[科普中国]-化石燃料

种类划分

化石燃料是指煤炭、石油、天然气等这些埋藏在地下和海洋下的不能再生的燃料资源。化石燃料中按埋藏的能量的数量的顺序分有煤炭类、石油、油页岩、天然气、油砂以及海下的可燃冰等。

煤炭煤炭是埋藏在地下的植物受地下和地热的作用，经过几千万年乃至几亿年的炭化过程，释放出水份、二氧化碳、甲烷等气体后，含氧量减少而形成的。煤中有机质是复杂的高分子有机化合物，主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成，含碳量非常丰富。由于地质条件和进化程度不同，含碳量不同，从而发热量也就不同。按发热量大小顺序分为无烟煤、半无烟煤、烟煤和褐煤等。煤炭在地球上分布较为广泛，不集中某一产地。

石油石油是水中堆积的微生物残骸，在高压的作用下形成的碳氢化合物。石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。石油在地球上分布不均，中东占54%，北美占12%，南美占9%，几乎占了可确认埋藏量的3/4。

石油是一种全球使用量最高的化石燃料，耗尽的时间较其他的较慢。可广泛使用的可再生能源例如肥料发电、能量高的核能发电和科学不断的进步都可减少对化石燃料的依赖。此外，石油使用量高也因为它是石化产品的原材料, 用途广泛。

在供给和需求概念原则的建议下，当化石燃料的供应下降，价格就会上升。因此当化石燃料价格高的时候，能源选择性会更多，原先普遍被认为不符合经济效益的可再生能源会成为较符合经济效益而开发的能源之一。现时，虽然人工汽油和其他的可再生能源的所需要成本及加工技术较普通的石油生产为高及复杂，但在将来的经济效益较普通的石油生产为高。

油页岩油页岩是水藻炭化后形成的，含灰分过多，多半不能自烯。油砂是含重质油4～20%的砂子。油页岩和油砂在美洲大陆偏多。

天然气天然气直接采掘于地下，含甲烷为主。在摄氏零下162度被冷却，液化后，作为液化天然气 用大型专用海轮或油罐输送。天然气的分布也非常偏于中东，美洲和欧洲大陆。

可燃冰可燃冰是发现的储存在深海低的一种以甲烷的固体形式存在的可燃物。

面临现状在踏入全球现代化的步伐20世纪至21世纪中，化石燃料（fossil fuel）潜在着能源短缺的危机，特别是从石油提炼出来的汽油，是引致全球石油危机的一个原因。现时，全球正趋向发展可再生能源和核能，这可以帮助增加全球的能源所需。

人类不断地燃烧化石燃料而排放二氧化碳（温室气体的主来源之一），是加快全球变暖的因素之一。此外，生物燃料中的二氧化碳成份是来自大气层，因此发展生物燃料可以减少在大气层上的二氧化碳，因为可靠种植来减少二氧化碳的含量，从而减低温室效应。

到目前为止，世界各国所用的燃料几乎都是化石燃料，即石油、天然气和煤。自然界经历几百万年逐渐形成的化石燃料，可能在几百年内全部被人类耗尽。据观察、研究表明，今天在地下已没有煤和石油在形成。石油也叫原油，它是黄色到黑色的可燃性粘稠液体，常跟天然气共存，是很复杂的混合物。石油的性质因产地不同而不同，密度、粘度和凝固点的差别很大，例如，凝固点有的高达30℃，有的低到-66℃。热值从43.7～46.2MJ/kg。石油中各组分的沸点差别也很大，从25℃～500℃以上。石油里的主要元素是碳和氢，分别占83～87%和11～14%。此外还含有少量的硫（0.06～8%）、氮（0.02～1.7%）、氧（0.08～1.8%）以及微量金属元素（镍、钒、铁、铜）等。天然气从广义上讲，指埋藏在地层中自然形成的气体的总称。但通常所指的天然气只指贮藏在地层较深部的可燃性气体（气态的化石燃料）和跟石油共存的气体（常称油田伴生气）。天然气的主要成分是甲烷。此外，根据不同的地质条件，还含有不同数量的乙烷、丙烷、丁烷、戊烷、己烷等低碳烷烃以及二氧化碳、氮气、氢气、硫化物等非烃类物质。有的气田中还含有氦气。甲烷含量高的天然气叫干气，两个或两个以上碳原子烷烃含量较高的天然气称为湿气。我国四川自贡盛产天然气。煤也叫煤炭,它是埋藏在地下的固态可燃性矿物。煤是一种混合物,没有单一的分子结构,经过科学家长期研究，已经有煤结构的普通型式介绍。煤的结构里有大量的碳原子环，一些环相互稠合，另一些环键合成长链。比较常见的有W．H．怀泽的烟煤结构模型，但都还没有能揭示煤的实质结构。煤中有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等元素。

从探明的储量分析，现地球上的石油、天然气和煤炭的总储量分别为：

石油 1万亿桶

天然气 120万亿立方米

煤炭 1万亿吨按照全世界对化石燃料的消耗速度计算，这些能源可供人类使用的时间大约还有：

石油 45-50年

天然气 50-60年

煤炭 200-220年

尽量减少对不可再生的化石燃料的消耗，在有可能的情况下多使用可再生能源(如太阳能、风能、水能、生物能、潮汐能)，是我们要关心和参与的事情。2

环境影响由于化石燃料是世界一次能源的主要部分，其开采、燃烧耗用等方面的数量都很大，从而对环境的影响也令人关注。

开采过程对环境的影响最典型的是煤炭开采，包括开采对土地的损害、对村庄的损害和对水资源的影响。据不完全统计，迄今为止平均每开采万吨煤炭塌陷农田0.2公顷，平均每年塌 陷2万公顷。中国建筑物下压煤超过48亿吨，其中村庄下压煤占2/3。而且，煤炭燃烧会产生二氧化硫和二氧化氮污染环境。

在山东、河北、河南、安徽和江苏五省平原地区，压煤村庄1100个，居住村民百万以上。开采造成水资源的污染对生态环境的影响也量大面广，平均每开采1吨原煤需排放2吨污水更严重的是，在有些地区，由于水源和江河湖海的严重污染，造成居民用水短缺。

化石燃料在利用过程中对环境的影响主要是燃烧时各种气体与固体废物和发电时的余热所造成的污染。化石燃料时产生的污染物对环境的影响主要有两个方面。一是全球气候变化。燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳的浓度上升，从而导致温室效应加剧，改变了全球的气候，生态平衡失衡。二是热污染。火电站发电所剩“余热”被排出到河流、湖泊、大气或海洋中，在多数情况下会引起热污染。例如，这种废热水进入水域时，其温度比水域的温度平均要高出7～8℃，使生物要离开该水域。3

温室效应科学家警告称，如果人类仍然尽一切可能地燃烧可用化石燃料，世界上多数人口最密集的大型城市将被海水淹没。这些城市包括：伦敦、纽约、东京、香港和上海等。

人类燃烧石油、天然气和煤炭将释放大量二氧化碳，从而导致南极冰盖完全融化，出现海平面破坏性上升。虽然南极洲西部冰盖曾是多数气候变化研究的焦点，但是最新一份研究报告显示，南极洲东部冰盖也濒临融化。

该研究报告合著作者安德斯-列维尔曼(Anders Levermann)教授称，如果我们希望能够将东京、香港、上海、加尔各答、汉堡和纽约等城市仍然延续发展下去，就必须避免南极洲东部冰盖融化。

这项研究推断称，无法减弱的碳排放正在导致海平面升高，从整体上威胁南极洲冰盖。如果我们燃烧当前可利用的所有化石燃料资源，未来南极洲将变成完全没有冰层覆盖的海洋。

未来无限制地排放二氧化碳气体，南极洲海平面将大幅升高，未来1000年将升高数十米，最终导致全球冰盖消融。列维尔曼的同事肯-卡尔代拉(Ken Caldeira)说：“目前并不清楚这种动态冰盖融化是否是可逆转的，如果是这样的话，需要多长时间才能逆转。依据当前人类的生活方式，我们无法停止使用化石燃料，阻止释放二氧化碳进入大气层。如果我们不能停止释放二氧化碳进入空气中，一些共计容纳数亿居民生活的多个超级城市未来有一天将沉入海底。”

今年初，科学家警告称，世界必须做好气候快速变化的准备工作。这项研究显示，到2020年，北半球气温每十年升高0.25摄氏度，这一升高幅度至少过去1000年内未出现过。

据悉，这项研究是由美国太平洋西北国家实验室研究员负责的，他们聚焦40年为一周期的气候变迁，总体来讲，由于人类活动增大温室气体排放，从而诱捕太阳热量使全球变得更加温暖。4

化石燃料的燃烧在燃烧过程中，化石燃料中的碳转变为二氧化碳进入大气，使大气中二氧化碳浓度增大。而二氧化碳作为一种温室气体具有吸热和隔热的功能。它在大气中增多的结果是形成一种无形的玻璃罩，使太阳辐射到地球上的热量无法向外层空间发散，其结果是地球表面变热起来，加重了温室效应。自工业革命以来，尽管因化石燃料的使用，人类社会的生产力大大提高，但随之引起全球气候变暖等一系列严重问题，也逐渐引起全世界各国的关注。

化石燃料又叫做矿物燃料、矿石燃料。指埋藏地层中的不同地质年代的动植物遗体经历漫长地质条件的变化，以及温度、压力和微生物的作用而形成的一类可燃性矿物。所有的化石燃料都是由碳氢化合物组成的，所以燃烧时会释放二氧化碳。人为二氧化碳排放的主要来源是能源生产和交通运输的化石燃料燃烧。由于化石燃料的开采利用规模十分庞大，从而对环境的影响也令人关注。

化石燃料可分为气体燃料（如天然气）、液体燃料(如石油)、固体燃料（如煤炭、油页岩、油砂等）。其中煤炭、石油、天然气使用的最为广泛，也是二氧化碳的主要来源。煤炭是一种混合物，有机质元素主要是碳，其次是氢，还有氧、氮和硫等。由于含炭量非常丰富，煤炭的燃烧会排放大量的二氧化碳。比如，据有关单位计算，我国煤炭燃料排放的二氧化碳量占矿物燃料排放二氧化碳量的八成以上，占中国温室气体总量的一半多，充分说明了煤炭燃烧在温室气体和二氧化碳排放中的显著地位。

石油也叫原油，是水中堆积的微生物残骸，在高压的作用下形成的碳氢化合物。石油是一种可燃性粘稠液体, 常跟天然气共存,是很复杂的混合物。石油经过精制后可得到汽油、煤油、柴油和重油。它石油的性质因产地不同而不同,密度、粘度和凝固点的差别很大，例如,凝固点有的高达30℃,有的低到-66℃。石油里的主要元素是碳，占到了83%～87%，从而造成了二氧化碳的大规模排放。此外，石油中还含有11%～14%的氢，以及少量的硫(0.06%～8%)、氮(0.02%～1.7%)、氧(0.08%～1.8%)和微量金属元素(镍、钒、铁、铜)等。

许多石油开采公司正在使用一种向储油层注入二氧化碳来提高采油率的技术。这种技术是将收集来的二氧化碳在压缩后通过泵压方式储存在废弃的油田和天然气气田、深层地下盐层水和煤层。二氧化碳与原油混合后，原油的黏性就会减弱，可以更容易流向地面。这样，不但减少了二氧化碳的排放，又增加了是石油的产量。

天然气，从广义上讲，天然气指埋藏在地层中自然形成的气体的总称。但通常所说的天然气仅指贮藏在地层较深部的可燃性气体（气态的化石燃料）和跟石油共存的气体（常称油田伴生气）。天然气的主要成分是甲烷。此外，根据不同的地质条件。有的气田中还含有氦气。相对于煤炭和石油，天然气是一种洁净环保的优质能源，天然气燃烧时产生二氧化碳低60%。

采用天然气作为燃料，可减少煤和石油的用量，因而大大改善环境污染。此外，由于天然气几乎不含硫、粉尘和其他有害物质，能减少二氧化硫和粉尘排放量近100%，减少氮氧化合物排放量50%，有助于减少酸雨形成，舒缓地球温室效应。天然气也是较为安全的燃气之一，它不含一氧化碳，也比空气轻，一旦泄漏，立即会向上扩散，不易积聚形成爆炸性气体，安全性较高。