Termi “fossiiliset polttoaineet” heitetään nykyään melko paljon. Useimmiten se tulee esiin ympäristöasioiden, ilmastonmuutoksen tai ns. Energiakriisin yhteydessä. Sen lisäksi, että ihmiskunnan riippuvuus fossiilisista polttoaineista on merkittävä saaste, se on myös viime vuosikymmeninä aiheuttanut melkoisen ahdistuneisuuden ja lisännyt vaihtoehtojen vaatimuksia.
Mutta mitä ovat fossiiliset polttoaineet? Vaikka useimmilla ihmisillä on taipumus ajatella bensiiniä ja öljyä, kun he kuulevat nämä sanat, se pätee tosiasiassa moniin erityyppisiin energialähteisiin, jotka ovat johdettu hajotetusta orgaanisesta materiaalista. Kuinka ihmiskunta tuli niin riippuvaiseksi heistä ja mitä voimme odottaa heidän korvaamiseksi, ovat eräs suurimmista huolenaiheista, joita meillä on tänään.
Määritelmä:
Fossiilisilla polttoaineilla tarkoitetaan energialähteitä, jotka muodostuvat elävän aineen anaerobisen hajoamisen seurauksena, joka sisältää energiaa muinaisen fotosynteesin seurauksena. Tyypillisesti nämä organismit ovat kuolleet miljoonien vuosien ajan, ja jotkut niistä ovat peräisin jo kryogeenisestä ajanjaksosta (noin 650 miljoonaa vuotta sitten).
Fossiiliset polttoaineet sisältävät suuria määriä hiiltä ja varastoitunutta energiaa kemiallisissa sidoksissaan. Ne voivat olla maaöljyn, hiilen, maakaasun ja muiden palavien hiilivetyyhdisteiden muodossa. Maaöljy ja maakaasu muodostuvat organismien hajoamisella, hiili ja metaani ovat tuloksia maanpäällisten kasvien hajoamisesta.
Entisen tapauksessa uskotaan, että suuria määriä kasviplanktonia ja eläinplanktonia asettui meren tai järvien pohjalle miljoonia vuosia sitten. Monien miljoonien vuosien aikana tämä orgaaninen aine sekoitettiin mudan kanssa ja haudattiin raskaiden sedimenttikerrosten alle. Syntynyt lämpö ja paine aiheuttivat orgaanisen aineen kemiallisen muutoksen, muodostaen lopulta hiiliyhdisteitä.
Jälkimmäisessä tapauksessa lähde oli kuollutta kasviainetta, joka oli peitetty sedimenteillä hiilijakson aikana - ts. Devonin ajanjakson lopusta Perman ajanjakson alkuun (noin 300 ja 350 miljoonaa vuotta sitten). Ajan myötä nämä kerrostumat joko jähmettyivät tai muuttuivat kaasumaisiksi, jolloin muodostui kivihiilikenttiä, metaania ja luonnonkaasuja.
Nykyaikaiset käyttötavat:
Hiiltä on käytetty muinaisista ajoista lähtien polttoaineena, usein uuneissa metallimalmien sulattamiseksi. Jalostamatonta ja puhdistamatonta öljyä on myös poltettu vuosisatojen ajan lamppuissa valaistuksen vuoksi, ja puolikiinteitä hiilivetyjä (kuten tervaa) käytettiin vedeneristykseen (pääasiassa veneiden pohjassa ja telakoilla) ja voidettamiseen.
Fossiilisten polttoaineiden laaja käyttö energianlähteinä alkoi teollisen vallankumouksen aikana (18.-18. Vuosisata), jolloin hiili ja öljy alkoivat korvata eläinlähteitä (ts. Valaan öljyä) höyrykoneisiin. Toisen teollisen vallankumouksen aikaan (n. 1870 - 1914) öljyä ja hiiltä alettiin käyttää sähkögeneraattorien virrankäyttöön.
Polttomoottorin (ts. Autojen) keksintö lisäsi öljyvaatimuksia eksponentiaalisesti, samoin kuin lentokoneiden kehitys. Petrokemian teollisuus syntyi samanaikaisesti, kun öljyä käytettiin tuotteiden valmistukseen muovista raaka-aineeksi. Lisäksi tervaa (öljyntuotannosta jäljelle jäänyt tuote) käytettiin laajalti teiden ja moottoriteiden rakentamisessa.
Fossiilisista polttoaineista tuli keskeinen osa nykyaikaista valmistusta, teollisuutta ja kuljetusta, koska ne tuottavat huomattavia määriä energiaa massayksikköä kohti. Vuodesta 2015 alkaen Kansainvälisen energiajärjestön (IEA) mukaan maailman energiantarpeet katetaan edelleen pääasiassa sellaisista lähteistä kuin kivihiili (41,3%) ja maakaasu (21,7%), vaikka öljy on laskenut vain 4,4%.
Fossiilisten polttoaineteollisuuden osuus on myös merkittävä osuus maailmantaloudesta. Vuonna 2014 hiilen maailmanlaajuinen kulutus ylitti 3,8 miljardia tonnia ja sen tulot olivat 46 miljardia dollaria pelkästään Yhdysvalloissa. Vuonna 2012 öljyn ja kaasun maailmanlaajuinen tuotanto oli yli 75 miljoonaa tynnyriä päivässä, kun taas teollisuuden tuottama maailmanlaajuinen tulo oli noin 1,247 biljoonaa dollaria.
Fossiilisten polttoaineiden tuotannonala nauttii myös paljon valtion suojelua ja kannustimia maailmanlaajuisesti. IEA: n vuoden 2014 raportissa todettiin, että fossiilisten polttoaineiden teollisuus kerää 550 miljardia dollaria vuodessa globaalien valtiontukien muodossa. Kansainvälisen valuuttarahaston (IMF) vuonna 2015 tekemässä tutkimuksessa kuitenkin todettiin, että näiden tukien todelliset kustannukset hallituksille ympäri maailmaa ovat noin 5,3 biljoonaa Yhdysvaltain dollaria (tai 6,5 prosenttia maailman BKT: sta).
Ympäristövaikutukset:
Fossiilisten polttoaineiden ja teollisuusmaiden ja suurten kaupunkien ilman pilaantumisen välinen yhteys on ollut ilmeinen teollisen vallankumouksen jälkeen. Hiilen ja öljyn polttamisen aiheuttamiin epäpuhtauksiin kuuluvat hiilidioksidi, hiilimonoksidi, typen oksidit, rikkidioksidi, haihtuvat orgaaniset yhdisteet ja raskasmetallit, jotka kaikki on liitetty hengityselinsairauksiin ja lisääntyneisiin tautiriskeihin.
Ihmisten fossiilisten polttoaineiden polttaminen on myös suurin hiilidioksidipäästöjen lähde (noin 90%) maailmanlaajuisesti, mikä on yksi tärkeimmistä kasvihuonekaasuista, joka sallii säteilevän pakotuksen (eli kasvihuoneilmiövaikutus) ja myötävaikuttaa ilmaston lämpeneminen.
Vuonna 2013 Kansallinen valtameri- ja ilmakehän hallinto ilmoitti, että hiilidioksidin pitoisuudet ilmakehän ylemmässä osassa saavuttivat 400 miljoonasosaa (ppm) ensimmäistä kertaa mittausten alkamisen jälkeen 1800-luvulla. Päästöjen nykyisen kasvunopeuden perusteella NASA arvioi, että hiilipitoisuudet voivat olla välillä 550–800 ppm seuraavan vuosisadan aikana.
Jos kyse on edellisestä skenaariosta, NASA arvioi nousevan keskimääräisissä globaaleissa lämpötiloissa 2,5 ° C (4,5 ° F), mikä olisi kestävää. Jos jälkimmäinen skenaario osoittautuu niin, globaalit lämpötilat nousevat keskimäärin 4,5 ° C (8 ° F), mikä tekisi elämästä kestämättömän monille planeetan osille. Tästä syystä etsitään vaihtoehtoja kehittämiselle ja laajalle levinneelle kaupalliselle omaksumiselle.
Vaihtoehdot:
Fossiilisten polttoaineiden käytön pitkäaikaisten vaikutusten takia tutkijat ja tutkijat ovat kehittäneet vaihtoehtoja jo yli vuosisadan ajan. Niihin kuuluvat käsitteet, kuten vesivoima - jota on ollut olemassa jo 1800-luvun lopulta lähtien - jossa putoavaa vettä käytetään turbiinien pyörittämiseen ja sähkön tuottamiseen.
1900-luvun jälkipuoliskosta lähtien ydinvoimaa on myös pidetty vaihtoehtona hiilelle ja öljylle. Tässä käytetään veden lämmittämiseen hitaasti halkeilevia reaktoreita (jotka luottavat uraaniin tai muiden raskaiden alkuaineiden radioaktiiviseen hajoamiseen), mikä puolestaan tuottaa höyryä turbiineihin.
2000-luvun puolivälistä lähtien on ehdotettu useita muita menetelmiä, jotka vaihtelevat yksinkertaisesta erittäin edistyneeseen. Näitä ovat tuulivoima, jossa ilmavirran muutokset työntävät turbiinit; aurinkoenergia, jossa aurinkosähkökennot muuntavat Auringon energian (ja joskus lämpöä) sähköksi; geoterminen energia, joka riippuu maapallon kuoresta imeytyvästä höyrystä turbiinien pyörittämiseksi; ja vuorovesivoima, jossa vuoroveden muutokset työntävät turbiineja.
Vaihtoehtoisia polttoaineita saadaan myös biologisista lähteistä, joissa kasvi- ja biologisia lähteitä käytetään bensiinin korvaamiseen. Vetyä kehitetään myös voimanlähteenä vetypolttokennoista veteen, polttoaineiden ja sähkömoottoreiden virrankäyttöön. Myös fuusiovoimaa kehitetään, jossa vetyatomit sulautuvat reaktorien sisälle puhtaan, runsaan energian tuottamiseksi.
Fossiilisten polttoaineiden odotetaan 2000-luvun puoliväliin mennessä vanhentuneen tai ainakin vähentyneen merkittävästi niiden käytön suhteen. Mutta historiallisesta näkökulmasta niihin on liitetty ihmisten kasvun suurimmat ja pidentyneet räjähdykset. Joko ihmiskunta selviää tämän kasvun pitkän aikavälin vaikutuksista - johon on sisältynyt voimakas määrä fossiilisten polttoaineiden polttamista ja kasvihuonekaasupäästöjä - on vielä nähtävä.
Olemme kirjoittaneet monia artikkeleita fossiilisista polttoaineista Space Magazine -lehteen. Tässä on Mikä on tehostettu kasvihuoneilmiö ?, Kaasut ilmakehässä, Mikä aiheuttaa ilman pilaantumista? Entä jos polttamme kaiken ?, Mikä on vaihtoehtoinen energia? Ja ”Ilmastomuutos on nyt varmempaa kuin koskaan”, Uusi raportti kertoo
Jos haluat lisätietoja fossiilisista polttoaineista, tutustu NASA: n Earth Observatory -keskukseen. Ja tässä on linkki NASA: n artikkeliin ilmapiirin suojelemisesta.
Tähtitieteen näyttelijöillä on myös joitain aiheeseen liittyviä jaksoja. Tässä on jakso 51: Maa ja osa 308: Ilmastomuutos.
Lähteet:
- Wikipedia -Fossiilinen polttoaine
- Sciencedaily - fossiiliset polttoaineet
- Energian laitos - Fossiiliset polttoaineet
