化石燃料

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煤炭, 化石燃料之一。
運載化石燃料的火車
殼牌加油站

化石燃料,亦稱礦石燃料,是一種碳氫化合物或其衍生物,包括煤炭石油天然氣天然資源[1]。其中原油通過石油化學工業精煉生產得到的產品也稱為石化燃料。化石燃料之間的差異很大,可以從低比的揮發性物質(如甲烷)、到液態的石油到沒有揮發性的無煙煤。化石燃料的運用使得工業大規模發展,從而替代了歷史上的水車

發電的時候,在燃燒化石燃料的過程中會產生能量,從而推動渦輪機產生動力。舊式的發電機是使用蒸汽來推動渦輪機。現時,很多發電站都已採用燃氣渦輪引擎,那是利用燃氣直接來推動渦輪機

化石燃料仍是目前主要能源來源之一,但是化石燃料屬於耗竭性能源,需要數百萬年才能生成,而消耗速度又遠超過生成速度。因此化石燃料的供應量不足會造成能源危機[2]。特別是從石油提煉出來的汽油影響最大。20世紀下半葉就因為石油供應不足而出現三次石油危機[3]。現時,全球正趨向發展可再生能源,這可以幫助增加全球的能源所需。

每年燃燒化石燃料產生的二氧化碳約有213億噸,但自然界只能吸收其中的一半,因此每年在大氣中約增加107億噸的二氧化碳[4]。二氧化碳是溫室氣體的主來源之一,因此也是加快全球變暖的因素之一[5]。此外,生物燃料中的二氧化碳成份是來自大氣層,因此發展生物燃料可以減少在大氣層上的二氧化碳,從而減低溫室效應[6]

來源[編輯]

由於油田僅分佈在地球上某些特定地點,[7]只有少數的一部分國家可以實現石油的自給自足,其他國家都要依賴於這些國家的石油產能來滿足需要。

石油和天然氣都是來自於數百萬年前海底、湖底大量浮游植物浮遊動物有機物殘骸的厭氧消化而成[8]。隨着地質年代變遷,這些有機化合物同泥土混合,被埋藏在層層的沉積物之下。由於極高的熱量壓強條件下,有機物質發生了化學上的變化,首先轉變成存在於油頁岩中的一種蠟質物質稱為油母質,接着在更多熱量條件下,轉變成液態和氣態的碳氫化合物。

在任何化石燃料混合物中都有比例相差極大的有機物、碳氫化合物。碳氫化合物的含量決定了燃料的化學特性,例如沸點、冰點、密度、黏性等。

另一方面,陸生植物往往會形成甲烷[9]。許多煤炭都可以追溯到地球歷史石炭紀。陸生植物還會生成III型油母質,它是天然氣的來源之一。

有限的化石燃料[編輯]

石油是一種全球使用量最高的化石燃料[10],耗盡的時間較其他的較快。可廣泛使用的可再生能源例如生質能源能量高的核能發電和科學不斷的進步都可減少對化石燃料的依賴。此外,石油使用量高也因為它是石化燃料的提煉物, 用途廣泛。

供給和需求概念原則的建議下,當化石燃料的供應下降,價格就會上升。因此當化石燃料價格高的時候,能源選擇性會更多,原先普遍被認為不符合經濟效益可再生能源會成為較符合經濟效益而開發的能源之一。現時,雖然可再生能源的所需要成本及加工技術較普通的石油生產為高及複雜,但在將來的經濟效益較普通的石油生產為高。

儲量[編輯]

位於墨西哥灣的一個油井

初級能源資源水平是指地下的儲量水平。產量則是流量。最重要的初級能源資源是含碳的化石燃料,2002年,煤炭、石油和天然氣占初級能源產量的79.6%。

2005-2006年(已探明儲量)水平:

  • 煤炭:9977.48億短噸(9050億公噸),[11]702.1 km3油當量
  • 石油:177.9 km3到209.4 km3[12]
  • 天然氣:6,183–6,381萬億立方英尺(175–181萬億立方米),[12]184.6×109 m3油當量

2006年(每日產量)流量:

  • 煤炭:18,476,127短噸(16,761,260公噸),[13]每日 52,000,000桶(8,300,000立方米)油當量
  • 石油:每日84,000,000桶(13,400,000立方米)[14]
  • 天然氣:104,435萬億立方英尺(2,963萬億立方米),[15]每日19,000,000桶(3,000,000立方米)油當量

根據目前已探明儲量和上述開採流量預測尚可開採年限:

  • 煤炭:148年
  • 石油:43年
  • 天然氣: 61年

根據最樂觀的探明儲量估計值作出所預測的尚可開採年限:[16]

  • 煤炭:417年
  • 石油:43年
  • 天然氣:167年

以上計算是在假設之後的數年間,生產量適中保持在一個固定的水平上,另外所有已探明的儲量都可以供開採。實際上,以上三種燃料的消費量在近年來一直在上升。儘管這樣看來似乎資源會更快地被使用完,但實際上產量曲線應該是一條鐘形曲線。在未來某個時點,各資源在某一區域、國家或全球的產量會達到一個最大值,在這之後,產量會開始衰減,直到生產其不再具有經濟價值或者在物理上存在困難時停止。技術、價格、政治政策等因素的變動都可能會產生重大的影響。

哈伯特頂點[編輯]

美國地質學家哈伯特(King Hubbert)於1953年大膽預言,美國石油出產將於1969年左右達到頂峰,達到了頂峰之後就會一直下降。雖然當時許多專家對他的預測提出質疑,但是在1970年,他所預見的情況真的發生了。從此以後,石油專家把這種情形叫做哈伯特頂點(Hubbert's peak)[17]。有專家提出,全球將於2004年和2015年之間達到哈伯特頂點,這種情形將導致空前的能源危機,因為可代替石油的能源(特別是太陽能)產電效率不夠高。 無論單獨的油田或者某個地帶,石油出產量按照以下的哈伯特曲線發展:

環境效應[編輯]

從1800年至2000年間每年每一種化石燃料二氧化碳排放量

美國只有世界上不到5%的人口,但是由於較大的房屋和私家車,美國人消耗了世界上四分之一的化石燃料供應量。[18]在美國,有超過九成的溫室氣體排放來自於化石燃料的燃燒。[19]化石燃料的燃燒還帶來其他空氣污染物,例如氮氧化物二氧化硫揮發性有機化合物重金屬

二氧化碳水平在過去40萬年的變動情況,自工業革命以來有明顯上升。

化石燃料的燃燒產生了硫酸碳酸硝酸等酸性物質,它們同空氣中的水氣混合後降落地面,形成酸雨,對於自然環境和建築物都有腐蝕作用[20]。其中,用大理石石灰石建成的雕像、紀念碑特別容易被破壞,因為它們的成分都是碳酸鈣,容易被酸腐蝕。

化石燃料還包含放射性物質,主要是,它們被釋放到大氣中。2000年,全球因為燃燒煤炭,向大氣中釋放了大約12,000噸的釷和5,000噸的鈾。[21]根據估計,在1982年,美國煤炭燃燒的煤炭向大氣中釋放的放射物質是三哩島核泄漏事故的155倍。[22]

開採、處理和運輸化石燃料也可能產生環境問題。採煤的方法,尤其是移除山頂等往往對於環境有負面影響,離岸石油開採則對於水生生物產生生存威脅。煉油廠對於環境的負面影響主要體現為空氣和水污染。運輸煤需要動力機車,而運輸石油則需要有大型油輪,這都需要消耗更多的化石燃料。

參見[編輯]

參考資料[編輯]

  1. ^ Fossil fuel. ScienceDaily. (原始內容存檔於2013-04-28). 
  2. ^ 郭博堯. 全球化石能源危機時代與我國所面臨挑戰. 國政研究報告. 財團法人國家政策研究基金會. 2002-11-20 [2013-12-24]. (原始內容存檔於2014-11-26). 
  3. ^ 張志前 塗俊. 撩開金融石油麵紗. 中國經濟出版社. ISBN 5017-8878-1 請檢查|isbn=值 (幫助). 
  4. ^ What Are Greenhouse Gases?. US Department of Energy. [2007-09-09]. 
  5. ^ 全球變暖政治和能源供應. 富國財富管理有限公司. [2013-12-24]. 
  6. ^ 減緩全球變暖 我們所能做的53件事情(1). 新華新聞 (新華網). 2012-06-26 [2013-12-24]. 
  7. ^ Oil fields 互聯網檔案館存檔,存檔日期2012-08-06.
  8. ^ 科學人 發掘天然氣. Sa.ylib.com. [2013-12-24]. 
  9. ^ 李文. 煤是如何形成的? (PDF). 中國科學院山西煤炭化學研究所. 2013-11-13 [2013-12-24]. 
  10. ^ 能源通識站. 中電通識科獨立專題探究顧問委員會. [2013-12-24]. (原始內容存檔於2013-12-25). 
  11. ^ World Estimated Recoverable Coal. eia.doe.gov. [2012-01-17]. (原始內容存檔於2008-09-20). 
  12. ^ 12.0 12.1 World Proved Reserves of Oil and Natural Gas, Most Recent Estimates. eia.doe.gov. [2012-01-27]. (原始內容存檔於2011-05-23). 
  13. ^ Energy Information Administration. International Energy Annual 2006 互聯網檔案館存檔,存檔日期2008-09-22. (XLS file). October 17, 2008. eia.doe.gov
  14. ^ Energy Information Administration. World Petroleum Consumption, Annual Estimates, 1980–2008 (XLS file). October 6, 2009. eia.doe.gov
  15. ^ Energy Information Administration. International Energy Annual 2006 互聯網檔案館存檔,存檔日期2008-09-25. (XLS file). August 22, 2008. eia.doe.gov
  16. ^ Oil & Gas Journal, World Oil
  17. ^ 石油與可樂. 中原地產. [2013-12-24]. 
  18. ^ The State of Consumption Today. Worldwatch Institute. [March 30, 2012]. 
  19. ^ Inventory of U.S. Greenhouse Gas Emissions and Sinks: 1990–1998. U.S. EPA. 
  20. ^ 為地球療傷. 彰師大地理系. [March 30, 2012]. (原始內容存檔於2013年12月24日). 
  21. ^ Coal Combustion: Nuclear Resource or Danger 互聯網檔案館存檔,存檔日期2011-03-10. – Alex Gabbard
  22. ^ Nuclear proliferation through coal burning 互聯網檔案館存檔,存檔日期2009-03-27. – Gordon J. Aubrecht, II, Ohio State University

外部連結[編輯]