Termen "fossila bränslen" kastas ungefär mycket idag. Oftast än inte kommer det upp i samband med miljöfrågor, klimatförändringar eller den så kallade ”energikrisen”. Förutom att vara en viktig källa till föroreningar har mänsklighetens beroende av fossila bränslen lett till en viss ångest under de senaste decennierna och drivit krav på alternativ.
Men vad är fossila bränslen? Medan de flesta människor tenderar att tänka på bensin och olja när de hör dessa ord, gäller det faktiskt för många olika typer av energikällor som härrör från sönderdelat organiskt material. Hur mänskligheten blev så beroende av dem, och vad vi kan se för att ersätta dem, är några av de största problem som vi står inför idag.
Definition:
Fossila bränslen avser energikällor som bildas som ett resultat av den anaeroba nedbrytningen av levande material som innehåller energi som ett resultat av forntida fotosyntes. Vanligtvis har dessa organismer varit döda i miljoner år, med några som går tillbaka till Cryogenian Period (cirka 650 miljoner år sedan).
Fossila bränslen innehåller höga procentandelar kol och lagrad energi i sina kemiska bindningar. De kan ha formen av petroleum, kol, naturgas och andra brännbara kolväteföreningar. Medan petroleum och naturgas bildas genom nedbrytning av organismer, är kol och metan resultatet av nedbrytningen av markväxter.
När det gäller det förra antas det att stora mängder fytoplankton och djurplankton bosatte sig på botten av hav eller sjöar för miljontals år sedan. Under många miljoner år blandades detta organiska material med lera och begravdes under tunga sedimentlager. Den resulterande värmen och trycket fick det organiska materialet att förändras kemiskt och bildade så småningom kolföreningar.
När det gäller den senare var källan död växtämne som täcktes i sediment under den kolhaltiga perioden - dvs slutet av Devonian period till början av Permian Period (cirka 300 och 350 miljoner år sedan). Med tiden stelnade dessa avlagringar antingen eller blev gasformiga, vilket skapade kolfält, metan och naturgas.
Moderna användningar:
Kol har använts sedan forntiden som bränsle, ofta i ugnar för att smälta metallmalmer. Obehandlad och orraffinerad olja har också bränts i århundraden i lampor för belysningens skull, och halvfast kolväten (som tjära) användes för vattentätning (till stor del på botten av båtar och bryggor) och för balsamering.
Den utbredda användningen av fossila bränslen som energikällor började under den industriella revolutionen (1700 - 1800-talet), där kol och olja började ersätta djurkällor (dvs valolja) till ångmaskiner. Vid den andra industriella revolutionen (ca. 1870 - 1914) började olja och kol användas för att driva elektriska generatorer.
Uppfinningen av förbränningsmotorn (dvs bilar) ökade kraven på olja exponentiellt, liksom utvecklingen av flygplan. Den petrokemiska industrin växte fram samtidigt och petroleum användes för att tillverka produkter som sträcker sig från plast till råmaterial. Dessutom användes tjära (en restprodukt från petroleumutvinning) i stor utsträckning vid byggandet av vägar och motorvägar.
Fossila bränslen blev centrala för modern tillverkning, industri och transport på grund av hur de producerar betydande mängder energi per enhet. Från och med 2015, enligt International Energy Agency (IEA), tillhandahålls världens energibehov fortfarande främst av källor som kol (41,3%) och naturgas (21,7%), även om oljan har sjunkit till bara 4,4%.
Den fossila bränsleindustrin står också för en stor del av den globala ekonomin. 2014 överskred den globala kolförbrukningen 3,8 miljarder ton och stod för 46 miljarder dollar i intäkter endast i USA. År 2012 nådde den globala olje- och gasproduktionen över 75 miljoner fat per dag, medan de globala intäkterna som genererades av branschen nådde cirka 1,247 miljarder US dollar.
Den fossila bränsleindustrin har också en hel del regeringsskydd och incitament över hela världen. En rapport från IEA från 2014 visade att fossilbränsleindustrin samlar 550 miljarder dollar per år i globala statliga subventioner. En studie från Internationella valutafonden (IMF) 2015 visade emellertid att de verkliga kostnaderna för dessa subventioner till regeringar över hela världen är cirka 5,3 biljoner US dollar (eller 6,5% av den globala BNP).
Miljöpåverkan:
Förbindelsen mellan fossila bränslen och luftföroreningar i industriländer och större städer har varit uppenbar sedan den industriella revolutionen. Föroreningar som genereras genom förbränning av kol och olja inkluderar koldioxid, kolmonoxid, kväveoxider, svaveldioxid, flyktiga organiska föreningar och tungmetaller, som alla har kopplats till luftvägssjukdomar och ökade risker för sjukdom.
Förbränning av fossila bränslen av människor är också den största källan till utsläpp av koldioxid (cirka 90%) över hela världen, som är en av de viktigaste växthusgaser som gör att strålningskraft (aka växthuseffekten) kan ske och bidrar till Global uppvärmning.
2013 tillkännagav National Oceanic and Atmospheric Administration att CO²-nivåerna i den övre atmosfären nådde 400 delar per miljon (ppm) för första gången sedan mätningarna började på 1800-talet. Baserat på den nuvarande hastigheten som utsläppen växer uppskattar NASA att koldioxidnivåerna skulle kunna nå mellan 550 till 800 ppm under det kommande seklet.
Om det förra scenariot är fallet, räknar NASA med en ökning med 2,5 ° C (4,5 ° F) i genomsnittliga globala temperaturer, vilket skulle vara hållbart. Om det senare scenariot skulle visa sig vara fallet kommer globala temperaturer dock att stiga med i genomsnitt 4,5 ° C (8 ° F), vilket skulle göra livet ohållbart för många delar av planeten. Av denna anledning söks alternativ för utveckling och utbredd kommersiell användning.
Alternativ:
På grund av de långsiktiga effekterna av användning av fossila bränslen har forskare och forskare utvecklat alternativ i över ett sekel. Dessa inkluderar begrepp som vattenkraft - som har funnits sedan slutet av 1800-talet - där fallande vatten används för att snurra turbiner och generera el.
Sedan senare hälften av 1900-talet har kärnkraften också betraktats som ett alternativ till kol och petroleum. Här används långsamspaltningsreaktorer (som förlitar sig på uran eller radioaktivt sönderfall av andra tunga element) för att värma vatten, vilket i sin tur genererar ånga för att snurra turbiner.
Sedan mitten av 2000-talet har flera fler metoder föreslagits som sträcker sig från det enkla till det mycket sofistikerade. Dessa inkluderar vindkraft, där förändringar i luftflödet driver turbiner; solkraft, där fotovoltaiska celler omvandlar solens energi (och ibland värme) till elektricitet; geotermisk kraft, som förlitar sig på ånga från jordskorpan för att rotera turbiner; och tidvattenkraft, där förändringar i tidvattnet driver turbiner.
Alternativa bränslen kommer också från biologiska källor, där växter och biologiska källor används för att ersätta bensin. Väte utvecklas också som en kraftkälla, allt från vätebränsleceller till vatten som används för att driva förbränning och elektriska motorer. Fusionskraft utvecklas också, där väteatomer smälts in i reaktorer för att generera ren, riklig energi.
I mitten av 2000-talet förväntas fossila bränslen ha blivit föråldrade eller åtminstone minskat betydligt när det gäller deras användning. Men ur historisk synvinkel har de förknippats med de största och mest långvariga explosionerna i mänsklig tillväxt. Huruvida mänskligheten kommer att överleva de långsiktiga effekterna av denna tillväxt - som har inkluderat en intensiv mängd fossila bränslen och utsläpp av växthusgaser - återstår att se.
Vi har skrivit många artiklar om fossila bränslen för Space Magazine. Här är vad som är en förbättrad växthuseffekt ?, Gaser i atmosfären, vad som orsakar luftföroreningar? Vad händer om vi förbränner allt? Vad är alternativ energi? Och 'Klimatförändring är nu mer säker än någonsin,' säger ny rapport
Om du vill ha mer information om fossila bränslen, kolla in NASA's Earth Observatory. Och här är en länk till NASAs artikel om skydd av vår atmosfär.
Astronomy Cast har också några avsnitt som är relevanta för ämnet. Här är avsnitt 51: Jorden och avsnitt 308: Klimatförändring.
källor:
- Wikipedia - fossil bränsle
- Sciencedaily - fossilbränsle
- Institutionen för energi - fossila bränslen
