De term "fossiele brandstoffen" wordt tegenwoordig veel gebruikt. Vaker wel dan niet, komt het naar voren in de context van milieukwesties, klimaatverandering of de zogenaamde "energiecrisis". Behalve dat het een belangrijke bron van vervuiling is, heeft de afhankelijkheid van de mensheid van fossiele brandstoffen de afgelopen decennia geleid tot behoorlijk wat ongerustheid en heeft het de vraag naar alternatieven aangewakkerd.
Maar wat zijn fossiele brandstoffen eigenlijk? Hoewel de meeste mensen de neiging hebben om aan benzine en olie te denken wanneer ze deze woorden horen, is het in feite van toepassing op veel verschillende soorten energiebronnen die zijn afgeleid van afgebroken organisch materiaal. Hoe de mensheid zo afhankelijk van hen is geworden, en waar kunnen we naar kijken om ze te vervangen, zijn enkele van de grootste zorgen waarmee we vandaag worden geconfronteerd.
Definitie:
Fossiele brandstoffen verwijzen naar energiebronnen die worden gevormd als gevolg van de anaërobe ontbinding van levende materie die energie bevat als gevolg van oude fotosynthese. Doorgaans zijn deze organismen al miljoenen jaren dood, waarvan sommige teruggaan tot de cryogene periode (ca. 650 miljoen jaar geleden).
Fossiele brandstoffen bevatten hoge percentages koolstof en opgeslagen energie in hun chemische bindingen. Ze kunnen de vorm aannemen van aardolie, kolen, aardgas en andere brandbare koolwaterstofverbindingen. Terwijl aardolie en aardgas worden gevormd door de afbraak van organismen, zijn steenkool en methaan het resultaat van de afbraak van terrestrische planten.
In het geval van het eerste wordt aangenomen dat grote hoeveelheden fytoplankton en zoöplankton miljoenen jaren geleden op de bodem van zeeën of meren zijn neergedaald. In de loop van vele miljoenen jaren vermengde deze organische stof zich met modder en werd onder zware sedimentlagen begraven. De resulterende hitte en druk zorgden ervoor dat de organische stof chemisch veranderde en uiteindelijk koolstofverbindingen vormde.
In het laatste geval was de bron dood plantaardig materiaal dat tijdens het Carboon - dat wil zeggen het einde van het Devoon tot het begin van de Perm (ongeveer 300 en 350 miljoen jaar geleden) in het sediment was bedekt. In de loop van de tijd stolden deze afzettingen vast of werden ze gasvormig, waardoor kolenvelden, methaan en aardgassen ontstonden.
Modern gebruik:
Steenkool wordt al sinds de oudheid gebruikt als brandstof, vaak in ovens om metaalertsen te smelten. Onverwerkte en ongeraffineerde olie werd ook eeuwenlang in lampen verbrand ter verlichting, en halfvaste koolwaterstoffen (zoals teer) werden gebruikt voor waterdichting (grotendeels op de bodems van boten en op dokken) en voor balsemen.
Het wijdverbreide gebruik van fossiele brandstoffen als energiebron begon tijdens de industriële revolutie (18e - 19e eeuw), waar steenkool en olie dierlijke bronnen (d.w.z. walvisolie) begonnen te vervangen door stoommachines. Tegen de tijd van de Tweede Industriële Revolutie (ca. 1870 - 1914) werden olie en kolen gebruikt om elektrische generatoren van stroom te voorzien.
De uitvinding van de verbrandingsmotor (dat wil zeggen auto's) verhoogde de vraag naar olie exponentieel, evenals de ontwikkeling van vliegtuigen. Tegelijkertijd ontstond de petrochemische industrie, waarbij aardolie werd gebruikt voor de productie van producten, variërend van kunststoffen tot grondstoffen. Daarnaast werd teer (een restproduct van de aardoliewinning) veel gebruikt bij de aanleg van wegen en snelwegen.
Fossiele brandstoffen werden centraal in de moderne productie, industrie en transport vanwege de manier waarop ze aanzienlijke hoeveelheden energie per massa-eenheid produceren. Vanaf 2015 wordt volgens het International Energy Agency (IEA) nog steeds voornamelijk in de energiebehoeften van de wereld voorzien door bronnen als kolen (41,3%) en aardgas (21,7%), hoewel de olie is gedaald tot slechts 4,4%.
De fossiele brandstofindustrie is ook goed voor een groot deel van de wereldeconomie. In 2014 bedroeg het wereldwijde steenkoolverbruik meer dan 3,8 miljard ton en was alleen al in de VS goed voor 46 miljard dollar aan inkomsten. In 2012 bereikte de wereldwijde olie- en gasproductie meer dan 75 miljoen vaten per dag, terwijl de wereldwijde inkomsten van de industrie ongeveer 1,247 miljard dollar bedroegen.
De fossiele brandstofindustrie geniet ook wereldwijd veel overheidsbescherming en stimulansen. Een rapport uit 2014 van het IEA gaf aan dat de fossiele brandstofindustrie jaarlijks 550 miljard dollar aan wereldwijde overheidssubsidies inzamelt. Uit een studie van het Internationaal Monetair Fonds (IMF) uit 2015 bleek echter dat de werkelijke kosten van deze subsidies aan regeringen wereldwijd ongeveer 5,3 biljoen dollar (of 6,5% van het wereldwijde bbp) bedragen.
Milieu-effecten:
Het verband tussen fossiele brandstoffen en luchtverontreiniging in geïndustrialiseerde landen en grote steden is duidelijk sinds de industriële revolutie. Verontreinigende stoffen die ontstaan door het verbranden van kolen en olie zijn onder meer kooldioxide, koolmonoxide, stikstofoxiden, zwaveldioxide, vluchtige organische stoffen en zware metalen, die allemaal in verband zijn gebracht met aandoeningen van de luchtwegen en een verhoogd ziekterisico.
Het verbranden van fossiele brandstoffen door mensen is ook wereldwijd de grootste bron van uitstoot van kooldioxide (ongeveer 90%), een van de belangrijkste broeikasgassen die stralingsforcering (ook bekend als het broeikaseffect) mogelijk maakt en bijdraagt aan opwarming van de aarde.
In 2013 kondigde de National Oceanic and Atmospheric Administration aan dat de CO²-niveaus in de bovenste atmosfeer voor het eerst sinds het begin van de metingen in de 19e eeuw 400 deeltjes per miljoen (ppm) bereikten. Op basis van het huidige tempo waarin de emissies toenemen, schat NASA dat de koolstofniveaus de komende eeuw tussen de 550 en 800 ppm zouden kunnen bereiken.
Als het eerste scenario het geval is, verwacht NASA een stijging van 2,5 ° C (4,5 ° F) in gemiddelde wereldwijde temperaturen, wat duurzaam zou zijn. Mocht het laatste scenario echter het geval blijken te zijn, dan zullen de temperaturen op aarde met gemiddeld 4,5 ° C (8 ° F) stijgen, wat het leven voor veel delen van de planeet onhoudbaar zou maken. Daarom wordt gezocht naar alternatieven voor ontwikkeling en wijdverbreide commerciële adoptie.
Alternatieven:
Vanwege de langetermijneffecten van het gebruik van fossiele brandstoffen, ontwikkelen wetenschappers en onderzoekers al meer dan een eeuw alternatieven. Deze omvatten concepten zoals waterkracht - die al sinds het einde van de 19e eeuw bestaat - waarbij vallend water wordt gebruikt om turbines te laten draaien en elektriciteit op te wekken.
Sinds de tweede helft van de 20e eeuw wordt ook naar kernenergie gekeken als alternatief voor kolen en aardolie. Hier worden reactoren met langzame splijting (die afhankelijk zijn van uranium of het radioactieve verval van andere zware elementen) gebruikt om water te verwarmen, wat op zijn beurt stoom genereert om turbines te laten draaien.
Sinds het midden van de 2de eeuw zijn er nog verschillende methoden voorgesteld die variëren van eenvoudig tot zeer geavanceerd. Deze omvatten windenergie, waar veranderingen in de luchtstroom turbines duwen; zonne-energie, waarbij fotovoltaïsche cellen de energie van de zon (en soms warmte) omzetten in elektriciteit; geothermische energie, die afhankelijk is van stoom die uit de aardkorst wordt getapt om turbines te laten draaien; en getijdenkracht, waar veranderingen in de getijden turbines duwen.
Ook worden alternatieve brandstoffen gewonnen uit biologische bronnen, waarbij plantaardige en biologische bronnen worden gebruikt ter vervanging van benzine. Waterstof wordt ook ontwikkeld als energiebron, variërend van waterstofbrandstofcellen tot water dat wordt gebruikt voor het aandrijven van verbrandingsmotoren en elektrische motoren. Er wordt ook fusievermogen ontwikkeld, waarbij waterstofatomen in reactoren worden versmolten om schone, overvloedige energie op te wekken.
Tegen het midden van de 21e eeuw zullen fossiele brandstoffen naar verwachting verouderd zijn of in ieder geval aanzienlijk zijn afgenomen in termen van gebruik. Maar vanuit historisch oogpunt worden ze geassocieerd met de grootste en meest langdurige explosies in de menselijke groei. Of de mensheid de langetermijneffecten van deze groei - waaronder een intense hoeveelheid verbranding van fossiele brandstoffen en broeikasgasemissies - zal overleven, valt nog te bezien.
Voor Space Magazine hebben we veel artikelen geschreven over fossiele brandstoffen. Hier is wat is een verbeterd broeikaseffect?, Gassen in de atmosfeer, wat veroorzaakt luchtverontreiniging ?, wat als we alles verbranden?, Wat is alternatieve energie ?, en "klimaatverandering is nu zekerder dan ooit", aldus een nieuw rapport.
Als je meer informatie wilt over fossiele brandstoffen, ga dan naar NASA's Earth Observatory. En hier is een link naar NASA's artikel over het beschermen van onze atmosfeer.
Astronomy Cast heeft ook enkele afleveringen die relevant zijn voor het onderwerp. Hier is aflevering 51: aarde en aflevering 308: klimaatverandering.
Bronnen:
- Wikipedia-fossiele brandstof
- Sciencedaily - fossil_fuel
- Ministerie van Energie - Fossiele brandstoffen
