Fosilní palivo

Fosilními palivy  jsou uhlí , ropa , roponosná břidlice , zemní plyn a jeho hydráty , rašelina a další hořlavé nerosty a látky ze skupiny kaustobiolitů , používané především jako palivo .

Těžba pod zemí nebo povrchová jáma [1] . Ke vzniku fosilních paliv docházelo v procesu rozkladu za anaerobních podmínek pod vlivem tepla a tlaku v zemské kůře po miliony let [2] . Uhlí a rašelina jsou paliva , která vznikají, když se hromadí a rozkládají fosilní zbytky zvířat a rostlin . Fosilní paliva jsou neobnovitelný přírodní zdroj , který se nahromadil miliony let.

Fosilní paliva jsou hlavním typem energetických zdrojů . Podle US Energy Information Administration byly v roce  2007 využívány tyto primární energetické zdroje: ropa - 36,0 %, uhlí - 27,4 %, zemní plyn - 23,0 %, celkem podíl fosilních paliv činil 86,4 % všech zdrojů (fosilní a nefosilní) spotřebované primární energie ve světě [3] . Je třeba poznamenat, že skladba nefosilních zdrojů energie zahrnuje: vodní elektrárny  - 6,3 %, jaderné  - 8,5 % a ostatní ( geotermální , sluneční , přílivová , větrná energie , spalování dřeva a odpadů) ve výši 0,9 % [4] . [ aktualizovat údaje ]

Stručný popis

Uhlí

Uhlí je druh fosilního paliva vytvořeného z částí starých rostlin pod zemí bez kyslíku. Mezinárodní název pro uhlík pochází z lat.  carbō („uhlí“). Uhlí bylo prvním fosilním palivem, které člověk používal. Umožnil průmyslovou revoluci, která zase pomohla rozvoji uhelného průmyslu tím, že mu poskytla modernější technologie . Uhlí, stejně jako ropa a plyn , je organická hmota, která se pomalu rozkládá biologickými a geologickými procesy. Základem tvorby uhlí jsou rostlinné zbytky. V závislosti na stupni přeměny a specifickém množství uhlíku v uhlí se rozlišují čtyři jeho typy:

V západních zemích existuje mírně odlišná klasifikace – lignity, subbituminózní uhlí, bituminózní uhlí, antracit a grafity, resp.

Olej

Olej je přírodní olejovitá hořlavá kapalina , skládající se z komplexní směsi uhlovodíků a některých dalších organických sloučenin. Barva oleje je červenohnědá, někdy téměř černá, i když někdy se vyskytuje i slabě zbarvený žlutozelený až bezbarvý olej; má specifický zápach, běžný v sedimentárních horninách Země. Ropa je lidstvu známá již od starověku. Dnes je však ropa jedním z nejdůležitějších minerálů pro lidstvo .

Roponosná břidlice

Roponosná břidlice je minerál ze skupiny pevných kaustobiolitů , který při suché destilaci poskytuje značné množství pryskyřice (složením podobné ropě ). Břidlice vznikly především před 450 miliony let na dně moře ze zbytků rostlin a živočichů. Roponosná břidlice se skládá z převažujících minerálních ( kalcit , dolomit , hydroslída , montmorillonit , kaolinit , živce , křemen , pyrit a další ) a organických částí ( kerogen ), které tvoří 10-30 % hmoty horniny a pouze v břidlice nejvyšší kvality dosahuje 50-70 %. Organická část je bio- a geochemicky přeměněná látka nejjednodušších řas , která si zachovala svou buněčnou strukturu ( thallomoalginit ) nebo ji ztratila ( colloalginit ); jako příměs v organické části jsou pozměněné zbytky vyšších rostlin (vitrinit, fusenit, lipoidinit).

Zemní plyn

Zemní plyn je směs plynů vznikajících v útrobách země při anaerobním rozkladu organické hmoty . Odkazuje na minerály . Zemní plyn v ložiskových podmínkách (podmínky výskytu v zemském nitru) je v plynném stavu - ve formě samostatných akumulací (ložisek plynu) nebo ve formě plynového uzávěru ropných a plynových polí, nebo v rozpuštěném stavu v olejem nebo vodou. Za standardních podmínek (101,325 kPa a +20 °C) existuje zemní plyn pouze v plynném stavu. Zemní plyn může být také v krystalickém stavu ve formě hydrátů zemního plynu .

Plynové hydráty

Hydráty plynu jsou krystalické sloučeniny vzniklé za určitých termobarických podmínek z vody a plynu . Jméno "clathrates" (z latinského  clathratus  - "umístit do klece") dal Powell v roce 1948 . Hydráty plynů jsou nestechiometrické sloučeniny, tj. sloučeniny různého složení.

Břidlicový plyn

Břidlicový zemní plyn je zemní plyn těžený z ropných břidlic a sestávající převážně z metanu .

Rašelina

Rašelina je hořlavý minerál ; vzniklé nahromaděním rostlinných zbytků , které prošly neúplným rozkladem v bažinatých podmínkách . Obsahuje 50-60% uhlíku . Spalné teplo (maximum) — 24 MJ/kg. Používá se v komplexu jako palivo , hnojivo , tepelně izolační materiál a tak dále. Bažina se vyznačuje ukládáním nedokonale rozložené organické hmoty na povrch půdy , která se později mění v rašelinu. Vrstva rašeliny v bažinách je nejméně 30 cm (pokud méně, pak se jedná o mokřady).

Původ

Fosilní paliva obsahují vysoké procento uhlíku a zahrnují fosilní uhlí , ropu a zemní plyn [5] . Ropa, plyn a fosilní uhlí zase vznikaly z ložisek kdysi živých organismů pod vlivem vysoké teploty, tlaku a anaerobního rozkladu mrtvých organismů pohřbených pod vrstvou sedimentárních hornin. Stáří organismů v závislosti na typu fosilního paliva je obvykle miliony let a někdy přesahuje 650 milionů let [6] . Více než 80 % v současnosti používané ropy a plynu se vytvořilo ve vrstvách, které se vytvořily během druhohor a třetihor před 180 až 30 miliony let z mořských mikroorganismů nahromaděných jako sediment na mořském dně [7] .

Hlavní složky ropy, stejně jako plynu, vznikaly v době, kdy organické zbytky ještě nebyly zcela oxidovány a uhlík , uhlovodíky a podobné složky byly přítomny v malých množstvích. Zbytky těchto látek pokrývaly sedimentární horniny. Teplota a tlak se zvýšily a kapalný uhlovodík se hromadil v dutinách hornin.

Pokud jde o původ ropy a zemního plynu, existuje alternativní hypotéza, která se pokouší vysvětlit vznik některých anomálních ropných ložisek.

Loot

Těžba ropy

Těžba ropy - pododvětví ropného průmyslu , odvětví hospodářství zabývající se těžbou přírodního nerostu  - ropy . Vykopávky na březích Eufratu prokázaly existenci ropného pole na 6000-4000 let před naším letopočtem. Používal se jako palivo a ropný bitumen - ve stavebnictví a silničním provozu. Olej byl známý také ve starém Egyptě , kde se používal k balzamování mrtvých. Plutarchos a Dioscorides zmiňují ropu jako palivo používané ve starověkém Řecku . Asi před 2000 lety bylo známo o jeho nalezištích v Surakhani poblíž Baku ( Ázerbájdžán ). V 16. století existuje zpráva o „hořlavé vodě husté“, přivezené z Ukhty do Moskvy za Borise Godunova . Přestože od 18. století probíhaly samostatné pokusy o čištění ropy, až do druhé poloviny 19. století se používala především v přírodní formě. Ropa však vzbudila velkou pozornost až poté, co bylo v Rusku tovární praxí bratří Dubininů (od roku 1823) a v Americe chemikem B. Sillimanem (1855) prokázáno, že petrolej  , osvětlovací olej podobný fotogenu , dokáže být z ní izolován , který byl v té době hojně používán a vyráběl se z určitých druhů uhlí a břidlice . Tomu napomohl nový způsob těžby ropy vyvinutý v polovině 19. století pomocí vrtů namísto vrtů (dolů). První (průzkumný) ropný vrt byl průmyslově vyvrtán na poloostrově Absheron v roce 1847, první těžební vrt byl vyvrtán na řece Kudako v Kubanu v roce 1864. V USA byl první vrt proveden v roce 1859 [8] . Při rozvíjení ropných polí je do nádrže čerpána čerstvá voda (k udržení tlaku v nádrži), včetně smíchání s přidruženým ropným plynem ( dopad vodního plynu ) nebo různými chemikáliemi, aby se zvýšila těžba ropy a bojovalo proti nedostatku vody v těžebních vrtech. Vzhledem k tomu, že zásoby ropy na pevnině jsou vyčerpány, další zlepšování technologie těžebního subsektoru ropného průmyslu umožnilo zahájit rozvoj ropných polí na kontinentálním šelfu pomocí ropných plošin .

Těžba fosilního uhlí

Doly lidstvo odpradávna používá k těžbě uhlí z velkých hloubek . Nejhlubší doly v Ruské federaci těží uhlí z hloubky něco málo přes 1200 metrů. Uhlonosná ložiska obsahují spolu s uhlím mnoho druhů geozdrojů, které mají spotřebitelský význam. Patří mezi ně hostitelské horniny jako suroviny pro stavebnictví, podzemní voda, uhelný metan , vzácné a stopové prvky, včetně cenných kovů a jejich sloučenin. Zvláště zajímavé je použití trysek jako nástroje ničení ve výkonných orgánech kombajnů a kombajnů. Současně dochází k neustálému růstu vývoje zařízení a technologií pro ničení uhlí, hornin vysokorychlostními proudy kontinuálního, pulzujícího a pulzního působení.

Moderní plynové generátory mají kapacitu pro přeměnu tuhého paliva od 60 000 m3/h do 80 000 m3/h, což umožňuje široké využití podzemního zplyňování uhlí . Technologie zplyňování se vyvíjí směrem ke zvyšování produktivity (až 200 tis. m³/h) a zvyšování účinnosti (až 90 %) zvyšováním teploty a tlaku tohoto technologického procesu (až +2000 °C, resp. 10 MPa ). Experimentovalo se s podzemním zplyňováním uhlí , jehož těžba je z různých důvodů ekonomicky nerentabilní.

Uhelný důl  je důlní podnik určený pro vývoj pevných fosilních paliv v povrchové jámě.

Těžba rašeliny

Vzhledem k tomu, že všechna ložiska rašeliny se nacházejí na zemském povrchu, je rašelina vyvíjena otevřeným způsobem. Vyřezávaná metoda těžby rašeliny [9]  je stará, řemeslná metoda těžby rašeliny ručním řezáním rašelinových cihel. Používá se na malých a mělkých rašeliništích. Téměř zcela nahrazeny mechanizovanými metodami těžby rašeliny. K dnešnímu dni byly vyvinuty a uplatňovány dvě hlavní schémata těžby rašeliny:

  • relativně tenké vrstvy z povrchu země a
  • hluboké lomy do celé hloubky rašelinné vrstvy.

Podle prvního z těchto schémat se rašelina těží vyříznutím vrchní vrstvy, podle druhého vykopávací (nebo hrudkující) metodou. Podle způsobu těžby se rašelina dělí na řezanou (mletou) a hrudkovitou.

Produkce břidlicového plynu

Navzdory skutečnosti, že břidlicový plyn je obsažen v malých množstvích (0,2-3,2 miliardy m³/km²), přesto lze díky otevření velkých oblastí získat značné množství takového plynu. Výroba břidlicového plynu využívá horizontální vrtání ( směrové vrtání ), hydraulické štěpení a seismické modelování .  Podobná technologie těžby se používá také k výrobě uhelného metanu . Místo hydraulického štěpení lze použít frakování propanu [10] .  

Míry spotřeby

Uhlí bylo prvním fosilním palivem, které člověk používal. Umožnil, aby proběhla průmyslová revoluce , která zase přispěla k rozvoji uhelného průmyslu a poskytla mu modernější technologie.

V průběhu 18. století vzrostlo množství vytěženého uhlí o 4000 %, do roku 1900 se těžilo 700 milionů tun uhlí ročně, poté přišla na řadu ropa. Spotřeba ropy roste asi 150 let a na začátku třetího tisíciletí dosahuje plošiny . V současné době svět produkuje více než 87 milionů barelů denně, tedy asi 5 miliard tun ročně.

Obnovitelné rezervy (rezervy)

Podle zveřejněných propočtů je odhad zásob uhlí asi 500 miliard tun a množství vytěžitelné ropy na Zemi je asi dva biliony barelů. Vzhledem k tomu, že ropa je neobnovitelný zdroj , podle Hubbertovy teorie dříve nebo později dosáhne její globální produkce svého vrcholu (pojem Peak oil označuje maximální světovou produkci ropy, které bylo nebo bude dosaženo). Produkce ropy v USA dosáhla vrcholu v roce 1971 [2]  a od té doby je na poklesu. Mezinárodní energetická agentura (IEA) ve svém World Energy Outlook 2004 poznamenala: „Fosilní paliva v současnosti zajišťují většinu celosvětové spotřeby energie a v dohledné budoucnosti tomu tak bude i nadále. Přestože jsou zásoby v současnosti velké, nejsou věčné.“

Prokázané rezervy podle údajů z let 2005-2006:

  • Fosilní uhlí: 905 miliard metrických tun [11] nebo 702,1 km³ (4416 miliard barelů ) v podmínkách ropného ekvivalentu.
  • Ropa: 177,9 km³ (1119 miliard barelů) - 209,4 km³ (1317 miliard barelů) [12] .
  • Zemní plyn: 175–181 bilionů metrů krychlových [12] nebo 1161 miliard barelů (184,6 × 10 9 m³) v podmínkách ropného ekvivalentu.

Těžba fosilních paliv podle údajů z roku 2006:

  • Fosilní uhlí: 16,761 milionů metrických tun [13] nebo 8,3 milionů m³ (52 milionů barelů) ropného ekvivalentu za den.
  • Ropa: 13,4 milionů m³ denně (84 milionů barelů denně) [14] .
  • Zemní plyn: 2,963 bilionů metrů krychlových [15] nebo tři miliony m³ (19 milionů barelů) ropného ekvivalentu za den.

Prokázané zásoby (roky výroby při současném tempu) zbývající na Zemi (2006):

  • fosilní uhlí: 148 let;
  • olej: po dobu 43 let;
  • zemní plyn: po dobu 61 let.

Význam

Většina fosilních paliv se spaluje k výrobě elektřiny, teplé vody a vytápění domácností. Fosilní uhlí, rašelina, roponosné břidlice byly člověkem odedávna využívány v ekonomických činnostech. Zemní plyn byl považován za vedlejší produkt při výrobě ropy, ale nyní se stává velmi cenným fosilním přírodním zdrojem [16] . Kromě toho se v moderním světě fosilní paliva používají jako motorová paliva, maziva a suroviny pro organickou syntézu.

Vliv na životní prostředí

Emise CO 2

Spalování fosilních paliv uvolňuje oxid uhličitý (CO 2 ), skleníkový plyn , který přetrvává v atmosféře po staletí a je největším přispěvatelem globálního oteplování . Klimatické studie spolehlivě prokázaly téměř lineární vztah [17] mezi velikostí globálního oteplování a množstvím oxidu uhličitého CO 2 nahromaděného v atmosféře . Abychom omezili globální oteplování na 2 °C s přidělenou šancí na úspěch, je nutné stanovit strop budoucích kumulativních emisí CO 2 , které tak představují konečný globální celkový zdroj. Emisní rozpočet CO 2 stanovený z cíle zabránit nepřijatelnému globálnímu oteplování znamená, že 60–80 % zásob fosilních paliv musí zůstat nedotčeno, což vyžaduje okamžité a prudké snížení současné rychlosti těžby a spalování fosilních paliv. [osmnáct]

Globální finanční trhy zároveň do značné míry ignorují potřebu omezit emise CO 2 . Produkce fosilních paliv je nadále dotována vládami mnoha zemí a velké finanční prostředky jsou nadále vynakládány na průzkum nových zásob. Investoři mají tendenci věřit, že všechny zásoby uhlíku se mohou stát předmětem těžby a komerčního využití.

Od roku 2012 vede řada ekologických skupin celosvětovou kampaň za bojkot investic do fosilních paliv , jejíž logiku její iniciátoři formulovali takto: „Pokud je špatné ničit klima, pak je špatné profitovat z toto zničení“ [19] . Rozsah kampaně se rychle rozšiřuje, oficiálně ji podpořila OSN [20] . Několik nadnárodních investorů (například největší francouzská pojišťovna AXA) oznámilo úplné vyřazení svých prostředků z těžby uhlí.

Role emisí zemního plynu

Zemní plyn, jehož hlavní část tvoří metan , je rovněž skleníkovým plynem. Skleníkový efekt jedné molekuly metanu je přibližně 20–25krát silnější než u molekuly CO 2 [21] [22] , proto je z klimatického hlediska výhodnější spalování zemního plynu před jeho uvolňováním do atmosféry.

Další vlivy

Podíl podniků palivového a energetického komplexu Ruska představuje polovinu emisí škodlivých látek do ovzduší, více než třetinu znečištěných odpadních vod, třetinu pevných odpadů z celého národního hospodářství. Zvláště důležité je plánování ekologických opatření v oblastech průkopnického rozvoje zdrojů ropy a zemního plynu.

Omezení a alternativy

Princip nabídky a poptávky naznačuje, že jak se zásoby (a produkce) uhlovodíků snižují, ceny fosilních paliv porostou. Nevyhnutelný nárůst cen pohonných hmot tedy povede k nárůstu alternativních, obnovitelných zdrojů energie a také dodávek dříve nerentabilních palivových zdrojů, které budou dostupné při jejich rozumném využívání. Syntetický benzin a další obnovitelné zdroje energie v současnosti vyžadují suroviny a drahé výrobní a zpracovatelské technologie ve srovnání s náklady na konvenční těžbu ropy , ale mohou se stát ekonomicky životaschopnými v energetickém rozvoji blízké budoucnosti. Různé alternativní zdroje energie tedy zahrnují jaderné (jaderné a termonukleární), vodní , solární , větrné a geotermální elektrárny .

Viz také

Poznámky

  1. ↑ Dr. Irene Novaczek. Závislost Kanady na fosilních palivech . Prvky. Datum přístupu: 18. ledna 2007. Archivováno z originálu 28. dubna 2013.
  2. ↑ Fosilní palivo . EPA. Datum přístupu: 18. ledna 2007. Archivováno z originálu 12. března 2007.
  3. ↑ US EIA International Energy Statistics (odkaz není k dispozici) . Datum přístupu: 12. ledna 2010. Archivováno z originálu 28. dubna 2013. 
  4. ↑ International Energy Annual 2006 . Datum přístupu: 8. února 2009. Archivováno z originálu 28. dubna 2013.
  5. ↑ Fosilní palivo . Získáno 20. dubna 2013. Archivováno z originálu 28. dubna 2013.
  6. ↑ Paul Mann, Lisa Gahagan a Mark B. Gordon, „Tektonické prostředí obřích světových ropných a plynových polí“, v Michel T. Halbouty (ed.) Giant Oil and Gas Fields of the Decade, 1990-1999 Archived from 24 června 2016 na Wayback Machine , Tulsa, Okla.: American Association of Petroleum Geologists, str. 50, přístup 22. června 2009.
  7. ↑ Fosilní palivo // Vědeckotechnický encyklopedický slovník .
  8. ↑ „Chronograf obchodu s ropou a plynem. Milníky v historii strojírenství a vrtné techniky . Získáno 20. dubna 2013. Archivováno z originálu 10. září 2014.
  9. ↑ anglicky.  metoda řezání rašeliny , germ.  Schneidverfahren n der Torfgewinnung
  10. ↑ Frakování propanu - nová ekologická metoda těžby břidlicového plynu (nedostupný odkaz) . Získáno 20. dubna 2013. Archivováno z originálu 7. dubna 2013. 
  11. ↑ World Estimated Recoverable Coal . eia.doe.gov. Získáno 27. 1. 2012.
  12. ↑ 1 2 Světové prokázané zásoby ropy a zemního plynu, nejnovější odhady archivovány 23. května 2011 na Wayback Machine . eia.doe.gov. Získáno 27. 1. 2012.
  13. ↑ Správa energetických informací. International Energy Annual 2006 (soubor XLS). 17. října 2008. eia.doe.gov
  14. ↑ Správa energetických informací. Světová spotřeba ropy, roční odhady, 1980-2008 Archivováno 6. října 2008 ve Wayback Machine (soubor XLS). 6. října 2009. eia.doe.gov
  15. ↑ Správa energetických informací. International Energy Annual 2006 (soubor XLS). 22. srpna 2008. eia.doe.gov
  16. ↑ Kaldany, Rashad, ředitel Oddělení ropy, plynu, těžby a chemikálií, Světová banka (13. prosince 2006). Globální omezení spalování plynu: Čas na akci! (PDF) . Globální fórum o spalování a využití plynu. Paříž. Archivováno (PDF) z originálu dne 2007-09-10 . Získáno 2007-09-09 . Použitý zastaralý parametr |deadlink=( nápověda )
  17. ↑ obr. 6.12 Kapitola 6 IPCC WGIII AR5
  18. ↑ Mark Carney: většinu zásob fosilních paliv nelze spálit, The Guardian [1] Archivováno 2. října 2017 ve Wayback Machine
  19. ↑ Fossil Free - About . Získáno 10. 5. 2016. Archivováno z originálu 14. 11. 2013.
  20. ↑ Změna klimatu: OSN podporuje kampaň za prodej fosilních paliv | prostředí | The Guardian . Získáno 29. září 2017. Archivováno z originálu 20. října 2017.
  21. ↑ Přehled skleníkových plynů archivován 29. března 2013 na Wayback Machine // US EPA: "...srovnávací dopad CH4 na změnu klimatu je více než 20krát větší než CO2 za období 100 let."
  22. ↑ Non-CO2 skleníkové plyny: vědecké porozumění, kontrola a implementace (ed. J. van Ham, Springer 2000, ISBN 978-0-7923-6199-2 ): 4. Vliv metanu na klima, strana 30 „Na moláru další mol metanu v současné atmosféře je asi 24krát účinnější při pohlcování infračerveného záření a ovlivňování klimatu než další mol oxidu uhličitého (WMO, 1999)“

Odkazy

  • Fosilní palivo // Vědeckotechnický encyklopedický slovník .  — Vědeckotechnický encyklopedický slovník
  • Palivo // Collierova encyklopedie. — Otevřená společnost . - 2000.  - Collierova encyklopedie
  • Fosilní  paliva _ _  _ _
  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie