Ископаемое топливо

Абиогенное происхождение нефти

Абиогенное происхождение нефти (или неорганическое) – это теория происхождения нефти, согласно которой она образовалась из различных элементов неорганического происхождения в результате химических реакций, происходящих на больших глубинах при высоких температурах и давлении.

Теории первичности залежей нефти

Теории абиогенного происхождения нефти являются альтернативными по отношению к теориям об органическом нефтеобразовании.

Гипотезы глубинного нефтеобразования

Основные публикации в хронологической последовательности:

• Кудрявцевские чтения – Всероссийская конференция по глубинному генезису нефти и газа.

Ископаемое топливо

Ископаемое топливо (фоссильное топливо) – это вещество, получаемое из окаменелых остатков древних животных и растений, которые сохранились в слоях земной коры. Хотя ископаемые виды топлива образуются в результате естественных процессов, они классифицируются как невозобновляемые ресурсы из-за длительного времени образования исчерпаемых запасов. Ископаемое топливо включает в себя уголь, нефть, газ, битумы и другие формы топлива. На данный момент оно остается основным источником энергии для человечества.

Ископаемое топливо используется для приготовления пищи, отопления, транспорта и производства электроэнергии. Некоторые виды топлива, например, нефть, перерабатываются для получения других продуктов, таких как керосин, бензин, дизельное топливо и другие.

Уголь

Уголь образуется из растительного материала, который быстрее накапливается, чем подвергается бактериальному разложению. Процесс образования угля начинается с образования торфа, который под давлением и температурой преобразуется в угольные пласты. Большинство промышленных месторождений каменного угля сформировались в древних торфяных болотах.

На первой стадии процесса углеобразования торф превращается в бурый уголь с высоким содержанием углерода. Углерод в углях присутствует в виде различных органических соединений, которые могут переходить в летучие и нелетучие вещества при нагревании.

Если требуется дополнительное форматирование или информация, пожалуйста, дайте знать.

Образование угля и его виды

Бурый уголь залегает на глубине примерно 1 км и содержит до 43 % (масс.) влаги и до 50 % (масс.) летучих веществ. При дальнейшем опускании на глубину до 3 км, из бурого угля образуется каменный уголь.

Угли, которые к нашему времени стали каменными, начали образовываться в палеозое, преимущественно в каменноугольном периоде, примерно 300—350 млн лет назад из остатков древовидных папоротников, хвощей и плаунов, произраставших в то время в огромных количествах, а также первых голосеменных растений.

Содержание углерода в каменном угле, в зависимости от его сорта, составляет от 75 до 95 % (масс.), они содержат до 12 % (масс.) влаги и до 32 % (масс.) летучих веществ.

Самый древний из ископаемых углей — антрацит — образуется из каменного угля при дальнейшем повышении температуры и давления на глубине до 6 км. Он содержит около 95 % (масс.) углерода, и имеет наиболее высокую степень углефикации.

Образование нефти и природного газа

Теории образования

Основатели и последователи органической парадигмы не использовали данные, явления и процессы субатомного, атомного и молекулярного уровней, определяющие образование и преобразование молекул углеводородов. Образование нефти как совокупности молекул углеводородов происходит именно на уровнях, где действуют законы квантовой механики.

Генезис нефти

К проблеме генезиса нефти непосредственное отношение имеют сложность и неопределенность как феномены физики, математики, которые также всесторонне исследуются в последние десятилетия. Без их учета объяснить генезис нефти как сложной природной системы в рамках любой гипотезы невозможно.

Состав нефти

Нефть обычно рассматривается как совокупность различных углеводородов. Для исследования генезиса, возраста и углеводородного состава нефти важно учитывать, что нефть — это сложная самоорганизующаяся природная система. Она состоит из частей, которыми являются молекулы, образованные только атомами углерода и водорода.

Исходное вещество

В настоящее время доминирует представление, что исходное вещество для образования нефти и газа являются остатки организмов биосферы. По мнению И. М. Губкина (1932), образование нефти началось с разложения жиров в биогенном иле до его погребения. Позднее А. И. Леворсен, Б. П. Тиссо и Д. Х. Вельте исходной считали биомассу бактерий, фито и зоопланктона и высших растений, главным образом водорослей.

Многочисленные последователи органической парадигмы не изменили эту точку зрения. Количество нефти в недрах лимитируется количеством исходного органического вещества, которое биосфера могла аккумулировать в водных бассейнах, поэтому запасы нефти конечны.

Анализ нефти и газа

Анализируя источник исходного вещества, необходимо опираться на очевидный факт: нефть на 95 %, а газ практически на 100 % состоят только из атомов углерода и водорода, формирующих молекулы чистых углеводородов, которые не найдены ни в одном живом организме.

Следовательно, вопрос об исходном веществе — это вопрос о появлении этих атомов. Вычислено, что источником всех атомов, формирующих нефть и горные породы, является плазменное вещество внутренних оболочек Земли.

Исходное вещество нефти и газа

Исходное вещество нефти и газа — это атомы углерода и водорода, образующиеся из плазмы мантии при её декомпрессии. Взаимодействие их электронных орбиталей, создающих простейшие молекулы, требует высоких температур и давлений, характерных для верхней мантии. Органика биосферы не может быть исходным веществом для нефти, поскольку органические остатки сухопутных и морских биоценозов всех видов и уровней на 99,8 % используются самой биосферой.

Сравнение катагенеза и крекинга

Сомнение в реализации катагенеза возникает при сравнении двух процессов, в которые вовлечена одна и та же система: катагенез и крекинг. Катагенез — образование нефти, а крекинг — её разрушение.

Если процессы создания системы и её разрушения эндотермические, то один из них, в силу законов термодинамики, нереализуем. Если в одном направлении реакция экзотермическая, то в обратном она будет эндотермической.

Крекинг эндотермический — доказанный процесс разрушения и дезинтеграции нефти, а катагенез керогена умозрительный, обоснованный геохимически, но с точки зрения геологии и термодинамикине обоснован. Независимо от природы исходного вещества и механизма его преобразования, образование нефти — это экзотермический процесс, сопровождающийся выделением тепла, то есть энергии, необходимой для процесса создания углеводородных молекул.

Образование углеводородных молекул

Для образования молекул чистых углеводородов, из которых на 98 % состоит нефть, необходимо разорвать химическую связь С — О в сложных органических молекулах липидов и лигнина. Однако энергии даже заключительных стадий катагенеза для этого недостаточно.

Доказано, что каталитические взаимодействия молекул углеводородов друг с другом и кристаллами пород геологической среды происходят при температуре не менее 200 °С. Как показали исследования химиков, основной механизм преобразования простых молекул углеводородов в сложные, существующий в недрах, происходит при их взаимодействии с геологической средой при высоких температурах.

Процесс реализуется в среде как консолидированных, так и неконсолидированных пород.

Преобразование углеводорода в ископаемое топливо

Преобразование исходного вещества в углеводород — это взаимодействие молекул углеводорода между собой и кристаллами минералов геологической среды. Эти процессы изучены и смоделированы.

Взаимодействие определяется термодинамикой, структурой и фазовым состоянием геологической среды. Этот процесс происходит при миграции молекул только в условиях термодинамического градиента.

Стадии катагенеза органических веществ — это предполагаемый геохимический процесс, в природе он не наблюдался и его параметры никем не документировались.

Развитие ископаемого топлива

Ископаемое топливо играет важную роль в развитии человечества, поскольку его можно легко сжечь для получения тепла. Использование торфа в качестве бытового топлива появилось еще до письменной истории.

Уголь сжигался в некоторых ранних печах для выплавки металлической руды, в то время как полутвердые углеводороды из нефти выходящей на поверхность также сжигались в древние времена, они в основном использовались для гидроизоляции и бальзамирования.

Коммерческая эксплуатация нефти началась в 19 веке. Природный газ, который когда-то сжигался как ненужный побочный продукт, теперь считается очень ценным ресурсом.

Новые источники ископаемого топлива

Тяжелая сырая нефть, которая намного более вязкая, чем обычная сырая нефть, и нефтеносные пески, где битум находится в смеси с песком и глиной, стали приобретать все большее значение в качестве источников ископаемого топлива в начале 2000-х годов.

Горючие сланцы и аналогичные материалы представляют собой осадочные породы, содержащие кероген, сложную смесь высокомолекулярных органических соединений, которые при нагревании (пиролизе) дают синтетическую сырую нефть. При дополнительной переработке их можно использовать вместо других известных видов ископаемого топлива.

В течение 2010-х и 2020-х годов произошел вывод инвестиций из эксплуатации таких ресурсов из-за их высокой стоимость углерода по сравнению с более легко перерабатываемыми запасами.

Использование ископаемого топлива

До второй половины 18 века ветряные и водяные мельницы давали энергию, необходимую для таких работ, как помол муки, распиловка древесины или перекачка воды, а сжигание древесины или торфа обеспечивало тепло для дома.

Широкомасштабное использование ископаемого топлива, сначала угля, а затем нефтепродуктов, в паровых двигателях привело к промышленной революции. В то же время широкое распространение получили газовые фонари, работающие на природном или угольном газе.

Изобретение двигателя внутреннего сгорания и его использование в автомобилях и грузовиках значительно увеличило спрос на бензин и дизельное топливо, оба сделаны из ископаемого топлива, нефти.

Другие виды транспорта, железные дороги и самолеты, также нуждаются в ископаемом топливе. Другое важное применение ископаемого топлива — производство электроэнергии.

Битум, остаток добычи нефти, используется при строительстве дорог.

Доказанные запасы нефти

Доказанные запасы нефти в мире, вместе с газоконденсатными жидкостями на начало 2020 года, по данным экспертов ВНИИЗарубежгеологии, оценивались в 234,1 млрд тонн.

Наибольший прирост запасов (+871,59 млн т) произошел в Североамериканском регионе, главным образом за счет увеличения доли запасов сланцевой нефти в США. В Канаде запасы выросли на 233 млн т, а в Мексике снизились

(-263,0 млн т). В целом на Северную Америку пришлось 13,7 % мировых запасов нефти.

В Южной и Центральной Америке запасы выросли в Аргентине (+51 млн т) и в Бразилии (+27,2 млн т), но значительно снизились в Эквадоре (-169,7 млн т), а также в Перу (-12,4 млн т). В остальных странах они практически не изменились. На этот регион к началу 2020 года приходилось 19,1 % мировых запасов. В запасы Южной и Центральной Америки не вошли данные по Гайане, где начиная с 2015 года открыто более 10 нефтя­ных месторождений.

В Европейском регионе, на долю которого в началу 2020 года приходилось 0,8 % мировых запасов, значительных изменений по сравнению с прошлым годом не произошло. Здесь лидерство сохраняет Норвегия с запасами 1082,6 млн тонн.

В странах СНГ прирост доказанных запасов нефти составил 135,5 млн тонн. Его обеспечила Россия. Доля этого региона в мировых запасах в 2019 году составляла 8,5 %.

В большинстве стран Африки запасы не претерпели изменений по отношению к предыдущему году. Однако произошло сокращение в Нигерии (-64,9 млн т), Египте (-35 млн т), Анголе (-30,2 млн т), в Республике Конго (-7,8 млн тонн). На Африканский континент к началу 2020 года приходилось 7 % мировых запасов нефти.

На Ближнем и Среднем Востоке запасы нефти существенно снизились в Ираке (-297,5 млн т). В остальных странах они практически не изменились. На этот регион приходится почти половина доказанных запасов нефти в мире (48,3 %).

За последнее время значительно увеличились запасы в Саудовской Аравии. Это было обусловлено тем, что в 2017 году в официальные данные страна включила запасы углеводородных жидкостей, получаемых из природного газа, что позволило увеличить доказанные запасы более чем на 4,5 млрд тонн.

В Азиатско-Тихоокеанском регионе доказанные запасы нефти к началу 2020 года по сравнению с предыдущим годом уменьшились на 217,8 млн тонн. Это снижение обусловлено сокращением запасов в Австралии (-179,9 млн т) и Индонезии (-92,7 млн т). Доля стран АТР в запасах мира составила 2,6 %.

Таким образом, первое место в распределении доказанных запасов нефти по регионам мира, по состоянию на начало 2020 года, занял Ближний и Средний Восток (113 млрд т, или 48,3 % мировых запасов). Последующие места принадлежат Южной и Центральной Америке (44,7 млрд т, или 19,1 %), Северной Америке (32,1 млрд т, или 13,7 %), странам

СНГ (19,8 млрд т, или 8,5 %), Африке (16,5 млрд т, или 7 %), АТР (6,1 млрд т, или 2,6 %) и Европе (1,9 млрд т, или 0,8 %).

Среди отдельных стран по запасам лидирует Венесуэла и Саудовская Аравия. На их долю приходится 35 % общемировых.

Распределение запасов нефти по регионам, %

• Ближний и Средний Восток — 48

• Страны СНГ — 8

• Африка — 7

• АТР — 3

Доказанные запасы газа

Мировые доказанные запасы газа на начало 2020 года, по данным экспертов «ВНИИЗарубежгеологии», составили 209 трлн кубометров. По сравнению с предыдущим годом они увеличились на 3,4 трлн м³, или 1,7 %.

Среди регионов первое место по запасам газа принадлежит Ближнему и Среднему Востоку. На его долю пришлось 38,7 % мировых запасов. Среди стран этого региона запасы по сравнению с предыдущим годом увеличились в Саудовской Аравии на 354 млрд м³ и в Израиле — на 51,2 млрд кубометров.

Второе место занимают страны СНГ с долей в мировых запасах 32,4 %. Среди них значительно выросли запасы в Туркменистане и Азербайджане, главным образом за счет доразведки уже выявленных морских месторождений Галкыныш и Шах-Дениз.

На третьем месте находятся страны Африканского региона, доля которого в мировых запасах составила 8,8 %. По сравнению с предыдущим годом рост запасов незначителен (+39 млрд м³).

На четвертом месте находится Северная Америка (7,9 % от общемировых). В этом регионе произошло резкое увеличение запасов в США на 807 млрд м³, обусловленное главным образом разведкой сланцевых плев. В Канаде и Мексике продолжилось снижение.

Далее располагается Азиатско-Тихоокеанский регион с долей 7,2 %. В АТР значительное снижение запасов отмечено в Индонезии и Пакистане. Рост произошел в Китае, что связано с разведкой глубокозалегающих залежей в Сычуанском бассейне.

Шестое место с долей в мировых запасах 3,6 % занимает Южная и Центральная Америка, где они снизились на 55 млрд м³, главным образом за счет Перу. Небольшой рост запасов произошел в Тринидаде и Тобаго.

В Европейском регионе, где доля в мировых запасах газа составляет 1,5 %, произошло снижение на 596 млрд м³, вызванное сокращением в Нидерландах и Норвегии. В остальных странах изменения в запасах были незначительны.

Среди отдельных стран по запасам природного газа лидируют Россия, Иран и Катар. На их долю приходится почти 51,7 % мировых запасов.

Распределение запасов газа по регионам, %

• Ближний и Средний Восток — 38,7

• Страны СНГ — 32,4

• Африка — 8,8

• Северная Америка — 7,8

• АТР — 7,2

• Южная и Центральная Америка — 3,6

Доказанные запасы угля

В 2021 году Федеральное автономное научное учреждение «Восточный центр государственного планирования» представило отчёт, согласно которому мировые доказанные запасы угля оценивались в 1074 млрд тонн.

Почти 76 % планетарных запасов концентрируется при этом в 5 странах — США, России, Австралии, Китае и Индии.

По данным BP, «Би-Пи», на конец 2019 года доказанные запасы угля для топ-5 были такими:

В первую десятку помимо названных стран также входят Индонезия, Германия, Украина, Польша и Казахстан.

Если добыча угля в этих странах и дальше будет идти в прежнем ритме, запасы Китая истощатся менее чем за 40 лет, в то время как те же США «продержатся» ещё 5 веков.

Из этих данных становится понятно, что именно Китай в настоящий момент добывает уголь интенсивней всего: в 2019 году на долю этой страны приходилась почти половина мирового производства. То же самое можно сказать и о потреблении, при этом эксперты сильно сомневаются в том, что по истощении собственных запасов угля Китай начнёт импортировать его из других стран в таких же количествах.

Так, по мнению рейтингового агентства АКРА, в перспективе Китай скорее сделает ставку на газовую энергогенерацию. А вот Японии, Индии и странам Евросоюза без импорта будет не обойтись: даже учитывая их активность в поисках альтернативных источников энергии, в ближайшие 10 лет полностью «избавиться» от угля будет сложно.

Воздействие на окружающую среду

При сгорании ископаемого топлива образуются серная и азотная кислоты, которые выпадают на Землю в виде кислотных дождей, воздействуя как на природные территории, так и на искусственную среду. Памятники и скульптуры из мрамора и известняка особенно уязвимы, так как кислоты растворяют карбонат кальция .

При сжигании угля также образуется большое количество зольного остатка и летучей золы.

В дополнение к последствиям, возникающим в результате сжигания, сбор, обработка и распределение ископаемого топлива также оказывают воздействие на окружающую среду. Методы добычи угля, особенно удаление горных вершин и добыча открытым способом, оказывают негативное воздействие на окружающую среду, а морское бурение нефтяных скважин представляет опасность для водных организмов. Скважины с ископаемым топливом могут способствовать выбросу метана в результате летучих газовых выбросов. Нефтеперерабатывающие заводы также оказывают негативное воздействие на окружающую среду, включая загрязнение воздуха и воды.

Были предприняты различные меры по смягчению негативного воздействия ископаемого топлива. Экологическое законодательство использует различные подходы для ограничения этих выбросов; например, обязательность установки золоуловителей.

В декабре 2020 года Организация Объединенных Наций опубликовала отчет, в котором говорится, что, несмотря на необходимость сокращения выбросов парниковых газов, различные правительства «удваивают» использование ископаемого топлива, в некоторых случаях перенаправляя более 50 % средств, на производство ископаемого топлива. а не на альтернативную энергию. Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш заявил, что «Человечество ведет войну с природой. Это самоубийственно. Природа всегда наносит ответный удар — и уже делает это с растущей силой и яростью».

Загрязнение окружающей среды от ископаемого топлива влияет на людей, потому что твердые частицы и другие загрязнения воздуха от сжигания ископаемого топлива вызывают болезни и смерть при вдыхании. Эти последствия для здоровья включают преждевременную смерть, острые респираторные заболевания, обострение астмы, хронический бронхит и снижение функции легких. Большему риску подвержены бедные, недоедающие, очень молодые и очень старые люди, а также люди с ранее существовавшими респираторными заболеваниями и другими заболеваниями. Смертность от глобального загрязнения воздуха от использования ископаемого топлива оценивается более чем в 8 миллионов человек (2018 г., почти 1 из 5 смертей в мире) и в 10,2 миллиона человек (2019 г.).

Принцип спроса и предложения предполагает, что по мере уменьшения запасов (и снижения добычи) углеводородного сырья цены на ископаемое топливо будут расти. Поэтому неизбежное повышение цен на топливо приведёт к росту альтернативных, возобновляемых источников энергии, а также поставок, ранее нерентабельных источников топлива, которые станут доступными при условии их разумной эксплуатации. Искусственный бензин и другие возобновляемые источники энергии в настоящее время требуют получения сырья, а также дорогих технологий производства и переработки, в сравнении со стоимостью обычной добычи запасов нефти, однако могут стать экономически жизнеспособными в развитии энергетики ближайшего будущего. Итак, различные альтернативные источники энергии включают в себя атомные (ядерные и термоядерные), гидроэлектростанции, солнечные, ветряные и геотермальные электростанции.

Данная статья имеет статус «готовой». Это не говорит о качестве статьи, однако в ней уже в достаточной степени раскрыта основная тема. Если вы хотите улучшить статью — правьте смело!