4.2: викопне паливо

Викопне паливо - це термін, що дається джерелам енергії з високим вмістом вуглеводнів (див. Розділ 1 для огляду молекул вуглеводнів), знайдених у земній корі, які утворилися в геологічному минулому і можуть бути спалені, щоб звільнити свою енергію. Вони утворилися з доісторичних рослин і тварин, які жили сотні мільйонів років тому (100 — 500 мільйонів років тому). Коли ці стародавні живі організми померли, вони були швидко поховані і піддавалися величезному тиску з боку вищерозташованих земних матеріалів, включаючи шари бруду, гірських порід, піску, а іноді і поверхневих водойм, таких як океани та озера.

Протягом мільйонів років, що минули, мертві рослини і тварини повільно розкладалися в анаеробних (дуже низький або без кисню) умовах, і їх хімічна енергія концентрувалася. Органічні сполуки, які колись складали тканини цих організмів, хімічно змінювалися під високим тиском і температурами. Хоча деякі викопні види палива можуть перебувати в процесі формування сьогодні, кількість часу, необхідного для формування корисної кількості, вимірюється мільйонами років, тому ці види палива ніколи не будуть доступні для нас. Таким чином, для всіх практичних цілей ми вважаємо викопне паливо кінцевим і невідновлюваним.

4.2.1: Види та формування викопного палива

Існує три основні типи викопного палива - природний газ, нафта та вугілля - і конкретний тип, що утворюється, залежить від поєднання органічної речовини, яка була присутня, як довго вона була похована та які температурні та тиск існували, коли вони розкладалися. Нафта і природний газ створювалися з організмів, які жили у воді і були поховані під океанічними або річковими відкладеннями. Довго після того, як великі доісторичні моря і річки зникли, тепло, тиск і бактерії об'єдналися, щоб стиснути і перетворити органічний матеріал під шарами мулу або сланцевої породи (рис.\(\PageIndex{1}\)). У більшості районів спочатку утворилася густа рідина, яка називається нафтою, але в більш глибоких, гарячих регіонах під землею процес трансформації тривав, поки не утворився природний газ. З часом частина цієї нафти та природного газу почала працювати вгору через земну кору, поки вони не зіткнулися з скельними утвореннями, званими «капроками», які є досить щільними, щоб запобігти їх просочуванню на поверхню. Саме з-під цих капроків сьогодні видобувається більшість нафти і природного газу.

Малюнок\(\PageIndex{1}\): Освіта нафти та природного газу (нафти). Джерело: Управління енергетичної інформації США. http://www.eia.gov/energyexplained/i...tural_gas_home

Вугілля - це викопне паливо, яке утворилося із залишків дерев, папоротей та інших рослин, які жили від 300 до 400 мільйонів років тому (рис.\(\PageIndex{2}\)). У деяких районах, таких як частини того, що зараз знаходиться на сході США, вугілля утворювалося з боліт, покритих морською водою. Морська вода містила велику кількість сірки, і в міру висихання морів сірка залишалася позаду в вугіллі. Вчені працюють над способами вилучення сірки з вугілля, оскільки при згорянні вугілля сірка виділяється в атмосферу як забруднювач повітря (див. Розділ 6). Деякі родовища вугілля, однак, утворилися з прісноводних боліт, в яких було дуже мало сірки. Ці вугільні родовища, розташовані в значній мірі в західній частині США, мають в них набагато менше сірки.

Малюнок\(\PageIndex{2}\): Процес вугільноутворення. Джерело: Управління енергетичної інформації США.

4.2.2: Споживання

Історично процвітання людини безпосередньо корелювало з енергоспоживанням. Здоров'я і життєздатність світових суспільств критично залежать від енергії, більша частина якої походить від викопного палива (рис.\(\PageIndex{3}\)). Енергетичні ресурси, однак, розподілені по всьому світу нерівномірно, як і норми споживання. Розвинені регіони зазвичай споживають набагато більше енергії, ніж регіони, що розвиваються. Наприклад, США мають лише близько 5% населення світу, але становлять понад 20% світового споживання енергії. Крім того, країни, що розвиваються, приділяють більшу частку споживання енергії на натуральну діяльність, таку як вирощування та приготування їжі та опалення будинків. Промислово розвинені країни більше покладаються на механізоване обладнання та технології, і, отже, більша частка їх споживання енергії йде на транспорт та промисловість.

Викопне паливо можна використовувати без перетворення або перетворення в іншу форму енергії, це називається первинним споживанням енергії. У первинному вигляді викопне паливо може використовуватися для транспортування, опалення та приготування їжі або використовуватися для виробництва електроенергії. Використання електроенергії - це форма вторинного споживання енергії. Перетворення енергії викопного палива в електрику дозволяє полегшити транспортування на великі відстані та застосовувати для різних цілей. Крім того, існує чотири основні сектори, які споживають енергію: 1) Промисловий сектор, який включає об'єкти та обладнання, що використовуються для виробництва, сільського господарства, видобутку корисних копалин та будівництва; 2) Транспортний сектор включає транспортні засоби, які перевозять людей або товари, включаючи автомобілі, вантажівки, автобуси, мотоцикли, поїзди, літаки, човни, баржі та кораблі; 3) Житловий сектор складається з будинків і квартир; 4) Комерційний сектор включає офіси, торгові центри, магазини, школи, лікарні, готелі, склади, ресторани, культові споруди тощо. Кожен з цих секторів також споживає електроенергію, вироблену електроенергетичним сектором.

Малюнок\(\PageIndex{3}\): Споживання первинної енергії в США за джерелами (усі сектори), 2015 рік, показуючи, що близько 80% нашого споживання енергії припадає на викопне паливо. Дані Адміністрації енергетичної інформації США, квітень 2016 року.