16.4: Наслідки викопного палива
- Page ID
- 3822
Переваги використання викопного палива
Світ сильно залежить від викопного палива, а існуюча інфраструктура та технології сприяють їх подальшому використанню. Перевагою використання вугілля для отримання електроенергії є те, що він рясний і недорогий, особливо в США, які мають більші запаси вугілля, ніж будь-яка інша країна. Крім того, видобуток вугілля є джерелом робочих місць і податкових доходів. Однак економічна перевага вугілля зменшується, оскільки технології, пов'язані з відновлюваними джерелами енергії, такими як сонячна та вітрова, стають більш ефективними та недорогими. Адміністрація енергетичної інформації США порівняла нівелізовану вартість електроенергії (LCOE) для технологій, які почнуть використовувати в 2023 році, а вартість електроенергії, виробленої вугіллям, перевищила вартість багатьох відновлюваних джерел (рисунок\(\PageIndex{a}\)). LCOE враховує витрати на будівництво та експлуатацію електростанцій, сонячних батарей, вітрових турбін тощо.
Нафта і природний газ продовжують задовольняти глобальні енергетичні потреби. Незважаючи на розширення використання відновлюваних джерел енергії, альтернативних джерел енергії в даний час не вистачає для заміни нафти і природного газу. (Поєднання різних відновлюваних джерел може бути можливим у майбутньому.) Хоча Сполучені Штати покладаються на імпортну нафту, вони продовжують видобувати частину нафти та природного газу (в основному за рахунок фрекінгу), зміцнюючи енергетичну незалежність США. Від подальшої видобутку цих викопних видів палива залежить місцева та державна економіка регіонів, багатих запасами нафти та природних запасів.
Хоча всі викопні види палива шкодять певній мірі шкоди навколишньому середовищу, природний газ є кращим викопним паливом для виробництва електроенергії при розгляді його впливу на навколишнє середовище. При спалюванні вугілля виділяє майже вдвічі більше вуглекислого газу, що робить природний газ. Крім того, набагато менше оксидів азоту та діоксиду сірки (обидва забруднювачі повітря) виділяється при спалюванні природного газу. Він також не виробляє золу, як це робить вугілля (див. Нижче).
Вплив на здоров'я та навколишнє середовище
Негативні наслідки використання викопного палива починаються з видобутку ресурсу. Викопні паливо часто знаходяться далеко від місця, де вони використовуються, тому їх потрібно транспортувати трубопроводом, танкерами, залізничними або вантажними автомобілями. Всі вони представляють потенціал для аварій, витоків та розливів. Додаткові негативні наслідки пов'язані з переробкою, виробленням електроенергії та утилізацією утворених відходів.
Видобуток та використання вугілля
Поверхневий видобуток вугілля порушує локальні екосистеми над родовищами вугілля, оскільки розкривні навантаження видаляються для доступу до них (рис.\(\PageIndex{b}\)). При видаленні на вершині гори великий обсяг розкривних покривів скидається над сусідніми місцями проживання, викликаючи подальше руйнування (рис.\(\PageIndex{c}\)). Видалення вершини гори вплинуло на великі площі Аппалачських гір у Західній Вірджинії та Кентуккі. Втрата середовища існування від видобутку вугілля зменшує біорізноманіття, що призводить до втрати екосистемних послуг. Як поверхневий, так і підземний видобуток оголюють породи, які можуть містити забруднюючі речовини, такі як важкі метали або сульфати, які вони вилуговують у потоки або інші водойми. Це не тільки шкодить водному життю, але й порушує циклічність поживних речовин. Одним з найбільших наслідків видобутку надр на навколишнє середовище може бути метановий газ, який необхідно вентилювати з шахт, щоб зробити шахти безпечним місцем для роботи. Метан газ є потужним парниковим газом і сприяє зміні клімату. Нарешті, процес видобутку в кінцевому підсумку ущільнює грунт. Це в поєднанні з втратою дерев, які уповільнюють перебіг стоку і сприяють інфільтрації, збільшує ризик затоплення.
Шахтарі стикаються з небезпеками для здоров'я, такими як вибухи, обвал шахти та вплив токсичних випарів. Чорна хвороба легенів - це респіраторний стан, що характеризується кашлем та задишкою, що виникає у шахтарів, які піддаються занадто великій кількості вугільного пилу. Мешканці поблизу шахт також ризикують потрапляння вугільного пилу та підземних токсинів після вибухів. В результаті впливу токсинів вроджені вади та інші проблеми зі здоров'ям поширені у жителів поблизу шахт.
Вугілля вважається «найбруднішим» джерелом енергії, оскільки його спалювання призводить до найбільшого забруднення повітря. Вугільні електростанції виділяють різноманітні забруднювачі повітря, включаючи діоксид сірки, оксид азоту та важкі метали. Діоксид сірки та оксид азоту є джерелами кислотних дощів (кислотного осадження), смогу та проблем зі здоров'ям. Важкі метали викликають неврологічні проблеми та проблеми з розвитком у людини та інших тварин. Спалювання вугілля виділяє тверді частинки і більшу кількість вуглекислого газу на одиницю енергії, ніж при використанні нафти або природного газу. Вуглекислий газ є найбільш часто викидається парниковим газом і викликає зміни клімату. У 2018 році виробництво електроенергії становило 27% викидів парникових газів у Сполучених Штатах, і значна частина цього викидалася з вугільних електростанцій. Транспортування вугілля зазвичай покладається на викопне паливо, виділяючи подальше забруднення.
Зола (включаючи золу і донну золу) - це залишок, що утворюється при спалюванні вугілля на електростанціях. У минулому летюча зола виділялася в повітря через димову трубу, де це сприяло забрудненню повітря твердими частинами. Закони тепер вимагають, що значна частина золи тепер повинна бути захоплена пристроями контролю забруднення, як скрубери. У Сполучених Штатах зола, як правило, зберігається на вугільних електростанціях або розміщується на звалищах. Зола зі сховищ або звалищ може проливатися або вилуговуватися в грунтові води, що призводить до забруднення води.
Звичайна видобуток нафти та природного газу
Вивчення та буріння нафти деградує суші та океанічні середовища існування. На суші необхідна широка інфраструктура, така як дорожні мережі, транспортні трубопроводи та житло для робітників для підтримки повномасштабної бурової операції. Вони можуть забруднювати ґрунт та воду, фрагментувати місця проживання та порушувати дику природу. Видобуток нафти і природного газу також небезпечний для працівників, які мають високий рівень захворюваності на рак і серцеві захворювання.
Викликані людиною розливи нафти в річках і океанах шкодять екосистемам. З економічної точки зору, розливи нафти порушують рибальську промисловість і туризм. Розливи нафти в морі, як правило, набагато більш шкідливі, ніж на суші, оскільки вони можуть поширюватися на сотні морських миль в тонкій нафтової плямі, яка може покрити пляжі тонким покриттям нафти. Це може вбити морських птахів, ссавців, молюсків та інших організмів, які вона покриває. Розливи нафти на суші легше утримуються, якщо імпровізовану земну греблю можна швидко бульдозувати навколо місця розливу, перш ніж більшість нафти втече, а наземні тварини можуть легше уникнути нафти.
Розливи нафти можуть бути наслідком аварій супертанкерів, таких як Exxon Valdez у 1989 році, який пролив 10 мільйонів галонів нафти в багату екосистему прибережної Аляски і вбив величезну кількість тварин. Найбільший морський розлив нафти почався в квітні 2010 року, коли на нафтовій установці Deepwater Horizon стався вибух природного газу на нафтовій свердловині 65 км на шельфі Луїзіани. Вона вбила 11 співробітників і текла протягом 3 місяців у 2010 році, випустивши приблизно 200 мільйонів галонів нафти (цифра\(\PageIndex{d}\)). Негативно вплинули дика природа, екосистеми та засоби до існування людей. Багато грошей і величезна кількість енергії були витрачені на негайні зусилля по очищенню. Довгострокові наслідки досі не відомі. Національна комісія з питань розливу нафти Deepwater Horizon та морського буріння була створена для вивчення того, що пішло не так. Найгірший розлив нафти коли-небудь стався під час війни в Перській затоці 1991 року, коли Ірак навмисно скинув приблизно 200 мільйонів галонів нафти в офшорному Кувейті і встановив понад 700 пожеж нафтових свердловин, які випустили величезні хмари диму та кислотних дощів протягом більше дев'яти місяців.
Під час розливу нафти на воду нафта спливає на поверхню, оскільки вона менш щільна, ніж вода, а найлегші вуглеводні випаровуються, зменшуючи розмір розливу, але забруднюючи повітря. Потім бактерії починають розкладати масло, що залишилося, в процесі, який може зайняти багато років. Через кілька місяців може залишитися лише близько 15% від початкового обсягу, але він знаходиться в товстих асфальтових грудочках, формі, яка особливо шкідлива для птахів, риб, молюсків. Операції очищення можуть включати в себе різні компоненти, але кожен має свої процеси і мінуси. Скиммерні кораблі, які вакуумують нафту з поверхні води, але вони ефективні лише при невеликих розливах. Контрольоване горіння працює тільки на ранніх стадіях до випаровування легкої, запалюваної частини, але це також забруднює повітря. Диспергатори - це миючі засоби, які розщеплюють масло для прискорення його розкладання, але деякі диспергатори можуть бути токсичними для екосистеми. Біоремедіація відноситься до додавання мікроорганізмів, які спеціалізуються на швидкому розкладанні нафти, але це може порушити природну екосистему.
Нетрадиційний видобуток нафти і природного газу
Фракінг завдає більше шкоди навколишньому середовищу, ніж звичайна видобуток. Значне використання води (малюнок\(\PageIndex{e}\)) може вплинути на доступність води для інших цілей в деяких регіонах, і це може вплинути на водні середовища існування. Насправді, фрекінг споживає більше води, ніж використання ядерної енергії, вугілля або звичайної нафти і природного газу. При неправильному управлінні рідина гідравлічного розриву може виділятися розливами, витоками або різними іншими шляхами впливу, які забруднюють землю та підземні води (рис.\(\PageIndex{f}\)). Зворотний потік рідини - рідина, що відкачується зі свердловини і відокремлена від нафти і газу - містить не тільки хімічні добавки, використовувані в процесі буріння, але також містить важкі метали, радіоактивні матеріали (які виділяють радіацію), леткі органічні сполуки, бензол (канцероген), толуол, етилбенз , ксилол та інші токсичні забруднювачі повітря. Летючі органічні сполуки (ЛОС) можуть реагувати з атмосферою з утворенням приземного озону, який пов'язаний з респіраторними захворюваннями. Тулен може викликати запаморочення, сплутаність свідомості, головний біль і викидні. Етилбензол - можливий канцероген, який також викликає запаморочення, подразнення очей та зниження слуху. Ксилол також викликає запаморочення та головний біль і, крім того, може призвести до летального результату при високих концентраціях. У деяких випадках ця забруднена вода направляється на водоочисні споруди, які не обладнані для боротьби з деякими з цих класів забруднення. Нарешті, впорскування стічних вод для утилізації може навіть викликати землетруси.
Інші нетрадиційні джерела викопного палива також можуть завдати шкоди навколишньому середовищу. Поверхневий видобуток смолотоносних пісків або сланців вимагає видалення всієї рослинності та залишає забруднюючі речовини позаду, що спричиняє втрату середовища існування (рис.\(\PageIndex{g}\)).
Транспортування, нафтопереробні заводи та спалювання
Природний газ викидається в атмосферу з вугільних шахт, нафтових і газових свердловин, резервуарів для зберігання природного газу, трубопроводів і переробних заводів. Ці витоки є джерелом близько 25% загальних викидів метану в США, що становить три відсотки від загального обсягу викидів парникових газів в США, що сприяє зміні клімату. Коли природний газ видобувається, але не може бути захоплений та транспортований економічно, він «спалюється» або спалюється на ділянках свердловин, що перетворює його на вуглекислий газ. Це вважається безпечнішим і кращим, ніж викид метану в атмосферу, оскільки вуглекислий газ є менш потужним парниковим газом, ніж метан. Однак, коли природний газ з високими концентраціями токсичного газу сірководню спалахує, він виробляє вуглекислий газ, окис вуглецю, діоксид сірки, оксиди азоту та багато інших сполук (див. Забруднення повітря для більш докладної інформації).
Витоки також трапляються, коли ми використовуємо нафтохімію на суші. Наприклад, бензин іноді капає на землю, коли люди заповнюють свої газові баки, коли моторне масло викидається після заміни масла, або коли паливо виходить з дірявого резервуара для зберігання. Коли йде дощ, розлита нафтохімія змивається в жолоб і з часом стікає до річок і в океан. Інший спосіб, яким масло іноді потрапляє у воду, - це коли паливо просочується з моторних човнів та гідроциклів. При виникненні протікання в накопичувальному резервуарі або трубопроводі нафтохімія також може потрапити в грунт, і грунт необхідно очистити. Щоб запобігти витоку з підземних резервуарів, всі поховані резервуари передбачається замінити резервуарами з подвійною підкладкою.
Переробка нафти виділяє різноманітні токсини і є єдиним найбільшим джерелом бензолу (рис.\(\PageIndex{g}\)). В результаті мешканці, які проживають поблизу нафтопереробних заводів, мають високу захворюваність на рак, астму та вроджені вади. Коли спалюються нафтохімічні речовини, такі як бензин або дизельне паливо, вони виділяють різноманітні забруднювачі повітря, включаючи вуглекислий газ (причина зміни клімату), діоксид сірки, оксиди азоту, леткі органічні сполуки (ЛОС), тверді частинки та свинець (див Забруднення повітря для більш докладної інформації). Транспортування нафти судном або магістралем також вимагає енергії у вигляді викопного палива, генеруючи більше забруднюючих речовин. Порівняно з нафтою та вугіллям, спалювання природного газу виділяє найменшу кількість забруднюючих речовин та парникових газів.
Рішення
Меліорація може пом'якшити шкоду середовища проживання, яка виникає внаслідок видобутку або видобутку викопного палива. Він передбачає відновлення землі в тій чи іншій мірі після завершення видобутку або видобутку. Це може спричинити повернення переміщених земель і покриття верхнім грунтом, який захищає організми від важких металів, радіоактивних матеріалів та інших підземних токсинів. Додатково можуть бути нейтралізовані кислоти, які часто утворюються при вилуговуванні сульфатів з підземних порід. Потім висаджується рослинність, і водний потік при порушенні дещо відновлюється. Звичайно, складна топографія, мережа потоків та зріла рослинність (наприклад, великі дерева в лісі), які могли бути присутніми до видобутку корисних копалин, не можуть бути відтворені, але меліорація полегшує місцевим видам розпочати реколонізацію району.
Чисті вугільні технології можуть обмежити забруднення повітря, що виділяється при спалюванні вугілля. Деякі з цих технологій видаляють токсини з вугілля перед його спалюванням, а інші захоплюють токсини, які виділяються при спалюванні вугілля. Наприклад, скрубери димової труби на електростанціях очищають від диму діоксид сірки, закис азоту, тверді частинки та ртуть перед його виділенням. Уловлювання і секвестрація вуглецю передбачає захоплення виділеного вуглекислого газу і його зберігання, але для цього потрібно на 25-40% більше енергії, знижуючи ККД вугілля (рис.\(\PageIndex{h}\)). У цьому процесі дим від вугільної електростанції пропускається через розчинник для уловлювання вуглекислого газу, але в димі все ще виділяються інші відпрацьовані гази. Потім діоксид вуглецю відокремлюють від розчинника. Деякі можуть бути використані в промисловості (наприклад, для газованих напоїв або для третинного відновлення нафти), а решта секвеструється (зберігається) під землею. Зауважимо, що чисті вугільні технології можуть зменшити внесок вугілля в зміну клімату та зменшити кількість токсинів, які виділяються, але це не повністю запобігає забрудненню повітря, що генерується вугіллям (рис.\(\PageIndex{i}\)).
Оскільки викопне паливо є невідновлюваним, запаси з часом будуть виснажені, і світові потрібно буде повністю покладатися на інші джерела енергії. Ті, хто стурбований наслідками викопного палива для навколишнього середовища та здоров'я, виступають за те, щоб зробити цей перехід якомога швидше. Це пов'язано з тим, що технології та практики, про які йшлося вище, не повністю перешкоджають викопному паливу завдавати шкоди навколишньому середовищу та завдавати небезпеки для здоров'я працівників та широкої громадськості. Наступні два розділи обговорюють ядерну енергію та відновлювані джерела енергії, які є альтернативами викопному паливу. Оскільки навіть ці альтернативи мають свої недоліки, енергозбереження (ефективніше використання енергії та обмеження непотрібного використання енергії) також має вирішальне значення.
Атрибуція
Модифікований Мелісою Ха з наступних джерел:
- Проблеми та наслідки використання енергії, невідновлюваних джерел енергії та забруднення води від екологічної біології Метью Р. Фішер (ліцензований відповідно до CC-BY)
- Викопне паливо від введення в геологію Johnson et al. (ліцензована відповідно до CC-BY-NC-SA)
- Глава 4: Невідновлювана енергія від введення в екологічну науку: 2-е видання (2018) Біологічні науки Відкриті підручники Зендер, Каралін; Манойлов, Калина; Мутіті, Самуель; Мутіті, Крістін; ВанДеворт, Еллісон; і Беннетт, Донна (ліцензована відповідно до CC-BY-NC-SA) .