Fosilní palivo

Z Wikipedie, otevřené encyklopedie
Skočit na navigaci Skočit na vyhledávání

Fosilní palivo nebo kaustobiolit[1] je nerostná surovina – palivo vzniklé přírodními procesy – anaerobním rozkladem odumřelých organismů, obsahujících organické molekuly pocházející ze starověké fotosyntézy,[2] které uvolňují energii při spalování.[3][4] Tyto organismy a jejich výsledná fosilní paliva mají obvykle stáří v řádu milionů let a někdy i více než 650 milionů let.[5] Fosilní paliva obsahují vysoké procento uhlíku a patří mezi ně ropa, uhlí a zemní plyn.[6] Také rašelina je někdy považována za fosilní palivo.[7] Mezi běžně používané deriváty fosilních paliv patří petrolej a propan. Fosilní paliva mohou mít různou formu – od těkavých materiálů s nízkým poměrem uhlíku k vodíku (jako methan), přes kapaliny (jako ropa) až po netěkavé materiály složené z téměř čistého uhlíku, jako je antracitové uhlí. Methan se vyskytuje jak samostatně, v uhlovodíkových polích, ve spojení s ropou, nebo ve formě metan hydrátů.[6]

Fosilní paliva se sice nadále vytvářejí přirozenými procesy, ale obecně se označují jako neobnovitelné zdroje, protože jejich tvorba trvá miliony let a známé dostupné zásoby se vyčerpávají mnohem rychleji, než se vytvoří nové.[8][9]

Objev využití ropy a plynu znamenal pro lidstvo obrovský skok dopředu a znamenal rozvoj energetiky, průmyslu a dalších oblastí lidské činnosti. V mnoha státech se zvýšila životní úroveň obyvatel a některé se staly nejbohatšími zeměmi světa.[10] Výhodou fosilních paliv je jejich vysoká energetická hustota, která při jejich využívání znamená menší zábor krajiny.[11]

Využívání fosilních paliv má vážné důsledky pro životní prostředí. Při spalování fosilních paliv se ročně vyprodukuje přibližně 35 miliard tun (35 gigatun) oxidu uhličitého (CO2).[12] Přírodní procesy přitom mohou absorbovat jen malou část tohoto množství, takže dochází k čistému nárůstu atmosférického oxidu uhličitého o mnoho miliard tun ročně. CO2 je skleníkový plyn, který zvyšuje radiační působení a přispívá ke globálnímu oteplování a okyselování oceánů. Z tohoto důvodu probíhá globální posun směrem k výrobě nízkouhlíkové obnovitelné energie, který má pomoci snížit celosvětové emise skleníkových plynů.[13]

Historie[editovat | editovat zdroj]

V roce 2000 př. n. l. začali Číňané využívat rafinovanou ropu na topení a svícení, v roce 1000 př. n. l. pak objevili dřevěné uhlí, které používali jako palivo při výrobě oceli a přibližně od roku 200 př. n. l. začali používat zemní plyn pro dobývání soli z mořské vody. Také Římané začali přibližně od roku 500 př. n. l. používat ke svícení v domácnostech tzv. sicilský petrolej, tedy ropu. Přelomem ve využívání energie byl v roce 1769 vynález zdokonaleného parního stroje, který znamenal začátek průmyslové revoluce. Pro pohon parního stroje začalo být intenzivně využíváno uhlí a nastala i jeho masivní těžba. I když využití uhlí je zdokumentováno již v dávné historii lidmi, kteří žily v jeskyních, výraznější použití je zdokumentováno v letech 200–100 př. n. l. Římany v Anglii, ve 14 . století pak indiány Hopi v Americe.[14][15][16]

První obavy o vyčerpání fosilních zdrojů energie se objevily již v 19. století. V roce 1873 napsal profesor Augustin Mouchot:

Přijde čas, kdy evropský průmysl přestane mít dostatek potřebných přírodních zdrojů energie. Ropné prameny a uhelné doly nejsou nevyčerpatelné, ale na mnoha místech se rychle vyčerpávají. Vrátí se pak člověk k síle vody a větru? Nebo se přesune tam, kde nejsilnější zdroj tepla vysílá své paprsky na všechny? Historie ukáže, co přijde…[17]

Teorii, že fosilní paliva pocházejí z fosilizovaných zbytků odumřelých rostlin vystavením po miliony let teplu a tlaku v zemské kůře, poprvé představil Andreas Libavius ve své Alchemii [Alchymii] z roku 1597 a později také Michail Lomonosov mezi lety1757 a 1763.[18] První použití termínu „fosilní palivo“ se objevuje v práci německého chemika Caspara Neumanna v anglickém překladu z roku 1759.[19]

Původ[editovat | editovat zdroj]

Vodní fytoplankton a zooplankton, které před miliony let uhynuly a sedimentovaly ve velkém množství za anoxických podmínek, se začaly v důsledku anaerobního rozkladu měnit na ropu a zemní plyn. V průběhu geologického času byla tato organická hmota, smíchaná s bahnem, pohřbena pod dalšími vrstvami anorganického sedimentu. Výsledná vysoká teplota a tlak způsobily, že se organická hmota chemicky změnila, nejprve na voskovitý materiál známý jako kerogen, který se nachází v ropných břidlicích, a poté s větším množstvím tepla na kapalné a plynné uhlovodíky v procesu známém jako katageneze. Přes tyto tepelně řízené transformace (které zvyšují hustotu energie ve srovnání s typickou organickou hmotou odstraněním atomů kyslíku)[3] má energie uvolněná při spalování fotosyntetický původ.[2]

V případě ropy převládá teorie o jejím organickém původu z nahromaděných živočišných a částečně i rostlinných zbytků v uzavřených zálivech a nádržích. Tyto zbytky prošly mikrobiálním rozkladem a poté se vlivem vysokých teplot a tlaků přeměnily na ropu, která se pak propustnými horninami dostala do míst dnešních ložisek.[4] Podobně zemní plyn vznikl postupným rozkladem organického materiálu společně s ropou a uhlím. Existuje ale i anorganická teorie vzniku zemního plynu, podle které vznikl metan štěpením uhlovodíků, které ze do zemského nitra dostaly při vzniku planety z vesmírné hmoty.[4] Také uhlí vzniklo z odumřelých živočichů a rostlin působením vysokých teplot a tlaků.[4]

Vliv fosilních paliv na životní prostředí[editovat | editovat zdroj]

Nejzávažnějším důsledkem používání fosilních paliv jsou emise skleníkových plynů – především oxidu uhličitého – energetický sektor se podílí na 49 % emisí skleníkových plynů, samotná výroba elektřiny je zodpovědná za více, než 25 % emisí oxidu uhličitého.[11] Dalšími významnými dopady těžby fosilních paliv jsou narušení krajinného rázu a přesuny obyvatel a s nimi spojené sociální a ekonomické důsledky.[11]

Další škodlivé látky, které vznikají při spalování fosilních paliv jsou oxidy síry. Pokud fosilní palivo obsahuje síru, vzniká při hoření oxid siřičitý, jehož část se při hoření promění na oxid sírový. Oxid siřičitý je odolný vůči UV záření a v atmosféře dochází k jeho oxidaci na oxid sírový, který reaguje se vzdušnou vlhkostí na kyselinu sírovou, která se jako kyselý déšť dostává na zemský povrch. V moderních spalovacích procesech se oxidy síry odstraňují ze spalovacích procesů několika různými metodami odsíření.[10]

Při spalování fosilních paliv se oxiduje na oxidy jak dusík obsažený v palivu, tak především dusík obsažený ve vzduchu. Tento dusík reaguje ve spalovacích zařízeních s kyslíkem a vzniká oxid dusnatý, NO (cca 95 % z celkového množství NOx) a oxid dusičitý, NO2 (cca 5% z celkového množství NOx). Tvorba oxidů dusíku především závisí na koncentraci kyslíku, době pobytu a teplotě ve spalovacím prostoru. Oxidy dusíku způsobují oxidační smog, který má silné toxické účinky a působí negativně na lidské zdraví.[20]

Velká kusy černého uhlí na dopravníku
Černé uhlí

Obnovitelné zdroje[editovat | editovat zdroj]

V současnosti je snaha od užívání fosilních paliv ustupovat a nahrazovat obnovitelnými zdroji. Důvody jsou ekologické (snižování produkce CO2, oxidů dusíku (NOx), polétavého prachu a dalších nebezpečných škodlivin (tvorba SO3 pálením uhlí, které obsahuje jeho stopové prvky – SO3 v reakci s kyslíkem a následně s vodou tvoří H2SO4 (kyselinu sírovou), čímž dochází ke vznikům kyselých dešťů. Zároveň dojde-li ke kontaktu SO3 se sliznicemi dochází ke stejné reakci a mohou nastat respirační potíže), ekonomické (náročnost na dopravu, se snižujícími se zásobami roste cena paliv – viz např. ropný vrchol) i strategické (nerovnoměrné rozdělení zásob paliv mezi jednotlivé země či regiony).

V energetice jsou fosilní paliva nahrazována například energií větrnou, vodní nebo solární, jejichž vstupní náklady jsou nižší, ale produkují méně energie. Jejich výhodou je ale obnovitelnost, která u ropy, uhlí nebo plynu bohužel chybí. Naopak výhodou fosilních paliv je více vyprodukované energie za méně času než u obnovitelných zdrojů, což je ekonomicky výhodnější.

Těžební zařízení pro čerpání ropy ze země
Dobývání ropy

Fosilní paliva jsou však kromě energetiky použitelná také například v dopravě v podobě rafinované ropy nebo jako méně používaný ropný plyn (LPG). Výhodou fosilních paliv v této oblasti je již zavedený systém dodávky a čerpání paliva do vozidel, který je mnohem rozsáhlejší než například sítě čerpacích stanic biopaliv nebo nabíjecích stanic pro elektromobily, které se ale například v Česku množí jako houby po dešti. Další výhodou jsou technologie, které jsou vyvíjeny již několik desítek let, zatímco technologie, která pohání elektromobily, je takříkajíc v plenkách.

Reference[editovat | editovat zdroj]

V tomto článku byl použit překlad textu z článku Fossil fuel na anglické Wikipedii.

  1. DOPITA, M.; HAVLENA, V. Ložiska fosilních paliv. Praha: SNTL, Alfa, 1985. 263 s. 
  2. a b MOTOAKI, Sako. Thermochemistry of the formation of fossil fuels. Fluid-Mineral Interactions: A Tribute to HP Eugster 2 (1990): 271-283. [online]. 1990 [cit. 2020-12-31]. S. 271–283. Dostupné online. 
  3. a b SCHMIDT-ROHR, Klaus. Why Combustions Are Always Exothermic, Yielding About 418 kJ per Mole of O 2. Journal of Chemical Education. 2015-12-08, roč. 92, čís. 12, s. 2094–2099. Dostupné online [cit. 2020-12-31]. ISSN 0021-9584. DOI:10.1021/acs.jchemed.5b00333. (anglicky) 
  4. a b c d Velká kniha o energii. Příprava vydání P. Augusta. Praha: L.A. Consulting Agency 383 s. Dostupné online. ISBN 80-238-6578-1, ISBN 978-80-238-6578-3. OCLC 85012766 
  5. Paul Mann, Lisa Gahagan, and Mark B. Gordon. Giant Oil and Gas Fields of the Decade, 1990–1999 [online]. Tulsa, Oklahoma: American Association of Petroleum Geologists, p. 50, [cit. 2020-12-31]. Kapitola Tectonic setting of the world's giant oil and gas fields, s. 50. Dostupné online. 
  6. a b PŘIBAŇ, Ladislav. Fosilní paliva a jejich budoucnost (bakalářská práce) [online]. Ostrava: VŠB-TU Ostrava, Hornicko-geologická fakulta, 2013 [cit. 2020-12-31]. Dostupné online. 
  7. Why peat is most damaging fuel in terms of global warming, even worse than coal. www.irishtimes.com [online]. [cit. 2020-12-31]. Dostupné online. 
  8. MILLER, G. TYLER (GEORGE TYLER), 1931-. Environmental science : problems, concepts, and solutions.. 12th ed.. vyd. Belmont, CA: Brooks Cole xxi, 430, 84, 17, 20 pages s. Dostupné online. ISBN 0-495-38337-6, ISBN 978-0-495-38337-6. OCLC 180921161 
  9. Food, energy, and water : the chemistry connection. Amsterdam: [s.n.] 1 online resource s. Dostupné online. ISBN 978-0-12-800374-9, ISBN 0-12-800374-X. OCLC 900781294 
  10. a b KLIMOV, Andrey. Fosilní zdroje energie: výhledy a vliv na životní prostředí (bakalářská práce) [online]. Praha: Přírodovědecká fakulta UK, Ústav pro životní prostředí, 2014 [cit. 2021-01-03]. Dostupné online. 
  11. a b c RASHAD, S.M; HAMMAD, F.H. Nuclear power and the environment. Applied Energy. 2000-04, roč. 65, čís. 1-4, s. 211–229. Dostupné online [cit. 2021-01-03]. DOI:10.1016/S0306-2619(99)00069-0. (anglicky) 
  12. AMBROSE, Jillian. Carbon emissions from fossil fuels could fall by 2.5bn tonnes in 2020. The Guardian. 2020-04-12. Dostupné online [cit. 2020-12-31]. ISSN 0261-3077. (anglicky) 
  13. Greenhouse gases' effect on climate - U.S. Energy Information Administration (EIA). www.eia.gov [online]. [cit. 2020-12-31]. Dostupné online. 
  14. Fosil Energy Study Guide [online]. [cit. 2020-12-03]. Dostupné online. 
  15. Energyland - History of Energy Use. www.emsd.gov.hk [online]. [cit. 2020-12-03]. Dostupné online. 
  16. Historie využívání energie | Vítejte na Zemi. www.cittadella.cz [online]. [cit. 2020-12-03]. Dostupné online. 
  17. KOVARIK, Bill. History of sustainable energy [online]. 2011-03-29 [cit. 2020-12-11]. Dostupné online. (anglicky) 
  18. Springer handbook of petroleum technology. Cham, Switzerland: [s.n.] 1238 s. Dostupné online. ISBN 978-3-319-49347-3, ISBN 3-319-49347-7. OCLC 1021197069 S. 360. 
  19. NEUMANN, Caspar. The Chemical Works of Caspar Neumann ... [s.l.]: J. and F. Rivington 548 s. Dostupné online. S. 492–. (anglicky) Google-Books-ID: OBUAAAAAQAAJ. 
  20. ŠKORPÍK, Jiří. Organická paliva a jejich cykly. Transformační technologie. 2011/04. Dostupné online [cit. 2021-01-03]. ISSN 1804-8293. 

Související články[editovat | editovat zdroj]

Externí odkazy[editovat | editovat zdroj]