Der Begriff „fossile Brennstoffe“ wird heutzutage häufig verwendet. Meistens tritt es im Zusammenhang mit Umweltproblemen, dem Klimawandel oder der sogenannten „Energiekrise“ auf. Die Abhängigkeit der Menschheit von fossilen Brennstoffen ist nicht nur eine Hauptverschmutzungsquelle, sondern hat in den letzten Jahrzehnten auch zu einigen Ängsten geführt und die Nachfrage nach Alternativen angeheizt.
Aber was sind fossile Brennstoffe? Während die meisten Menschen dazu neigen, an Benzin und Öl zu denken, wenn sie diese Worte hören, gilt dies tatsächlich für viele verschiedene Arten von Energiequellen, die aus zersetztem organischem Material gewonnen werden. Wie die Menschheit so abhängig von ihnen wurde und worauf wir achten können, um sie zu ersetzen, sind einige der größten Sorgen, mit denen wir heute konfrontiert sind.
Definition:
Fossile Brennstoffe beziehen sich auf Energiequellen, die durch anaerobe Zersetzung lebender Materie entstehen, die durch alte Photosynthese Energie enthält. Typischerweise sind diese Organismen seit Millionen von Jahren tot, wobei einige bis in die Kryogenzeit (vor ca. 650 Millionen Jahren) zurückreichen.
Fossile Brennstoffe enthalten einen hohen Anteil an Kohlenstoff und gespeicherter Energie in ihren chemischen Bindungen. Sie können in Form von Erdöl, Kohle, Erdgas und anderen brennbaren Kohlenwasserstoffverbindungen vorliegen. Während Erdöl und Erdgas durch Zersetzung von Organismen entstehen, sind Kohle und Methan das Ergebnis der Zersetzung von Landpflanzen.
Im ersteren Fall wird angenommen, dass sich vor Millionen von Jahren große Mengen an Phytoplankton und Zooplankton auf dem Grund von Meeren oder Seen niedergelassen haben. Im Laufe von vielen Millionen Jahren vermischte sich diese organische Substanz mit Schlamm und wurde unter schweren Sedimentschichten vergraben. Die resultierende Wärme und der Druck führten dazu, dass sich die organische Substanz chemisch veränderte und schließlich Kohlenstoffverbindungen bildete.
Im letzteren Fall war die Quelle totes Pflanzenmaterial, das während der Karbonperiode - d. H. Am Ende der Devonperiode bis zum Beginn der Permperiode (vor ca. 300 und 350 Millionen Jahren) - mit Sedimenten bedeckt war. Im Laufe der Zeit verfestigten sich diese Ablagerungen oder wurden gasförmig, wodurch Kohlefelder, Methan und Erdgase entstanden.
Moderne Anwendungen:
Kohle wird seit der Antike als Brennstoff verwendet, häufig in Öfen zum Schmelzen von Metallerzen. Unverarbeitetes und nicht raffiniertes Öl wird seit Jahrhunderten auch in Lampen zum Zwecke der Beleuchtung verbrannt, und halbfeste Kohlenwasserstoffe (wie Teer) wurden zur Abdichtung (hauptsächlich am Boden von Booten und auf Docks) und zum Einbalsamieren verwendet.
Die weit verbreitete Verwendung fossiler Brennstoffe als Energiequellen begann während der industriellen Revolution (18. - 19. Jahrhundert), als Kohle und Öl anfingen, tierische Quellen (d. H. Walöl) zu ersetzen, um Dampfmaschinen anzutreiben. Zur Zeit der zweiten industriellen Revolution (ca. 1870 - 1914) wurden Öl und Kohle für den Antrieb elektrischer Generatoren verwendet.
Die Erfindung des Verbrennungsmotors (d. H. Automobile) erhöhte den Ölbedarf exponentiell, ebenso wie die Entwicklung von Flugzeugen. Gleichzeitig entstand die petrochemische Industrie, in der aus Erdöl Produkte hergestellt wurden, die von Kunststoffen bis hin zu Rohstoffen reichten. Darüber hinaus wurde Teer (ein übrig gebliebenes Produkt aus der Erdölförderung) beim Bau von Straßen und Autobahnen weit verbreitet.
Fossile Brennstoffe wurden für die moderne Fertigung, Industrie und den Transport von zentraler Bedeutung, da sie pro Masseneinheit erhebliche Mengen an Energie produzieren. Nach Angaben der Internationalen Energieagentur (IEA) wird der weltweite Energiebedarf nach wie vor überwiegend aus Quellen wie Kohle (41,3%) und Erdgas (21,7%) gedeckt, obwohl der Ölpreis auf nur 4,4% gesunken ist.
Die Industrie für fossile Brennstoffe macht auch einen großen Teil der Weltwirtschaft aus. Im Jahr 2014 lag der weltweite Kohleverbrauch bei über 3,8 Milliarden Tonnen und erzielte allein in den USA einen Umsatz von 46 Milliarden US-Dollar. Im Jahr 2012 erreichte die weltweite Öl- und Gasförderung über 75 Millionen Barrel pro Tag, während der weltweite Umsatz der Branche rund 1,247 Billionen US-Dollar erreichte.
Die Industrie für fossile Brennstoffe genießt auch weltweit einen hohen staatlichen Schutz und Anreize. Einem Bericht der IEA aus dem Jahr 2014 zufolge sammelt die fossile Brennstoffindustrie jährlich 550 Milliarden US-Dollar an globalen staatlichen Subventionen. Eine Studie des Internationalen Währungsfonds (IWF) aus dem Jahr 2015 ergab jedoch, dass die tatsächlichen Kosten dieser Subventionen für Regierungen weltweit rund 5,3 Billionen US-Dollar (oder 6,5% des globalen BIP) betragen.
Auswirkungen auf die Umwelt:
Der Zusammenhang zwischen fossilen Brennstoffen und Luftverschmutzung in Industrienationen und Großstädten ist seit der industriellen Revolution offensichtlich. Zu den Schadstoffen, die beim Verbrennen von Kohle und Öl entstehen, gehören Kohlendioxid, Kohlenmonoxid, Stickoxide, Schwefeldioxid, flüchtige organische Verbindungen und Schwermetalle, die alle mit Atemwegserkrankungen und einem erhöhten Krankheitsrisiko in Verbindung gebracht wurden.
Die Verbrennung fossiler Brennstoffe durch den Menschen ist auch die weltweit größte Quelle für Kohlendioxidemissionen (etwa 90%). Dies ist eines der wichtigsten Treibhausgase, die den Strahlungsantrieb (auch bekannt als Treibhauseffekt) ermöglichen und dazu beitragen globale Erwärmung.
Im Jahr 2013 gab die National Oceanic and Atmospheric Administration bekannt, dass der CO²-Gehalt in der oberen Atmosphäre zum ersten Mal seit Beginn der Messungen im 19. Jahrhundert 400 ppm (parts per million) erreichte. Basierend auf der aktuellen Wachstumsrate der Emissionen schätzt die NASA, dass der Kohlenstoffgehalt im kommenden Jahrhundert zwischen 550 und 800 ppm liegen könnte.
Wenn das erstere Szenario der Fall ist, rechnet die NASA mit einem Anstieg der globalen Durchschnittstemperaturen um 2,5 ° C (4,5 ° F), was nachhaltig wäre. Sollte sich jedoch das letztere Szenario als richtig erweisen, werden die globalen Temperaturen um durchschnittlich 4,5 ° C (8 ° F) ansteigen, was das Leben für viele Teile des Planeten unhaltbar machen würde. Aus diesem Grund wird nach Alternativen für die Entwicklung und die weit verbreitete kommerzielle Akzeptanz gesucht.
Alternativen:
Aufgrund der langfristigen Auswirkungen des Einsatzes fossiler Brennstoffe entwickeln Wissenschaftler und Forscher seit über einem Jahrhundert Alternativen. Dazu gehören Konzepte wie die seit dem späten 19. Jahrhundert bestehende Wasserkraft, bei der fallendes Wasser zum Drehen von Turbinen und zur Stromerzeugung verwendet wird.
Seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts wird die Kernenergie auch als Alternative zu Kohle und Erdöl angesehen. Hier werden langsam spaltende Reaktoren (die auf Uran oder dem radioaktiven Zerfall anderer schwerer Elemente beruhen) zum Erhitzen von Wasser verwendet, das wiederum Dampf erzeugt, um Turbinen zu drehen.
Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts wurden mehrere weitere Methoden vorgeschlagen, die von einfach bis hochentwickelt reichen. Dazu gehört die Windkraft, bei der Änderungen des Luftstroms Turbinen antreiben. Solarenergie, bei der Photovoltaikzellen die Sonnenenergie (und manchmal auch Wärme) in Elektrizität umwandeln; Geothermie, die auf Dampf aus der Erdkruste beruht, um Turbinen zu drehen; und Gezeitenkraft, bei der Änderungen der Gezeiten Turbinen drücken.
Alternative Kraftstoffe werden auch aus biologischen Quellen gewonnen, wo pflanzliche und biologische Quellen als Ersatz für Benzin verwendet werden. Wasserstoff wird auch als Stromquelle entwickelt, von Wasserstoffbrennstoffzellen über Wasser bis hin zum Antrieb von Verbrennungs- und Elektromotoren. Es wird auch Fusionskraft entwickelt, bei der Wasserstoffatome in Reaktoren fusioniert werden, um saubere, reichlich vorhandene Energie zu erzeugen.
Bis zur Mitte des 21. Jahrhunderts dürften fossile Brennstoffe veraltet sein oder zumindest in Bezug auf ihre Nutzung erheblich zurückgegangen sein. Aus historischer Sicht wurden sie jedoch mit den größten und am längsten andauernden Explosionen des menschlichen Wachstums in Verbindung gebracht. Es bleibt abzuwarten, ob die Menschheit die langfristigen Auswirkungen dieses Wachstums überleben wird, zu dem eine intensive Verbrennung fossiler Brennstoffe und Treibhausgasemissionen gehören.
Wir haben viele Artikel über fossile Brennstoffe für das Space Magazine geschrieben. Was ist ein verstärkter Treibhauseffekt?, Gase in der Atmosphäre, Was verursacht Luftverschmutzung? Was ist, wenn wir alles verbrennen? Was ist alternative Energie? Und "Der Klimawandel ist jetzt sicherer als je zuvor", heißt es in einem neuen Bericht
Wenn Sie weitere Informationen zu fossilen Brennstoffen wünschen, besuchen Sie das Earth Observatory der NASA. Und hier ist ein Link zum Artikel der NASA zum Schutz unserer Atmosphäre.
Astronomy Cast hat auch einige Episoden, die für das Thema relevant sind. Hier ist Episode 51: Erde und Episode 308: Klimawandel.
Quellen:
- Wikipedia -Fossiler Brennstoff
- Sciencedaily - fossil_fuel
- Energieministerium - Fossile Brennstoffe
