Вместо введения
Наши древние предки, освоившие огонь, быстро поняли, что жечь дрова, конечно, легко и просто, но слишком затратно. Дерево не дает много тепла, а если срубить слишком много деревьев, нужно либо уходить на другое место, либо ждать, пока вырастут новые. Долго и неудобно!
- Но ведь деревья росли на нашей планете до нас в течение миллионов лет. Не могли же они все полностью исчезнуть? - так могли думать наши далеко не глупые предки.
К тому же развитие условий жизни и технологий - например, приготовление пищи и обогрев, выплавка металлов, а затем и развитие паровой тяги - требовало все больше энергии. Так или иначе, но человек нашел замену обычного дерева у себя под ногами - залежи «чего-то горючего», что давало гораздо больше тепла.
Это что-то, принятое называть ископаемым топливом, оказалось на поверку тем самым старым деревом, останками динозавров и прочей живности, которая скапливалась и «готовилась» миллионы лет в толще земли.
Дальнейшие изыскания привели к тому, что такое ископаемое топливо может быть не только твердым, но и жидким и даже газообразным. Да еще и давать больше теплоты при сгорании!
Так что же такое ископаемое топливо и какое оно бывает? Ну и заодно - а много ли его? Сколько нам оставили динозавры?
К ископаемому топливу принято относить твердое - уголь, антрацит, торф; жидкое - нефть; и газообразное - природный и попутный нефтяной газы.
Твердое ископаемое топливо
Растения, росшие миллионы лет назад в болотистых регионах, умирали, частично разлагались и накапливались слоями в земле, превращаясь в торф. Торф, под воздействием давления горных пород (например, обвалов породы из-за землетрясений), погружался глубже, под давлением нагревался и со временем превращался в более плотный уголь (опять же разного качества).
Любой уголь состоит из органических веществ, сажи и влаги. Сажа и влага, очевидно, не несут никакой пользы при сжигании - на них попросту тратится драгоценна теплота, которую можно было бы использовать на пользу обществу. Самое ценное - это органика, причем именно углерод, хотя в соединениях органики в угле присутствуют и другие элементы: водород, азот или, например, сера.
Поэтому наиболее ценными углями являются те, у которых минимально содержание влаги и сажи и максимально содержание углерода.
По своей ценности, начиная с наименее полезного, являются торф, бурый уголь, каменный уголь и антрацит.
Твердое ископаемое топливо – это единственное ископаемое топливо, которое в том или ином виде есть практически в любой стране.
Согласно данным BP statistical report и EIA, разведанных и извлекаемых запасов угля в мире более триллиона тонн (на 2021 год), причем 75% этих запасов находятся в 5 странах: США, России, Австралии, Китае и Индии. Стоит отметить, что реальных запасов существенно больше, а здесь мы говорим лишь о тех запасах, которые точно задокументированы и которые можно экономически выгодно извлечь и использовать.
Так сколько же это энергии?
Из одной тонны угля - при современном развитии технологии - можно получить около 1,9 МВт•ч энергии. Получается, что разведанных запасов (усреднено) нам хватит на 11 лет - если вообще все перевести на уголь.
Заметим еще раз, что здесь мы говорим не только об электричестве, но вообще обо всей энергии, которую тратит человечество.
Жидкое ископаемое топливо
В отличие от угля, нефть образовалась по-другому. Древний фитопланктон и другие морские организмы, отмирая, скапливались на океанском дне. Эти отложения, замурованные в осадочных породах, со временем превращались в вещество, называемое кероген. А он, под воздействием давления и высокой температуры, со временем уже превращался в нефть.
Нефть – сложная по составу жидкость, которая содержит различные углеводороды, растворенные газы и другие вещества. После добычи, нефть очищают и разделяют на фракции, которые уже используют для разных нужд.
В отличие от твердого топлива, запасы нефть сконцентрированы в нескольких странах, которым сильно повезло! Лидерами по запасам нефти являются Венесуэла, Саудовская Аравия, Канада, Иран, Ирак, Россия и Кувейт.
Это не означает, что эти запасы финальны – каждый год можно слышать, что подтвержденные запасы увеличились, что открыли новые месторождения. Но вряд ли такие большие и экономически доступные запасы смогут найти в какой-то другой стране в ближайшем будущем.
Если по аналогии с углем мы примем, что 1 баррель нефти может дать около 1,7 МВт ч энергии, то всех наших запасов хватит на… 17 лет! Чуть на подольше, чем угля.
Газообразное ископаемое топливо
К газообразному ископаемому топливу принято относить природный газ и попутный нефтяной газ (ПНГ), который растворен в нефти.
Эти газы представляют собой смесь разных углеводородов - метана, этана, пропана, а также углекислого газа, азота и много еще чего.
Если говорить совсем просто, то природный и попутный газы образовались из нефти при ее дальнейшем нагреве и сжатии за прошедшие миллионы лет. Поэтому газ часто находят вместе с нефтью.
В идеальном случае, природный газ добывается из подземного естественного резервуара под давление. Это эффективно и технически, и экономически. А вот если газ растворен в каком-нибудь песчаном слое или осадочных породах, то тогда добывать его традиционными способами невыгодно.
Мировые подтвержденные запасы газа также сконцентрированы в нескольких странах. Больше всего газа у нас в России, затем идут Иран, Катар и Туркменистан, а замыкает газовую«пятерку» США.
Предполагая, что 1 кубометр газа может дать нам 10 с небольшим кВтч энергии, мы получаем, что запасов газа хватит всего на 11 лет!
Подведем итоги
Так что же получается: запасов ископаемого топлива у нас всего на 40 лет? На самом деле это, конечно, не так.
Во-первых, это не все запасы, а лишь подтвержденные и экономически выгодные запасы для добычи при текущем уровне технологии.
Во-вторых, мы считаем всю потребляемую энергию. Более правильно посмотреть, на сколько хватит запасов ископаемого топлива, если мы будет тратить его с той же скоростью, что и сейчас. Тогда картина выглядит чуть более позитивно.
Ну а с учетом растущего потребления эти запасы будут истощаться еще быстрее, а само ископаемое топливо будет только дорожать.
Поэтому становится все более важно экономно расходовать ресурсы, продлевать срок службы товаров и, по возможности, вовлекать отходы обратно в цикл производства.