Викопне органічне паливо

Д. І. Менделєєв визначив паливо як «горючу речовину, яку навмисно спалюють для одержання теплоти». Паливом у широкому розумінні називають горючу речовину, яку економічно доцільно спалювати для одержання великих кількостей теплоти. Протягом ХХ ст. основним джерелом теплоти було органічне паливо. Із другої половини ХХ ст. людство все
в більших масштабах використовувало ядерне паливо.

Величезний енергетичний ресурс, який становлять усі види органічного палива, підрозділяють на три основні категорії:

– потенційні запаси викопного палива, що на сучасному етапі розвитку науки і техніки неможливо або економічно недоцільно добувати;

– доступні, які можливо, але економічно не завжди доцільно добувати;

– економічні, видобуток яких економічно виправданий і доцільний на сучасному рівні розвитку науки і техніки.

Найбільший інтерес викликають нафта і газ, запаси яких обмежені. Водночас саме їх видобуток і переробка найбільш економічно вигідні та доцільні з погляду використання робочої сили й охорони навколишнього середовища.

Залежно від характеру використання паливо підрозділяють на енергетичне, технологічне і побутове; за агрегатним станом – на тверде, рідке
і газоподібне; а за способом одержання – на природне і штучне.

Основними видами органічного палива, яке використовують в енергетиці, є: тверде (вугілля і торф); рідке (мазут); газоподібне (природний газ). Торф і вугілля – продукти розкладу органічної маси рослин, які відрізняються одне від одного хімічним віком (торф – наймолодший). Найдавніші родовища вугілля відомі в канадській Арктиці (~350 млн років). Найважливіший період вуглетворення в історії Землі припадає на останні 350–250 млн років. Вугленосні поклади в цей проміжок часу виявлено на всіх континентах, але найпотужніші – у Північній Америці, Європі й Азії, які протягом періоду вуглетворення знаходилися в екваторіальних і помірних широтах. Теплий клімат і достатня кількість опадів сприяли розвитку величезних масивів боліт. Вугілля формувалося і у наступні періоди, особливо в крейдовий (~ 20 млн років тому), але в жоден з них вугленагромадження не було настільки великим і інтенсивним, як у велику вугільну епоху.

Геологи вважають, що більшу частину основних вугільних родовищ уже відкрито. Світові запаси всіх видів вугілля оцінено в 8 620 млрд т, а додаткові потенційні ресурси – у 6 650 млрд т. До видобувних запасів вугілля відносять запаси, що знаходяться у шарах завтовшки не менше 0,3 м і залягають на глибині не більше 2 000 м. Запаси вугілля, що не відповідають цим вимогам, належать до потенційних ресурсів. Приблизно 43 % вугілля світу залягають у країнах СНД (колишнього СРСР), 29 % – у Північній Америці, 14,5 % – у країнах Азії, переважно в Китаї, 5,5 % – у Європі. На решту світу припадає 8 % запасів вугілля. Хоча вугілля в усьому світі не є основним видом палива, але труднощі із забезпеченням нафтою і газом ведуть до того, що в найближчі десятиліття вугілля стане панівним паливом на планеті. При цьому протягом тривалого часу підзем­ний видобуток буде, очевидно, залишатися переважною формою розробки вугільних родовищ.

Значна роль у забезпеченні ПЕК паливом належить нафті і природному газу. Енергетичний еквівалент оцінених потенційних ресурсів (за даними Всесвітньої енергетичної конференції) становить: нафти – (1,5·10²²) Дж, газу – (1,1·10²²) Дж. Ресурси нафти і газу так само, як і вугілля, розміщені на земній кулі дуже нерівномірно. Регіони, що нині є головними виробниками нафти і газу, мають найбільший потенціал і для нових відкриттів. Якщо споживання зростатиме нинішніми темпами, усі ресурси нафти і газу можуть вичерпатися через кілька десятиліть.

Людство цікавлять дві проблеми, які безпосередньо пов'язані з теплоенергетикою: на який термін вистачить ПЕР і де дозволена грань забруднення атмосфери? Нині світове використання енергоресурсів протягом року еквівалентно 30 млрд т у. п., енергоємність яких еквівалентна ~900 ЕДж. Якщо виходити з цієї цифри і світових запасів енергоресурсів (табл. 9.1), то тільки органічного палива людству вистачить на 500 років.

Таблиця 9.1. - Світові енергоресурси

*ЕДж – ексаджоуль (10¹⁸ Дж).

Сучасні технології дозволяють добувати далеко не всі об’єми ПЕР. Багато країн не мають оптимального співвідношення між рівнем видобутку ПЕР та їх використанням.

Як видно з табл. 9.1, перспективним є використання альтернативних (відновних і невичерпних) джерел ПЕР. Однак сучасна енерготехнологія не дозволяє їх масове застосування. Людство далеко ще і від вирішення проблем використання термоядерної енергії, загальні запаси якої просто фантастичні – 3,6×10⁹ ЕДж (із нинішнім рівнем енерговитрат їх вистачить на 10 млн років!).

Щодо України, то видобуток ПЕР сьогодні знаходиться у важкому стані, незважаючи на те, що тільки розвідані запаси вугілля становлять ~47 млрд т. Однак технологія видобутку вугілля не відповідає геологічним особливостям родовищ. Майже 80 % устаткування ПЕК фізично
і морально застаріло, рівень витрат енергоресурсів вищий за рівень їх виробництва. Спостерігається значний дефіцит усіх видів ПЕР, що наочно демонструють дані табл. 9.2.

Таблиця 9.2 - Енергоресурси України: середньорічний видобуток і потреба (на кінець ХХ ст.)