ถ่านหิน (Coal) ถ่านหิน เป็นหินตะกอนที่กำเนิดมาจากซากพืช ลักษณะแข็งแต่เปราะ มีสีน้ำตาลถึงดำ มีทั้งชนิดผิวมันและผิวด้าน องค์ประกอบหลักในถ่านหินคือธาตุคาร์บอน และธาตุอื่น ๆ เช่น ไฮโดรเจน ออกซิเจน ไนโตรเจน แลกำมะถัน นอกจากนี้อาจพบธาตุที่มีปริมาณน้อย เช่น ปรอท สารหนู ซีลีเนียม โครเมียม นิกเกิล ทองแดง และแคดเมียม ซึ่งเป็นสาเหตุสำคัญที่ก่อให้เกิดปัญหากับสุขภาพและสิ่งแวดล้อม

ปริมาณสำรอง ประกอบด้วยปริมาณที่พิสูจน์แล้วและปริมาณที่ยังไม่ได้พิสูจน์ ปริมาณสำรองที่พิสูจน์แล้วคือปริมาณที่ค้นพบแล้ว และจะสามารถผลิตขึ้นมาใช้ให้คุ้มค่าได้ค่อนข้างแน่นอน  ปริมาณสำรองของถ่านหินที่มีอยู่ในปัจจุบันทั่วโลกจะใช้ได้อีก 250 ปี 

1.1 การเกิดถ่านหิน 

พืชในยุคโบราณเมื่อประมาณ 350 ถึง 280 ล้านปีที่ผ่านมา เมื่อตายลงแล้วเกิดการทับถมและเน่าเปื่อยผุพังอยู่ใต้แหล่งน้ำและโคลนตม เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของผิวโลก เช่น แผ่นดินไหว หรือภูเขาไฟระเบิด ซากพืชเหล่านี้จะจมลงไปในผิวโลก ภายใต้ความร้อนและความดันสูง ซากพืชเหล่านี้ซึ่งอยู่ในภาวะที่ขาดออกซิเจนหรือมีออกซิเจนขำกัดจะเกิดการย่อยสลายอย่างช้า ๆ โครงสร้างของพืชซึ่งประกอบด้วยเซลลูโลส น้ำ และลิกนิน ซึ่งมีธาตุองค์ประกอบเป็นคาร์บอน ไฮโดรเจน และออกซิเจน เมื่อถูกย่อยสลายให้มีขนาดโมเลกุลเล็กลง คาร์บอนจะเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบอินทรีย์ที่มีปริมาณคาร์บอนตั้งแต่ร้อยละ 50 โดยมวล หรือมากกว่าร้อยละ 70 โดยปริมาตร ส่วนไฮโดรเจนและออกซิเจนจะเกิดเป็นสารประกอบอื่นแยกออกไป 

ปัจจัยที่มีผลต่อสมบัติของถ่านหิน การที่สมบัติทางกายภาพและทางเคมีของถ่านหินตามแหล่งต่าง ๆ แตกต่างกัน เป็นผลจากปัจจัยหลายอย่างดังนี้ 1. ชนิดของพืช 2. การเน่าเปื่อยที่เกิดขึ้นการถูกฝังกลบ 3. ปริมาณสารอนินทรีย์ที่ปนเปื้อนในขั้นตอนการเกิด 4. อุณหภูมิและความดันในขณะที่มีการเปลี่ยนแปลง 

ประเภทของถ่านหิน

1. พีต (Peat)

2. ลิกไนต์ (Lignite) หรือถ่านหินสีน้ำตาล

3. ซับบิทูมินัส (Sub–bituminous)

4. บิทูมินัส (bituminous)

5. แอนทราไซต์ (Anthracite) 

ปริมาณร้อยละของธาตุองค์ประกอบและความชื้นของถ่านหินชนิดต่าง ๆ เทียบกับไม้

* ขึ้นอยู่กับชนิดของพันธุ์ไม้

แกรไฟต์เมื่อเผาไหม้จะให้พลังงาน 32.8 kJ/g  แต่การเผาถ่านหินจะให้พลังงานความร้อนเฉลี่ย30.6 kJ/g แสดงว่าพลังงานความร้อนที่ได้จากการเผาถ่านหินจะขึ้นอยู่กับปริมาณของคาร์บอนที่เป็นองค์ประกอบในถ่านหิน ดังนั้น การเผาไหม้ถ่านหินแต่ละชนิดที่มีมวลเท่ากันจะให้พลังงานความร้อนแตกต่างกันตามปริมาณคาร์บอนที่มีอยู่ในถ่านหินซึ่งมีลำดับจากมากไปหาน้อยดังนี้คือแอนทราไซต์บิทูมินัส ซับบิทูมินัส ลิกไนต์ และพีต

1.2 การใช้ประโยชน์จากถ่านหิน 

1. ถ่านหิน ถูกนำมาใช้เป็นแหล่งพลังงานมากกว่า 3000 ปี ประเทศจีนเป็นประเทศแรก ๆ ที่นำถ่านหินมาใช้เป็นเชื้อเพลิงในการถลุงทองแดง ปัจจุบันการใช้ประโยชน์จากถ่านหินส่วนใหญ่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตกระแสไฟฟ้า การถลุงโลหะ การผลิตปูนซีเมนต์ และอุตสาหกรรมที่ใช้เครื่องจักรไอน้ำ การผลิตกระแสไฟฟ้าทั่วโลกใช้พลังงานจากถ่านหินประมาณร้อยละ 39

2. แหล่งถ่านหินในประเทศไทยมีมากที่เหมืองแม่เมาะ จังหวัดลำปาง คิดเป็น 97% ของปริมาณสำรองที่มีอยู่ในประเทศไทย รองลงมาคือเหมืองกระบี่ จังหวัดกระบี่ ส่วนใหญ่เป็นลิกไนต์และซับบิทูมินัส ซึ่งมีคุณภาพต่ำ ให้ปริมาณความร้อนไม่สูงมากนัก

3. ถ่านหินยังนำมาทำเป็น ถ่านกัมมันต์ (Activated carbon) เพื่อใช้เป็นสารดูดซับกลิ่นในเครื่องกรองน้ำ เครื่องกรองอากาศ หรือในเครื่องใช้ต่าง ๆ ทำคาร์บอนไฟเบอร์ซึ่งเป็นวัสดุที่มีความแข็งแกร่ง แต่นำหนักเบา สำหรับใช้ทำอุปกรณ์กีฬา เช่น ด้ามไม้กอล์ฟ ไม้แบดมินตัน ไม้เทนนิส

4. นักวิทยาศาสตร์พยายามเปลี่ยนถ่านหินให้เป็นแก๊ส และแปรสภาพถ่านหินให้เป็นของเหลว เพื่อเพิ่มคุณค่าทางด้านพลังงานและความสะดวกในการขนส่งด้วยระบบท่อส่ง เชื้อเพลิงแก๊สหรือของเหลวนี้จะถูกเปลี่ยนเป็นผลิตภัณฑ์เคมีอื่น ๆ ที่มีประโยชน์ รวมทั้งเป็นการช่วยเสริมปริมาณความต้องการใช้เชื้อเพลิงธรรมชาติจากปิโตรเลียมด้วย 

5. การเผาไหม้ของถ่านหิน จะได้ผลิตภัณฑ์เป็นแก๊สที่ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของถ่านหิน ได้แก่ CO2 , CO , SO2 , NO2

• CO2 เป็นสาเหตุของสภาวะเรือนกระจก
• CO เป็นแก๊สไม่มีสีและไม่มีกลิ่น เป็นแก๊สพิษ เมื่อสูดดมเข้าไปมากจะทำให้มึนงง คลื่นไส้ อาจหมดสติถึงตายได้
• SO2 และ NO2 ทำให้เกิดการระคายเคืองต่อระบบหายใจและปอด เป็นสาเหตุสำคัญของภาวะมลพิษในอากาศ เป็นสาเหตุของฝนกรด ทำให้น้ำในแหล่งน้ำต่าง ๆ มีความเป็นกรดสูงขึ้น ส่งผลต่อการเจริญเติบโตของทั้งพืชและสัตว์

6. ของเสียที่เป็นเถ้าถ่านและฝุ่นจากการเผาถ่านหินจะมีพวกโลหะต่าง ๆ ปนออกมาด้วย ถ้ากำจัดไม่ถูกต้องจะมีผลเสียต่อส่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม เถ้าพวกนี้กำจัดได้โดยผสมกับซีเมนต์เพื่อใช้ในการก่อสร้าง ใช้ถมถนน หรือนำไปผ่านกระบวนการเพื่อแยกโลหะออกมาใช้ประโยชน์ สำหรับฝุ่นที่เกิดขึ้น ถ้าไม่มีกระบวนการกำจัดที่ดีจะฟุ้งกระจายไปในบรรยากาศ ปัจจุบันใช้อุปกรณ์ที่มีประสิทธิภาพโดยใช้หลักการทางไฟฟ้าสถิตเพื่อดูดจับฝุ่นเหล่านี้ไว้  7. การลดผลกระทบที่เกิดจาก SO2 ทำได้โดยกำจัดกำมะถันออกไปก่อนการเผาไหม้ถ่านหิน นอกจากนี้ยังต้องมีการกำจัดสารที่เป็นพิษ เช่น ปรอท ข้อเสียของการกำจัดโดยวิธีนี้คือจะสูญเสียสารอินทรีย์ที่มีประโยชน์ออกไปด้วย การกำจัดอีกวิธีหนึ่งเป็นกำจัดหลังผาไหม้ โดยการฉีดหรือพ่นหินปูนเข้าไปในเตาเผาที่มีอุณหภูมิสูง หินปูนจะสลายตัวได้เป็น CaO ซึ่งเมื่อทำปฏิกิริยากับแก๊ส SO2 จะได้ CaSO3 เป็นวิธีลงทุนที่ถูกกว่าและนิยมใช้