A „fosszilis tüzelőanyagok” kifejezést manapság meglehetősen sokat dobták. Leggyakrabban környezeti kérdések, éghajlatváltozás vagy az úgynevezett „energiaválság” kapcsán merül fel. Amellett, hogy az emberiségnek a fosszilis tüzelőanyagoktól való függése jelentős szennyeződés, az utóbbi évtizedekben mérsékelt szorongást váltott ki, és alternatívák iránti igényt támasztott alá.
De mi a fosszilis tüzelőanyag? Noha a legtöbb ember hajlamos benzinre és olajra gondolni, amikor meghallja ezeket a szavakat, ez valójában sok különféle energiaforrásra vonatkozik, amelyek bomlatt szerves anyagból származnak. Az, hogy az emberiség mennyire függött tőlük, és mit tudunk nézni helyettük, ma a leginkább aggodalomra ad okot.
Meghatározás:
A fosszilis tüzelőanyagok olyan energiaforrásokra utalnak, amelyek az élő anyagok anaerob bomlásának eredményeként képződnek, és amelyek az ősi fotoszintézis eredményeként energiát tartalmaznak. Jellemzően ezek az organizmusok több millió éve halottak meg, néhányuk a kriogén korban (kb. 650 millió évvel ezelőtt) nyúlik vissza.
A fosszilis tüzelőanyagok nagy százalékos széntartalmú és tárolt energiát tartalmaznak kémiai kötéseikben. Lehetnek kőolaj, szén, földgáz és más éghető, szénhidrogén-vegyületek formájában. Míg a kőolajat és a földgázt az organizmusok bomlása képezi, addig a szén és a metán a szárazföldi növények bomlásának eredménye.
Az előbbi esetében úgy gondolják, hogy nagy mennyiségű fitoplankton és zooplankton telepedett le több millió évvel ezelőtt a tengerek vagy tavak fenekén. Több millió év alatt ez a szerves anyag iszapjal keveredik és nehéz üledékrétegekbe temették el. A kapott hő és nyomás a szerves anyag kémiai megváltoztatásához vezetett, végül szénvegyületeket képezve.
Ez utóbbi esetében a forrás a halott növényi anyag, amelyet az üledék borított a széntartalom időszakában - vagyis a devoni időszak végétől a permi időszak kezdetéig (kb. 300 és 350 millió évvel ezelőtt). Idővel ezek a lerakódások vagy megszilárdultak, vagy gázzá váltak, szénmezőket, metánt és természetes gázokat képezve.
Modern felhasználások:
A szénet az ősi idők óta használják üzemanyagként, gyakran kemencékben fémércek olvasztására. A feldolgozatlan és finomítatlan olajat évszázadok óta égik a lámpákban a világítás érdekében, és a félszilárd szénhidrogéneket (például kátrányt) vízszigeteléshez használták (főleg a hajók fenekén és a dokkoknál), valamint a balzsamozáshoz.
A fosszilis tüzelőanyagok energiaforrásként történő széles körű használata az ipari forradalom (18-18. Század) során kezdődött, amikor a szén és az olaj az állati forrásokat (azaz a bálnaolajat) váltotta fel a gőzgép motorjaira. A második ipari forradalom idején (kb. 1870 - 1914) az olajat és a szént elkezdték használni az elektromos generátorok táplálására.
A belső égésű motor (azaz gépjárművek) feltalálása exponenciálisan megnövelte az olajigényt, ahogy a repülőgépek fejlesztése is. A petrolkémiai ipar egyidejűleg alakult ki, és a kőolajat műanyagoktól az alapanyagokig termelő termékek gyártására használták fel. Ezenkívül a kátrányt (kőolajkitermelésből származó maradék terméket) széles körben használták utak és autópályák építésében.
A fosszilis tüzelőanyagok központi szerepet játszottak a modern gyártásban, az iparban és a szállításban, mivel ezek tömegegységenként jelentős mennyiségű energiát termelnek. 2015-től a Nemzetközi Energiaügynökség (IEA) szerint a világ energiaigényét továbbra is túlnyomórészt olyan források biztosítják, mint a szén (41,3%) és a földgáz (21,7%), bár az olaj csupán 4,4% -ra esett vissza.
A fosszilis tüzelőanyag-ipar a világgazdaság jelentős részét is képviseli. 2014-ben a globális szénfogyasztás meghaladta a 3,8 milliárd tonnát, és 46 milliárd dollár bevételt tett ki csak az USA-ban. 2012-ben a globális olaj- és gáztermelés elérte a több mint 75 millió hordót naponta, míg az iparág globális bevétele körülbelül 1,247 trillió dollárt tett ki.
A fosszilis tüzelőanyagok iparága világszerte nagyszámú állami védelmet és ösztönzőket élvez. Az IEA 2014. évi jelentése rámutatott, hogy a fosszilis tüzelőanyag-ipar évente 550 milliárd dollárt gyűjt össze a globális kormányzati támogatásokkal. A Nemzetközi Valutaalap (IMF) 2015. évi tanulmánya azonban rámutatott, hogy ezeknek a kormányoknak nyújtott támogatások valós költségei világszerte 5,3 billió dollár körül vannak (vagyis a globális GDP 6,5% -a).
Környezeti hatások:
A fosszilis tüzelőanyagok és a levegőszennyezés közötti kapcsolat az iparosodott nemzetek és a nagyobb városok között az ipari forradalom óta nyilvánvaló. A szén és olaj égetésével keletkező szennyező anyagok közé tartozik a szén-dioxid, a szén-monoxid, a nitrogén-oxidok, a kén-dioxid, az illékony szerves vegyületek és a nehézfémek, amelyek mindegyike összefüggésben áll a légzőszervi betegségekkel és a betegségek fokozott kockázatával.
A fosszilis tüzelőanyagoknak az emberek általi égetése szintén a szén-dioxid-kibocsátás legnagyobb forrása (kb. 90%) az egész világon, amely az egyik fő üvegházhatású gáz, amely lehetővé teszi a sugárzó erő (más néven az üvegházhatást okozó hatás) bekövetkezését, és hozzájárul a globális felmelegedés.
2013-ban a Nemzeti Óceáni és Légköri Hatóság bejelentette, hogy a légkör felső atmoszférájában a CO2-szint elérte a 400 ppm-et (ppm), mivel a mérések a 19. században kezdődtek. A kibocsátások növekedésének jelenlegi üteme alapján a NASA becslései szerint a szénszint az elkövetkező században elérheti az 550–800 ppm értéket.
Ha ez az eset áll fenn, akkor a NASA arra számít, hogy az átlag globális hőmérséklete 2,5 ° C-kal (4,5 ° F) emelkedik, ami fenntartható lenne. Ugyanakkor, ha ez utóbbi forgatókönyv bizonyul, a globális hőmérséklet átlagosan 4,5 ° C-kal (8 ° F) emelkedik, ami a bolygó sok részén tarthatatlanná tenné az életet. Ezért alternatívákat keresnek a fejlesztésre és a széles körű kereskedelmi bevezetésre.
Alternatívák:
A fosszilis tüzelőanyagok használatának hosszú távú hatásai miatt a tudósok és kutatók több mint egy évszázadon át alternatívákat dolgoztak ki. Ide tartoznak olyan fogalmak, mint a vízenergia - amely a XIX. Század vége óta létezik -, ahol az eső vizet turbinák centrifugálására és villamos energia előállítására használják.
A 20. század második fele óta az atomenergiát a szén és a kőolaj alternatívájának tekintik. Itt a lassú hasadású reaktorokat (amelyek uránra vagy más nehéz elemek radioaktív bomlására támaszkodnak) használják a víz melegítésére, amely viszont gőzt generál a turbinák centrifugálásához.
A második század közepe óta számos további módszert javasoltak, amelyek az egyszerűktől a nagyon kifinomultig terjednek. Ide tartoznak a szélenergia, ahol a légáramlás változásai nyomják a turbinákat; napenergia, ahol a fotovoltaikus elemek a Nap energiáját (és néha hőt) villamos energiává alakítják; geotermikus energia, amely a turbina forgatásához a földkéregből származó gőzzel függ; és árapályerő, ahol az árapály változásai a turbinákat tolják.
Alternatív üzemanyagokat származnak biológiai forrásokból is, ahol növényi és biológiai forrásokat használnak fel a benzin helyettesítésére. A hidrogént energiaforrásként is fejlesztik, kezdve a hidrogén üzemanyagcelláktól a vízig, a belső égésű és az elektromos motorok táplálásáig. Fúziós energiát is fejlesztnek, ahol a hidrogén atomjai a reaktorokban beolvadnak és tiszta, bőséges energiát generálnak.
A 21. század közepére a fosszilis tüzelőanyagok várhatóan elavulnak vagy legalábbis jelentősen csökkennek felhasználásuk szempontjából. De történelmi szempontból az emberi növekedés legnagyobb és leghosszabb idejű robbanásaihoz kapcsolódtak. Még meg kell várni, hogy az emberiség túlélje-e ennek a növekedésnek a hosszú távú hatásait - amely magában foglalta a fosszilis tüzelőanyagok erőteljes égését és az üvegházhatású gázok kibocsátását.
Számos cikket írtunk a fosszilis tüzelőanyagokról a Space Magazine számára. Itt van: Mi az fokozott üvegházhatás ?, Gázok a légkörben, Mi okozza a légszennyezést? Mi történik, ha mindent elégetünk? Mi az alternatív energia?
Ha további információt szeretne a fosszilis tüzelőanyagokról, nézze meg a NASA Föld Megfigyelőközpontját. És itt található egy link a NASA légkörünk védelméről szóló cikkéhez.
A Csillagászat Szereplőknek vannak néhány olyan epizódjai is, amelyek relevánsak a témához. Íme: 51. epizód: Föld és 308. epizód: klímaváltozás.
Forrás:
- Wikipedia - Fosszilis tüzelőanyagok
- Sciencedaily - fosszilis tüzelőanyag
- Energiaügyi Tanszék - fosszilis tüzelőanyagok
