У цей час термін "викопне паливо" приділяється досить багато. Частіше за все це виникає в контексті екологічних питань, зміни клімату або так званої "енергетичної кризи". Окрім того, що є основним джерелом забруднення, залежність людства від викопних видів палива в останні десятиліття призвела до тривожної тривоги та підживила вимоги до альтернатив.
Але тільки що таке викопне паливо? Хоча більшість людей схильні думати про бензин і нафту, коли вони чують ці слова, це насправді стосується багатьох різних видів джерел енергії, які отримують з розкладеного органічного матеріалу. Наскільки людство стало настільки залежним від них і на що ми можемо звернути увагу, щоб замінити їх - одні з найбільших проблем, які стоять перед нами сьогодні.
Визначення:
Копальне паливо відноситься до джерел енергії, які утворюються в результаті анаеробного розкладання живої речовини, яка містить енергію в результаті стародавнього фотосинтезу. Як правило, ці організми були мертві мільйони років, деякі з них сягають періоду кріогенії (приблизно 650 мільйонів років тому).
Викопне паливо містить високі відсотки вуглецю і накопичену енергію в своїх хімічних зв’язках. Вони можуть мати форму нафти, вугілля, природного газу та інших горючих вуглеводневих сполук. Тоді як нафта та природний газ утворюються при розкладанні організмів, вугілля та метан є результатом розкладання наземних рослин.
У випадку з першими вважають, що великі кількості фітопланктону та зоопланктону оселилися на дні морів або озер мільйони років тому. Протягом багатьох мільйонів років ця органічна речовина змішувалася з грязюкою і була похована під важкими шарами осаду. Отримане тепло і тиск спричинили хімічну зміну органічної речовини, зрештою утворюючи вуглецеві сполуки.
У випадку останнього джерелом джерелом була мертва рослинна речовина, яка була покрита осадом протягом карбонового періоду - тобто закінчення девонського періоду до початку пермського періоду (приблизно 300 та 350 мільйонів років тому). З часом ці родовища або тверділи, або ставали газоподібними, створюючи вугільні родовища, метан та природні гази.
Сучасне використання:
Вугілля з давніх часів використовується як паливо, часто в печах для плавлення металевих руд. Неочищена і нерафінована олія також спалювалася століттями в лампах заради освітлення, а напівтверді вуглеводні (як дьоготь) використовувались для гідроізоляції (в основному на днищах човнів і на доках) і для бальзамування.
Широке використання викопного палива як джерела енергії почалося під час промислової революції (18-19 століття), де вугілля та нафта почали замінювати тваринні джерела (тобто китову олію) на енергетичні парові машини. До моменту Другої промислової революції (бл. 1870 - 1914 рр.) Нафту та вугілля почали використовувати для живлення електричних генераторів.
Винахід двигуна внутрішнього згоряння (тобто автомобілів) збільшив потреби в нафті експоненціально, як і розробка літальних апаратів. Нафтохімічна промисловість виникла одночасно, і нафта використовується для виробництва продуктів, починаючи від пластмас до сировини. Крім того, дьоготь (залишок продукту видобутку нафти) став широко застосовуватися при будівництві доріг та автомобільних доріг.
Викопне паливо стало центральним у сучасному виробництві, промисловості та транспорті через те, як вони виробляють значну кількість енергії на одиницю маси. За даними 2015 року, за даними Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), світові енергетичні потреби все ще забезпечуються такими джерелами, як вугілля (41,3%) та природний газ (21,7%), хоча нафта знизилася до 4,4%.
Промисловість викопного палива також займає основну частку світової економіки. У 2014 році світове споживання вугілля перевищило 3,8 млрд. Метричних тонн і становило 46 мільярдів доларів США доходів лише в США. У 2012 році світовий видобуток нафти та газу досяг понад 75 млн. Барелів на день, тоді як загальний дохід, отриманий промисловістю, досяг близько 1,27 трлн дол.
Промисловість викопного палива також користується великим захистом та стимулами уряду в усьому світі. У звіті МЕА за 2014 рік вказувалося, що галузь викопного палива збирає 550 мільярдів доларів США на рік у вигляді державних субсидій. Однак дослідження 2015 року Міжнародного валютного фонду (МВФ) показало, що реальна вартість цих субсидій урядам у всьому світі становить приблизно 5,3 трлн дол. США (або 6,5% світового ВВП).
Екологічні наслідки:
Зв'язок між викопними видами палива та забрудненням повітря в промислово розвинених країнах та великих містах очевидний з часу промислової революції. Забруднювачі, що утворюються при спалюванні вугілля та нафти, включають діоксид вуглецю, оксид вуглецю, оксиди азоту, діоксид сірки, летючі органічні сполуки та важкі метали, всі вони пов'язані з респіраторними захворюваннями та підвищеними ризиками захворювання.
Спалювання викопних палив людиною також є найбільшим джерелом викидів вуглекислого газу (близько 90%) у всьому світі, який є одним з основних парникових газів, що дозволяє здійснювати радіаційне прискорення (ака. Парниковий ефект) і сприяє глобальне потепління.
У 2013 році Національне управління океанічної та атмосферної атмосфери оголосило, що рівень CO² у верхній атмосфері сягав 400 частин на мільйон (проміле) вперше з моменту початку вимірювань у 19 столітті. Спираючись на поточну швидкість, з якою зростають викиди, NASA підрахує, що рівень вуглецю в найближчому столітті може досягти від 550 до 800 проміле.
У випадку колишнього сценарію НАСА передбачає підвищення середньої глобальної температури на 2,5 ° C (4,5 ° F), що було б стійким. Однак у випадку останнього сценарію глобальні температури піднятимуться в середньому на 4,5 ° C, що зробить життя безперебійним для багатьох частин планети. З цієї причини шукаються альтернативи для розвитку та широкого комерційного прийняття.
Альтернативи:
Через тривалий вплив використання викопного палива вчені та дослідники розробляють альтернативи вже більше століття. До них відносяться такі поняття, як гідроелектростанція - яка існує з кінця 19 століття - де падаюча вода використовується для прядіння турбін та виробництва електроенергії.
Починаючи з другої половини XX століття, ядерну енергію також розглядали як альтернативу вугіллю та нафті. Тут реактори повільного розщеплення (які покладаються на уран або радіоактивний розпад інших важких елементів) використовуються для нагрівання води, що, в свою чергу, генерує пар для обертання турбін.
Починаючи з середини другого століття, було запропоновано ще кілька методів, що варіюються від простого до дуже складного. До них належить енергія вітру, де зміни повітряного потоку штовхають турбіни; сонячна енергія, де фотоелектричні клітини перетворюють енергію Сонця (а іноді і тепло) в електрику; геотермальна енергетика, яка спирається на пар, що відводиться від земної кори для обертання турбін; і потужність припливів, де зміни припливів штовхають турбіни.
Альтернативні види палива також отримують з біологічних джерел, де рослинні та біологічні джерела використовуються для заміни бензину. Водень також розробляється як джерело живлення, починаючи від водневих паливних елементів до води, що використовується для живлення двигунів внутрішнього згоряння та електричних двигунів. Також розвивається термоядерний синтез, де атоми водню зливаються всередині реакторів для отримання чистої, рясної енергії.
Очікується, що до середини 21 століття викопні види палива застаріли або принаймні істотно зменшилися в плані їх використання. Але з історичної точки зору вони були пов'язані з найбільшими і найтривалішими вибухами в зростанні людини. Чи витримає людство від довготривалих наслідків цього зростання - яке включало велику кількість спалювання викопного палива та викидів парникових газів - залишається з'ясувати.
Ми написали багато статей про викопні види палива для Space Magazine. Ось, що таке посилений парниковий ефект? Гази в атмосфері, що спричиняє забруднення повітря? Що робити, якщо ми спалимо все?
Якщо вам потрібна додаткова інформація про викопне паливо, перегляньте обсерваторію Землі НАСА. Ось посилання на статтю НАСА про охорону нашої атмосфери.
У ролях астрономії також є кілька епізодів, що мають відношення до теми. Ось Епізод 51: Земля та Епізод 308: Зміна клімату.
Джерела:
- Вікіпедія - Копальне паливо
- Sciencedaily - викопне паливо
- Департамент енергетики - викопне паливо
