiálu - rastlinný kal xylit – drevená hmota
Makroskopické zložky však nie sú homogénne a pri podrobnom mikroskopickom štúdiu v odrazenom svetle ich možno rozdeliť na mikroskopické zložky, tzv. macerály. V minulosti sa rozoznávali macerály základnej hmoty a častíc, ktoré sa v nej nachádzali. Dnešná klasifikácia rozlišuje tri typy macerálov: vitrinit – tvorený geochemicky a biochemicky alterovanými časťami rastlinných bunkových stien liptinit – tvorený živicami a voskom rastlín intertinit – tvorené drevitým zuhoľnateným tkanivom
Minerálne látky, tzv. popoloviny, v uhlí tvoria hlavne ílové minerály, kremeň, karbonáty a sulfidy železa (napr. pyrit). Íly tvoria asi 50 % všetkých anorganických látok v uhlí. Predstavuje ich hlavne illit, kaolinit, smektit a íly so zmiešanými vrstvami. Kremeň môže tvoriť až 20 % prítomných anorganických látok. Niekedy sa SiO2 nachádza vo forme chalcedónu. Ďalšie aluminosilikáty zastupujú hlavne živce (alkalické aj vápenaté), turmalín, a zeolity ako analcím, klinoptylolit a heulandit. Karbonáty väčšinou predstavuje kalcit, dolomit, siderit aj ankerit; aragonit je menej častý. Bežné sú vo forme rôznych konkrécií. Môžu však byť prítomné aj rôzne zmiešané fázy s rôznym obsahom Ca, Mg, Fe a Mn a iných prvkov, napríklad strontianit alebo dawsonit. Sulfidy železa sú prítomné prevažne vo forme pyritu a markazitu. Spomedzi ostatných sulfidov je menej častý galenit a sfalerit. Sulfidy predstavujú novoutvorené – diagenetické minerály. Síra pochádza zo sulfátov z morskej vody, ale môže byť aj biogénna, alebo vulkanického pôvodu, čo možno rozlíšiť iba pomocou jej izotopového zloženia. Niekedy s uhlím asociujú aj sírany ako sadrovec, anhydrit, baryt a iné, ktoré môžu byť primárne alebo aj diagenetického pôvoduLintnerová, O. 2009: Geológia kaustobiolitov. Uhlie a uhľovodíky. Univerzita Komenského, Bratislava, 118 s..
Jednotlivé minerálne látky sa do uhlia dostali rôznymi cestami. Jednak ako súčasť rastlín (konštitučné popoloviny), ktoré tvoria asi 0,5 až 1,5 % obsahu súčasnej rastlinnej hmoty, ďalšie ako naplaveniny prinesené vodou a vetrom do uhoľnej panvy počas hromadenia uhlia. Časť minerálnych látok asociujúcich s uhlím tvoria jalové medzivrstvy iných usadených hornín (pieskovcov, ílovcov a podobne) medzi jednotlivými vrstvami uhlia. Časť minerálnych látok vznikla sekundárne vyzrážaním v uhlí v priebehu preuhoľňovania alebo ešte neskôr (tzv. infiltračné popoloviny).
Medzi základné fyzikálne vlastnosti uhlia patria farba, lesk, index lomu, tvrdosť a krehkosť. Pre technické spracovanie má veľký význam hustota, pórovitosť, nasiakavosť, pevnosť, pružnosť, stupeň elasticity, ale aj jeho elektrické a termické vlastnosti.
Vznik uhlia Uhlie vzniklo z rastlinných a živočíšnych zvyškov, ktoré boli uložené v anaeróbnom vodnom prostredí, kde nízky obsah kyslíka zabraňoval ich úplnému rozkladu a oxidácii (t. j. hnitiu). Nedostatok kyslíka bol spôsobený najmä extrémnou akumuláciou odumretých častí rastlín, ktorých hnitie spotrebovávalo väčšinu kyslíka v plytkej, pomaly plynúcej alebo celkom stojatej vode uhoľných panví. Následný rozklad organickej hmoty preto nebol dokonalý, nedochádzalo k úplnému tleniu a spráchniveniu, ale bez prístupu kyslíka sa rastlinné zvyšky rozkladali iba veľmi pomaly. Rašelina sa preuhoľňovaním (karbonifikáciou) postupne menila na uhlie. Vytvára väčšinou vrstevnaté polohy označované v súvislosti s uhlím ako slojeStočes, B, 1954, Přehled hornictví. Práce-Vydavatelstvo ROH, Praha, 307 s.. náhľad|vpravo|Odkryv uhlia v podloží fosílneho riečneho kanála, súvrstvie Stellarton, vrchný karbón (pensylván), blízko mesta Thorburn, Nové Škótsko. Najvhodnejšie podmienky na vznik uhlia sú panvách, ktoré sa nachádzajú v nížinách, pri brehoch plytkých morí alebo vo vnútrozemských panvách. Uhoľné panvy príbrežných oblastí boli často zaplavované morom pri periodických morských ingresiách, označujú sa ako paralické panvy. Kontinentálne (vnútrozemské) panvy predstavujú hlavne močiare obklopujúce veľké jazerá. Tvorili sa dlhodobo, často tiež pozdĺž zlomov v poklesávajúcich depresiách, medzi stabilnejšími oblasťami zemskej kôry. Tieto sa označujú ako limnické panvy. Aj v jazerných oblastiach často dochádzalo k zmenám podmienok sedimentácie a bežná je ich cyklicita, prejavujúca sa prínosom siliciklastík, ktoré prekrývali uhoľné slojeMišík, M., Chlupáč, I., Cicha, I., 1985, Historická a stratigrafická geológia. SPN, Bratislava, 541 s.. Rašeliniská vnútrozemských panví majú len nízky prínos klastických sedimentov a ich uhoľné sloje môžu dosahovať značnú hrúbku, mávajú však zväčša pomerne malé plošné rozšírenie. Močiarne uhoľné sloje mávajú väčšie plošné rozšírenie, prúdiaca voda však do sedimentov priniesla väčšie množstvo ílu, siltu a piesku. V prípade, že išlo o príbrežné (paralické) prostredie, sedimenty obsahujú značnú prímes síranov a sulfidov, ktoré zvyšujú obsah síry v uhlí a tým znižujú jeho kvalituNichols, G., 2009, Sedimentology and stratigraphy. Willey-Blackwell, Chichester, 419 s..
Striedanie podmienok sedimentácie sa v uhoľných panvách prejavovalo zmenami sedimentácie. V limnických panvách sú označované ako cykly, v paralických ako cyklotémy. Každý takýto cyklus zahŕňa postupne štádium transgresie, pokojnej sedimentácie a nakoniec regresie.
Následnou akumuláciou týchto sedimentov v sedimentačných panvách, ich prekrytím ďalšími mladšími sedimentmi, narastajúcim tlakom a teplotou dochádza k postupným geochemickým zmenám a vytláčaniu vody.
Z hľadiska prostredia, v ktorom uhlie vznikalo sa rozlišujú: humolity – uhlie, ktoré vzniklo z pletív cievnatých rastlín, v močiaroch; je najrozšírenejšie, má vrstevnatú stavbu; nachádza sa in situ, na miestach kde rastliny pôvodne rástli; prevažná väčšina uhlia patrí do humolitového raduTucker, M., 2003, Sedimentary Rocks in the Field. John Wiley & Sons, Chichester, 234 s., tieto uhlia môžu byť zdrojom zemného plynu liptobiolity – uhlie, ktoré je zložené z odolných častí rastlín (rastlinné vosky, živice), vznikalo v aeróbnych častiach rašelinísk sapropelity – uhlie, ktoré vzniklo hnitím organického hlienu v subakvatickom – morskom prostredí, organický hlien tvorili hlavne riasy, spóry, peľové zrná, kutikuly a úlomky rastlinných pletív; na rozdiel od predošlých je jemnozrnné, nemá vyvinutú vrstvovitosť; ide väčšinou o transportované sedimenty prinesené prúdmi v suspenzii, tieto uhlia môžu byť zdrojom ropy
Pri vzniku uhlia (preuhoľňovaní) možno rozoznať dve základné štádiá – najprv biochemické a neskôr geochemické. Biochemické štádium alebo tiež humifikačný proces predstavuje tvorbu rašeliny a procesy prebiehajúce vo vrstvách rašeliny pri povrchu, ktoré sú ovplyvnené pôsobením mikroorganizmov. Dochádza tu k premene pôvodne biogénnych organických látok na iné organické látky, ktoré sa v rastlinách pôvodne nenachádzali. Geochemické štádium reprezentuje termickú premenu (biochemicky zmenenej) rašeliny na uhlie, ktorý nastáva vo väčších hĺbkach. Významným faktorom je čas, tlak a teplota. Výsledkom preuhoľňovania je postupný nárast obsahu uhlíku (z 60 až cez 90%), dehydratácia a pokles obsahu prchavých látok (CO2, CH4, H2O, klesá obsah O, H, N). Geochemické štádium môžu výrazne zrýchliť horotvorné procesy alebo zvýšený geotermický gradient. Pokračovanie horotvorných pohybov, alebo hlboké pochovanie uhlia môže mať za následok jeho metamorfózu, vznik antracitu až grafitu, teda čistého uhlíka.
Typy uhlia thumb|200px|Antracit (vľavo) a koks (vpravo) lignit – tiež označovaný ako hnedé uhlie je najmenej kvalitný druh uhlia. Používa sa len na parnú výrobu elektrickej energie. Leštený lignit sa od železnej doby používal ako ozdobný kameň. 200px|thumb|Briketa z hnedého uhlia. hnedo-čierne – jeho vlastnosti sú kombináciou vlastností čierneho a hnedého uhlia, použitie má rovnaké ako lignit čierne uhlie – je charakteristické vysokou hustotou, jeho farba je obvykle hnedočierna až čierna antracit – najkvalitnejšie uhlie, používa sa na vykurovanie
Spracovanie uhlia Splyňovanie Vysoké ceny vykurovacích olejov a zemného plynu vedú k zvýšenému záujmu o tzv. BTU konverziu – technológie ako splyňovanie, skvapalňovanie a tuhnutie. V minulosti bolo uhlie používané na výrobu svietiplynu, ktorý bol dopravovaný k spotrebiteľom potrubím a bol využívaný na svietenie, varenie a kúrenie. Dnes je namiesto svietiplynu používaný bezpečnejší zemný plyn. V južnej Afrike sa ešte stále využíva splyňovanie uhlia pre potreby petrochemického priemyslu, vyvinuté počas obchodného embarga. Splyňovanie je tiež možnosť výroby energie, ktorá je všeobecne čistejšia než energia získaná konvenčne z uhlia, môžu sa vyrábať nové plynové turbíny s vyššou účinnosťou než súčasné parné turbíny. Vznikajúci oxid uhličitý je možné v prípade potreby zachytávať. V praxi sa však zachytávanie oxidu uhličitého robí len v USA - v dvoch projektoch pri Mexickom zálive a dvoch projektoch na Great Plains pri hranici s Kanadou. Zachytený oxid uhličitý sa vtláča do ropných ložísk, čím zvyšuje výnosy ropy a zisk z nej zaplatí zvýšené náklady na procesy CCS.
Skvapalňovanie Uhlie možno previesť na kvapalné palivá ako napríklad benzín či nafta niekoľkými rôznymi spôsobmi. Fischerov—Tropschov proces spočíva v syntéze kvapalných uhľovodíkov, bol použitý v nacistickom Nemecku a v Juhoafrickej republike, pretože tieto krajiny boli politicky izolované a nemali dostatočné zdroje surovej ropy. Uhlie môže byť skvapalňované na tzv. syngas (syntézny plyn) a syngas skvapalnený Fischerovou—Tropschovou metódou na ľahké uhľovodíky, ktoré sú ďalej spracúvané na benzín a naftu. Syngas môže byť tiež prevedený na metanol, ktorý sa používa ako palivo alebo ako aditívum do palív. Priame skvapalňovanie Bergiusovým procesom (hydrogenačné skvapalňovanie) je možné, ale nie je vo svete zaužívané, len v Nemecku za prvej a druhej svetovej vojny, keď bolo na Nemecko uvalené embargo na dovoz ropy .