Jednym z najbardziej rozpowszechnionych przekonań na temat paliw kopalnych – ropy naftowej, gazu ziemnego i węgla – jest to, że substancje te zaczęły się jako dinozaury. Jest nawet firma naftowa, Sinclair, która używa Apatozaura jako swojej ikony. Ta historia o dinozaurach jest jednak mitem. Co jest prawdą: Paliwa te miały swój początek dawno, dawno temu – w czasach, gdy te „straszne jaszczury” wciąż chodziły po Ziemi.
Paliwa kopalne przechowują energię w wiązaniach między atomami, które tworzą ich cząsteczki. Spalanie paliw rozrywa te wiązania. To uwalnia energię, która pierwotnie pochodziła ze słońca. Zielone rośliny zamknęły tę energię słoneczną w swoich liściach za pomocą fotosyntezy, miliony lat temu. Zwierzęta zjadły niektóre z tych roślin, przenosząc tę energię w górę sieci pokarmowej. Inne rośliny po prostu umarły i rozłożyły się.
Każdy z tych organizmów, kiedy umiera, może zostać przekształcony w paliwa kopalne, zauważa Azra Tutuncu. Jest ona geologiem i inżynierem naftowym w Colorado School of Mines w Golden. Ale potrzebne są do tego odpowiednie warunki, w tym środowisko beztlenowe (anoksyczne). I czasu. Całe mnóstwo czasu.
Węgiel, który spalamy dzisiaj, miał swój początek jakieś 300 milionów lat temu. Wtedy po Ziemi chodziły dinozaury. Ale nie weszły one w skład węgla. Zamiast tego, rośliny na bagnach i mokradłach obumarły. Gdy ta zieleń opadła na dno tych podmokłych obszarów, częściowo się rozłożyła i zamieniła w torf. Te podmokłe tereny wyschły. Następnie inne materiały osiadły i przykryły torf. Pod wpływem ciepła, ciśnienia i czasu torf przekształcił się w węgiel. Aby wydobyć węgiel, ludzie muszą teraz kopać głęboko w ziemi.
Educators and Parents, Sign Up for The Cheat Sheet
Cotygodniowe aktualizacje, które pomogą Ci wykorzystać Science News for Students w środowisku nauczania
Petroleum – ropa naftowa i gaz ziemny – pochodzi z procesu, który rozpoczął się w starożytnych morzach. Małe organizmy zwane planktonem żyły, umierały i opadały na dno tych oceanów. W miarę jak szczątki osiadały w wodzie, przykrywały martwy plankton. Mikroby żywiły się niektórymi z nich. Reakcje chemiczne dalej przekształcały te zakopane materiały. Ostatecznie powstały dwie substancje: woskowy kerogen i czarna smoła zwana bitumem (jeden ze składników ropy naftowej).
Kerogen może ulegać dalszym zmianom. Gdy gruz zakopuje go coraz głębiej, substancja chemiczna staje się coraz gorętsza i poddana większemu ciśnieniu. Jeśli warunki są odpowiednie, kerogen przekształca się w węglowodory (cząsteczki utworzone z wodoru i węgla), które znamy jako ropę naftową. Jeśli temperatury staną się jeszcze gorętsze, kerogen przekształci się w jeszcze mniejsze węglowodory, które znamy jako gaz ziemny.
Węglowodory w ropie i gazie mają mniejszą gęstość niż skały i woda w skorupie ziemskiej. To skłania je do migracji w górę, przynajmniej do czasu, gdy zostaną uwięzione przez jakąś warstwę ziemi, której nie mogą ominąć. Gdy tak się stanie, stopniowo się gromadzą. To tworzy z nich zbiornik. I pozostaną w nim, dopóki ludzie nie przewiercą się w dół, aby je uwolnić.
Ile ich jest?
Nie ma sposobu, aby dowiedzieć się, ile węgla, ropy i gazu ziemnego leży zakopanych w Ziemi. Nawet określenie tej ilości w liczbach nie byłoby zbyt użyteczne. Niektóre z tych paliw kopalnych po prostu będą znajdować się w miejscach, z których ludzie nie mogą ich bezpiecznie lub tanio wydobyć.
I nawet to może się zmienić w czasie, zauważa Tutuncu.
Jakieś 20 lat temu, mówi, naukowcy wiedzieli, gdzie mogą znaleźć to, co nazywają „niekonwencjonalnymi zasobami”. Były to nagromadzenia ropy i gazu, których nie można było uzyskać za pomocą tradycyjnych technik wiertniczych. Ale wtedy firmy wymyśliły nowe i mniej kosztowne sposoby wydobycia tych zasobów.
Jedną z tych metod jest szczelinowanie hydrauliczne. Lepiej znana jako szczelinowanie, to kiedy wiertnicy wstrzykują mieszankę wody, piasku i chemikaliów głęboko w ziemię, aby wymusić wydobycie ropy i gazu. W przewidywalnej przyszłości, mówi Tutuncu, „nie sądzę, żebyśmy się wyczerpali. To tylko kwestia ulepszeń w technologii .”
Spalanie paliw kopalnych tworzy dwutlenek węgla i inne gazy cieplarniane. Mogą one przyczynić się do zmian klimatycznych i globalnego ocieplenia. Z tego powodu wielu naukowców ostrzegło, że ludzie powinni przestać używać paliw kopalnych. Alternatywy, takie jak energia wiatrowa i słoneczna, nie wytwarzają gazów cieplarnianych.
Całkowite zrezygnowanie z paliw kopalnych nie będzie jednak łatwe, przynajmniej w najbliższej przyszłości, mówi Tutuncu. Substancje te są wykorzystywane nie tylko do produkcji energii. Tworzywa sztuczne i wiele innych produktów zawiera paliwa kopalne w swoich recepturach. Naukowcy i inżynierowie będą musieli wymyślić przyjazne dla środowiska zamienniki tych wszystkich produktów, jeśli społeczeństwo zdecyduje się uniezależnić od paliw kopalnych.