Udtrykket "fossile brændstoffer" kastes omtrent ganske mange i disse dage. Oftere end ikke kommer det op i sammenhæng med miljøspørgsmål, klimaændringer eller den såkaldte ”energikrise”. Ud over at være en vigtig kilde til forurening har menneskehedens afhængighed af fossile brændstoffer ført til en vis ængstelse i de seneste årtier og skabt krav til alternativer.
Men hvad er fossile brændstoffer? Mens de fleste har en tendens til at tænke på benzin og olie, når de hører disse ord, gælder det faktisk for mange forskellige slags energikilder, der stammer fra nedbrudt organisk materiale. Hvordan menneskeheden blev så afhængig af dem, og hvad kan vi se på for at erstatte dem, er nogle af de største bekymringer, vi står overfor i dag.
Definition:
Fossilt brændstof refererer til energikilder, der dannes som et resultat af den anaerobe nedbrydning af levende stof, der indeholder energi som et resultat af gammel fotosyntese. Disse organismer har typisk været døde i millioner af år, og nogle stammer helt tilbage til den kryogen periode (ca. 650 millioner år siden).
Fossile brændstoffer indeholder høje procentdele kulstof og lagret energi i deres kemiske bindinger. De kan have form af olie, kul, naturgas og andre brændbare kulbrinterforbindelser. Mens olie og naturgas dannes ved nedbrydning af organismer, er kul og metan resultaterne af nedbrydningen af jordanlæg.
I det tilfælde, hvor det førstnævnte er tilfældet, antages det, at store mængder planteplankton og dyreplankton bosatte sig på bunden af havene eller søerne for millioner af år siden. I løbet af mange millioner år blev dette organiske stof blandet med mudder og blev begravet under tunge lag af sediment. Den resulterende varme og tryk forårsagede, at det organiske stof blev kemisk ændret og til sidst dannede carbonforbindelser.
For sidstnævnte tilfælde var kilden dødt plantestof, der var dækket af sediment i den kulstofholdige periode - dvs. slutningen af Devon-perioden til begyndelsen af Perm-perioden (ca. 300 og 350 millioner år siden). Med tiden størknet disse aflejringer eller blev gasformige, hvilket skabte kulfelter, metan og naturlige gasser.
Moderne anvendelser:
Kul har været brugt siden oldtiden som brændstof, ofte i ovne til smeltning af malm. Uforarbejdet og uraffineret olie er også blevet brændt i århundreder i lamper med henblik på belysning, og halvfaste kulbrinter (som tjære) blev brugt til vandisolering (stort set på bunden af både og på dokker) og til balsamering.
Udbredt brug af fossile brændstoffer som energikilder begyndte under den industrielle revolution (18. - 19. århundrede), hvor kul og olie begyndte at erstatte dyrekilder (dvs. hvalolie) til magt dampmaskiner. På tidspunktet for den anden industrielle revolution (ca. 1870 - 1914) begyndte olie og kul at blive brugt til at drive elektriske generatorer.
Opfindelsen af forbrændingsmotoren (dvs. biler) øgede kravene til olie eksponentielt, ligesom udviklingen af fly gjorde. Den petrokemiske industri opstod samtidig, hvor petroleum blev brugt til at fremstille produkter lige fra plast til råmateriale. Derudover blev tjære (et restprodukt fra olieudvinding) meget udbredt til konstruktion af veje og motorveje.
Fossilt brændstof blev centralt for moderne fremstilling, industri og transport på grund af, hvordan de producerer betydelige mængder energi pr. Masseenhed. Fra og med 2015 leveres verdens energibehov ifølge Det Internationale Energiagentur (IEA) overvejende hovedsagelig af kilder som kul (41,3%) og naturgas (21,7%), skønt olie er faldet til kun 4,4%.
Den fossile brændstofindustri tegner sig også for en stor del af den globale økonomi. I 2014 overskred det globale kulforbrug over 3,8 mia. Ton og tegnede sig for 46 mia. USD i omsætning i USA alene. I 2012 nåede den globale olie- og gasproduktion over 75 millioner tønder pr. Dag, mens de globale indtægter genereret af industrien nåede omkring USD 1.247 billioner.
Den fossile brændstofindustri nyder også en hel del regeringsbeskyttelse og incitamenter over hele verden. En rapport fra IEA fra 2014 viste, at den fossile brændstofindustri samler 550 milliarder dollars om året i globale regeringssubsidier. En undersøgelse fra Den Internationale Valutafond (IMF) i 2015 viste imidlertid, at de reelle omkostninger ved disse subsidier til regeringer over hele verden er omkring 5,3 billioner dollars (eller 6,5% af det globale BNP).
Miljøeffekter:
Forbindelsen mellem fossile brændstoffer og luftforurening i industrialiserede nationer og større byer har været åbenbar siden den industrielle revolution. Forurenende stoffer, der genereres ved forbrænding af kul og olie inkluderer kuldioxid, kulilte, nitrogenoxider, svovldioxid, flygtige organiske forbindelser og tungmetaller, som alle har været forbundet med åndedrætssygdomme og øgede sygdomsrisici.
Forbrænding af fossile brændstoffer fra mennesker er også den største kilde til emissioner af kuldioxid (ca. 90%) på verdensplan, som er en af de vigtigste drivhusgasser, der tillader strålingskraft (også kendt som drivhuseffekten) at finde sted og bidrager til global opvarmning.
I 2013 meddelte National Oceanic and Atmospheric Administration, at CO²-niveauer i den øvre atmosfære nåede 400 dele pr. Million (ppm) for første gang siden målingerne startede i det 19. århundrede. Baseret på den aktuelle hastighed, hvor emissionerne vokser, estimerer NASA, at kulstofniveauerne kan nå mellem 550 til 800 ppm i det kommende århundrede.
Hvis det tidligere scenario er tilfældet, forventer NASA en stigning på 2,5 ° C (4,5 ° F) i gennemsnitlige globale temperaturer, hvilket ville være bæredygtigt. Skulle det sidstnævnte scenario imidlertid vise sig at være tilfældet, vil de globale temperaturer stige med et gennemsnit på 4,5 ° C (8 ° F), hvilket ville gøre livet uholdbart for mange dele af planeten. Af denne grund søges der alternativer til udvikling og udbredt kommerciel vedtagelse.
Alternativer:
På grund af de langsigtede virkninger af brug af fossilt brændstof har forskere og forskere udviklet alternativer i over et århundrede. Disse inkluderer koncepter som vandkraft - som har eksisteret siden slutningen af det 19. århundrede - hvor faldende vand bruges til at spin turbiner og generere elektricitet.
Siden sidste halvdel af det 20. århundrede er der også set på kernekraft som et alternativ til kul og olie. Her bruges langsom fission reaktorer (som er afhængige af uran eller radioaktivt henfald fra andre tunge elementer) til at opvarme vand, hvilket igen genererer damp til spin-turbiner.
Siden midten af det 2. århundrede er der foreslået flere flere metoder, der spænder fra det enkle til det meget sofistikerede. Disse inkluderer vindkraft, hvor ændringer i luftstrømningen skubber turbiner; solenergi, hvor fotovoltaiske celler omdanner Solens energi (og undertiden varme) til elektricitet; geotermisk kraft, der er afhængig af damp, der tappes fra jordskorpen for at rotere turbiner; og tidevandskraft, hvor ændringer i tidevandet skyder turbiner.
Alternative brændstoffer stammer også fra biologiske kilder, hvor plante- og biologiske kilder bruges til at erstatte benzin. Brint udvikles også som en strømkilde, der spænder fra brintbrændselsceller til vand, der bruges til at drive forbrænding og elektriske motorer. Fusionsstyrke udvikles også, hvor atomer af brint smeltes sammen i reaktorer for at generere ren, rigelig energi.
I midten af det 21. århundrede forventes fossile brændstoffer at være forældede eller i det mindste faldet markant med hensyn til brugen af dem. Men fra et historisk synspunkt er de blevet forbundet med de største og mest langvarige eksplosioner i menneskelig vækst. Hvorvidt menneskeheden vil overleve de langsigtede virkninger af denne vækst - som har inkluderet en intens mængde forbrænding af fossilt brændstof og drivhusgasser - er endnu ikke at se.
Vi har skrevet mange artikler om fossile brændstoffer til Space Magazine. Her er hvad er en forbedret drivhuseffekt ?, Gasser i atmosfæren, hvad der forårsager luftforurening?, Hvad hvis vi forbrænder alt?, Hvad er alternativ energi ?, og "Klimaændringer er nu mere sikre end nogensinde", siger ny rapport
Hvis du vil have mere information om fossile brændstoffer, kan du tjekke NASAs jordobservatorium. Og her er et link til NASAs artikel om beskyttelse af vores atmosfære.
Astronomy Cast har også nogle episoder, der er relevante for emnet. Her er afsnit 51: Jorden og afsnit 308: Klimaforandringer.
Kilder:
- Wikipedia -Fossilt brændstof
- Sciencedaily - fossil brændstof
- Energiministeriet - fossile brændstoffer
