Ο όρος «ορυκτά καύσιμα» ρίχνεται πολύ συχνά αυτές τις μέρες. Τις περισσότερες φορές, εμφανίζεται στο πλαίσιο περιβαλλοντικών ζητημάτων, της κλιματικής αλλαγής ή της λεγόμενης «ενεργειακής κρίσης». Εκτός από τη σημαντική πηγή ρύπανσης, η εξάρτηση της ανθρωπότητας από τα ορυκτά καύσιμα έχει οδηγήσει σε ένα άγχος κατά τις τελευταίες δεκαετίες και τροφοδότησε απαιτήσεις για εναλλακτικές λύσεις.
Αλλά τι είναι τα ορυκτά καύσιμα; Ενώ οι περισσότεροι άνθρωποι τείνουν να σκέφτονται βενζίνη και λάδι όταν ακούνε αυτές τις λέξεις, ισχύει στην πραγματικότητα για πολλά διαφορετικά είδη πηγών ενέργειας που προέρχονται από αποσυντιθέμενο οργανικό υλικό. Το πώς η ανθρωπότητα εξαρτάται τόσο πολύ από αυτά, και τι μπορούμε να κοιτάξουμε για να τις αντικαταστήσουμε, είναι μερικές από τις μεγαλύτερες ανησυχίες που αντιμετωπίζουμε σήμερα.
Ορισμός:
Τα ορυκτά καύσιμα αναφέρονται σε πηγές ενέργειας που σχηματίζονται ως αποτέλεσμα της αναερόβιας αποσύνθεσης ζωντανής ύλης που περιέχει ενέργεια ως αποτέλεσμα της αρχαίας φωτοσύνθεσης. Συνήθως, αυτοί οι οργανισμοί είναι νεκροί για εκατομμύρια χρόνια, με ορισμένους να χρονολογούνται από την Κρυογενή Περίοδο (περίπου 650 εκατομμύρια χρόνια πριν).
Τα ορυκτά καύσιμα περιέχουν υψηλά ποσοστά άνθρακα και αποθηκευμένη ενέργεια στους χημικούς δεσμούς τους. Μπορούν να λάβουν τη μορφή πετρελαίου, άνθρακα, φυσικού αερίου και άλλων εύφλεκτων ενώσεων υδρογονανθράκων. Ενώ το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο σχηματίζονται από την αποσύνθεση των οργανισμών, ο άνθρακας και το μεθάνιο είναι τα αποτελέσματα της αποσύνθεσης των επίγειων φυτών.
Στην περίπτωση του πρώτου, πιστεύεται ότι μεγάλες ποσότητες φυτοπλαγκτού και ζωοπλαγκτού εγκαταστάθηκαν στα βάθη των θαλασσών ή των λιμνών πριν από εκατομμύρια χρόνια. Κατά τη διάρκεια πολλών εκατομμυρίων ετών, αυτή η οργανική ύλη αναμίχθηκε με λάσπη και θάφτηκε κάτω από βαριά στρώματα ιζημάτων. Η προκύπτουσα θερμότητα και πίεση προκάλεσε την οργανική ύλη να τροποποιηθεί χημικά, σχηματίζοντας τελικά ενώσεις άνθρακα.
Στην περίπτωση της τελευταίας, η πηγή ήταν νεκρή φυτική ύλη που καλύφθηκε σε ιζήματα κατά τη διάρκεια της ανθρακούχου περιόδου - δηλαδή το τέλος της περιόδου Devonian έως την αρχή της περιόδου Permian (περίπου 300 και 350 εκατομμύρια χρόνια πριν). Με την πάροδο του χρόνου, αυτά τα κοιτάσματα στερεοποιήθηκαν ή έγιναν αέρια, δημιουργώντας άνθρακα, μεθάνιο και φυσικά αέρια.
Σύγχρονες χρήσεις:
Ο άνθρακας χρησιμοποιείται από την αρχαιότητα ως καύσιμο, συχνά σε κλίβανους για να λιώσει μεταλλεύματα. Το μη επεξεργασμένο και το μη επεξεργασμένο λάδι έχει επίσης καεί για αιώνες σε λαμπτήρες χάριν φωτισμού, και ημι-στερεοί υδρογονάνθρακες (όπως πίσσα) χρησιμοποιήθηκαν για στεγανοποίηση (κυρίως στα βάθη των σκαφών και στις αποβάθρες) και για την τακτοποίηση.
Η εκτεταμένη χρήση των ορυκτών καυσίμων ως πηγών ενέργειας ξεκίνησε κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης (18ος - 19ος αιώνας), όπου ο άνθρακας και το πετρέλαιο άρχισαν να αντικαθιστούν ζωικές πηγές (δηλαδή λάδι φάλαινας) για την τροφοδοσία κινητήρων ατμού. Μέχρι τη Δεύτερη Βιομηχανική Επανάσταση (περ. 1870 - 1914), το πετρέλαιο και ο άνθρακας άρχισαν να χρησιμοποιούνται για την τροφοδοσία ηλεκτρικών γεννητριών.
Η εφεύρεση του κινητήρα εσωτερικής καύσης (δηλαδή αυτοκινήτων) αύξησε τις απαιτήσεις για λάδι εκθετικά, όπως και η ανάπτυξη αεροσκαφών. Η βιομηχανία πετροχημικών εμφανίστηκε ταυτόχρονα, με το πετρέλαιο να χρησιμοποιείται για την παραγωγή προϊόντων που κυμαίνονται από πλαστικά έως πρώτες ύλες. Επιπλέον, η πίσσα (ένα εναπομείναν προϊόν εξαγωγής πετρελαίου) χρησιμοποιήθηκε ευρέως στην κατασκευή δρόμων και αυτοκινητοδρόμων.
Τα ορυκτά καύσιμα έγιναν κεντρικά για τη σύγχρονη κατασκευή, τη βιομηχανία και τις μεταφορές λόγω του τρόπου με τον οποίο παράγουν σημαντικές ποσότητες ενέργειας ανά μονάδα μάζας. Από το 2015, σύμφωνα με τον Διεθνή Οργανισμό Ενέργειας (ΔΟΕ), οι ενεργειακές ανάγκες του κόσμου εξακολουθούν να καλύπτονται κυρίως από πηγές όπως ο άνθρακας (41,3%) και το φυσικό αέριο (21,7%), αν και το πετρέλαιο έχει μειωθεί σε μόλις 4,4%.
Η βιομηχανία ορυκτών καυσίμων αντιπροσωπεύει επίσης σημαντικό μερίδιο της παγκόσμιας οικονομίας. Το 2014, η παγκόσμια κατανάλωση άνθρακα υπερέβη τα 3,8 δισεκατομμύρια μετρικούς τόνους και αντιστοιχούσε μόνο στα 46 δισεκατομμύρια δολάρια σε έσοδα μόνο στις ΗΠΑ. Το 2012, η παγκόσμια παραγωγή πετρελαίου και φυσικού αερίου έφτασε τα 75 εκατομμύρια βαρέλια ημερησίως, ενώ τα παγκόσμια έσοδα από τη βιομηχανία έφτασαν τα 1,24 τρισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ περίπου.
Η βιομηχανία ορυκτών καυσίμων διαθέτει επίσης μεγάλη κυβερνητική προστασία και κίνητρα παγκοσμίως. Μια έκθεση του 2014 από τον IEA ανέφερε ότι η βιομηχανία ορυκτών καυσίμων συλλέγει 550 δισεκατομμύρια δολάρια ετησίως σε παγκόσμιες κρατικές επιδοτήσεις. Ωστόσο, μια μελέτη του Διεθνούς Νομισματικού Ταμείου (ΔΝΤ) του 2015 έδειξε ότι το πραγματικό κόστος αυτών των επιδοτήσεων προς κυβερνήσεις σε όλο τον κόσμο είναι περίπου 5,3 τρισεκατομμύρια δολάρια ΗΠΑ (ή 6,5% του παγκόσμιου ΑΕΠ).
Περιβαλλοντικές επιπτώσεις:
Η σύνδεση μεταξύ ορυκτών καυσίμων και ατμοσφαιρικής ρύπανσης σε βιομηχανικά έθνη και μεγάλες πόλεις ήταν εμφανής από τη Βιομηχανική Επανάσταση. Οι ρύποι που παράγονται από την καύση άνθρακα και πετρελαίου περιλαμβάνουν διοξείδιο του άνθρακα, μονοξείδιο του άνθρακα, οξείδια του αζώτου, διοξείδιο του θείου, πτητικές οργανικές ενώσεις και βαρέα μέταλλα, τα οποία έχουν συνδεθεί με αναπνευστικές ασθένειες και αυξημένους κινδύνους ασθένειας.
Η καύση ορυκτών καυσίμων από τον άνθρωπο είναι επίσης η μεγαλύτερη πηγή εκπομπών διοξειδίου του άνθρακα (περίπου 90%) παγκοσμίως, η οποία είναι ένα από τα κύρια αέρια του θερμοκηπίου που επιτρέπει την ακτινοβόληση (γνωστός και ως το φαινόμενο του θερμοκηπίου) και συμβάλλει στην παγκόσμια υπερθέρμανση.
Το 2013, η Εθνική Ωκεάνια και Ατμοσφαιρική Διοίκηση ανακοίνωσε ότι τα επίπεδα CO 2 στην ανώτερη ατμόσφαιρα έφτασαν τα 400 μέρη ανά εκατομμύριο (ppm) για πρώτη φορά από την έναρξη των μετρήσεων τον 19ο αιώνα. Με βάση τον τρέχοντα ρυθμό με τον οποίο αυξάνονται οι εκπομπές, η NASA εκτιμά ότι τα επίπεδα άνθρακα θα μπορούσαν να φτάσουν μεταξύ 550 έως 800 ppm τον επόμενο αιώνα.
Εάν ισχύει το προηγούμενο σενάριο, η NASA αναμένει αύξηση των μέσων παγκόσμιων θερμοκρασιών κατά 2,5 ° C (4,5 ° F), κάτι που θα ήταν βιώσιμο. Ωστόσο, εάν αποδειχθεί το τελευταίο σενάριο, οι παγκόσμιες θερμοκρασίες θα αυξηθούν κατά μέσο όρο 4,5 ° C (8 ° F), κάτι που θα έκανε τη ζωή ανέφικτη για πολλά μέρη του πλανήτη. Για το λόγο αυτό, αναζητούνται εναλλακτικές λύσεις για ανάπτυξη και ευρεία εμπορική υιοθέτηση.
Εναλλακτικές λύσεις:
Λόγω των μακροπρόθεσμων επιπτώσεων της χρήσης ορυκτών καυσίμων, οι επιστήμονες και οι ερευνητές αναπτύσσουν εναλλακτικές λύσεις για πάνω από έναν αιώνα. Αυτές περιλαμβάνουν έννοιες όπως η υδροηλεκτρική ενέργεια - η οποία υπάρχει από τα τέλη του 19ου αιώνα - όπου η πτώση του νερού χρησιμοποιείται για την περιστροφή των στροβίλων και την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας.
Από το τελευταίο μισό του 20ού αιώνα, η πυρηνική ενέργεια θεωρείται επίσης ως εναλλακτική λύση για τον άνθρακα και το πετρέλαιο. Εδώ, οι αντιδραστήρες αργής σχάσης (που βασίζονται στο ουράνιο ή στη ραδιενεργή διάσπαση άλλων βαρέων στοιχείων) χρησιμοποιούνται για τη θέρμανση του νερού, η οποία με τη σειρά της παράγει ατμό για περιστροφή στροβίλων.
Από τα μέσα του 2ου αιώνα, έχουν προταθεί αρκετές ακόμη μέθοδοι που κυμαίνονται από τις απλές έως τις πολύ εξελιγμένες. Αυτά περιλαμβάνουν την αιολική ενέργεια, όπου οι αλλαγές στη ροή του αέρα ωθούν τους στροβίλους. ηλιακή ενέργεια, όπου τα φωτοβολταϊκά κύτταρα μετατρέπουν την ενέργεια του Ήλιου (και μερικές φορές τη θερμότητα) σε ηλεκτρική ενέργεια. γεωθερμική ισχύς, η οποία βασίζεται στον ατμό που αντλείται από τον φλοιό της Γης για περιστροφή στροβίλων. και παλιρροιακή ισχύ, όπου οι αλλαγές στις παλίρροιες ωθούν τους στροβίλους.
Εναλλακτικά καύσιμα προέρχονται επίσης από βιολογικές πηγές, όπου φυτικές και βιολογικές πηγές χρησιμοποιούνται για την αντικατάσταση της βενζίνης. Το υδρογόνο αναπτύσσεται επίσης ως πηγή ισχύος, που κυμαίνεται από κυψέλες καυσίμου υδρογόνου έως νερό που χρησιμοποιείται έως την τροφοδοσία εσωτερικής καύσης και ηλεκτρικών κινητήρων. Αναπτύσσεται επίσης ισχύς σύντηξης, όπου άτομα υδρογόνου συντήκονται μέσα στους αντιδραστήρες για να παράγουν καθαρή, άφθονη ενέργεια.
Μέχρι τα μέσα του 21ου αιώνα, τα ορυκτά καύσιμα αναμένεται να έχουν καταστεί άνευ αντικειμένου ή τουλάχιστον να έχουν μειωθεί σημαντικά όσον αφορά τη χρήση τους. Αλλά από ιστορική άποψη, έχουν συσχετιστεί με τις μεγαλύτερες και παρατεταμένες εκρήξεις στην ανθρώπινη ανάπτυξη. Το αν η ανθρωπότητα θα επιβιώσει τις μακροπρόθεσμες επιπτώσεις αυτής της ανάπτυξης - η οποία έχει συμπεριλάβει μια έντονη ποσότητα καύσης ορυκτών καυσίμων και εκπομπών αερίων του θερμοκηπίου - απομένει να δούμε.
Έχουμε γράψει πολλά άρθρα σχετικά με τα ορυκτά καύσιμα για το Space Magazine. Εδώ είναι τι είναι ένα ενισχυμένο φαινόμενο θερμοκηπίου;, αέρια στην ατμόσφαιρα, τι προκαλεί την ατμοσφαιρική ρύπανση;, Τι γίνεται αν κάψουμε τα πάντα;, Τι είναι η εναλλακτική ενέργεια;
Εάν θέλετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τα ορυκτά καύσιμα, ελέγξτε το Earth Observatory της NASA. Και εδώ είναι ένας σύνδεσμος για το άρθρο της NASA για την προστασία της ατμόσφαιρας.
Το Astronomy Cast έχει επίσης κάποια επεισόδια που σχετίζονται με το θέμα. Εδώ είναι το επεισόδιο 51: Γη και επεισόδιο 308: Κλιματική αλλαγή.
Πηγές:
- Wikipedia -Fossil Fuel
- Sciencedaily - fossil_fuel
- Τμήμα Ενέργειας - Ορυκτά Καύσιμα
