В днешно време терминът „изкопаеми горива“ е доста хвърлен. По-често това се случва в контекста на екологичните проблеми, изменението на климата или на т. Нар. „Енергийна криза“. Освен че е основен източник на замърсяване, зависимостта на човечеството от изкопаеми горива доведе до доста безпокойство през последните десетилетия и подхрани исканията за алтернативи.
Но само какво са изкопаемите горива? Докато повечето хора са склонни да мислят за бензин и масло, когато чуят тези думи, това всъщност се отнася за много различни видове енергийни източници, които са получени от разграден органичен материал. Как човечеството стана толкова зависимо от тях и какво можем да гледаме, за да ги заместим, са едни от най-големите проблеми, пред които сме изправени днес.
Определение:
Изкопаемите горива се отнасят до енергийни източници, които се образуват в резултат на анаеробното разлагане на живата материя, която съдържа енергия в резултат на древна фотосинтеза. Обикновено тези организми са мъртви в продължение на милиони години, като някои датират чак до Криогенския период (преди около 650 милиона години).
Изкопаемите горива съдържат високи проценти въглерод и съхранявана енергия в техните химически връзки. Те могат да бъдат под формата на нефт, въглища, природен газ и други горими въглеводородни съединения. Докато нефтът и природният газ се образуват при разлагането на организмите, въглищата и метанът са резултат от разлагането на наземните растения.
В случая с първите се смята, че големи количества фитопланктон и зоопланктон са се заселили по дъната на морета или езера преди милиони години. В продължение на много милиони години тази органична материя се смесва с кал и е заровена под тежки слоеве от утайката. Получената топлина и налягане предизвика органичната материя да се промени химически, в крайна сметка образувайки въглеродни съединения.
В случая на последния източникът е мъртва растителна материя, която е била покрита с утайка през карбоновия период - т.е. края на девонския период до началото на пермския период (преди около 300 и 350 милиона години). С течение на времето тези находища или се втвърдяват, или стават газообразни, създавайки въглищни полета, метан и природни газове.
Съвременни приложения:
Въглищата се използват от древни времена като гориво, често в пещи за топене на метални руди. Непреработеното и нерафинирано масло също се е изгаряло от векове в лампи с цел осветление, а полутвърдите въглеводороди (като катран) са били използвани за хидроизолация (до голяма степен на дъната на лодки и докове) и за балсамиране.
Широкото използване на изкопаемите горива като източници на енергия започва по време на Индустриалната революция (18 - 19 век), където въглищата и нефтът започват да заменят животински източници (т.е. китово масло) за захранване на парни двигатели. По времето на Втората индустриална революция (ок. 1870 - 1914 г.) петролът и въглищата започват да се използват за захранване на електрически генератори.
Изобретението на двигателя с вътрешно горене (т.е. автомобилите) повиши търсенето на масло експоненциално, както и развитието на самолетите. Петрохимичната промишленост се появи едновременно, като петролът се използва за производство на продукти, вариращи от пластмаси до суровини. В допълнение, катранът (остатъчен продукт от добив на нефт) стана широко използван при строителството на пътища и магистрали.
Изкопаемите горива станаха централни за съвременното производство, промишлеността и транспорта поради начина, по който произвеждат значителни количества енергия на единица маса. От 2015 г. според Международната агенция по енергетика (IEA) енергийните нужди в света все още се осигуряват предимно от източници като въглища (41,3%) и природен газ (21,7%), въпреки че петролът е спаднал до едва 4,4%.
Промишлеността на изкопаемите горива също представлява основен дял от световната икономика. През 2014 г. потреблението на въглища в световен мащаб надхвърли 3,8 милиарда метрични тона и представлява само 46 милиарда долара приходи в САЩ. През 2012 г. глобалното производство на петрол и газ достигна над 75 милиона барела на ден, докато световният доход, генериран от промишлеността, достигна около 1.247 трилиона щатски долара.
Индустрията за изкопаеми горива също се радва на голяма степен на държавна защита и стимули в световен мащаб. Доклад от 2014 г. на МАЕ показва, че индустрията за изкопаеми горива събира 550 милиарда долара годишно от световните правителствени субсидии. Въпреки това, проучване от 2015 г. на Международния валутен фонд (МВФ) показа, че реалната цена на тези субсидии за правителствата по целия свят е около 5,3 трилиона щатски долара (или 6,5% от глобалния БВП).
Ефекти върху околната среда:
Връзката между изкопаемите горива и замърсяването на въздуха в индустриализираните страни и големите градове е очевидна още от Индустриалната революция. Замърсителите, генерирани от изгарянето на въглища и нефт, включват въглероден диоксид, въглероден оксид, азотни оксиди, серен диоксид, летливи органични съединения и тежки метали, всички от които са свързани с респираторни заболявания и повишен риск от заболяване.
Изгарянето на изкопаеми горива от хората е и най-големият източник на емисии на въглероден диоксид (около 90%) в световен мащаб, който е един от основните парникови газове, който позволява да се извърши радиационно форсиране (известен още като парниковият ефект) и допринася за глобално затопляне.
През 2013 г. Националната администрация за океански и атмосферни влияния обяви, че нивата на CO² в горната атмосфера достигат 400 части на милион (ppm) за първи път от началото на измерванията през 19 век. Въз основа на текущата скорост, с която нарастват емисиите, НАСА изчислява, че нивата на въглерод могат да достигнат между 550 и 800 ppm през следващия век.
Ако предишният сценарий е такъв, НАСА предвижда повишаване на средните световни температури с 2.5 ° C (4.5 ° F), което би било устойчиво. Ако обаче се окаже последният сценарий, глобалните температури ще се повишат средно с 4,5 ° C (8 ° F), което би направило живота несъстоятелен за много части на планетата. Поради тази причина се търсят алтернативи за развитие и широко разпространение в търговската мрежа.
Алтернативи:
Поради дългосрочните ефекти от използването на изкопаеми горива, учените и изследователите разработват алтернативи повече от век. Те включват понятия като водноелектрическа енергия - която съществува от края на 19 век - където падащата вода се използва за въртене на турбини и генериране на електричество.
От втората половина на 20 век ядрената енергия също се разглежда като алтернатива на въглищата и нефта. Тук реакторите с бавно делене (които разчитат на уран или радиоактивно разпадане на други тежки елементи) се използват за загряване на вода, което от своя страна генерира пара за въртене на турбини.
От средата на II век насам са предложени още няколко метода, които варират от простия до силно усъвършенствания. Те включват вятърна енергия, където промените във въздушния поток тласкат турбините; слънчева енергия, при която фотоволтаичните клетки преобразуват енергията на Слънцето (а понякога и топлината) в електричество; геотермална енергия, която разчита на пара, откачена от земната кора, за да върти турбини; и сила на приливите и отливите, при които промените в приливите и отливите тласкат турбините.
Алтернативните горива също се добиват от биологични източници, където растителните и биологичните източници се използват за заместване на бензин. Водородът също се разработва като източник на енергия, като се започне от водородните горивни клетки до водата, използвана за захранване на двигатели с вътрешно горене и електрически двигатели. Развива се и мощността на синтеза, където атомите на водорода се сливат вътре в реакторите, за да генерират чиста и изобилна енергия.
До средата на 21 век се очаква изкопаемите горива да са остарели или поне да намалят значително по отношение на тяхното използване. Но от историческа гледна точка те са свързани с най-големите и продължителни експлозии в човешкия растеж. Дали човечеството ще преживее дългосрочните ефекти от този растеж - който включва интензивно количество изгаряне на изкопаеми горива и емисии на парникови газове - остава да видим.
Написахме много статии за изкопаеми горива за Space Magazine. Ето какво е подобрен ефект на парникови газове? Газове в атмосферата, какво причинява замърсяване на въздуха? Какво става, ако изгорим всичко? Какво е алтернативна енергия? И „Климатичните промени вече са по-сигурни, отколкото винаги“, се казва в новия доклад
Ако искате повече информация за изкопаемите горива, разгледайте Обсерваторията на Земята на НАСА. И ето линк към статията на НАСА за опазване на нашата атмосфера.
Astronomy Cast също има някои епизоди, които имат отношение към темата. Ето епизод 51: Земята и епизод 308: Климатични промени.
Източници:
- Уикипедия - Фосилно гориво
- Sciencedaily - fossil_fuel
- Министерство на енергетиката - изкопаеми горива
