Ископаемое топливо: происхождение, использование и влияние на окружающую среду.

Введение

Топливо, образовавшееся за миллионы лет из останков мертвых растений и животных. Ископаемое топливо – это углеводородное вещество, включающее уголь, нефть и природный газ, которое естественным образом формируется в земной коре из остатков мертвых растений и животных, затем извлекается и сжигается как топливо. Ископаемое топливо может сжигаться для получения тепла для прямого использования (например, для приготовления пищи или отопления), для привода двигателей (например, двигателей внутреннего сгорания в автотранспорте) или для выработки электроэнергии. Некоторые виды ископаемого топлива перед сжиганием перерабатываются в производные продукты, такие как керосин, бензин и пропан. Происхождение ископаемого топлива связано с анаэробным разложением захороненных мертвых организмов, содержащих органические молекулы, образованные в результате фотосинтеза. Преобразование этих материалов в ископаемое топливо с высоким содержанием углерода обычно требует геологического процесса, длящегося миллионы лет. В 2022 году более 80% мирового потребления первичной энергии и более 60% электроэнергии производились из ископаемого топлива. Масштабное сжигание ископаемого топлива наносит серьезный вред окружающей среде. Более 70% выбросов парниковых газов, вызванных деятельностью человека в 2022 году, приходилось на CO2, образующийся при их сжигании. Естественные процессы на Земле, главным образом поглощение океаном, способны удалять лишь небольшую часть этого CO2. Следовательно, ежегодно происходит чистое увеличение содержания углекислого газа в атмосфере на несколько миллиардов тонн. Хотя утечки метана значительны, сжигание ископаемого топлива является основным источником выбросов парниковых газов, вызывающих глобальное потепление и закисление океана. Кроме того, большинство смертей, связанных с загрязнением воздуха, обусловлены частицами и вредными газами, образующимися при сжигании ископаемого топлива. По оценкам, это обходится мировой экономике более чем в 3% валового внутреннего продукта. Осознание климатического кризиса, загрязнения и других негативных последствий, вызванных ископаемым топливом, привело к масштабному переходу в политике и активистскому движению, направленному на прекращение их использования в пользу устойчивой энергетики. Поскольку отрасль ископаемого топлива тесно интегрирована в мировую экономику и получает значительные субсидии, ожидается, что этот переход окажет существенное экономическое воздействие. Многие заинтересованные стороны утверждают, что этот переход должен быть справедливым и предусматривать политику, направленную на решение социальных проблем, связанных с обесцениванием активов в отрасли ископаемого топлива. Международная политика, выраженная в целях устойчивого развития ООН в области доступной и чистой энергии, а также в действиях по борьбе с изменением климата, и Парижском соглашении по климату, призвана содействовать этому переходу на глобальном уровне. В 2021 году Международное энергетическое агентство пришло к выводу, что открытие новых проектов по добыче ископаемого топлива недопустимо, если мировая экономика и общество хотят избежать наихудших последствий изменения климата и достичь международных целей по смягчению его последствий.

Fuel formed over millions of years from dead plants and animals

A fossil fuel is a hydrocarbon containing material such as coal, oil, and natural gas, formed naturally in the Earth's crust from the remains of dead plants and animals that is extracted and burned as a fuel. Fossil fuels may be burned to provide heat for use directly (such as for cooking or heating), to power engines (such as internal combustion engines in motor vehicles), or to generate electricity. Some fossil fuels are refined into derivatives such as kerosene, gasoline and propane before burning. The origin of fossil fuels is the anaerobic decomposition of buried dead organisms, containing organic molecules created by photosynthesis. The conversion from these materials to high carbon fossil fuels typically requires a geological process of millions of years. In 2022, over 80% of primary energy consumption in the world and over 60% of its electricity was from fossil fuels. The large scale burning of fossil fuels causes serious environmental damage. Over 70% of the greenhouse gas emissions due to human activity in 2022 was CO2 from burning them. Natural processes on Earth, mostly absorption by the ocean, can remove only a small part of this CO2. Therefore, there is a net increase of many billion tonnes of atmospheric carbon dioxide per year. Although methane leaks are significant, the burning of fossil fuels is the main source of greenhouse gas emissions causing global warming and ocean acidification. Additionally, most air pollution deaths are due to fossil fuel particulates and noxious gases. It is estimated that this costs over 3% of the global gross domestic product

Recognition of the climate crisis, pollution and other negative impacts caused by fossil fuels has led to a widespread policy transition and activist movement focused on ending their use in favor of sustainable energy. Because the fossil fuel industry is so heavily integrated in the global economy and heavily subsidized, this transition is expected to have significant economic impacts. Many stakeholders argue that this change needs to be a just transition and create policy that addresses the societal burdens created by the stranded assets of the fossil fuel industry. International policy, in the form of United Nations sustainable development goals for affordable and clean energy and climate action, as well as the Paris Climate Agreement, is designed to facilitate this transition at a global level. In 2021, the International Energy Agency concluded that no new fossil fuel extraction projects could be opened if the global economy and society wants to avoid the worst impacts of climate change and meet international goals for climate change mitigation.

Происхождение

Теория о том, что ископаемое топливо образуется из окаменелых остатков мертвых растений под воздействием тепла и давления в земной коре на протяжении миллионов лет, была впервые предложена Андреасом Либавиусом "в его "Алхимии" 1597 года", а позже Михаилом Ломоносовым "уже в 1757 году и, безусловно, к 1763 году". Первое использование термина "ископаемое топливо" встречается в трудах немецкого химика Каспара Неймана, в английском переводе – в 1759 году. В Оксфордском английском словаре отмечается, что в словосочетании "ископаемое топливо" прилагательное "ископаемый" означает "[п]олученный при раскопках; найденный, погребенный в земле", что датируется, по крайней мере, 1652 годом, до того как английское существительное "ископаемость" стало преимущественно обозначать давно вымершие организмы в начале XVIII века. Водный фитопланктон и зоопланктон, отмирая и осаждаясь в больших количествах в аноксичных условиях миллионы лет назад, начали формировать нефть и природный газ в результате анаэробного разложения. С течением геологического времени это органическое вещество, смешанное с илом, было погребено под более тяжелыми слоями неорганических отложений. Возникшая высокая температура и давление вызвали химическое изменение органического вещества, сначала в воскообразное вещество, известное как кероген, содержащееся в нефтяных сланцах, а затем, при дальнейшем нагревании – в жидкие и газообразные углеводороды в процессе, называемом катагенезом. Несмотря на эти преобразования, вызванные нагревом, энергия, высвобождаемая при сгорании, все равно имеет фотосинтетическое происхождение.

Важность

Ископаемое топливо имело важное значение для развития человечества, поскольку его можно легко сжигать на открытом воздухе для получения тепла. Использование торфа в качестве бытового топлива предшествует письменной истории. Уголь сжигали в некоторых ранних печах для выплавки металлической руды, а полутвердые углеводороды из нефтяных просачиваний также сжигались в древние времена, в основном для гидроизоляции и бальзамирования. Коммерческая эксплуатация нефти началась в XIX веке. Природный газ, который когда-то выбрасывался в атмосферу как ненужный побочный продукт добычи нефти, теперь считается очень ценным ресурсом. Месторождения природного газа также являются основным источником гелия. Тяжелая сырая нефть, которая намного более вязкая, чем обычная сырая нефть, и нефтяные пески, где битум встречается в смеси с песком и глиной, стали приобретать все большее значение как источники ископаемого топлива в начале 2000-х годов. Нефтяные сланцы и подобные материалы представляют собой осадочные породы, содержащие кероген – сложную смесь органических соединений с высокой молекулярной массой, которые при нагревании (пиролизе) дают синтетическую сырую нефть. После дополнительной переработки их можно использовать вместо других традиционных видов ископаемого топлива. В 2010-х и 2020-х годах наблюдалось сокращение инвестиций в разработку таких ресурсов из-за их высокой углеродной стоимости по сравнению с более легко перерабатываемыми запасами. До второй половины XVIII века ветряные и водяные мельницы обеспечивали энергию, необходимую для таких работ, как помол муки, распиловка древесины или перекачка воды, а сжигание дров или торфа обеспечивало бытовое тепло. Широкое использование ископаемого топлива, сначала угля, а затем нефти, в паровых двигателях позволило произойти промышленной революции. Одновременно с этим широкое распространение получили газовые лампы, работающие на природном газе или угле. Изобретение двигателя внутреннего сгорания и его применение в автомобилях и грузовиках значительно увеличило спрос на бензин и дизельное топливо, оба производимые из ископаемого топлива. Другие виды транспорта, такие как железные дороги и самолеты, также требуют ископаемого топлива. Еще одно основное применение ископаемого топлива – это производство электроэнергии и сырье для нефтехимической промышленности. Камень, отход нефтедобычи, используется в строительстве дорог. Энергия для Зеленой революции обеспечивалась ископаемым топливом в виде удобрений (природный газ), пестицидов (нефть) и орошения на углеводородах. Развитие синтетических азотных удобрений значительно поддержало рост населения планеты; по оценкам, в настоящее время почти половина населения Земли обеспечивается продовольствием благодаря использованию синтетических азотных удобрений. По словам главы агентства по ценам на удобрения, "50% мирового производства продуктов питания зависит от удобрений".

Fossil fuels have been important to human development because they can be readily burned in the open atmosphere to produce heat. The use of peat as a domestic fuel predates recorded history. Coal was burned in some early furnaces for the smelting of metal ore, while semi solid hydrocarbons from oil seeps were also burned in ancient times, they were mostly used for waterproofing and embalming. Commercial exploitation of petroleum began in the 19th century. Natural gas, once flared off as an unneeded byproduct of petroleum production, is now considered a very valuable resource. Natural gas deposits are also the main source of helium. Heavy crude oil, which is much more viscous than conventional crude oil, and oil sands, where bitumen is found mixed with sand and clay, began to become more important as sources of fossil fuel in the early 2000s. Oil shale and similar materials are sedimentary rocks containing kerogen, a complex mixture of high molecular weight organic compounds, which yield synthetic crude oil when heated (pyrolyzed). With additional processing, they can be employed instead of other established fossil fuels. During the 2010s and 2020s there was disinvestment from exploitation of such resources due to their high carbon cost relative to more easily processed reserves. Prior to the latter half of the 18th century, windmills and watermills provided the energy needed for work such as milling flour, sawing wood or pumping water, while burning wood or peat provided domestic heat. The wide scale use of fossil fuels, coal at first and petroleum later, in steam engines enabled the Industrial Revolution. At the same time, gas lights using natural gas or coal gas were coming into wide use. The invention of the internal combustion engine and its use in automobiles and trucks greatly increased the demand for gasoline and diesel oil, both made from fossil fuels. Other forms of transportation, railways and aircraft, also require fossil fuels. The other major use for fossil fuels is in generating electricity and as feedstock for the petrochemical industry. Tar, a leftover of petroleum extraction, is used in the construction of roads. The energy for the Green Revolution was provided by fossil fuels in the form of fertilizers (natural gas), pesticides (oil), and hydrocarbon fueled irrigation. The development of synthetic nitrogen fertilizer has significantly supported global population growth; it has been estimated that almost half of the Earth's population are currently fed as a result of synthetic nitrogen fertilizer use. According to head of a fertilizers commodity price agency, "50% of the world's food relies on fertilisers."

Экологические последствия

Сжигание ископаемого топлива имеет ряд негативных внешних эффектов – вредного воздействия на окружающую среду, последствия которого выходят за рамки тех, кто использует это топливо. Эти эффекты различаются в зависимости от вида топлива. Все ископаемые виды топлива выделяют углекислый газ при сжигании, тем самым ускоряя изменение климата. Сжигание угля, а в меньшей степени нефти и её производных, способствует выбросу в атмосферу твёрдых частиц, смога и кислотных дождей. Изменение климата в значительной степени обусловлено выбросами парниковых газов, таких как углекислый газ (CO2), метан и оксид азота, а сжигание ископаемого топлива является основным источником этих выбросов. В большинстве стран мира изменение климата оказывает негативное влияние на экосистемы, в том числе способствует вымиранию видов и снижает способность людей производить продукты питания, тем самым усугубляя проблему мирового голода. Продолжающийся рост глобальной температуры приведёт к дальнейшим неблагоприятным последствиям как для экосистем, так и для людей; Всемирная организация здравоохранения заявила, что изменение климата – величайшая угроза для здоровья человека в XXI веке. Сжигание ископаемого топлива генерирует серную и азотную кислоты, которые выпадают на Землю в виде кислотных дождей, оказывая воздействие как на природные территории, так и на объекты инфраструктуры. Особенно уязвимы памятники и скульптуры из мрамора и известняка, поскольку кислоты растворяют карбонат кальция. Ископаемое топливо также содержит радиоактивные материалы, в основном уран и торий, которые высвобождаются в атмосферу. В 2000 году в результате сжигания угля по всему миру было выброшено около 12 000 тонн тория и 5 000 тонн урана. По оценкам, в 1982 году сжигание угля в США высвободило в атмосферу в 155 раз больше радиоактивности, чем авария на Три-Майл-Айленд. Сжигание угля также производит большое количество шлака и уноса. Эти материалы используются в самых разных областях (см. Повторное использование уноса), например, около 40% производства уноса в Соединённых Штатах. Помимо последствий, связанных со сжиганием, добыча, переработка и транспортировка ископаемого топлива также оказывают воздействие на окружающую среду. Методы добычи угля, особенно открытый способ и разработка горных вершин, оказывают негативное воздействие на окружающую среду, а морское бурение нефти представляет опасность для водных организмов. Скважины ископаемого топлива могут способствовать выбросу метана из-за утечек газа. Нефтеперерабатывающие заводы также оказывают негативное воздействие на окружающую среду, включая загрязнение воздуха и воды. Уголь иногда транспортируется дизельными локомотивами, а сырая нефть обычно перевозится танкерами, что требует сжигания дополнительного ископаемого топлива. Для смягчения негативных последствий ископаемого топлива предпринимаются различные усилия, включая переход к использованию альтернативных источников энергии, таких как возобновляемая энергия. Экологическое регулирование использует различные подходы для ограничения этих выбросов, например, правила, запрещающие выброс отходов, таких как унос, в атмосферу.

The burning of fossil fuels has a number of negative externalitiesharmful environmental impacts where the effects extend beyond the people using the fuel. These effects vary between different fuels. All fossil fuels release when they burn, thus accelerating climate change. Burning coal, and to a lesser extent oil and its derivatives, contributes to atmospheric particulate matter, smog and acid rain. Climate change is largely driven by the release of greenhouse gases like , and the burning of fossil fuels is the main source of these emissions. In most parts of the world climate change is negatively impacting ecosystems. This includes contributing to the extinction of species and reducing people's ability to produce food, thus adding to the problem of world hunger. Continued rises in global temperatures will lead to further adverse effects on both ecosystems and people; the World Health Organization has said that climate change is the greatest threat to human health in the 21st century. Combustion of fossil fuels generates sulfuric and nitric acids, which fall to Earth as acid rain, impacting both natural areas and the built environment. Monuments and sculptures made from marble and limestone are particularly vulnerable, as the acids dissolve calcium carbonate. Fossil fuels also contain radioactive materials, mainly uranium and thorium, which are released into the atmosphere. In 2000, about 12,000 tonnes of thorium and 5,000 tonnes of uranium were released worldwide from burning coal. It is estimated that during 1982, US coal burning released 155 times as much radioactivity into the atmosphere as the Three Mile Island accident. Burning coal also generates large amounts of bottom ash and fly ash. These materials are used in a wide variety of applications (see Fly ash reuse), utilizing, for example, about 40% of the United States production. In addition to the effects that result from burning, the harvesting, processing, and distribution of fossil fuels also have environmental effects. Coal mining methods, particularly mountaintop removal and strip mining, have negative environmental impacts, and offshore oil drilling poses a hazard to aquatic organisms. Fossil fuel wells can contribute to methane release via fugitive gas emissions. Oil refineries also have negative environmental impacts, including air and water pollution. Coal is sometimes transported by diesel powered locomotives, while crude oil is typically transported by tanker ships, requiring the combustion of additional fossil fuels. A variety of mitigating efforts have arisen to counter the negative effects of fossil fuels. This includes a movement to use alternative energy sources, such as renewable energy. Environmental regulation uses a variety of approaches to limit these emissions; for example, rules against releasing waste products like fly ash into the atmosphere.

Болезни и смертность

Загрязнение окружающей среды, вызванное ископаемым топливом, оказывает влияние на здоровье человека, поскольку частицы и другие загрязняющие вещества, образующиеся при сжигании ископаемого топлива, вызывают заболевания и смерть при вдыхании. К последствиям для здоровья относятся преждевременная смерть, острые респираторные заболевания, обострение астмы, хронический бронхит и снижение функции легких. Наибольшему риску подвержены люди с низким доходом, страдающие недоеданием, очень молодые и пожилые люди, а также люди с уже имеющимися респираторными заболеваниями и другими проблемами со здоровьем. По оценкам, глобальное число смертей от загрязнения воздуха, вызванного ископаемым топливом, составило более 8 миллионов человек (2018 год, почти 1 из 5 смертей во всем мире), 10,2 миллиона (2019 год) и 5,13 миллиона дополнительных смертей от загрязнения атмосферного воздуха, вызванного использованием ископаемого топлива (2023 год). Хотя все источники энергии в той или иной степени оказывают негативное воздействие, данные показывают, что ископаемое топливо является причиной наибольших выбросов парниковых газов и представляет наибольшую опасность для здоровья человека. В отличие от этого, современные возобновляемые источники энергии представляются более безопасными для здоровья и экологически чистыми. Показатели смертности от несчастных случаев и загрязнения воздуха в ЕС на один тераватт-час (ТВт⋅ч) следующие:

Источник энергии Количество смертей на ТВт⋅ч Выбросы парниковых газов (тысяч тонн/ТВт⋅ч)
Уголь 24,68 20
Нефть 18,47 20
Природный газ 2,84 90
Биомасса 4,67 8–230
Гидроэнергетика 0,0234 –
Атомная энергия 0,073 –
Ветровая энергия 0,044 –
Солнечная энергия 0,025 –

Как показывают данные, уголь, нефть, природный газ и биомасса приводят к более высокой смертности и более высоким выбросам парниковых газов, чем гидроэнергетика, атомная энергия, ветровая и солнечная энергия. Ученые предполагают, что замена ископаемого топлива атомной энергией спасла 1,8 миллиона жизней.

Промышленный сектор

В 2019 году компания Saudi Aramco была размещена на бирже и достигла оценки в 2 триллиона долларов США на второй день торгов после самого крупного в мире первичного публичного размещения акций (IPO).

Экономические последствия

Загрязнение воздуха, вызванное ископаемым топливом, в 2018 году оценивается в 2,9 триллиона долларов США, что составляет 3,3% мирового валового внутреннего продукта (ВВП).