Полезные ископаемые использующиеся в качестве топлива
Споры о форме Земли не умаляют значения ее содержимого. Самым главным ископаемым всегда были подземные воды. Они обеспечивают первоочередную потребность человеческого организма. Однако без ископаемого топлива, которое является основным поставщиком энергии для цивилизации людей, жизнь человека представляется совершенно другой.
Топливо – источник энергии
Среди всех ископаемых, сокрытых в недрах Земли, топливо относится к горючему (или осадочному) виду.
Виды ископаемых недр Земли | |||
Горючие (осадочные) | Подземные воды | Рудные (магматические) | Нерудные (неметаллические) |
Нефть Уголь Горючие сланцы Природный газ Газовые гидраты торф | Верховодный слой Грунтовые воды Артезианский слой Минеральные источники | Железная руда Медная руда Никелевые руды Золото Серебро | Алмазы Асбест Графит Каменная соль Кварц Фосфориты |
Основа горючих веществ углеводородная, поэтому одним из эффектов реакции горения является выделение энергии, которую легко можно использовать для улучшения комфортности жизни человека. За последнее десятилетие около 90% всей используемой на Земле энергии было произведено при помощи ископаемого топлива. Этот факт заставляет о многом задуматься, если учесть, что богатства недр планеты относятся к невозобновляемым источниками энергии и со временем истощаются.
Виды топлива
Основные виды топлива | |||
твердые | жидкие | газообразные | дисперсные |
Горючие сланцы | Нефтяные | Пропан | Аэрозоли |
Торф | Масла | Бутан | Суспензии |
Уголь: бурый, каменный, антрациты, графиты | Спирты | Метан | Пены |
Сапропель | Эфиры | Сланцевый газ | |
Битумные пески | Эмульсии | Рудный газ | |
Жидкое ракетное топливо | Болотный газ | ||
Синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша | Биогаз | ||
Гидрат метана | |||
Водород | |||
Сжатый газ | |||
Продукты газификации твердого топлива | |||
Смеси | |||
Поставщиком всех видов ископаемого топлива являются нефть, уголь и природный газ.
Краткая характеристика полезных ископаемых, используемых как топливо
Сырьем для производства энергоносителей являются нефть, уголь, горючие сланцы, природный газ, газовые гидраты, торф.
Нефть – жидкость, относящаяся к горючим (осадочным) ископаемым. Состоит из углеводородов и иных химических элементов. Цвет жидкости, в зависимости от состава, варьируется между светло-коричневым, темно-коричневым и черным цветами. Редко встречаются составы желто-зеленого и бесцветного окраса. Наличие в нефти азота, серы и кислородосодержащих элементов определяют ее цвет и запах.
Уголь – название латинского происхождения. Carbō – международное название углерода. В составе присутствуют битумные массы и остатки растений. Это органическое соединение, ставшее объектом медленного разложения под действием внешних факторов (геологических и биологических).
Горючие сланцы, как и уголь, являются представителем группы твердых горючих ископаемых, или каустобиолитов (что в дословном переводе с греческого языка звучит как «горючий жизненный камень»). При сухой перегонке (под воздействием высоких температур) образовывает смолы, близкие по своему химическому составу к нефти. В составе сланцев преобладают минеральные вещества (кальцид, доломит, кварц, пирит и др.), но присутствуют и органические (кероген), которые только в породах высокого качества достигают 50% всего состава.
Природный газ – газообразное вещество, образовывающееся при разложении органических веществ. В недрах Земли встречаются три вида накопления смесей газов: отдельные скопления, газовые шапки нефтяных месторождений и в составе нефти или воды. При оптимальных климатических условиях вещество находится только в газообразном состоянии. Возможно нахождение в земных недрах в виде кристаллов (естественные газогидраты).
Газовые гидраты – кристаллические образования, образующиеся из воды и газа при определенных условиях. Относятся к группе соединений переменного состава.
Торф – рыхлая порода, используемая как топливо, теплоизоляционный материал, удобрение. Является газоносным полезным ископаемым, применяется в качестве топлива во многих регионах.
Происхождение
Все, что современный человек добывает в недрах земли, относится к невозобновляемым природным ресурсам. Для их появления потребовались миллионы лет и особые геологические условия. Большое количество ископаемого топлива образовалось в мезозое.
Нефть – согласно биогенной теории ее происхождения, образование длилось на протяжении сотен миллионов лет из органических веществ осадочных пород.
Уголь – образовывается при условии, что разлагающийся растительный материал пополняется быстрее, чем происходит его разложение. Подходящим местом для такого процесса являются болота. Стоячая вода предохраняет пласт растительной массы от полного разрушения бактериями посредством малого содержания в ней кислорода. Уголь делится на гумусовый (происходит из остатков древесины, листьев, стеблей) и сапропелитовый (образован в основном из водорослей).
Сырьем для образования угля можно назвать торф. При условии погружения его под слои наносов происходит потеря воды и газов под воздействием сжатия и образование угля.
Горючие сланцы – органическая составляющая образована при помощи биохимических преобразований простейших водорослей. Делится на два вида: талломоальгинит (содержит водоросли с сохранной клеточной структурой) и коллоальгинит (водоросли с потерей клеточной структуры).
Природный газ – согласно все той же теории биогенного происхождения ископаемых, природный газ образуется при больших показаниях давления и температуры, нежели нефть, что доказывается более глубоким залеганием месторождений. Образовываются же они из одинакового природного материала (останки живых организмов).
Газовые гидраты – это такие образования, для появления которых необходимы специальные термобарические условия. Поэтому образовываются они в основном на морских донных осадках и мерзлых породах. Также могут образовываться на стенках труб при добыче газа, в связи с чем ископаемое подогревают до температуры выше гидратообразования.
Торф – образовывается в условиях болот из не полностью разложившихся органических остатков растений. Откладывается на поверхности почвы.
Добыча
Каменный уголь и природный газ различаются не только способами подъема на поверхность. Глубже остальных расположены месторождения газа – от одного до нескольких километров вглубь. Находится вещество в порах коллекторов (пласт, содержащий природный газ). Силой, заставляющей подниматься вещество вверх, является разность давления в подземных пластах и системе сбора. Добыча происходит при помощи скважин, которые стараются распределить равномерно на протяжении всего месторождения. Добыча топлива, таким образом, позволяет избежать перетоков газа между участками и несвоевременного обводнения залежей.
Технологии добычи нефти и газа имеют некоторые сходства. Виды нефтедобычи различают по способам поднятия вещества на поверхность:
- фонтан (технология, схожая с газовой, основана на разности давления под землей и в системе доставки жидкости);
- газлифт;
- при помощи электроцентробежного насоса;
- с установкой электровинтового насоса;
- штанговые насосы (иногда соединенные с наземным станком-качалкой).
Способ добычи зависит от глубины залегания вещества. Вариантов поднятия нефти на поверхность огромное множество.
Способ разработки угольного месторождения также зависит от особенностей залегания угля в грунте. Открытым способом ведут разработку при нахождении ископаемого на уровне ста метров от поверхности. Часто производится смешанный тип добычи: вначале открытым способом, затем – подземным (при помощи забоев). Угольные залежи богаты иными ресурсами потребительской значимости: это ценные металлы, метан, редкие металлы, подземные воды.
Сланцевые месторождения разрабатываются или шахтным способом (считается низкоэффективным) или добычей в пласте, при нагревании породы под землей. В связи со сложностью технологии добыча ведется в очень ограниченных количествах.
Добыча торфа ведется при помощи осушения болот. Вследствие появления кислорода активизируются аэробные микроорганизмы, разлагающие его органическое вещество, что приводит к выделению углекислого газа с огромной скоростью. Торф – самый дешевый вид топлива, его добыча ведется постоянно с соблюдением определенных правил.
Извлекаемые запасы
Одна из оценок благосостояния общества производится по потреблению топлива на душу населения: чем больше потребление, тем комфортнее живут люди. Этот факт (и не только) заставляет человечество увеличивать объемы добычи топлива, влияя на ценообразование. Стоимость нефти сегодня определяется таким экономическим термином как «нетбэк». Этот термин подразумевает цену для нефтеперерабатывающего завода, в которую включены средневзвешенная стоимость нефтепродуктов (вырабатываемых из покупаемого вещества) и доставка сырья до предприятия.
Торговые биржи реализуют нефть по ценам СИФ, что в дословном переводе звучит как «стоимость, страхование и фрахт». Из этого можно сделать вывод, что стоимость нефти сегодня по котировкам сделок включает в себя цену сырья, транспортные расходы по его доставке.
Темпы потребления
С учетом возрастающих темпов потребления природных ресурсов дать однозначную оценку обеспеченности топливом на продолжительный период сложно. При существующей динамике добыча нефти в 2018 году составит 3 миллиарда тонн, что приведет к истощению мировых запасов на 80% уже к 2030 году. Обеспеченность черным золотом прогнозируется в пределах 55 – 50 лет. Природный газ может быть исчерпан через 60 лет при современных темпах потребления.
Запасов угля на Земле гораздо больше, нежели нефти, газа. Однако за последнее десятилетие его добыча увеличилась, и если темпы не спадут, то из запланированных 420 лет (существующие прогнозы) запасы истощатся за 200.
Влияние на окружающую среду
Активное использование ископаемого топлива приводит к увеличению выброса в атмосферу диоксида углерода (CO2), пагубное влияние на климат планеты которого подтверждено международными экологическими организациями. Если не сократить выбросы CO2, неизбежна экологическая катастрофа, начало которой могут наблюдать современники. По предварительным подсчетам, от 60% до 80% всех ископаемых запасов топлива должны остаться нетронутыми для стабилизации обстановки на Земле. Однако это не единственный побочный эффект использования ископаемого топлива. Сама добыча, транспортировка, переработка на НПЗ способствуют загрязнению окружающей среды куда более токсичными веществами. Примером может служить авария в Мексиканском заливе, приведшая к приостановке Гольфстрима.
Ограничения и альтернативы
Добыча горючих ископаемых – выгодный бизнес для компаний, главным ограничителем деятельности которых является истощаемость природных запасов. Обычно забывают упомянуть о том, что пустоты, образованные деятельностью человека в недрах земли, способствуют исчезновению пресной воды на поверхности и ее уходу в более глубокие слои. Исчезновение питьевой воды на Земле нельзя оправдать никакими преимуществами добычи горючих ископаемых. А оно произойдет, если человечество не займется рационализацией своего пребывания на планете.
Еще пять лет назад в Китае появились мотоциклы и автомобили с двигателями нового поколения (бестопливные). Но выпущены они были в строго ограниченном количестве (для определенного круга людей), а технология стала засекреченной. Это говорит лишь о недальновидности человеческой жадности, ведь если можно «делать деньги» на нефти и газе, никто не помешает нефтяным магнатам этим заниматься.
Заключение
Наряду с известными альтернативными (возобновляемыми) источниками энергии, существуют менее затратные, но засекреченные технологии. Все же их применение неизбежно должно войти в жизнь человека, иначе будущее станет не таким продолжительным и безоблачным, как его представляют себе «бизнесмены».
Ископаемое топливо – это категория горючих минералов и веществ, которая производится в результате геологических процессов, воздействующих на мертвые организмы, часто сотни миллионов лет назад в каменноугольный период.
Ископаемые виды топлива не считаются возобновляемым источником энергии, поскольку они не могут воспроизводиться с той скоростью, с которой мы их потребляем. Вопрос о том, следует ли считать их устойчивыми источниками сырья для производства энергии, является сложным вопросом.
Естественные горючие вещества
Естественное ископаемое топливо включает в себя: нефть, газ, уголь, а также может включать в себя торф.
Химически эти вещества в основном состоят из углерода и водорода с небольшим количеством кислорода, азота, серы и множества других более мелких элементов.
Вся энергия в ископаемом топливе изначально исходит от солнца, поэтому ископаемое топливо является долговременным хранилищем солнечной энергии. Эти плотные поставки энергии обеспечили 87 процентов мирового потребления первичной энергии. Мы используем ископаемое топливо для всего: от выработки электроэнергии до отопления домов и производства бензина для транспорта.
Относительный вес этих источников энергии продолжает изменяться, хотя и незначительно:
- доля природного газа в энергопотреблении изменилась с 23,8 до 23,9 процента,
- угля – с 29,7 до 29,9 процента,
- нефти – с 33,4 до 33,1 процента.
Газ
Международное энергетическое агентство прогнозирует, что газ заменит нефть как основной источник энергии во всем мире.
Сланцевая революция в Соединенных Штатах меняет глобальные рынки нефти и газа. Соединенные Штаты используют растущие уровни внутреннего природного газа для производства электроэнергии. Это привело к расхождениям в ценах между американским и Европейским рынками природного газа, что, в свою очередь, побуждает увеличить использование угольной энергии. Однако в потреблении угля доминирует Китай, на долю которого приходится более половины его мирового потребления.
Общемировая добыча природного газа выросла, в основном за счет США (21,1 процента от общего объема) и России (16,3 процента). Остальные страны: Иран 5,7 % и менее в мировом производстве.
Соединенные Штаты доминируют на мировом рынке добычи природного газа отчасти благодаря сланцевому газу.
Нефтяной газ состоит из дистиллята легкой нефти, в основном из пропана и бутана. Транспортировка и хранение газа осуществляется под давлением от 4 до 40 бар.
Производится также синтетический природный газ из конверсионных соединений твердых углеводородов, таких как уголь. Этот процесс представляет собой гидрирование угля, поэтому получается ряд соединений легких углеводородов, особенно метана.
Уголь
Уголь остается пока самым распространённым ископаемым топливом в мире, хотя рост потребления уменьшается за последнее десятилетие.
Антрацит
Антрацит – это уголь самого лучшего качества с высоким содержанием фиксированного углерода 86 – 98% от массы сухого основания. Антрацит имеет вид блестящего черного, твердого и плотного вещества.
Уголь этого типа делится на 3 подраздела по содержанию углерода, а именно : мета-антрацит с содержанием углерода более 98%, антрацит (92-98%) и полуантрацит (86 – 92%).
Битумин
Битумин – это тип угля, который наиболее распространен в земле. Содержание углерода фиксируется на 46-86% по массе, а содержание летучих веществ – на 2-40%. Своя теплотворная способность колеблется от 4000 до 7000 ккал/кг. Битумный уголь можно легко сжечь, особенно если он находится в виде хлопьев/порошка. Уголь делится на 5 разновидностей, каждая из которых имеет различную теплотворную способность, фиксированный углерод и содержание летучих веществ.
Суб-битумин
Суб – битумин – это тип с большим содержанием воды, которое колеблется от 15 до 30%, но часто содержание серы низкое.
Черновато-коричневый и его структура однородна.
Лигнит или бурый уголь – это полезное ископаемое с низким качеством.
Взято из латинского “lignum”, что означает дерево. Окрашен в коричневый цвет и его структура ламинарная, в нем часто видна такая структура как древесина.
Лигнит
Содержание воды достаточно высокое больше чем 30%. Точно так же содержание летучих веществ. Теплотворная способность угля этого типа колебалась до 4700 ккал/кг. Из-за высокого содержания воды и летучего вещества бурый уголь не экономичен при транспортировке на значительное расстояние.
Нефть
Нефть остается наиболее широко потребляемым ископаемым топливом в мире, но при темпах роста она опережает газ и уголь несколько лет подряд.
Мировая добыча нефти за последние 20 лет выросла более чем в два раза по сравнению с потреблением и сейчас составляет порядка 4 400 млн. тонн в год по всему миру. Это связано главным образом с ростом производства.
Вред экологии
Сжигание ископаемого топлива приводит к выбросу соединений углерода и водорода, которые соединяются с кислородом из атмосферы с образованием диоксида углерода и водяного пара в процессе, называемом сжиганием.
В дополнение к парниковым газам ископаемое топливо также вызывает другие загрязнения, включая, помимо прочего, оксиды азота, серы, твердые частицы, летучие органические соединения, окись углерода и ртуть. В последнее время произошли огромные улучшения в воздействии ископаемых видов энергии на окружающую среду благодаря введению более жестких мер по борьбе с загрязнением в соответствии с законодательством. Безусловно, наибольшее беспокойство по поводу использования ископаемого топлива – это воздействие на климат. Большое количество углекислого газа, выделяющегося при сжигании ископаемого топлива, вызывает изменения климата Земли. Помимо сжигания этих видов энергии существует ряд других экологических проблем, особенно во время их раскопок, разрушения мест обитания, утраты биоразнообразия и загрязнения воды.
Потребление всех видов ископаемого топлива, вероятно, будет расти в будущем. С увеличением гидроразрыва сланцевого газа и во многих странах, заинтересованных в замещении угольной генерации, которая имеет более высокие выбросы парниковых газов, чем газ, использование природного газа, как представляется, вполне готово к росту. Некоторые страны пытаются отойти от использования угля, невероятный рост потребления угля в Китае и Индии, вероятно, оставит его основным энергоресурсом в ближайшие несколько лет.
Хотя нефть в конечном итоге может и не стать доминирующим энергетическим ресурсом в мире, ее использование, как ожидается, будет расти, если не произойдет фундаментальных изменений в том, как мир питает транспортный сектор и каково будет потребление энергии для нужд человека.
Геология > Что такое ископаемое топливо?
Ископаемое топливо – горючие материалы: нефть, сланец, природный газ, каменный уголь. Изучите полезные ископаемые виды топлива, сжигание и добычу энергии.
В современном мире об использовании ископаемого топлива знает каждый. Чаще всего о нем вспоминают во время обсуждения климатических или экологических проблем. И здесь всплывает главная тема – «энергетический кризис». Человечество полностью зависимо от этого источника энергии и беда в том, что земные ресурсы уже истощены. Поэтому мы в панике ищем альтернативу.
Но о чем вообще идет речь? Сперва на ум приходят бензин и нефть, но это уже походные продукты от разложенного органического материла.
Определение
Ископаемое топливо – источник энергии, сформированный в результате разложения живого вещества. То есть, мы имеем дело с организмами, умершими миллионы лет назад, а некоторые относятся к криогенному периоду (650 миллионов лет назад).
Стратегический нефтяной резерв США, расположенный в Техасе
В ископаемом виде топлива содержится огромный процент углерода. Это может быть нефть, уголь, природный газ и прочие горючие углеводородные соединения. Если нефть и природный газ создаются при разложении организмов, то уголь и метан формируются от наземных растений.
Использование
Уголь стал популярным ископаемым источником топлива еще в древние времена. Нерафинированные масла использовали в лампах, а полутвердые углеводороды применяли для гидроизоляции и бальзамирования.
Ископаемые стали источником энергии в 18-19-х вв., когда началась промышленная революция и активное сжигание материалов. До этого во главе всего стояло китовое масло, но на его смену пришла нефть. Дальше изобрели электрические генераторы, которые требовали уголь и нефть в качестве подпитки.
Нефть стала незаменимой с развитием двигателя внутреннего сгорания и воздушных судов. Тогда ее применяли не только в качестве энергетического источника, но и создавали пластмассу и различное сырье.
В современном мире мы используем 41.3% угля, 21.7% природного газа и 4.4% нефти. В 2012 году в день использовалось 75 миллионов баррелей нефти.
Оценка стран по годовой добыче нефти
Кроме того, сама отрасль постоянно получает государственные гарантии и поощрения.
Влияние на окружающую среду
Теперь вы знаете, как полезные ископаемые используют в качестве топлива и легкого источника энергии. Но каковы последствия для планеты Земля? Еще в период промышленной революции поняли, что между использованием ископаемого топлива и загрязнением воздуха есть прямая связь. При сжигании угля и нефти образуются различные вредные вещества, которые негативно сказываются не только на атмосфере, но и на здоровье человека.
Примерно 90% выбросов приходится на углекислый газ, что приводит к парниковому эффекту. В 2013 году объявили, что уровень CO2 впервые достиг 400 частичек на миллион, а сами изменения тянутся с 19 века.
Если тенденция сохранится, то средняя температура повысится на 2.5°C, что сделает непригодными для жизни многие земные регионы.
Альтернативы
Уже больше века исследователи обеспокоены ситуацией и возможной экологической катастрофой, поэтому ищут решение. В 20-м веке полагались на ядерную энергетику. Реакторы медленного давления используют для нагрева воды, которая генерирует пар для турбин.
Среди методов стоит вспомнить энергию ветра, солнечную энергию и электричество.
Сферический токамак MAST (Великобритания)
Также альтернативой служат биологические источники, где вместо бензина используют растительность и биологические вещества. Для электрических двигателей задействуют водород и воду.
Полагают, что к середине 21-го века человечество уже распрощается с ископаемым топливом и перейдет к новым видам. Но на это время ожидается также и рост населения, поэтому ученые беспокоятся насчет перспектив, а также парникового эффекта.