Fossiele brandstoffen

Energie is nodig voor zo ongeveer alles was mensen doen. Huizen worden verwarmd, de industrie en landbouw gebruiken warmte en electriciteit, en ook in het menselijke lichaam wordt constant energie gebruikt. Alle vitale processen benodigen de opwekking van energie, met andere woorden, we kunnen niet meer zonder. Energie-opwekking wordt gedaan uit verschillende bronnen, die hernieuwbaar of niet-hernieuwbaar zijn. Hernieuwbare energiebronnen herstellen zich na verloop van tijd en gaan niet snel verloren. Maar niet-hernieuwbare energiebronnen dreigen op te raken, omdat we er veel te veel van gebruiken.

Tegenwoordig zijn er al veel hernieuwbare energiebronnen bekend en beschikbaar, zoals zonne-energie, windenergie en waterkracht. Ironisch genoeg wordt echter nog steeds het grootste deel van onze energie gewonnen uit niet-hernieuwbare bronnen, de zogenoemde fossiele brandstoffen. Deze bronnen beginnen sneller en sneller op te raken, en zullen uiteindelijk de energieprijzen doen stijgen, tot een niveau waarop het economisch niet langer rendabel is.

Figuur 1: verbranding van fossiele brandstoffen als onderdeel van de koolstof kringloop (rechts)

Fossiele brandstof wordt gevormd uit afzettingen van dode organismen. Het bestaat uit organisch materiaal (koolstof- en waterstofverbindingen), dat eeuwenlang bewaard is gebleven. Drie soorten fossiele brandstoffen worden gebruikt voor energie opwekking; steenkool, aardolie en aardgas. Steenkool is een vaste brandstof die na miljoenen jaren wordt gevromd bij afbraak van dode vegetatie. Lagen worden na verloop van tijd samengeperst en opgewarmd, waardoor afzettingen worden omgezet in steenkool. In vergelijking met olie en gas komt steenkool vrij veel voor. Wetenschappers voorspellen dat steenkool exploitatie wereldwijd zal toenemen naarmate aardolie schaarser wordt. De huidige steenkoolvoorraden gaan nog zo'n 200 jaar mee. Steenkool wordt meestal gewonnen in mijnen. Sinds het midden van de 20ste eeuw is het steenkool gebruik verdubbeld, maar sinds 1996 neemt de toepassing weer af. Vooral ontwikkelingslanden zijn nog afhankelijk van steenkool als energie opwekker, omdat aardolie en aardgas veel duurder zijn. China en India zijn belangrijke steenkoolexploiteurs.
Aardolie is een vloeibare brandstof die wordt gevormd uit afzettingen van dode marine micro-organismen op de zeebodem. Na miljoenen jaren komen de afzettingen in steen en sediment terecht, waar aardolie zich in kleine scheuren bevindt. Het kan vervolgens worden onttrokken uit de zeebodem met behulp van grote boorplatformen. Aardolie is de meest gebruikte fossiele brandstof. Ruwe olie bestaat uit veel verschillende organische stoffen, die in raffinaderijen worden omgezet in bruikbare producten. De producten worden toegepast als auto- en vliegtuigbrandstof, in wegen en daken, etc. Aardolie is niet overal ter wereld aanwezig, daarom zijn in de geschiedenis al veel oorlogen gevoerd om de olievoorraden. Een bekend voorbeeld is de Golfoorlog die begon in 1991.
Aardgas is een zeer veelzijdige, veel voorkomende, gasvormige brandstof. Vergeleken met steenkool en aardolie is aardgas relatief schoon. Net als aardolie ontstaat het uit resten van marine micro-organismen. Het is een relatief nieuwe energiebron, en tot 1999 werd steenkool veel meer gebruikt. In ontwikkelingslanden woordt aardgas inmiddels meer toegepast dan steenkool. Maar veel mensen zijn bang dat aardgas net als aardolie na verloop van tijd op zal raken. Enkele wetenschappers hebben zelfs voorspeld dat dit al halverwege de 21ste eeuw zal gebeuren. Aardgas bestaat hoofdzakelijk uit methaan (CH₄). Het zit opgesloten in kleine volumes, op grote diepten in de aarde. Net als aardolie kan het gewonnen worden door middel van boorplatformen. Aardgas voorraden zijn gelijker verdeeld over de wereld dan aardolie voorraden.

Figuur 2: wereldwijd energie gebruik per brandstoftype (Bron: Energy Information Administration)

Energie die wordt opgewekt uit fossiele brandstoffen wordt omgezet in electriciteit en warmte in commerciële energiecentrales. Tijdens de verbranding reageren koolstof en waterstof met zuurstof uit de lucht tot koolstofdioxide (CO₂) en water (H₂O). Tijdens de reactie komt warmte vrij, dat de reactie verder bevordert. Electriciteit wordt opgewekt door de omzetting van thermische energie (warmte) in electrische energie in een turbine of generator. Het is behoorlijk duur om energiecentrales te bouwen, maar wanneer ze er eenmaal staan is de energie opwekking erg efficiënt. Vaak wordt meer energie opgewekt dan nodig is, want electriciteit kan niet worden opgeslagen. De energievraag varieert gedurende het jaar en moet voldoen aan een pieklading, dat is de hoogst mogelijke vraag in een jaar. Wanneer de vraag veel groter is dan de levering door een energycentrale kan dit stroomstoringen veroorzaken.

Historisch gezien waren fossiele brandstoffen altijd beschikbaar in afdoende hoeveelheden die makkelijk waren te verkrijgen en vervoeren. Nu worden echter signalen afgegeven dat de voorraad op zal raken is en het eeuwen zal duren voor deze weer is aangevuld. Zowel bronnen als afvalopnamen van fossiele brandstoffen zijn eindig. Bronnen zijn de diepere aardlagen en afval wordt opgenomen door lucht en water, waar de afvalproducten lange tijd aanwezig blijven.
Verbranding van fossiele brandstoffen veroorzaakt milieuproblemen die hoog op de politieke agenda staan. Voorbeelden zijn broeikasgasemissies, verzuring, luchtverontreiniging, waterverontreiniging, beschadiging van landoppervlak en smog. De oorzaken van deze milieuproblemen zijn verontreinigende stoffen die van nature aanwezig zijn in de structuut van fossiele brandstoffen, zoals zwavel en stikstof. Momenteel is de verbranding van aardolie de oorzaak van 30% van de koolstofdioxide emissies. Aardgas veroorzaakt niet zulke hoge emissies, omdat het voornamelijk uit methaan bestaat. Steenkoolverbranding veroorzaakt verreweg de hoogste kooldioxide emissies. Steenkool kan ondergrondse branden veroorzaken, die nauwelijks te doven zijn. Steenkoolstof kan zelfs exploderen. Door al deze eigenschappen van steenkool is de winning ervan in mijnen een erg gevaarlijke onderneming. Aardolie kan gemorst worden op de bodem of in water in ruwe vorm, bijvoorbeeld tijdens oorlogen. Hierdoor worden vaak milieurampen veroorzaakt.

Als je dit allemaal leest, ga je je afvragen waarom we nog steeds zulke grote hoeveelheden fossiele brandstoffen gebruiken. Het antwoord blijkt simpel, namelijk omdat dit nog steeds de goedkoopste manier is van energie opwekking. Geen enkel alternatief is momenteel gunstiger qua kosten. Sommige miluekundigen voorspellen dan de prijzen van het gebruik van fossiele brandstoffen de komende eeuw snel zullen toenemen omdat schaarste zal ontstaan. Dit zou een omschakeling naar hernieuwbare bronnen tot gevolg kunnen hebben. Volgens Bjorn Lomborg is dit denkbaar. De IPCC is er niet zeker van of in de toekomst het gebruik van fossiele brandstoffen volledig beëindigd zal worden.

Bronnen

McKinney, M.L. and Schoch, R.M., Environmental Science, Systems and Solutions. Third edition, University of Tennessee, Knoxville USA 2003

Miller, G.T., Living in the Environment: Principles, connections and solutions. Fourth edition, Brooks/ Cole Publishing Company, Pacific Grove, USA 1999

Gerelateerde pagina's

Beschrijving van het broeikaseffect

Broeikasgassen: emissies en infrarood absorptie

Geschiedenis van het broeikaseffect

Perspectieven betreffende het broeikaseffect

Uitleg van de IPCC-SRES scenario's

De IPCC-SRES scenario's: oorzaken van klimaatverandering

De IPCC-SRES scenario's: gevolgen van klimaatverandering

Overzicht van emissiereducties per land onder Kyoto

Mogelijke beleidsmaatregelen om Kyoto doelen te halen

Emissierechtenhandel voor behalen van Kyoto doelen

Discussie omtrent het broeikaseffect

Nieuws en onderzoek betreffende het broeikaseffect