Энергия и цивилизация

Примечание 5.1. Ископаемое топливо

Массовая доля углерода в растениях – 45–55 %, в антраците – почти 100 %, в хорошем битуминозном угле – более 85 %, в сырой нефти обычно – 82–84 %, а в метане (СН₄

), главном ингредиенте природного газа, примерно 75 %. Черный битуминозный уголь составляет большую часть мировой добычи твердого топлива. Поскольку он почти всегда содержит примеси пепла и серы, его сжигание дает зольный унос и SO₂

. До Второй мировой войны эти два главных источника промышленного и городского загрязнения воздуха были причиной, они приводили к выпадению твердого осадка в виде частиц и к возникновению кислотных дождей (Smil 2008а). Сырая нефть – смесь сложных углеводородов, очищение которых позволяет получить бензин, авиационное и дизельное топливо для нужд транспорта, топочное масло для генерации тепла и пара, смазку и материалы для дорожного покрытия. Природный газ, самое чистое ископаемое топливо, является самым легким углеводородом. Углеводороды также получают из каменного угля. «Городской газ» повсеместно использовался для освещения в XIX веке, и современная газификация угля позволяет получить синтетический газ, похожий на природный. Синтетическое жидкое топливо впервые в широком масштабе производила Германия во время Второй мировой.

Энергетическая плотность отличается у разных видов угля, но почти одинакова у углеводородов. Сырая нефть является наилучшим источником энергии: она содержит почти вдвое больше энергии на единицу массы, чем обычный битуминозный уголь. Международная энергетическая статистика использует одну из трех общих единиц измерения: эквивалент условного топлива (содержащего 19,3 МДж/кг), нефтяной эквивалент (42 МДж/ кг), ценность в стандартных энергетических единицах (джоулях) или в двух традиционных единицах: калориях и британских тепловых единицах.

Но только небольшая доля изначально осажденного углерода биомассы превратилась в ископаемое топливо (Dukes 2003). За время формирования угля до 15 % углерода растений стало торфом, из него до 90 % имело шансы стать углем, и в открытых разрезах из богатых слоев может быть извлечено до 95 % угля. В результате до 13 % углерода первичной древней фитомассы можно добыть в виде угля; иными словами, это значит, что, грубо, восемь единиц древнего углерода дают одну единицу поступающего на рынок угля (обычно от 5 до 20 единиц). По контрасту, общий уровень регенерации углерода много ниже в случае сырой нефти и природного газа. Эти виды топлива происходят от организмов, похороненных в морских и озерных осадочных породах, и производство углеводородного топлива дает возможность получить в лучшем случае 1 %, но обычно 0,1 % от того углерода, который присутствовал изначально в виде древней биомассы. Показатель в 0,1 % означает, что 10 000 единиц древнего углерода потребовалось, чтобы получилась единица углерода, проданного в виде сырой нефти или природного газа.