化石燃料
化石燃料（かせきねんりょう、）は、地質時代にかけて堆積した動植物などの死骸が地中に堆積し、長い年月をかけて地圧・地熱などにより変成されてできた、言わば化石となった有機物のうち、人間の経済活動で燃料として用いられる（または今後用いられることが検討されている）ものの総称である。
現在使われている主なものに、石炭、石油、天然ガスなどがある。また近年はメタンハイドレートや、シェールガスなどの利用も検討され始めている。
上記はいずれも、かつて生物が自らの体内に蓄えた昔の炭素化合物・窒素酸化物・硫黄酸化物・太陽エネルギーなどを現代人が取り出して使っていると考えることができる。
これらの燃料は燃やすと二酸化炭素 (CO) 、窒素酸化物 (NO, NO, NO) 、硫黄酸化物 (SO) などを発生するが、これらが大気中に排出されることにより、地球温暖化や、大気汚染による酸性雨や呼吸器疾患などの公害を引き起こすため、深刻な環境問題を引き起こす要因になっている。また、資源埋蔵量にも限りがあるため持続性からも問題視されている。
これらの環境問題が発生しにくいバイオ燃料（バイオマス）、太陽光発電、風力発電、地熱発電などの新エネルギーや再生可能エネルギーの研究が進められて、一部は主に西欧諸国やブラジルなどで実際に使われはじめている。
遡ることおよそ40億年強、地球が誕生した頃の大気は主に窒素・水蒸気・二酸化炭素・硫黄酸化物（火山ガス）などで形成されていたと考えられている。その中でも二酸化炭素については、当時は今より遙かに高濃度であったと推定されている（後に大気中の概ね 0.03% 程度まで低下、現在は概ね 0.04% になっている）。
そのような環境下ではもちろん動物は生活できず、まずは光合成を行うことのできる植物プランクトン（または硫黄酸化物を吸収する嫌気性生物）のような生物が海中で誕生したと考えられている。それらの生物が光合成によって太陽エネルギーを利用して大気中の二酸化炭素を吸収・分解（または硫黄酸化物を吸収）、そのうち炭素（硫黄）成分を体内に吸収し、酸素を排出する。すると今度は酸素を消費し植物プランクトンを捕食する動物プランクトンのような生物が誕生。この小さな原始生物達による生命活動の循環が積み重ねられることで、約 8億年前には現代とほぼ同程度の酸素濃度（約23%）になり、この高濃度の酸素が後にオゾン層を形成し、動植物が地上へ進出することが可能になったと考えられている。
また、太古の地球は現在より遙かに気温が高かったが、二酸化炭素などの減少により気温が概ね 15℃程度まで低下、大気の循環も相まって冷やされ、現在の姿になっていった。
それらの動植物性プランクトンは、一生を終えると海中深くへ沈み、それが堆積し、地層を形成し、加熱・加圧される等の変遷を経て、石油となった。また、その後に陸上に進出した樹木などの生物の死骸が同様の理由で堆積・加圧等されて形成されたものが石炭である。言い換えれば、かつて大気中に存在していた炭酸ガスその他の人体にとって有害な成分と太陽エネルギーが、生物の働きによって長大な時間をかけて固定され、地中深くに封じ込められたものであると言える。
なお、現在でも大気中の二酸化炭素を有機化合物へと固定する合理的な方法は開発されておらず、人間を含めた全ての動物は、植物による光合成なくしては生命をつなぐことができないが、それは食糧ばかりでなくエネルギーでも、また地球上の様々な循環の仕組みを維持する上でも同様である。
化石燃料は世界各地で古くから知られており、一部では使用もされていたが、一般的な燃料としては木やそれから作られる炭などが主であった。しかし、イギリスにおいては16世紀後半ごろから、森林破壊によって燃料となる木材が不足し、その代替として石炭が使用され始めた。当時は一般家庭の燃料のほかガラス製造などにも使用されたが、製鉄への使用は1709年のコークス使用による製鉄の成功を待たねばならなかった。
18世紀後半にイギリスで発明された蒸気機関をきっかけに、後に先進国と呼ばれる諸国で次々と産業革命が起こることとなった。
蒸気機関が小型化が可能で比較的可搬性が高いこと、手間をかけずに従来の動力源よりも高い能力を引き出すことができることなどから、それ以前の動力の基本であった牛馬や人力、水車・風車などを置き換えてゆくこととなる。
蒸気機関が稼働するためには蒸気を絶えず供給する必要があり、そのため大量の燃料が使われるようになった。もちろん従来から使われてきた薪や木炭なども利用でき、イギリスなどでは実際に使われていたが、森林破壊が深刻になったことなどを受け、後に石炭が使われるようになる。
石炭は、比較的浅い場所に豊富に埋蔵されていたこと、特定の地層中に高濃度で存在していて精製等の手間をかけずとも使えることなどから、木材から置き換えられていった。
しかし、石炭は安かったものの燃焼効率に優れず、常温で固体であるため輸送機器用の燃料としては使いにくく、また目に見えて黒い煤煙を吐くことも問題視され、先進国を中心に次第に需要が薄れてゆくこととなった。しかしながら単価の安さや各地に埋蔵されていることなどもあり、今なおアメリカ合衆国、中国、日本や途上国を中心に、発電所や高炉などで使われている。
19世紀後半以降、石炭にかわって石油が使われはじめる。
それまでも東欧などで比較的浅く埋蔵されていた石油が地域住民により灯油として使われていたが、後に機械掘りやボーリングの技術が開発され、これが普及すると各地で地中深くから石油を掘り出す油井が造られ、大量生産されるようになると価格も下がり、また燃料として使われる成分は常温で液体のため（気化しやすい成分については圧縮すると液化し LPG として使われる）使い勝手が良いことなどもあって、特に輸送機器や発電、従来は薪や木炭などが主に使われていた暖房・給湯など、様々な用途の燃料として大量消費されるようになった。石油は世界を動かすまさしく根幹となり、石油を産出する産油国は経済的に大きな力を持つようになった。1973年には第四次中東戦争が勃発するが、このときアラブ石油輸出国機構が石油戦略を行い原油価格を大きく引き上げたことで世界経済が大混乱に陥ったいわゆるオイルショックは、このことを端的に示している。
しかし、石炭にしろ石油にしろ埋蔵量に限りがあることから、後に天然ガス（常温で気体）も使われるようになり、またメタンハイドレートなどの研究もされている。
現在、世界のエネルギー需要の約 85% が化石燃料で賄われている。
化石燃料を使用する際、エネルギーを取り出した後に残る二酸化炭素や、不純物として含まれる窒素酸化物 (NOx)・硫黄酸化物 (SOx) などが、いずれも気体や粒子状物質として排出されるが、それらが大気中に放出されることにより、次のような様々な環境問題を引き起こす要因となっている。
1940年代の北欧では、窒素肥料を施さずとも作物の育ちがよくなる現象が見られるようになった。当初は農家も「天の恵み」だと喜んでいたようだが、じきに湖や川から魚が姿を消し、千年雨に打たれても平気であった遺跡の石塀や、教会のブロンズ像などがボロボロになっていったという。
これらの現象が調査されるうち、雨水の変質に原因を見ることとなった。当地域では、通常よりも遙かに酸性度の高い、pH 4～5 もの酸性雨が降っていたことが明らかになったのである。スウェーデンの土壌科学者 S・オーデン (Svante Odén) 博士がその影響を広範囲に調べたところ、大気中の亜硫酸ガスや窒素酸化物が硫酸や硝酸に変化し、それが溶け込んで強酸性の雨や雪が降ったことを突きとめ、1967年に発表した。その変化の過程は極めて複雑かつ多岐にわたるものと想定されており、その詳細な過程は今なお明らかになっていない。
現在では、一般に pH 5.6 以下で酸性雨と定義されているが、たとえば日本では東京など南関東の自動車交通過密地帯で排出される自動車排気ガスからの窒素酸化物・硫黄酸化物が丹沢山地や奥多摩に酸性雨を降らせて樹木の立ち枯れを進めていると考えられており、森林破壊や土壌汚染の一因になっている。
化石燃料に含まれる硫黄酸化物および窒素酸化物の残渣である粒子状物質は、気管支喘息の最たる原因物質と考えられており、工業地帯からの排煙が四日市ぜんそくをはじめ各地で深刻な公害を引き起こすこととなった。これは水俣病など他の公害と同様、排出者が因果関係を認めなかったことや経済発展を優先する政策の煽りを受けて、公害認定まで数年間を要することとなり、四日市市では被害者に対し独自に医療費補填を実施するなどの対策を行うこととなったが、ようやく国が動きだした頃には自治体が対応しきれない程の被害者数になっていた。
その反省を受けて大気汚染防止法が施行され、工場排煙については脱硫装置の設置が義務づけられるなどの対策が進んだことにより、日本国内の工場排煙に限っては新たな被害が発生しなくなっているが、発展途上国などではそのような規制が整備されていない地域も多くあり、同じ問題が各地で繰り返されている。
一方、自動車燃料として大量に使われ続けているガソリンや軽油などについては、費用がかかるという理由で脱硫が完全に行われない状況が今なお続いている。
かつて京浜工業地帯からの排煙により深刻な喘息公害に見舞われた川崎市では、以前は臨海部（公害病第一種指定地域、昭和63年度に解除）で喘息被害者が多かったものの、近頃では北部地域で「小児ぜん息医療費支給制度」適用者が急増するという現象が見られるようになった。また、その分布が主要幹線道路周辺に多いことも判明する。これは、かつては工場からの排気が主因であった喘息公害の原因が、現在は自動車からの排気ガスに替わっていることを示している。かつての四日市喘息の時などと同様、「証明されていない」という理由で国や産業界では具体的な対策が取られない状況が続いているが、事態のますますの悪化を受けて市では喘息医療費の助成制度の対象地域を市内全域に拡大し、小児ばかりでなく成人も対象にするなどの対策に追われることとなった。川崎市では地勢的に通過交通が多いなどの要因はあるものの、もちろん大気汚染の問題は当市に限って起きている問題ではなく、全国の都市部で深刻な問題になっており、日本だけでも気管支喘息による死亡者が年間3千人を超え、200万人以上が苦しめられている。
自動車などにより引き起こされた新たな外部不経済が一般住民の健康や税金を蝕んでいる問題には、解決の兆しすら見えない状況が今も続いている。
化石燃料を使う工場や火力発電所などからの排煙や、自動車・航空機など輸送用機器の排気中には必ず二酸化炭素が含まれるが、硫黄酸化物などより取り除くことが難しく、また硫黄は抽出すれば売却できるが二酸化炭素は売れないという事情もあって、工場などにも除去義務は課されておらず、ほとんどが除去されずに大気中に放出されている。
二酸化炭素は現在の濃度であれば人体に直接害をなすものではないが（二酸化炭素#毒性を参照）、大気中に留まると温室効果ガスとして働き、太陽からもたらされるエネルギーを宇宙へ放出する循環経路に支障を来たし、20世紀中に気温を 1.7℃上昇させ地球温暖化問題の一因となっていることが指摘されている。
太古の昔に原始生物が長時間かけて固定し地中深くへ閉じ込められた二酸化炭素を、現代人が 100年あまりのうちに大気中に戻してしまったことになるため、気温上昇幅もさることながら、急激すぎる変化の影響は想定することすら出来ていない。
二酸化炭素の回収・固定は技術的に困難なため、設備や運用方法の改善や効率化、エネルギー消費量の抑制などで対策が迫られている。
化石燃料の消費によって起こる大気汚染には、発生者・地域と被害者・地域が一致しないという問題もある。大気は地球全体でつながっているため汚染は広範に拡がり、しかも地形や気流などにより特定の地域に被害が集中しやすい。
たとえば前述の北欧での酸性雨も、工業地帯から遠く離れた農村部でまず被害が起こった。
また喘息公害でも、たとえば自動車を使わない選択をしたとしても被害を免れることができない上、喘息の苦しさは目に見えるものではないため、自動車に乗っている者には被害者の痛みが伝わらず被害実態が理解されにくいという矛盾が、事態の悪化が放置される一因となっている。
地球温暖化については、二酸化炭素の排出量は北米などの中緯度地域に偏重しているが（右グラフを参照）、真っ先に影響を受けるのは北極・南極などの極地や太平洋諸島など、ほとんど二酸化炭素を排出していない（つまり化石燃料の消費による利益を得ていない）地域でまず深刻な事態が起こると想定されている。また深刻な影響が出るのは数十年後からと想定されているため、現役世代の生活への支障は限られ、政治的にも危機意識が共有されにくいという問題もある。
近年になりようやく問題を把握することのできた国際社会では、その影響の拡大を食い止め抑制するために気候変動枠組条約を締結、京都議定書により化石燃料から出る廃棄物など温室効果ガスの排出量削減を約束することとなった。西欧諸国ではその目標に向けて行動しているものの、自国の経済発展が最優先と考えるアメリカ合衆国や中国などでは依然として対策が進まない実情がある（京都議定書を参照）。
20世紀後半以降、日本国内においては大都市部への人口や企業活動の一極集中化が進み、都市部の暖房については即効性、安全性、使用しても黒煙や灰を出さない等の利点もあって、電気式ヒーターや灯油などの化石燃料式ヒーターが好まれ、著しく依存している現状（2013年）となっている。しかしながら2000年代以降は原油をはじめとした化石燃料の価格高騰に拍車がかかってきており、貧困世帯の増加や給油所数の減少も相まって、灯油式ストーブが身近で安価な生命維持装置では無くなりつつある。そのような事情から地方においては再生可能燃料式（主として木質燃料式）のストーブなどの熱を発生させる装置が見直されつつある。冬季に主暖房を灯油などの化石燃料に大きく依存することで生じるリスクについては、こと冷え込みが厳しい地域においては燃料の残量など多角的な状況を把握した上で、生命維持に直結する問題であるため重々警戒する必要がある。