Термин «ископаемое топливо» в наши дни встречается довольно часто. Чаще всего это происходит в контексте экологических проблем, изменения климата или так называемого «энергетического кризиса». Помимо того, что человечество является основным источником загрязнения, зависимость человечества от ископаемых видов топлива в последние десятилетия вызывала немало беспокойства и вызывала потребность в альтернативах.
Но что такое ископаемое топливо? Хотя большинство людей склонны думать о бензине и нефти, когда они слышат эти слова, на самом деле это относится ко многим различным видам источников энергии, получаемых из разложившегося органического материала. То, как человечество стало так зависеть от них, и на что мы можем обратить внимание, чтобы заменить их, являются одними из самых больших проблем, стоящих перед нами сегодня.
Определение:
Ископаемое топливо относится к источникам энергии, которые образуются в результате анаэробного разложения живой материи, которая содержит энергию в результате древнего фотосинтеза. Как правило, эти организмы были мертвы миллионы лет, причем некоторые из них датируются еще криогенным периодом (около 650 миллионов лет назад).
Ископаемое топливо содержит высокий процент углерода и запасенную энергию в своих химических связях. Они могут принимать форму нефти, угля, природного газа и других горючих углеводородных соединений. В то время как нефть и природный газ образуются в результате разложения организмов, уголь и метан являются результатами разложения наземных растений.
В первом случае считается, что большое количество фитопланктона и зоопланктона оседали на дне морей или озер миллионы лет назад. В течение многих миллионов лет это органическое вещество смешивалось с грязью и было погребено под тяжелыми слоями осадка. Результирующее тепло и давление приводили к химическому изменению органического вещества, в результате чего образовывались соединения углерода.
В последнем случае источником было мертвое растительное вещество, которое было покрыто осадком в течение каменноугольного периода - то есть с конца девонского периода до начала пермского периода (около 300 и 350 миллионов лет назад). Со временем эти отложения либо затвердели, либо стали газообразными, создавая угольные месторождения, метан и природные газы.
Современное использование:
Уголь использовался с древних времен в качестве топлива, часто в печах для плавки металлических руд. Необработанное и нерафинированное масло также веками сжигалось в лампах для освещения, а полутвердые углеводороды (например, гудрон) использовались для гидроизоляции (в основном на днище лодок и в доках) и для бальзамирования.
Широкое использование ископаемого топлива в качестве источников энергии началось во время промышленной революции (18-19 века), когда уголь и нефть начали заменять животные источники (т.е. китовое масло) для питания паровых двигателей. Ко времени Второй промышленной революции (около 1870 - 1914) нефть и уголь начали использоваться для питания электрических генераторов.
Изобретение двигателя внутреннего сгорания (то есть автомобилей) экспоненциально увеличило требования к маслу, равно как и развитие самолетов. Параллельно возникла нефтехимическая промышленность, в которой нефть использовалась для производства продуктов, начиная от пластмасс и заканчивая сырьем. Кроме того, гудрон (остаточный продукт от добычи нефти) стал широко использоваться при строительстве дорог и автомагистралей.
Ископаемые виды топлива стали центральным элементом современного производства, промышленности и транспорта благодаря тому, что они производят значительное количество энергии на единицу массы. По состоянию на 2015 год, согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА), мировые потребности в энергии по-прежнему в основном обеспечиваются такими источниками, как уголь (41,3%) и природный газ (21,7%), хотя нефть упала до 4,4%.
Промышленность ископаемого топлива также составляет основную долю в мировой экономике. В 2014 году мировое потребление угля превысило 3,8 миллиарда метрических тонн, а доход только в США составил 46 миллиардов долларов США. В 2012 году мировая добыча нефти и газа достигла более 75 миллионов баррелей в день, в то время как глобальная выручка отрасли составила около 1,247 триллионов долларов США.
Промышленность ископаемого топлива также пользуется большой защитой со стороны правительства и стимулов во всем мире. В отчете IEA за 2014 год указывалось, что отрасль ископаемого топлива собирает 550 миллиардов долларов в год в виде государственных субсидий. Однако исследование, проведенное Международным валютным фондом (МВФ) в 2015 году, показало, что реальная стоимость этих субсидий для правительств во всем мире составляет около 5,3 триллиона долларов США (или 6,5% мирового ВВП).
Экологические последствия:
Со времен промышленной революции связь между ископаемым топливом и загрязнением воздуха в промышленно развитых странах и крупных городах стала очевидной. Загрязняющие вещества, образующиеся при сжигании угля и нефти, включают в себя диоксид углерода, оксид углерода, оксиды азота, диоксид серы, летучие органические соединения и тяжелые металлы, которые связаны с заболеваниями органов дыхания и повышенным риском заболеваний.
Сжигание ископаемого топлива людьми также является крупнейшим источником выбросов углекислого газа (около 90%) во всем мире, который является одним из основных парниковых газов, который позволяет осуществлять радиационное воздействие (так называемый парниковый эффект), и способствует глобальное потепление.
В 2013 году Национальное управление океанических и атмосферных исследований объявило, что уровень содержания CO2 в верхних слоях атмосферы впервые с начала измерений в 19 веке достиг 400 частей на миллион (ppm). Исходя из текущих темпов роста выбросов, по оценкам НАСА, уровень углерода может достичь 550–800 ppm в следующем столетии.
В случае первого сценария НАСА ожидает повышение средней глобальной температуры на 2,5 ° C (4,5 ° F), что было бы устойчивым. Однако, если последний сценарий подтвердится, глобальные температуры повысятся в среднем на 4,5 ° C (8 ° F), что сделает жизнь во многих частях планеты ненадежной. По этой причине изыскиваются альтернативы для разработки и широкого коммерческого внедрения.
Альтернативы:
Из-за долгосрочных последствий использования ископаемого топлива ученые и исследователи разрабатывают альтернативы уже более века. К ним относятся такие понятия, как гидроэлектростанция, которая существует с конца 19-го века, где падающая вода используется для вращения турбин и выработки электроэнергии.
Со второй половины 20-го века атомная энергетика также рассматривается как альтернатива углю и нефти. Здесь медленные реакторы деления (которые зависят от урана или радиоактивного распада других тяжелых элементов) используются для нагрева воды, которая, в свою очередь, генерирует пар для вращения турбин.
С середины 2-го века было предложено еще несколько методов, от простого до очень сложного. К ним относятся энергия ветра, когда изменения в потоке воздуха толкают турбины; солнечная энергия, где фотоэлектрические элементы преобразуют энергию Солнца (а иногда и тепло) в электричество; геотермальная энергия, основанная на подаче пара из земной коры для вращения турбин; и приливная сила, где изменения приливов толкают турбины.
Альтернативные виды топлива также получают из биологических источников, где растительные и биологические источники используются для замены бензина. Водород также разрабатывается в качестве источника энергии - от водородных топливных элементов до воды, используемой для питания двигателей внутреннего сгорания и электрических двигателей. Энергия синтеза также развивается, где атомы водорода сливаются внутри реакторов для генерации чистой, избыточной энергии.
Ожидается, что к середине XXI века ископаемое топливо устареет или, по крайней мере, значительно сократится с точки зрения его использования. Но с исторической точки зрения они были связаны с самыми большими и продолжительными взрывами в человеческом росте. Выживет ли человечество долгосрочные последствия этого роста, который включает интенсивное сжигание ископаемого топлива и выбросы парниковых газов - еще неизвестно.
Мы написали много статей об ископаемом топливе для журнала Space. Вот что такое усиленный парниковый эффект ?, Газы в атмосфере, Что вызывает загрязнение воздуха? Что, если мы сжигаем все ?, Что такое альтернативная энергия? »И« Изменение климата теперь более определенно, чем когда-либо », - говорится в новом докладе.
Если вам нужна дополнительная информация о ископаемом топливе, посетите Земную обсерваторию НАСА. А вот ссылка на статью НАСА об охране нашей атмосферы.
В Astronomy Cast также есть несколько эпизодов, которые имеют отношение к теме. Вот Эпизод 51: Земля и Эпизод 308: Изменение климата.
Источники:
- Википедия - Ископаемое топливо
- Sciencedaily - fossil_fuel
- Министерство энергетики - ископаемое топливо
