Węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny jako surowce energetyczne i chemiczne.

WĘGIEL, ROPA NAFTOWA I GAZ ZIEMNY JAKO SUROWCE ENERGETYCZNE I CHEMICZNE


Od wielu lat z powodzeniem wykorzystujemy surowce mineralne zgromadzone na naszej planecie. Są niezbędne do produkcji wielu produktów, stanowią siłę napędową niektórych urządzeń, podmiot handlu czy też podstawę gospodarki. Przemysł światowy przez lata ‘uzależnił’ się od niektórych surowców, które napędzają przemysł i dają wymierne zyski. W większości są nimi surowce energetyczne. Przetwarzane dla zamiany na energię mechaniczną pary bądź elektryczność, podczas spalania. Niestety najczęściej minerały te nie są odnawialnymi źródłami energii, więc ich ilość na Ziemi ciągle maleje.
Jednym z najważniejszych surowców uważany jest węgiel. Jest on wynikiem ewolucji naszej planety. Niegdyś połacie ziemi porastały wielkie ilości roślin, a w szczególności paprocie. To właśnie z ich szczątków przez lata powstawały pokłady węgla, bez dostępu do powietrza obumierały i zwęglały się. Carbon jest głównym pierwiastkiem wchodzącym w skład węgla kamiennego (75%-97%). Jego wartość opałowa waha się od 16,7 do 29,3 MJ/kg i silnie zależy od jego składu (zawartości popiołu, siarki, wilgotności). Wartość opałowa czystego pierwiastka węgla wynosi ok. 33,2 MJ/kg. W przypadku węgla brunatnego (62%-75%), wartość opałowa waha się od 7,5 do 21 MJ/kg.
Całkiem niedawno, bo jeszcze na początku XX wieku węgiel był najbardziej pożądanym surowcem jaki wydobywano. Stało się tak za sprawą rewolucji przemysłowej pod koniec XIX wieku, kiedy to powstał nowoczesny wynalazek mianowicie maszyna parowa. Zapoczątkowała ona proces coraz szybszego przetwarzania i produkcji. Do jej działania niezbędne było kaloryczne paliwo, za jakie uznano węgiel kamienny. Właśnie wtedy znaczenia nabrało górnictwo, dostarczające surowców dla przemysłu. Węgiel szybko znalazł wiele innych zastosowań. Spalany, dla uzyskania ciepła, które podgrzewało wodę, a H2O w stanie gazowym wprawiało w ruch maszynę parową. Wysoka temperatura spalania carbon’u sprzyjała także innym funkcją jak stosowanie w elektrowniach i elektrociepłowniach. Tam przetwarzany na energię cieplną i elektryczną znajdował nowe zastosowania. Był to pierwiastek z powodzeniem stosowany przez cały XX wiek w przemyśle energetycznym. Obecnie stanowi w Polsce około 65% udziału w produkcji prądu. Wydobycie węgla kamiennego jak i brunatnego spada z każdym rokiem. W 1980 wydobyto ponad 160 mln ton, natomiast w 2002 już tylko 104 mln ton. Polska, niegdyś potentat światowy w wydobyciu i exporcie węgla, zajmująca pierwsze miejsca obok Chin czy Indii, dziś spadła do 7 miejsca zaspokajając zaledwie 2,8% potrzeb rynku.
Obszary, na których wydobywa się i przetwarza węgiel zwykło nazywać się ‘zagłębiami’. Węgiel kamienny wydobywa się głównie dwóch miejscach:
 Województwo śląskie: na pierwszym miejscu Jaworzno, Górnośląski Okręg Przemysłowy, Rybnicki Okręg Węglowy i Zagłębie Dąbrowskie.
 Zagłębie lubelskie (Bogdanka koło Łęcznej)

Węgiel brunatny natomiast wydobywany jest:

 Zagłębie Konińskie (Konin, Koło, Turek)
 Zagłębie Turoszowskie (Turów, Bogatynia)
 Zagłębie Bełchatowskie (Bełchatów)
 Sieniawa Lubuska


Kolejnym ważnym surowcem energetycznym jest ropa naftowa zwana często ‘czarnym złotem’. Odkryta przez znanego polskiego uczonego – Ignacego Łukasińskiego w połowie XIX wieku. Ropa to ciekła naturalna mieszanina węglowodorów (m.in. alkanów, cykloalkanów, arenów: 80-90%), kwasów karboksylowych, fenoli, tioalkoholi, pochodnych tiofenu, azotowych związków heterocyklicznych, żywic, związków metaloorganicznych. Gęstość 0,73-0,99 g/cm3. Barwa brązowa lub czarna, rzadziej żółtobrunatna, czerwonawa i zielonkawa. Odznacza się silnym, specyficznym zapachem. Prawdopodobnie powstała wskutek beztlenowych procesów gnilnych ze szczątków roślin i zwierząt zachodzących pod wysokim ciśnieniem.
Początkowo jedynym zastosowanie ropy naftowej były lampy naftowe oraz używanie jako smaru, dla zmniejszenia tarcia. Obecnie jest to najważniejszy surowiec stosowany w szerokim zakresie na całym świecie. Zaczynając od paliwa kończąc na lekach i kosmetykach. Ropę wykorzystuje się do produkcji większości syntetycznych tworzyw; folii, kauczuku syntetycznego, włókien, tekstyliów czy olejów opałowych. Możliwe jest to dzięki procesowi tzw. krakingu, czyli rozszczepiania długich łańcuchów węglowych w węglowodorach. W ten sposób otrzymujemy ciecze i gazy. Podczas obróbki ropy naftowej stosuje się często ‘destylację frakcyjną’ polegającą na ogrzewaniu jej do odpowiedniej temperatury, kiedy to na różnych poziomach wieży destylacyjnej z ropą powstaną następujące substancje:
 benzyna (lekka i ciężka)
 nafta
 oleje mineralne
 parafina
 smary
 mazut
 wazelina
 asfalt
 inne substancje dalszej obróbki (benzen, toluen, ksyleny itd.)

Ropa naftowa może być wykorzystana zarówno jako surowiec do produkcji energii elektrycznej jak i cieplnej. Użyta w generatorze jest w stanie skutecznie zastępować źródło prądu stałego jakim jest elektrownia. Taki sposób jest często stosowany w miejscach, gdzie trudno położyć sieć energetyczną np. wyspy, tereny bagienne, odludzia, gdzie liczba klientów nie czyni przedsięwzięcia opłacalnym itp. Pochodne ropy naftowej mogą posłużyć także jako paliwa do urządzeń przetwarzających je na ciepło. Jest to kosztowniejszy odpowiednik węgla kamiennego, lecz wygodniejszy sposób ogrzewania.
Wysokie zużycie paliw powstałych z ropy naftowej nie pozostaje jednak bez znaczenia dla środowiska naturalnego naszej planety. Spalanie benzyny oraz olejów opałowych spowodowało wysokie skażenie powietrza na wielu obszarach. Spaliny z samochodów i innych urządzeń napędzanych ropą zawierają trujące gazy, jak np. tlenek węgla, tlenek azotu czy ołów. Właśnie przez takie substancje nad niektórymi miastami unosi się smog, a wyemitowane do atmosfery gazy powodują kwaśne deszcze i zanieczyszczenie i degradację flory i fauny na naszej planecie.
Ropa naftowa jest wydobywana w Polsce, lecz są to ilości śladowe, nie pozwalające nawet na zaspokojenie potrzeb rodzimego rynku. Obecnie tereny, z których pochodzi ten surowiec to w głównej części Azja i Ameryka Północna mianowicie:
1. w basenie Zatoki Perskiej , głównie w prowincji Al-Hasa w Arabii Saudyjskiej, w prowincji Chuzestan w Iranie, w okolicach Mna'al-Ahmad w Kuwejcie, w rejonie Kirkuk w Iraku oraz w rejonie Abu Zab w Zjednoczonych Emiratach Arabskich.
2. w Federacji Rosyjskiej - na Nizinie Zachodniosyberyjskiej, na Morzu Kaspijskim, w Regionie Wołżańsko-Uralskim, na Sachalinie i w Kotlinie Fergany.
3. w USA - w zwartym regionie obejmującym: Teksas, Luizjanę, Nowy Meksyk, Oklahomę i Zatokę Meksykańską oraz w Kalifornii (Santa Barbara), w Górach Skalistych i na Alasce.
4. w innych państwach m.in. Meksyku, Wenezueli, Libii, Algierii, Egipcie, Tunezji, Chinach itd.


Wydobyciu ropy naftowej oraz węgla kamiennego często towarzyszy wydobycie gazu ziemnego, który zalega w pobliżu tych surowców. Tak jak i one jest paliwem kopalnianym, wykorzystywanym na szeroką skalę. Gaz ziemny jest , mieszaniną węglowodorów (głównie metanu - powyżej 75% i etanu), zawierającą jako domieszki azot, helowce, tlen, tlenek węgla(IV), siarkowodór, siarczek węgla(IV). Możemy wyróżnić dwa rodzaje gazu ziemnego: gaz suchy (powyżej 95% metanu) i gaz mokry (ok. 80% metanu). Rozróżnia się gaz ziemny wulkaniczny, pochodzenia nieorganicznego, przeważnie niepalny, gaz ziemny błotny, będący produktem biologicznego rozkładu, składający się przede wszystkim
z metanu, oraz gaz ziemny właściwy.
Gaz ziemny w naturalnej postaci jest bezbarwny i bezwonny. Aby móc korzystać z niego bezpieczniej, jest on ‘perfumowany’ w taki sposób, by moglibyśmy wyczuć go w powietrzu i odpowiednio zareagować. Gaz ziemny jest powszechnie wykorzystywany w przemyśle, przetwórstwie, gospodarstwie domowym i w wielu innych przypadkach. Zastosowania są w dużym stopniu zbliżone do ropy naftowej. Gaz ziemny możemy stosować jako paliwa (LPG), surowiec do ogrzewania np. instalacje CO, kuchenki gazowe, latarnie gazowe, zapalniczki itd.
Gaz ziemny tak samo jak ropa, jest materiałem bardzo wygodnym w transporcie i użytkowaniu. Przesył gazociągiem nie nastręcza żadnych problemów ani dostawcy, ani odbiorcy. Gazu nie musimy nigdzie magazynować, ponieważ na bieżąco mamy do niego dostęp.
Jedną z istotniejszych zalet gazu jest jego przewaga nad ropą naftową w przypadku emitowania zanieczyszczeń do atmosfery. Spalaniu gazu nie towarzyszy wydzielanie żadnych substancji mogących skazić atmosferę. Powstające: dwutlenek węgla i związki azotu są kilkakrotnie mniejsze niż w przypadku spalania innych paliw.
Wydobycie gazu w Polsce jat niewielkie. Są to głównie tereny na Podkarpaciu, Wielkopolsce oraz jako efekt uboczny wydobywania węgla w kopalniach na Śląsku – metan. Światowymi potentatami w wydobyciu gazu ziemnego są:
 Rosja
 USA
 Kanada
 Algieria
 Iran
 Holandia
 Norwegia
 Uzbekistan
 Meksyk


Jak widać, surowce mineralne odgrywają bardzo dużą rolę w naszym życiu, stanowią podporę gospodarki wielu państw, są materiałem, który można przetworzyć i uzyskać powszechnie używane produkty. Wykorzystać jako paliwo czy materiał dający ciepło podczas spalania. Ogólnie rzecz biorąc, trudno byłoby sobie wyobrazić XXI wiek bez niektórych surowców, a jeszcze trudniej obejść się bez nich. Choć opracowano już nowe metody pozyskiwania energii cieplnej i elektrycznej, jak chociażby wykorzystanie potencjału substancji radioaktywnych, czy siły napędowej wiatru i wody. Opracowano nawet pojazdy o napędzie wodorowym, bądź energii pobranej z ogniw słonecznych, jednak są to ewenementy w skali światowej i jak na razie uważane tylko jako projekty laboratoryjne. Węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny są niestety surowcami nieodnawialnymi i z pewnością kiedyś nastąpi całkowita zmiana, a przedstawione tu materiały odejdą w niepamięć stając się tylko historią.