Fosilna goriva

Fosilna goriva su goriva koja sadrže ugljikohidrate i nastali su od fosilnih ostataka biljaka i/ili životinja. Trenutno su osnovni izvor energije na Zemlji. Energija iz fosilnih goriva obično se oslobađa izgaranjem, i prilikom tog izgaranja također se oslobađaju otrovni i štetni plinovi koji utječu na okoliš kao: ugljični monoksid CO, ugljični dioksid CO₂, sumporni dioksid SO₂, SO₃, NO₃ itd.

Ovi plinovi utječu na okoliš tako što se sakupljaju u atmosferi i tako stvaraju staklenički učinak, dok u dodir sa vodom u atmosferi pretvaraju se u kiselinu koja pada na zemlju - tzv. kisele kiše koje uništavaju biljke i erodiraju građevine i stijene.

U fosilna goriva spadaju:

treset
ugljen (lignjit, mrki ugljen, kameni ugljen)
nafta
zemljani plin

Utjecaj fosilnih goriva na klimu

Fosilna goriva nalaze se u rasponu od zapaljivih materijala sa niskim omjerom ugljika i vodika poput metana, do tekuće nafte i nezapaljivih materijala koji se sastoje od gotovo čistog ugljika, kao antracitni ugljen. Metan se može pronaći u poljima ugljikovodika, sam, sa naftom. Opće je prihvaćeno da su formirani od fosiliziranih ostataka mrtvih biljaka i životinja koji su bili izloženi toplini i pritisku u Zemljinoj kori stotinama milijuna godina, ova biogenička teorija je prvi put predstavljena od strane Georga Agricole 1556. godine i kasnije od strane Mikhaila Lomonosova u 18. stoljeću.

Administracija Američke Informacije o Energiji je procijenila da su se u 2006. godini primarni izvori energije sastojali od nafte 36.8%, ugljena 26.6%, prirodnog plina 22.9%, što rezultira 86% postotnim udjelom fosilnih goriva u primarnoj svjetskoj proizvodnji energije. Ne-fosilni izvori uključivali su hidroelektrične sa 6.3%, nuklearne sa 6% i (geotermalne, solarne, plimu, vjetar, drvo, otpad) sa 0.9%. Svjetska potrošnja energije rasla je oko 2.3% godišnje.

Fosilna goriva su neobnovljivi resursi jer im trebaju milijuni godina da bi nastali, i rezerve se troše puno brže nego što nove nastaju. Proizvodnja i potrošnja fosilnih goriva potiču ekološku zabrinutost. Globalni pokret prema proizvodnji obnovljive energije je na putu da pomogne zadovoljiti povećanu potrebu za energijom.

Ovi plinovi utječu na okoliš tako što se sakupljaju u atmosferi i tako stvaraju staklenički učinak, dok se otapaju u vodi koja se nalazi u atmosferi, uslijed čega joj se smanjuje pH-vrijednost te nastaju tzv. kisele kiše, koje uništavaju biljke i erodiraju građevine, stijene, itd.

Izgaranje fosilnih goriva proizvodi oko 2.13 bilijuna tona ugljičnog dioksida godišnje, a procjenjuje se da prirodni procesi mogu apsorbirati samo pola od tog iznosa, tako da je godišnje neto povećanje atmosferskog ugljičnog dioksida oko 10.65 bilijuna tona (jedna tona atmosferskog ugljika je ekvivalentna 44/12 ili 3.7 tona ugljičnog dioksida). Ugljični dioksid je jedan od stakleničkih plinova koji pojačava zračenje i pridonosi globalnom zatopljenju, uzrokujući da prosječna površinska temperatura Zemlje raste, što će rezultirati velikim nepovoljnim efektima.

Izvori

Fosilna goriva nastaju anaerobnim raspadanjem ostataka organizama uključujući fitoplanktone i zooplanktone koji su se nataložili na dno mora (ili jezera) u velikim količinama u uvjetima bez zraka, prije više milijuna godina. Kroz geološko vrijeme, ova organska tvar, pomiješana s blatom, zakopana je ispod teških slojeva sedimenata. Rezultirajući visoki nivoi topline i pritiska uzrokovali su kemijske promjene u organskoj tvari, prvo u materijal sličan vosku poznat kao kerogen koji se može naći u naftnom škriljcu, a tada uz pomoć još topline u tekuće i plinovite ugljikovodike u procesu znanom kao katageneza.

Kopnene biljke, u drugu ruku, formiraju ugljen. Mnoga polja ugljena su iz Karboniferskog perioda Zemljine povijesti. Kopnene biljke također tvore kerogen tipa III, izvor prirodnog plina.

Usporedne brojke:

1 litra običnog benzina nastaje od 23.5 tone organskog materijala sa oceanskog dna
Ukupna količina fosilnih goriva iskorištenih 1997. godine je rezultat 422 godine ukupne biljne tvari koja je rasla na kopnu i u svim oceanima.

Važnost

Bušotina za vađenje nafte u Meksiku

Petrokemijska rafinerija u Grangemouthu, Škotska, UK.

Fosilna goriva su od velike važnosti jer mogu biti spaljena (oksidirana u ugljični dioksid i vodu), stvarajući znatnu količinu energije. Iskorištavanje ugljena kao goriva je starije od pisane povijesti. Ugljen je korišten da pokreće peći za topljenje metalne rude. Polu-čvrsti ugljikovodici su također korišteni u davna vremena ali većinom za kreiranje vodonepropusnih materijala i balzamiranje.

Komercijalno iskorištavanje petroleja, većinom kao zamjena za ulja od životinjskih izvora (npr. kitovog ulja) za korištenje u uljnim lampama počela je u 19-om stoljeću.

Prirodni plin, nekoć odbacivan kao nusprodukt proizvodnje petroleja, se sada smatra vrlo vrijednim resursom.

Teško sirovo ulje, koje je puno viskoznije od konvencionalnog sirovog ulja, te katranski pijesak koji se sastoji od bitumena pomiješanog sa pijeskom i glinom, postaju sve važniji izvori fosilnih goriva. Uljni škriljac i slični materijali su sedimentno kamenje koje sadrži kerogen, kompleksnu mješavinu organskih spojeva visoke molekularne težine, koji daju sintetsko sirovo ulje kada ih se zagrije. Ove materijale tek treba komercijalno iskoristiti. Ta goriva se upotrebljavaju u strojevima sa unutarnjim izgaranjem, elektranama na fosilna goriva itd.

Prije druge polovice 18-og stoljeća vjetrenjače i vodenice davale su energiju potrebnu za industriju kao što je mljevenje brašna, rezanje drveta i pumpanje vode, a paljenje drveta i treseta davalo je toplinu domovima. Široko rasprostranjeno korištenje fosilnih goriva, prvo ugljena, a kasnije petroleja, za pokretanje parnih strojeva, omogućilo je industrijsku revoluciju. U isto vrijeme su u široku upotrebu ulazile plinske svjetiljke koje su koristile prirodni plin ili ugljeni plin. Pronalazak motora s unutarnjim izgaranjem i njegovo korištenje u automobilima i kamionima uvelike je povećalo potrebu za benzinom i dizelom, koji se oba proizvode od fosilnih goriva. Ostali oblici transporta, željeznice i avioni također su trebali fosilna goriva. Ostale glavne upotrebe fosilnih goriva su u proizvodnji struje i petrokemijskoj industriji, a katran, ostatak ekstrakcije petroleja, koristi se pri izgradnji cesta.

Razina i protok

Rezerve zemlje čine slojevi primarnih energetskih izvora.Korištenjem riječi protok mislimo na produkciju. Najvažniji dio izvora primarne energije dobivaju se iz fosilne energije na bazi ugljika.Tijekom 2002. godine ugljen, ulje i prirodni plin činili su 79,6% proizvodnje primarne energije (34,9% 23,5% 21,2%)

Raspoloživa (Dokazana) rezerva od 2005. godine do 2007. godine bile su:

Ugljen: 905 milijarda metričkih tona (997.748 milijarda američkih tona), što iznosi ekvivalentno 52.000.000 barela (8,3E 6 m³) ulja po danu
Ulje: 84.000.0 00 barela po danu (13.400.000 m³/d)
Prirodni plin: 2.960 milijarde kubnih metara (104.435 milijarde kubnih stopa), što iznosi ekvivalentno 19.000.000 barela (3.000.000 m³) ulja po danu

Na bazi istraživanja koje je proveo časopis "Oil and Gas Journal" i "World Oil" , uz vrlo optimistične pretpostavke koje navode, rezerve primarnih energetskih izvora bile bi dostatne za slijedeći vremenski period:

Ugljen: 417 godina
Ulje: 43 godina
Prirodni plin:167 godina

Izračun iznad pretpostavlja da eksploatacija primarnih energetskih izvora ostane na istom nivou za taj broj godina i da će se rezerve obnavljati. No, u stvarnosti potrošnja sva tri resursa se povećava. Iako to ukazuje da će se resurs iskoristiti brže, u stvarnosti, krivulja proizvodnje nalikuje na krivulju u obliku zvona, što znaći, da će u nekom trenutku vremena, proizvodnja svakog od ova tri resursa unutar nekog područja, zemlje, ili globalno postići maksimalnu vrijednost, nakon čega će proizvodnja padati sve dok ne dosegne točku u kojoj više nije ekonomski isplativo ili fizički moguće prozvoditi. Više detalja vezano na objašnjenje pada kod ove krivulje pogledajte Hubbertovu teoriju vrhunca koja se odnosi na naftu. Primjetite također da dokazane rezerve ne uključuju straške rezerve, koje (globalno) iznose 4,1 milijarde barela.

Gornja rasprava naglašava potrebu da se postigne energetska ravnoteža na svjetskoj razini. U tom kontekstu, vrlo je vrijedno i znati godišnji omjer između rezervi i potrošnje (R/P) po regijama ili državama. Na primjer, energetska politika Velike Britanije konstatirala je da je odnos između rezervi i potrošnje (R/P) u Europi 3, što je vrlo nisko po svjetskim standardima, a pokazuje Europu energetski vrlo ranjivu. Stoga se diljem svijeta vode intenzivne rasprave o alternativi za fosilna goriva.

Ograničenja i alternative

Princip ponude i potražnje sugerira da kako se zalihe ugljikovodika smanjuju, cijene će rasti. Stoga će više cijene dovesti do povećanja potražnje za alternativnim, obnovljivim izvorima energije, te do sada ne ekonomični izvori postaju dovoljno ekonomični za iskorištavanje. Umjetni benzin i drugi obnovljivi izvori energije trenutno zahtijevaju skuplju tehnologiju pri proizvodnji i preradi od načina proizvodnje konvencionalnih naftnih rezervi, ali bi u bliskoj budućnosti mogli postati ekonomski održivi. Pogledajte energetski razvoj. Različiti alternativni izvori energije su: nuklearna, hidro-električna, solarna, vjetra i geotermalna.

Utjecaj na okoliš

Izgaranje fosilnih goriva proizvodi i druge zagađivače zraka, kao što su dušikovi oksidi, sumporovi dioksidi, hlapljivi organski spojevi i teški metali, te sumporne, ugljične i dušične kiseline koje padaju na Zemlju u obliku kiselih kiša te utječu i na prirodu i na građevine. Spomenici i skulpture od mramora i vapnenca su posebno osjetljive jer kiselina otapa kalcijev karbonat.

Fosilna goriva sadrže i radioaktivne tvari, uglavnom uranij i torij, koji se ispuštaju u atmosferu. Ovim načinon 2000. godine oko 12.000 tona torija i 5.000 tona urana bilo je otpušteno u atmosferu.

Sječa, prerada i distribucija fosilnih goriva također je dio brige za okoliš. Bušenje nafte predstavlja opasnost za vodenu floru i faunu. Rafinerije nafte zagađuju vodu i zrak. Prijevoz ugljena zahtjeva korištenje vlakova, dok naftu obično prevozimo tankerima, tako da svaki način transportiranja zahtjeva dodatnu potrošnju fosilnih goriva.