Горючие полезные ископаемые — функции, виды и характеристики

Какие существуют горючие полезные ископаемые

Есть 3 вида минералов, которые могут гореть «выгодно» (длительно). Первое всегда находится в жидком состоянии (масло). Другой твердый (уголь). И третий – летучие вещества (газы). Ископаемое топливо находится глубоко в земной коре — его добывают или вскрывая разлом (там есть жила) на поверхности. Или путем бурения скважин (как в случае с нефтью и газом). Есть чуть менее популярные (из-за опасности добычи) источники «топлива». Имеется в виду торф (добываемый на болотах, который может гореть). И гидрат метана (он присутствует в замороженном состоянии в труднодоступной зоне вечной мерзлоты) или в океане. Он изолирован от жидкости.

Основное отличие описываемой категории природных ресурсов состоит в 1 физическом свойстве. А именно способность выделять много тепловой энергии при окислении (горении). Какое ископаемое топливо сжигается наиболее выгодно? О них позже.

Влияние на окружающую среду

Теперь вы знаете, как полезные ископаемые используются в качестве топлива и простого источника энергии. Но каковы последствия для планеты Земля? Даже во время промышленной революции стало понятно, что существует прямая связь между использованием ископаемого топлива и загрязнением воздуха. При сжигании угля и нефти образуются различные вредные вещества, которые негативно влияют не только на атмосферу, но и на здоровье человека.

Около 90% выбросов приходится на углекислый газ, что приводит к парниковому эффекту. В 2013 году стало известно, что уровень CO2 впервые достиг 400 частей на миллион, а сами изменения датируются 19 веком.

Если эта тенденция сохранится, средняя температура повысится на 2,5°C, что сделает многие районы Земли непригодными для жизни.

Виды ископаемого топлива

В настоящее время для производства энергии используются различные виды ископаемого топлива. Каждый из них имеет разные характеристики и происхождение. Однако все они содержат большое количество энергии, которая используется для разных целей.

Ниже мы опишем наиболее важные из них:

• Минеральный углерод. Это уголь, который использовался для локомотивов. В основном углерод содержится в крупных отложениях в земле. Для его добычи строятся шахты там, где ресурс используется.
• Масло. Это смесь самых разных углеводородов в жидкой фазе. Он состоит из других крупных примесей и используется для производства различных видов топлива и побочных продуктов.
• Натуральный газ. Состоит в основном из метана. Этот газ соответствует самой легкой части углеводородов. Поэтому природный газ считается менее загрязняющим и чище. Его добывают из нефтяных месторождений в виде газа.
• Битуминозные пески и горючие сланцы. Это материалы, образовавшиеся из песка размером с глину, содержащие небольшие остатки органического вещества. Этот органический материал состоит из разложившегося материала, структура которого очень похожа на нефть.

Ядерная энергетика также считается разновидностью ископаемого топлива. Он выделяется в результате ядерной реакции, называемой ядерным делением. Это разделение ядер тяжелых атомов, таких как уран или плутоний.

Извлекаемые запасы

Одна из оценок благосостояния общества основана на потреблении топлива на душу населения: чем выше потребление, тем комфортнее живут люди. Этот факт (и не только) заставляет человечество увеличивать объемы добычи топлива, что влияет на цены. Цена на нефть сегодня определяется таким экономическим термином, как «нетбэк». Под этим термином понимается цена на НПЗ, включающая в себя средневзвешенную стоимость нефтепродуктов (произведенных из покупного вещества) и доставки сырья на НПЗ.

Торговые биржи продают нефть по ценам CIF, что буквально переводится как «стоимость, страхование и фрахт». Отсюда можно сделать вывод, что цена нефти сегодня, исходя из предложений по сделке, включает в себя цену сырья и транспортные расходы на его доставку.

Нефтяное образование

Нефть – это ископаемое топливо, которое образуется из отходов живых водных, животных и растительных организмов. Эти живые существа обитали в океанах, лагунах и лиманах вблизи моря.

Нефть в этих средах имеет осадочное происхождение. Это означает, что полученное вещество было органическим и отложилось, покрытое осадком. Все глубже и глубже под воздействием давления земной коры оно превращалось в углеводороды.

Этот процесс занимает миллионы лет. Поэтому, хотя нефть и добывается постоянно, происходит это с ничтожными по человеческим меркам темпами. Кроме того, темпы потребления нефти таковы, что время ее истощения уже запланировано. В реакции нефтеобразования сначала действуют аэробные бактерии, а затем, на большей глубине, анаэробные бактерии. В результате этих реакций выделяются кислород, азот и сера. Эти три элемента входят в состав летучих углеводородных соединений.

Когда осадки сжимаются под давлением, образуется коренная порода. Затем за счет миграционных эффектов нефть начинает проникать во все более пористые и проницаемые породы. Эти скалы получили название «Каменный склад». Там масло концентрируется и остается в них. Таким образом, осуществляются процессы добычи нефти с целью использования ее в качестве топлива.

Краткая характеристика полезных ископаемых, используемых как топливо

Сырьем для производства энергоресурсов являются нефть, уголь, горючие сланцы, природный газ, газовые гидраты и торф.

Нефть – жидкость, относящаяся к горючим (осадочным) ископаемым. Состоит из углеводородов и других химических элементов. Цвет жидкости в зависимости от ее состава варьируется от светло-коричневого, темно-коричневого и черного. Редко встречаются соединения желто-зеленого и бесцветного цвета. Наличие в нефти азота, серы и кислородсодержащих элементов определяет ее цвет и запах.

Уголь — имя латинского происхождения. Карбо — это международное название углерода. В составе присутствуют битумные массы и растительные остатки. Это органическое соединение, ставшее подверженным медленной деградации под воздействием внешних факторов (геологических и биологических).

Горючий сланец, как и уголь, является представителем группы твердых горючих ископаемых, или каустобиолитов (что в буквальном переводе с греческого звучит как «горючий жизненный камень»). При сухой перегонке (под воздействием высоких температур) образует смолы, по химическому составу напоминающие нефть. В составе сланцев преобладают минеральные вещества (хальцид, доломит, кварц, пирит и др.), но имеются и органические вещества (кероген), доля которых только в высококачественных породах достигает 50% общего состава.

Природный газ – газообразное вещество, образующееся при разложении органических веществ. В недрах земли различают три типа скопления смесей газов: отдельные скопления, газовые шапки на нефтяных месторождениях и в составе нефти или воды. В оптимальных климатических условиях вещество находится только в газообразном виде. Его можно найти в недрах земли в виде кристаллов (гидратов природного газа).

Газогидраты – это кристаллические образования, образующиеся из воды и газа при определенных условиях. Они относятся к группе соединений переменного состава.

Торф – это рыхлая горная порода, которая используется в качестве топлива, теплоизоляционного материала и удобрения. Это газосодержащий минерал, который используется в качестве топлива во многих регионах.

Происхождение

Все, что современный человек извлекает из недр земли, считается невозобновляемым природным ресурсом. Для их появления потребовались миллионы лет и особые геологические условия. Большое количество ископаемого топлива образовалось в мезозое.

Нефть – согласно биогенной теории происхождения, ее формирование продолжалось сотни миллионов лет из органических веществ в осадочных породах.

Уголь – образуется, когда разлагающийся растительный материал накапливается быстрее, чем разлагается. Болота – подходящее место для такого процесса. Стоячая вода предохраняет слой растительной массы от полного разрушения бактериями из-за низкого содержания кислорода. Уголь разделяется на гумусовый (получается из древесных остатков, листьев, стеблей) и сапропелит (образуется преимущественно из водорослей).

Сырьем для образования угля можно назвать торф. Если он погружен под слои осадка, вода и газы теряются при сжатии и образуется уголь.

Горючие сланцы – органический компонент образуется в результате биохимических преобразований протоводорослей. Его разделяют на два типа: таллоальгинит (содержащий водоросли с неповрежденной клеточной структурой) и коллоальгинит (водоросли с утратой клеточной структуры).

Природный газ — согласно той же теории биогенного происхождения ископаемых, природный газ образуется при более высоких показателях давления и температуры, чем нефть, о чем свидетельствует более глубокое залегание залежей. Они образованы из одного и того же природного материала (останков живых организмов).

Газогидраты – это образования, для возникновения которых необходимы особые термобарические условия. Поэтому они формируются в основном на донных отложениях и мерзлых породах. Они также могут образовываться на стенках труб при добыче газа, поэтому ископаемое нагревается до температуры выше образования гидрата.

Торф образуется в болотных условиях из неполностью разложившихся органических остатков растений. Откладывается на поверхности земли.

Нефть

Нефть – жидкий продукт разложения микроорганизмов, накопившийся в толще земной коры нашей планеты. И процесс формирования длился миллионы лет. Ее добывают путем бурения скважин, но геологоразведке известны случаи естественного выхода нефти наружу (по разломам земной коры). Помимо континентальных месторождений, имеются месторождения, расположенные на прибрежном шельфе (подводные склоны).

Как и газ, нефть подается по специальным трубопроводам. Из него делают топливо для транспортных средств (бензин), а из одной фракции нефти (керосин) производят дизельное топливо для авиации. Каждый из вариантов используется только при внутреннем сгорании.

Твердые продукты переработки являются материалом в полимерной промышленности.

Использование

Уголь был популярным источником ископаемого топлива с древних времен. Нерафинированные масла использовались в лампах, а полутвердые углеводороды — для гидроизоляции и бальзамирования.

Ископаемые стали источником энергии в XVIII и XIX веках, когда началась промышленная революция и активное сжигание материалов. До этого во главе всего стоял китовый жир, но на смену ему пришла нефть. Затем они изобрели электрогенераторы, которым в качестве топлива требовался уголь и нефть.

Нефть стала необходима с развитием двигателя внутреннего сгорания и самолетов. Тогда его использовали не только как источник энергии, но и для изготовления пластмасс и различного сырья.

В современном мире мы используем 41,3% угля, 21,7% природного газа и 4,4% нефти. В 2012 году в день использовалось 75 миллионов баррелей нефти.

Рейтинг стран по годовой добыче нефти

Кроме того, сама отрасль постоянно получает государственные гарантии и льготы.

Уголь

Угольная эксплуатация является самой безопасной. Чтобы он загорелся, недостаточно только концентрации или повышения температуры. Требуется открытое пламя. Поэтому этот ресурс добывают открытым способом (путем расширения открытого карьера) или путем рытья шахты, поднимая добытый материал на тележки.

Речь идет об остатках древних (окаменевших) растений, образовавших плотную концентрацию. Процесс проходил под землей без доступа кислорода. Толщина планеты насыщена углеродными соединениями (углеродами) исключительно фиксированного агрегатного состояния. Антрацит – самое плотное (твёрдое) соединение. Следующим в этом рейтинге идет так называемый «каменный уголь».

Поскольку топливо безопасно и пригодно для открытого сжигания, его применяют на теплоэлектростанциях, в двигателях тепловозов и теплоходов. А в сельской местности еще много домов с печами.

Газ

Газ, который мы используем в повседневной жизни, как и нефть, является продуктом тысячелетнего разложения живыми организмами. Этан, пропан, бутан и метан имеют формулу, которая позволяет им гореть дольше, чем другие газы. Указанный ресурс подается по трубопроводам к газовым горелкам.

Из всех описанных окаменелостей только газ может не только гореть, но и (при накоплении в опасном объеме) взрываться. Дело в том, что, смешиваясь с воздухом в слишком высокой концентрации, любой названный газ обходит стадию постепенного сгорания, сразу высвобождая всю энергию, накопленную при окислительной реакции.

Газ может быть не только нестабильным. Его также можно найти внутри льда (того же гидрата) или внутри горючих сланцев. Обычное агрегатное состояние летучих соединений называется «природным» газом. Чаще всего именно прирост газа говорит о залежах нефти (ведь он тоже в ней содержится).

Альтернативы

Уже более века учёные обеспокоены ситуацией и возможной экологической катастрофой, поэтому ищут решение. XX век зависел от ядерной энергетики. Реакторы медленного давления используются для нагрева воды, из которой вырабатывается пар для турбин.

Среди методов стоит упомянуть энергию ветра, солнечную энергию и электричество.

Сферический токамак MAST (Великобритания)

Альтернативой также являются биологические источники, где вместо бензина используются растительность и биологические вещества. Электродвигатели используют водород и воду.

Считается, что к середине XXI века человечество уже попрощается с ископаемым топливом и перейдет к новым видам. Но в это время также ожидается рост населения, поэтому ученые обеспокоены перспективами, а также парниковым эффектом.

Преимущества и недостатки

Ископаемое топливо имеет ряд преимуществ и недостатков, когда дело доходит до его использования в качестве источника энергии. Давайте посмотрим на них:

• Обилие месторождений. Даже если будут говорить о следующем истощении запасов ископаемого топлива, нам все равно придется добывать запасы ископаемого топлива. С развитием возобновляемых источников энергии их использование сокращается с каждым днем.
• Доступ к запасам в настоящее время не особенно затруднен, а это означает, что, поскольку их легко добывать, снижаются экономические эксплуатационные затраты.
• Обеспечивает большую мощность при относительно низкой цене. Следует сказать, что хотя они бесполезны в долгосрочной перспективе, они представляют собой мощную и дешевую энергию.
• Транспортировка и хранение дешевы и просты. В отличие от возобновляемых источников энергии, транспортировать и хранить ископаемое топливо легко. Возобновляемые источники энергии имеют недостатки в системах хранения.

Недостатки шире, так как делятся на несколько типов. Мы обсудим их постепенно.

Экологические недостатки

Сжигание, добыча, переработка и транспортировка этого ископаемого топлива имеют прямые последствия для парникового эффекта. Почти 80% выбросов углекислого газа во всем мире приходится на ископаемое топливо.

Темпы потребления

Учитывая возрастающее потребление природных ресурсов, трудно дать однозначную оценку доступности топлива на длительный период. Учитывая сегодняшнюю динамику, добыча нефти в 2018 году составит 3 млрд тонн, что приведет к истощению мировых запасов на 80% к 2030 году. Запасы черного золота оцениваются в пределах 55 – 50 лет. Природный газ при нынешнем потреблении может быть израсходован в течение 60 лет.

Запасов угля на земле гораздо больше, чем нефти и газа. Однако в последнее десятилетие добыча выросла, и если темпы не замедлятся, запасы из запланированных 420 лет (существующие прогнозы) исчерпаются через 200.

Добыча

Уголь и природный газ различаются не только способом поднятия на поверхность. Залежи газа залегают глубже других – от одного до нескольких километров. Вещество находится в порах коллекторов (слоя, содержащего природный газ). Силой, которая заставляет материал подниматься, является разница давлений в подземных пластах и ​​системе сбора. Добыча происходит с помощью скважин, которые стараются распределить равномерно по всему месторождению. Таким образом, добыча топлива позволяет избежать перетоков газа между объектами и несвоевременного обводнения месторождений.

Технологии добычи нефти и газа имеют некоторое сходство. Виды добычи нефти различают по способам поднятия материала на поверхность:

• фонтан (технология, аналогичная газовой, основанная на разнице давления под землей и в системе подачи жидкости);
• газлифт;
• с помощью электрического центробежного насоса;
• с установкой электровинтового насоса;
• штанговые насосы (иногда подключаемые к грунтовому насосу).

Способ добычи зависит от глубины залегания вещества. Существует большое количество вариантов вывода нефти на поверхность.

Способ разработки угольного месторождения зависит также от особенностей залежи угля в земле. Добыча открытым способом осуществляется при обнаружении ископаемого на уровне ста метров от поверхности. Часто ведется смешанный тип добычи: сначала открытым способом, затем подземным (забойным способом). Угольные месторождения богаты и другими ресурсами, имеющими потребительское значение: это ценные металлы, метан, редкие металлы и подземные воды.

Сланцевые месторождения разрабатываются либо путем добычи полезных ископаемых (считающихся неэффективными), либо путем добычи полезных ископаемых на месте, что предполагает нагрев горных пород под землей. Из-за сложности технологии производство осуществляется в очень ограниченных количествах.

Торф добывается путем осушения болот. Благодаря появлению кислорода активизируются аэробные микроорганизмы, которые расщепляют его органику, что приводит к выделению углекислого газа с огромной скоростью. Торф – самый дешевый вид топлива; добыча осуществляется непрерывно по определенным правилам.

Читайте также: Как домашние животные готовятся к зиме