Ορυκτά καύσιμα

Τα ορυκτά καύσιμα είναι καύσιμα προερχόμενα από φυσικές πηγές όπως αναερόβια αποσύνθεση νεκρών θαμμένων οργανισμών. Η ηλικία των νεκρών οργανισμών που με  την εναπόθεσή τους σχηματίζουν τα ορυκτά καύσιμα κυμαίνεται από μερικά εκατομμύρια μέχρι 650 εκατομμύρια χρόνια. Στα ορυκτά καύσιμα ανήκουν το κάρβουνο, το πετρέλαιο και το φυσικό αέριο.

Τα υλικά των ορυκτών καυσίμων μπορεί να είναι ελαφρά αέρια όπως το μεθάνιο ή σκληρά στερεά σώματα όπως ο ανθρακίτης. Αυτά σχηματίζονται από αποθέσεις νεκρών θαλάσσιων οργανισμών, ζώων ή φυτών της ξηράς τα οποία εκτίθενται σε υψηλές θερμοκρασίες και πιέσεις στο εσωτερικό της γης για εκατομμύρια χρόνια. Την διαδικασία αυτή περιγράφει η βιογεννητική θεωρία που πρωτοδιατυπώθηκε από τον Γεώργιο Αγκρίκολα το 1556 και αργότερα από τον Μιχαήλ Λομονόσοφ τον 18ο αιώνα.

Εκτιμάται πως η κατανάλωση ορυκτών καυσίμων το 2007 ήταν κατά 36% πετρέλαιο, 27,4% κάρβουνο και 23% φυσικό αέριο και καλύπτουν το 86% των ενεργειακών αναγκών παγκοσμίως. Από τις υπόλοιπες πηγές ενέργειας το 6,3% προέρχεται από την υδροηλεκτρική το 8,5% από την πυρηνική και το υπόλοιπο 0,9% από τις υπόλοιπες ανανεώσιμες πηγές (γεωθερμική, ηλιακή, αιολική, ενέργεια από την παλίρροια ή τα κύματα και ενέργεια από τα απορρίμματα).   

Τα ορυκτά καύσιμα δεν είναι ανανεώσιμες πηγές ενέργειας γιατί χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια για να σχηματιστούν και έτσι εξαντλούνται με πολύ ταχύτερο ρυθμό από τον ρυθμό με τον οποίο σχηματίζονται. Η κατανάλωσή τους ενισχύει το περιβαλλοντικό πρόβλημα. Για να περιοριστεί η κατανάλωσή τους τα τελευταία χρόνια αναπτύσσονται όλο και περισσότερο οι ανανεώσιμες μορφές ενέργειας. 

Η καύση των ορυκτών καυσίμων παράγει κάθε χρόνο 21,3 εκατομμύρια τόννους διοξείδιο του άνθρακα. Από αυτή την ποσότητα η μισή απορροφάται από την βιόσφαιρα της γης και η υπόλοιπη παραμένει στον ατμοσφαιρικό αέρα. Το διοξείδιο του άνθρακα είναι το κύριο αέριο που ευθύνεται για το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Προέλευση των ορυκτών καυσίμων

Τα ορυκτά καύσιμα σχηματίζονται από την αναερόβια αποσύνθεση των οργανισμών που απομένουν στο υπέδαφος της γης, συμπεριλαμβανομένου και του ζωοπλαγκτόν ή φυτοπλαγκτόν που εναποτίθεται στον βυθό της θάλασσας ή λιμνών. Κάποιες γεωλογικές περιόδους αυτή η οργανική ύλη αναμίχθηκε με λάσπη σχηματίζοντας παχύ στρώμα ιζήματος. Στην συνέχεια το στρώμα αυτό αν βρεθεί σε συνθήκες υψηλής πίεσης και θερμοκρασίας μπορεί να υποστεί χημικές μεταβολές και να μετατραπεί αρχικά σε ένα κηρώδες υλικό γνωστό ως κηροζίνη. Αν η θερμοκρασία είναι υψηλότερη τότε μετατρέπεται σε μείγμα υγρών ή αέριων υδρογονανθράκων. Η διαδικασία αυτή ονομάζεται καταγένεση. 

Υπάρχει ένα ευρύ μείγμα υδρογονανθράκων που συναντάται στα ορυκτά καύσιμα. Το κάθε μείγμα έχει χαρακτηριστικές ιδιότητες όπως σημείο βρασμού, σημείο τήξης, πυκνότητα και ιξώδες. Ορισμένα καύσιμα όπως το φυσικό αέριο περιλαμβάνουν μόνο αέριους υδρογονάνθρακες με χαμηλό σημείο βρασμού ενώ άλλα όπως η γκαζολίνη και το ντήζελ περιέχουν υδρογονάνθρακες με υψηλότερα σημεία βρασμού.

Τα φυτά της ξηράς παράγουν σε αντίστοιχες συνθήκες κάρβουνο. Τα περισσότερα στρώματα άνθρακα σχηματίστηκαν κατά την γεωλογική περίοδο που ονομάστηκε λιθανθρακοφόρος. Από ορισμένα φυτά παράγεται επίσης κηροζίνη τύπου 3 που είναι πηγή φυσικού αερίου.

Χρήσεις

Τα ορυκτά καύσιμα είναι πολύ καλή ενεργειακή ύλη γιατί με την καύση τους παράγουν μεγάλο ποσό ενέργειας. Η χρήση τους ως καύσιμο ξεκινάει από τα πρώιμα χρόνια της ανθρώπινης ιστορίας. Ο άνθρακας χρησιμοποιούταν σε καμίνους για το λιώσιμο των μετάλλων. Στην αρχαιότητα χρησιμοποιούνταν επίσης και υγροί και κηρώδεις υδρογονάνθρακες, κυρίως για αδιαβροχοποίηση και αρωματοποιία. Χρήση των υδρογονανθράκων για φωτισμό έγινε τον 19ο αιώνα, αντικαθιστώντας ζωικά έλαια. 

Η κυριότερη χρήση των ορυκτών καυσίμων είναι ως καύσιμα στις μηχανές εσωτερικής καύσης οι οποίες  αναπτύχθηκαν από τα τέλη του 19ου αιώνα. Γι’ αυτή την χρήση χρησιμοποιούνται υγροί υδρογονάνθρακες μέσου μοριακού βάρους. 

Μέχρι τα μέσα του 18ου αιώνα η ενέργεια που χρησιμοποιούταν σε ανθρώπινες δραστηριότητες προερχόταν από τον αέρα στους ανεμόμυλους ή το νερό στους υδρόμυλους και την καύση των ξύλων. Με την εμφάνιση των ατμομηχανών χρησιμοποιήθηκαν ως καύσιμα ο άνθρακας αρχικά και το πετρέλαιο στην συνέχεια και έκαναν δυνατή την βιομηχανική επανάσταση. Στην συνέχεια η χρήση των μηχανών εσωτερικής καύσης και η ανάπτυξη θερμοηλεκτρικών εργοστασίων παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας έκαναν τις ανάγκες για ορυκτά καύσιμα μεγαλύτερες. Οι χρήσεις του πετρελαίου επεκτάθηκαν στην πετροχημική βιομηχανία με τα αναρίθμητα προϊόντα παράγωγα του πετρελαίου. Επίσης βαρύτερο ακατέργαστο πετρέλαιο χρησιμοποιείται για την κατασκευή ασφάλτου.

Αποθέματα και κατανάλωση

Τα αποθέματα των ορυκτών καυσίμων όπως έχουν εκτιμηθεί κατά την διάρκεια 2005-07 ήταν:
Κάρβουνο  905 δισεκατομμύρια τόνοι
Πετρέλαιο 1.119-1.317 δισεκατομμύρια βαρέλια
Φυσικό αέριο  175-181 τρισεκατομμύρια κυβικά μέτρα

Αντίστοιχα η παραγωγή τους κατά την διάρκεια του 2006 ήταν
Κάρβουνο  16.761.260  τόνοι την μέρα
Πετρέλαιο 84 εκατομμύρια βαρέλια την μέρα
Φυσικό αέριο  2.960 δισεκατομμύρια κυβικά μέτρα την μέρα

Η εκτίμηση για την χρονική στιγμή εξάντλησης των αποθεμάτων με τα μέχρι τώρα εκτιμώμενα αποθέματα και την τρέχουσα κατανάλωση είναι:
Κάρβουνο  148 χρόνια
Πετρέλαιο 43 χρόνια
Φυσικό αέριο  61 χρόνια

Ο χρόνος της εξάντλησης των αποθεμάτων με την πιο αισιόδοξη εκτίμηση για τα αποθέματα  ορυκτών καυσίμων είναι:
Κάρβουνο  417  χρόνια
Πετρέλαιο 43 χρόνια
Φυσικό αέριο  167  χρόνια

Σημειώνεται ότι οι παραπάνω εκτιμήσεις έχουν γίνει με την παραδοχή ότι το επίπεδο της κατανάλωσης θα παραμείνει σταθερό και πως όλες οι πηγές ορυκτών καυσίμων έχουν ανακαλυφθεί. Στην πραγματικότητα όμως η κατανάλωση αυξάνεται ενώ εξακολουθούν να υπάρχουν ανεκμετάλλευτα κοιτάσματα

Περιβαλλοντικές επιδράσεις

Η κύρια επιβλαβής επίδραση στο περιβάλλον της χρήσης των ορυκτών καυσίμων είναι η  αύξηση του διοξειδίου του άνθρακα (CO2) στην ατμόσφαιρα, που έχει ως αποτέλεσμα την υπερθέρμανση του πλανήτη. Με  την καύση των ορυκτών καυσίμων, εκτός από το διοξείδιο του άνθρακα, απελευθερώνονται και άλλες επιβλαβείς ουσίες  στην ατμόσφαιρα όπως νιτρικά, θειικά ή ανθρακικά οξέα τα οποία είναι υπεύθυνα για τον σχηματισμό όξινης βροχής. Η όξινη βροχή εκτός των άλλων καταστροφικών επιπτώσεων που έχει προκαλεί μεγάλες φθορές στο μάρμαρο και στον ασβεστόλιθο επειδή τα παραπάνω οξέα διαλύουν το ανθρακικό ασβέστιο που περιέχεται σε αυτά τα πετρώματα. 

Με την καύση των ορυκτών καυσίμων απελευθερώνονται και ραδιενεργές ουσίες όπως ουράνιο (U) και θόριο (Th) τα οποίο περιέχονται σε μικρές ποσότητες στα ορυκτά καύσιμα. Το 2000 περίπου 12.000 τόνοι ουρανίου και 5.000 τόνοι θορίου απελευθερώνονται παγκοσμίως από την καύση κάρβουνου. Οι ποσότητες αυτές αναλογικά με την ποσότητα του κάρβουνου που καίγεται είναι πολύ μικρή και δεν έχουν αναφερθεί αρνητικές επιδράσεις στην ανθρώπινη φυσιολογία. 

Η καύση του λιθάνθρακα παράγει μεγάλα ποσά τέφρας που επιβαρύνουν τις γειτονικές περιοχές στις μεγάλες μονάδες που χρησιμοποιούν αυτό το καύσιμο. Σημαντική περιβαλλοντική επιβάρυνση προκαλούν και οι μέθοδοι εξόρυξης του άνθρακα. Επίσης υπεράκτιες εξορύξεις πετρελαίου μπορούν να προκαλέσουν τεράστια περιβαλλοντική καταστροφή αν υπάρξει διαρροή του υγρού στη θάλασσα. Αντίστοιχη καταστροφή μπορεί να προκληθεί κατά την μεταφορά του πετρελαίου σε περίπτωση θαλάσσιου ατυχήματος μεγάλου δεξαμενόπλοιου. Τέτοιες καταστροφές έχουν συμβεί αρκετές φορές καταστρέφοντας τις κοντινότερες ακτές στο ατύχημα σε ακτίνα πολλών χιλιομέτρων. Τέλος η χημική βιομηχανία και κυρίως τα διυλιστήρια έχουν αρνητικό αντίκτυπο στο περιβάλλον καθώς επιβαρύνουν και την ατμόσφαιρα με επικίνδυνα αέρια αλλά και τα υπόγεια νερά.

Παραπομπές

Εξωτερικοί σύνδεσμοι
physics4u Φαινόμενο του θερμοκηπίου και ορυκτά καύσιμα
in.gr Άρθρο: Σχεδόν 26 τόνοι φυτών χρειάστηκαν για να παραχθεί κάθε λίτρο βενζίνης
Περιβάλλον και διαχείριση ενέργειας Χρήση των ορυκτών καυσίμων στην Ελλάδα