Begrepet "fossilt brensel" kastes omtrent ganske mye i disse dager. Oftere enn ikke kommer den opp i sammenheng med miljøspørsmål, klimaendringer eller den såkalte ”energikrisen”. I tillegg til å være en viktig kilde til forurensning, har menneskehetens avhengighet av fossile brensler ført til en viss grad av angst de siste tiårene, og fremmet krav til alternativer.
Men hva er fossilt brensel? Mens de fleste har en tendens til å tenke på bensin og olje når de hører disse ordene, gjelder det faktisk mange forskjellige typer energikilder som er avledet fra nedbrutt organisk materiale. Hvordan menneskeheten ble så avhengig av dem, og hva vi kan se på for å erstatte dem, er noen av de største bekymringene vi står overfor i dag.
Definisjon:
Fossilt brensel refererer til energikilder som er dannet som et resultat av den anaerobe nedbrytningen av levende materiale som inneholder energi som et resultat av gammel fotosyntese. Disse organismer har vanligvis vært døde i millioner av år, og noen stammer helt tilbake til den kryogene perioden (for ca. 650 millioner år siden).
Fossilt brensel inneholder høye prosentandeler karbon og lagret energi i sine kjemiske bindinger. De kan ha form av petroleum, kull, naturgass og andre brennbare hydrokarbonforbindelser. Mens petroleum og naturgass dannes ved nedbrytning av organismer, er kull og metan resultatene av nedbrytning av landplanter.
Når det gjelder førstnevnte, antas det at store mengder planteplankton og dyreplankton slo seg ned på bunnen av hav eller innsjøer for millioner av år siden. I løpet av mange millioner år blandet dette organiske materialet seg med gjørme og ble gravlagt under tunge lag av sediment. Den resulterende varmen og trykket fikk organisk materiale til å bli kjemisk endret og til slutt danne karbonforbindelser.
Når det gjelder det siste, var kilden dødt plantestoff som var dekket i sediment i karbonperioden - dvs. slutten av Devon-perioden til begynnelsen av Perm-perioden (ca. 300 og 350 millioner år siden). Over tid størknet disse forekomstene eller ble gassformige, og skapte kullfelt, metan og naturgasser.
Moderne bruk:
Kull har blitt brukt siden antikken som brensel, ofte i ovner for å smelte metallmalm. Uforedlet og uraffinert olje har også blitt brent i århundrer i lamper for belysningens skyld, og halvfaste hydrokarboner (som tjære) ble brukt til vanntetting (stort sett på bunnen av båter og på brygger) og til balsamering.
Utbredt bruk av fossile brensler som energikilder begynte under den industrielle revolusjonen (1700 - 1800-tallet), der kull og olje begynte å erstatte dyrekilder (dvs. hvalolje) til å drive dampmaskiner. Ved den andre industrielle revolusjonen (ca. 1870 - 1914) begynte olje og kull å bli brukt til å drive elektriske generatorer.
Oppfinnelsen av forbrenningsmotoren (dvs. biler) økte kravene til olje eksponentielt, og det samme gjorde utviklingen av fly. Den petrokjemiske industrien vokste frem samtidig med at petroleum ble brukt til å produsere produkter fra plast til råstoff. I tillegg ble tjære (et restprodukt fra petroleumsutvinning) mye brukt i bygging av veier og motorveier.
Fossilt brensel ble sentralt i moderne produksjon, industri og transport på grunn av hvordan de produserer betydelige mengder energi per masseenhet. Fra og med 2015, ifølge International Energy Agency (IEA), er verdens energibehov fremdeles hovedsakelig forsynt av kilder som kull (41,3%) og naturgass (21,7%), selv om oljen har falt til bare 4,4%.
Den fossile brenselindustrien står også for en stor del av verdensøkonomien. I 2014 overskred det globale kullforbruket 3,8 milliarder tonn, og utgjorde 46 milliarder dollar i omsetning i USA alene. I 2012 nådde den globale olje- og gassproduksjonen over 75 millioner fat per dag, mens de globale inntektene generert av industrien nådde omtrent 1.247 billioner dollar.
Den fossile brenselindustrien nyter også en god del statlig beskyttelse og insentiver over hele verden. En rapport fra IEA fra 2014 indikerte at fossil brenselindustri samler inn 550 milliarder dollar i året i globale statlige subsidier. En studie fra 2015 av Det internasjonale pengefondet (IMF) indikerte imidlertid at de reelle kostnadene for disse subsidiene til regjeringer over hele verden ligger på rundt 5,3 billioner dollar (eller 6,5% av verdens BNP).
Miljøeffekter:
Forbindelsen mellom fossilt brensel og luftforurensning i industrialiserte nasjoner og større byer har vært tydelig siden den industrielle revolusjonen. Forurensninger generert ved forbrenning av kull og olje inkluderer karbondioksid, karbonmonoksid, nitrogenoksider, svoveldioksid, flyktige organiske forbindelser og tungmetaller, som alle har vært knyttet til luftveissykdommer og økt risiko for sykdom.
Forbrenning av fossilt brensel av mennesker er også den største kilden til utslipp av karbondioksid (ca. 90%) over hele verden, som er en av de viktigste klimagassene som gjør at strålingskraft (også kjent som drivhuseffekten) kan finne sted, og bidrar til global oppvarming.
I 2013 kunngjorde National Oceanic and Atmospheric Administration at CO²-nivåene i den øvre atmosfæren nådde 400 deler per million (ppm) for første gang siden målingene begynte på 1800-tallet. Basert på dagens hastighet som utslippene øker, anslår NASA at karbonnivået kan komme opp i mellom 550 til 800 ppm i det kommende århundre.
Hvis det tidligere tilfellet er tilfelle, forventer NASA en økning på 2,5 ° C i gjennomsnittlige globale temperaturer, noe som vil være bærekraftig. Skulle det sistnevnte scenariet vise seg å være tilfelle, vil imidlertid globale temperaturer stige med et gjennomsnitt på 4,5 ° C (8 ° F), noe som vil gjøre livet uholdbart for mange deler av planeten. Av denne grunn blir det søkt etter alternativer for utvikling og utbredt kommersiell adopsjon.
Alternativer:
På grunn av de langsiktige virkningene av bruk av fossilt brensel, har forskere og forskere utviklet alternativer i over et århundre. Disse inkluderer konsepter som vannkraft - som har eksistert siden slutten av 1800-tallet - der fallende vann brukes til å snurre turbiner og generere strøm.
Siden siste halvdel av 1900-tallet er det også sett på kjernekraft som et alternativ til kull og petroleum. Her brukes reaktorer med langsom fisjon (som er avhengige av uran eller radioaktivt forfall fra andre tunge elementer) for å varme opp vann, som igjen genererer damp til å snurre turbiner.
Siden midten av det 2. århundre har flere metoder blitt foreslått som spenner fra det enkle til det svært sofistikerte. Disse inkluderer vindkraft, der endringer i luftstrømmen skyver turbiner; solenergi, der fotovoltaiske celler konverterer solens energi (og noen ganger varme) til elektrisitet; geotermisk kraft, som er avhengig av damp som er tappet fra jordskorpen for å rotere turbiner; og tidevannskraft, der endringer i tidevannet skyver turbiner.
Alternative drivstoff blir også hentet fra biologiske kilder, der plante- og biologiske kilder brukes til å erstatte bensin. Hydrogen blir også utviklet som en kraftkilde, alt fra brenselceller til vann som brukes til å drive forbrenning og elektriske motorer. Fusjonskraft utvikles også, der atomer av hydrogen smeltes sammen i reaktorer for å generere ren, rikelig energi.
Ved midten av det 21. århundre forventes fossilt brensel å være foreldet, eller i det minste redusert betydelig med tanke på bruken. Men fra historisk synspunkt har de blitt assosiert med de største og mest langvarige eksplosjonene i menneskelig vekst. Hvorvidt menneskeheten vil overleve de langsiktige virkningene av denne veksten - som har inkludert en intens mengde fossilt brensel og klimagassutslipp - gjenstår å se.
Vi har skrevet mange artikler om fossilt brensel for Space Magazine. Her er hva er en forbedret drivhuseffekt ?, Gasser i atmosfæren, hva som forårsaker luftforurensning? Hva om vi forbrenner alt? Hva er alternativ energi ?, og "Klimaendringer er nå mer sikre enn noen gang," sier ny rapport
Hvis du vil ha mer informasjon om fossile drivstoff, kan du sjekke NASAs jordobservatorium. Og her er en lenke til NASAs artikkel om beskyttelse av atmosfæren vår.
Astronomy Cast har også noen episoder som er relevante for emnet. Her er avsnitt 51: Jorden og episode 308: Klimaendringer.
kilder:
- Wikipedia-fossilt drivstoff
- Sciencedaily - fossil brensel
- Avdeling for energi - fossile drivstoff
