Termin „paliwa kopalne” jest obecnie używany o wiele częściej. Najczęściej pojawia się w kontekście problemów środowiskowych, zmian klimatu lub tak zwanego „kryzysu energetycznego”. Poza tym, że jest głównym źródłem zanieczyszczenia, uzależnienie ludzkości od paliw kopalnych doprowadziło do niepokoju w ostatnich dziesięcioleciach i podsyciło zapotrzebowanie na alternatywy.
Ale czym są paliwa kopalne? Chociaż większość ludzi myśli o benzynie i oleju, gdy słyszy te słowa, w rzeczywistości dotyczy to wielu różnych źródeł energii pochodzących z rozkładanego materiału organicznego. To, w jaki sposób ludzkość stała się od nich tak bardzo zależna i czego możemy się spodziewać, aby je zastąpić, to jedne z największych problemów, przed którymi stoimy dzisiaj.
Definicja:
Paliwa kopalne odnoszą się do źródeł energii, które powstają w wyniku beztlenowego rozkładu żywej materii, która zawiera energię w wyniku starożytnej fotosyntezy. Zazwyczaj organizmy te nie żyją od milionów lat, a niektóre z nich sięgają okresu kriogenicznego (około 650 milionów lat temu).
Paliwa kopalne zawierają wysoki procent węgla i zmagazynowaną energię w swoich wiązaniach chemicznych. Mogą przybrać formę ropy naftowej, węgla, gazu ziemnego i innych łatwopalnych związków węglowodorowych. Podczas gdy ropa naftowa i gaz ziemny powstają w wyniku rozkładu organizmów, węgiel i metan są wynikiem rozkładu roślin lądowych.
W przypadku tych pierwszych uważa się, że ogromne ilości fitoplanktonu i zooplanktonu osiadły na dnach mórz lub jezior miliony lat temu. Przez wiele milionów lat ta materia organiczna mieszała się z błotem i była zakopana pod ciężkimi warstwami osadów. Powstałe ciepło i ciśnienie spowodowały, że materia organiczna uległa chemicznej zmianie, ostatecznie tworząc związki węgla.
W przypadku tego ostatniego źródłem była martwa materia roślinna, która była pokryta osadami w okresie karbonu - tj. Pod koniec okresu dewonu do początku okresu permu (około 300 i 350 milionów lat temu). Z biegiem czasu złoża te zestaliły się lub stały się gazowe, tworząc złoża węgla, metan i gazy ziemne.
Nowoczesne zastosowania:
Węgiel był używany od czasów starożytnych jako paliwo, często w piecach do topienia rud metali. Nieprzetworzony i nierafinowany olej od wieków palono także w lampach ze względu na oświetlenie, a półstałe węglowodory (takie jak smoła) były używane do impregnacji wodoodpornej (głównie na dnie łodzi i doków) oraz do balsamowania.
Powszechne stosowanie paliw kopalnych jako źródeł energii rozpoczęło się podczas rewolucji przemysłowej (XVIII - XIX wiek), w której węgiel i ropa zaczęły zastępować źródła zwierzęce (tj. Olej wielorybi) do napędzania silników parowych. Do czasu drugiej rewolucji przemysłowej (ok. 1870–1914) ropa i węgiel zaczęły być wykorzystywane do zasilania generatorów elektrycznych.
Wynalezienie silnika spalinowego (tj. Samochodów) gwałtownie zwiększyło zapotrzebowanie na olej, podobnie jak rozwój samolotów. Równolegle pojawił się przemysł petrochemiczny, a ropa naftowa jest wykorzystywana do wytwarzania produktów od tworzyw sztucznych po surowce. Ponadto smoła (pozostałość po wydobyciu ropy naftowej) znalazła szerokie zastosowanie w budowie dróg i autostrad.
Paliwa kopalne stały się centralnym elementem nowoczesnej produkcji, przemysłu i transportu, ponieważ wytwarzają znaczne ilości energii na jednostkę masy. Według danych Międzynarodowej Agencji Energii (IEA) w 2015 r. Światowe potrzeby energetyczne są nadal zaspokajane głównie przez źródła takie jak węgiel (41,3%) i gaz ziemny (21,7%), choć ropa spadła do zaledwie 4,4%.
Przemysł paliw kopalnych stanowi również znaczną część światowej gospodarki. W 2014 r. Światowe zużycie węgla przekroczyło 3,8 miliarda ton metrycznych i stanowiło 46 miliardów USD przychodów w samych Stanach Zjednoczonych. W 2012 r. Światowa produkcja ropy i gazu osiągnęła ponad 75 milionów baryłek dziennie, podczas gdy globalne przychody generowane przez przemysł wyniosły około 1,247 biliona USD.
Przemysł paliw kopalnych cieszy się również dużą ilością rządowej ochrony i zachęt na całym świecie. Raport IEA z 2014 r. Wskazał, że przemysł paliw kopalnych zbiera 550 miliardów dolarów rocznie na globalne dotacje rządowe. Jednak badanie Międzynarodowego Funduszu Walutowego (MFW) z 2015 r. Wykazało, że rzeczywisty koszt tych dotacji dla rządów na całym świecie wynosi około 5,3 bln USD (6,5% światowego PKB).
Wpływ na środowisko:
Związek między paliwami kopalnymi a zanieczyszczeniem powietrza w krajach uprzemysłowionych i dużych miastach jest widoczny od czasów rewolucji przemysłowej. Zanieczyszczenia powstające w wyniku spalania węgla i oleju obejmują dwutlenek węgla, tlenek węgla, tlenki azotu, dwutlenek siarki, lotne związki organiczne i metale ciężkie, wszystkie związane z chorobami układu oddechowego i zwiększonym ryzykiem chorób.
Spalanie paliw kopalnych przez ludzi jest także największym na świecie źródłem emisji dwutlenku węgla (około 90%), który jest jednym z głównych gazów cieplarnianych, który umożliwia wymuszanie radiacyjne (inaczej efekt cieplarniany) i przyczynia się do globalne ocieplenie.
W 2013 r. National Oceanic and Atmospheric Administration ogłosiło, że poziomy CO² w górnej atmosferze osiągnęły 400 części na milion (ppm) po raz pierwszy od rozpoczęcia pomiarów w XIX wieku. Na podstawie obecnego tempa wzrostu emisji NASA szacuje, że poziomy węgla mogą osiągnąć od 550 do 800 ppm w nadchodzącym stuleciu.
W takim przypadku NASA przewiduje wzrost średnich temperatur globalnych o 2,5 ° C (4,5 ° F), co byłoby zrównoważone. Jeśli jednak ten drugi scenariusz okaże się prawdą, globalne temperatury wzrosną średnio o 4,5 ° C (8 ° F), co uniemożliwiłoby życie wielu częściom planety. Z tego powodu poszukuje się alternatyw dla rozwoju i szerokiej komercyjnej adopcji.
Alternatywy:
Ze względu na długoterminowe skutki zużycia paliw kopalnych naukowcy i badacze opracowują alternatywy od ponad wieku. Należą do nich takie koncepcje, jak energia hydroelektryczna - która istnieje od końca XIX wieku - w której spadająca woda jest wykorzystywana do obracania turbin i wytwarzania energii elektrycznej.
Od drugiej połowy XX wieku energetykę jądrową postrzegano również jako alternatywę dla węgla i ropy naftowej. Reaktory o powolnym rozszczepieniu (oparte na uranie lub rozpadzie radioaktywnym innych ciężkich pierwiastków) są wykorzystywane do podgrzewania wody, która z kolei wytwarza parę do wirowania turbin.
Od połowy XX wieku zaproponowano kilka innych metod, od prostych po bardzo wyrafinowane. Należą do nich energia wiatru, gdzie zmiany w przepływie powietrza popychają turbiny; energia słoneczna, w której ogniwa fotowoltaiczne przekształcają energię Słońca (a czasem ciepło) w energię elektryczną; energia geotermalna, która polega na parach wydobywanych ze skorupy ziemskiej w celu obracania turbin; oraz siła pływowa, gdzie zmiany pływów popychają turbiny.
Paliwa alternatywne pochodzą również ze źródeł biologicznych, gdzie rośliny i źródła biologiczne zastępuje benzynę. Wodór jest również rozwijany jako źródło energii, od wodorowych ogniw paliwowych po wodę wykorzystywaną do zasilania silników spalinowych i elektrycznych. Rozwijana jest również energia syntezy jądrowej, w której atomy wodoru są wtapiane w reaktory w celu wytworzenia czystej, obfitej energii.
Oczekuje się, że do połowy XXI wieku paliwa kopalne staną się przestarzałe lub przynajmniej znacznie spadną pod względem zużycia. Ale z historycznego punktu widzenia były one związane z największymi i najdłuższymi eksplozjami w rozwoju człowieka. To, czy ludzkość przetrwa długoterminowe skutki tego wzrostu - który obejmował intensywne spalanie paliw kopalnych i emisję gazów cieplarnianych - dopiero się okaże.
Napisaliśmy wiele artykułów o paliwach kopalnych dla czasopisma Space Magazine. Oto, co to jest ulepszony efekt cieplarniany ?, gazy w atmosferze, co powoduje zanieczyszczenie powietrza ?, co jeśli spalimy wszystko ?, czym jest energia alternatywna ?, a „zmiany klimatu są teraz bardziej pewne niż kiedykolwiek”, mówi nowy raport
Jeśli chcesz uzyskać więcej informacji na temat paliw kopalnych, sprawdź Obserwatorium Ziemi NASA. A oto link do artykułu NASA na temat ochrony naszej atmosfery.
Astronomy Obsada ma również kilka odcinków, które są związane z tematem. Oto odcinek 51: Ziemia i odcinek 308: zmiany klimatu.
Źródła:
- Wikipedia - paliwo kopalne
- Nauka - paliwo kopalne
- Departament Energii - Paliwa Kopalne
