Resurse energetice conventionale

Resurse energetice conventionale

Energia este folosita pentru a alimenta masini industriale si vehicole, pentru a incalzi si racori birouri si camine si pentru consumul casnic. Cea mai des intalnita forma de energie inainte de "Revolutia Industriala" din sec al XVIII-lea era energia termica, a carei sursa principala era lemnul. In tarile in curs de dezvoltare lemnul uscat este inca o importanta sursa de energie termica. Odata cu dezvoltarea tarilor sarace, locul lemnului este luat de carbuni, petrol si gazele naturale substante cunoscute sub numele de combustibili fosili.

Acesti combustibili primari sunt resurse ale litosferei, numiti si hidrocarburi. Hidrocarburile se formeaza prin acumularea resturilor organice in mediul acvatic in conditii de sedimentare si de subzidenta activa.

Carbunele

Carbunele este o roca sedimentara de culoare brun - neagra cu proprietati combustibile formata prin (carbonizare) imbogatirea in carbon (in conditiile lipsei oxigenului) a resturilor unor plante din epocile geologice. Procesul de incarbonizare a plantelor preistorice s-a produs cu milioane de ani in urma, prin doua procese mai importante:

faza biochimica produsa de bacterii si ciuperci care transforma celuloza si lignina din plante;

faza geochimica - faza propriu zisa de incarbonizare, care se produce la temperaturi si presiuni ridicate formandu-se intr-un timp indelungat huila si antracitul. Acest proces are ca rezultat o imbogatire de peste 50 % din volum in carbon.

Materia initiala de baza din care ia nastere carbunele sunt resturi de plante fosile, care constau mai ales din feriga uriasa care in urma cu 400 de milioane de ani alcatuia adevarate paduri.

Compozitie :

In tehnica, compozitia carbunilor se exprima partial in elemente chimice, carbon (C), hidrogen (H), azot (N), oxigen (O) si sulf (S), partial in substante ca masa minerala) si umiditatea.

In timpul incalzirii, din carbune se degaja gaze combustibile, numite materii volatile. Cu cat se degaja mai multe materii volatile, cu atat carbunele se aprinde mai usor.

Se disting 2 specii principale ( si numeroase varietati ) de carbuni :

-Superioara (antracitul, huila si lignitul-care au procent de carbon mare si putere calorica mare);antracitul si huila lasa pe o placa de portelan poros o dara neagra .
-Inferioara (carbunele brun si turba-care au un procent de carbon mic si putere calorica mica);lasa pe o placa de portelan poros o dara cafenie.

Exemple de carbuni :

Turba este cel mai tanar carbune, din Neogen, formandu-se si astazi. Contine 52 - 62 % carbon in masa combustibila, iar prin incalzire degaja foarte multe materii volatile. In momentul extractiei ea contine 75 - 80 % umiditate, ca urmare trebuie uscata, stare in care are o putere calorifica de 12 - 20 MJ/kg. Turba uscata si brichetata se foloseste drept combustibil casnic. De asemenea, ea se poate folosi ca material filtrant sau ca ingrasamant.

Huila este un carbune vechi, datand din Cretacic și Jurasic. Contine 75 - 92 % carbon in masa combustibila, iar prin incalzire degaja suficiente materii volatile pentru aprindere. In momentul extractiei contine 1 - 5 % umiditate. Are o putere calorifica de 20 - 29 MJ/kg. Este cel mai pretios carbune.

Antracitul este cel mai vechi carbune, datand din Jurasic. Contine 92 - 98 % carbon in masa combustibila, dar aproape deloc materii volatile, ceea ce il face foarte dificil de aprins.. Are o putere calorifica de 20 - 25 MJ/kg. Datorita aprinderii dificile este putin folosit in energetica, fiind folosit in industria chimica la producerea electrozilor.

Carbunele se foloseste:

Drept combustibil, atat casnic, cat si  in producerea de curent electric produs cu ajutorul turbinelor din termocentrale. Prin ardere carbunele elibereaza caldura si produce gaze de ardere ca dioxid de carbon, dioxid de sulf si vapori de apa.

Ca materie prima in industria chimica si in metalurgie. O importanta mare o prezinta cocsul care este folosit drept combustibil in incalzire (inlocuitor al gazelor naturale) si de asemenea ca reducator al minereurilor feroase in furnale .

Rezervele de carbuni :

Rezervele de carbuni pe glob estimate in anul 2004 au fost de 783,1 miliarde de tone, din care apartine 27 % SUA, 16 % Rusia, 12 % China, 12 % India, 7 % Uniunii Europene si 7 % Australiei.
Aceste rezerve daca se continua folosirea carbunilor in acelasi ritm ca in anul 2003 (3,8 miliarde de tone), atunci rezervele ar acoperi necesarul globului pe o perioada de 203 ani. Rezervele de carbune ale Romaniei, aflate in evidenta nationala la inceputul lui 2007, sunt urmatoarele: huila 721 mil.tone; carbune brun 65 mil.tone; lignit 3.400 mil.tone.

Petrolul

La peste 50 °C se produce separarea gazelor naturale de zacamintele de petrol.

Petrolul, sau titeiul este un produs de natura organica , care se gaseste in pamant , formand zacaminte . El este un lichid vascos , a carui culoare variaza de la galben-verde pana la negru , avand reflexe colorate diferit . Mirosul petrolului este caracteristic. Densitatea lui este cuprinsa intre 0,750 si 0,970 . Petrolul nu este solubil in apa . titeiul in stare bruta (nerafinat) contine peste 17 000 de substante organice complexe, motiv pentru care este materia prima cea mai importanta pentru industria chimica (vopsele, medicamente, materiale plastice, etc.) si producerea carburantilor. Ca o curiozitate, se poate mentiona ca unele varietati de titei devin fosforescente in prezenta luminii ultraviolete.

Compozitia petrolului . Petrolul este un amestec de hidrocarburi (hidrocarburi gazoase si solide dizolvate in hidrocarburi lichide) , care mai contine si alti diferiti compusi , in proportii mici , ca de exmplu : compusi cu oxigen , compusi cu sulf , compusi cu azot si diferite substante minerale .

Nefiind o substanta unitara , petrolul brut nu are punct de fierbere constant .

Variatia , in limite destul de largi a proprietatilor petrolului : culoarea , densitatea , vascozitatea , este o urmare a varietatii compozitiei chimice a componentelor , cum si a proportiilor in care se gasesc .

Hidrocarburile existente in petrol fac parte din urmatoarele clase : alcani , cicloalcani si hidrocarburi aromatice . Petrolul nu contine hidrocarburi aciclice nesaturate (acestea apar insa in unele produse de cracare) .

a) Alcanii intra in proportia cea mai mare in petrol . Ei se gasesc mai ales in fractiunile usoare. Astfel , gazele de sonda sunt alcatuite aproape numai din alcani inferiori , care se gasesc amestecati in zacamant (adeseori ei erup din pamant formand gaze naturale) . In fractiunile cu puncte de fierbere mai inalte (fractiuni medii) , proportia de alcani scade . In schimb , parafina care este formata din alcani cu un numar mare de atomi de carbon , peste 16 se gaseste in proportii ridicate in fractiunile de ulei .

b) Cicloalcanii (naftenele) se gasesc de asemenea in proportie mare . In petroluri exista numai naftene cu cicluri de C₅ si C₆ . In fractiunile inferioare se gasesc derivati ai ciclopentanului si ciclohexanului cu una sau mai multe catene alchilice de lungimi diferite . In frctiunile superioare sunt prezente naftene policiclice cu 2-6 cicluri , in ale caror molecule se gasesc si catene alchilice .

c)Hidrocarburile aromatice se gasesc in proportie mai redusa decat celelalte hidrocarburi . Totusi , proportia lor in petrol variaza in limite foare largi . Astfel in fractiunile usoare se gasesc in proportie de 4-20% hidrocarburi aromatice monociclice ; in fractiunile care fierb peste 200⁰C , creste continutul in compusi cu mai multe nuclee aromatice . Cu cat continutul in hidrocarburi aromatice din fractiunile grele este mai mare , cu atat petrolul respectiv contine mai mult asfalt .

Dintre celelalte clase de substante organice care se gasesc in petrol , se mentioneaza compusii cu oxigen : acizi grasi , acizi naftenici si fenoli , care imprima petrolului caracter acid : compusii cu sulf : hidrogen sulfurat , mercaptani etc. , care imprima petrolului miros neplacut si proprietati corosive ; compusii cu azot , care au caracter bazic ; diferite substante organice cu stuctura complexa continand O , S si , uneori , N , denumite rasini si asfaltene .

Exploatarea petrolului . Petrolul se extrage din zacaminte prin sonde . Saparea sondelor se face prin metode mai vechi de izbire , sau prin metode mai noi de foraj rotativ . Ca metode de extractie se cunosc : eruptia naturala , eruptia fortata si extractia mecanica (pompare) .

Eruptia naturala se produce cand presiunea titeiului in zacamant este suficient de mare ca sa-l ridice prin sonda , pana la suprafata . Cand presiunea in zacamant nu este suficient de mare , atunci ridicarea petrolului la suprafata este ajutata prin introducere de aer sau gaze comprimate pana in zacamant . Cu toate acestea , la un moment dat , zacamantul de petrol trebuie sa fie exploatat prin pompare . Multe zacaminte , chiar de la inceput , nu au presiune suficienta pentru o eruptie naturala sau ajutata si deci trebuie exploatate prin pompare .

Rezeva estimata de petrol e de 135 miliarde de tone. In conditiile actuale de exploatare, se prevede a se termina in 45-50 de ani. Explorarile continua pentru a descoperi noi " pungi" de hidrocarburi ( acumulare de petrol si gaze intr-o capcana stratigrafica).

Cele mai mari rezerve ( 65%) se concentreaza in Orientul Mijlociu, in tari precum: Arabia Saudita, Iran, Irak, Kuweit, Emiratele Arabe. Mari rezerve sunt si in Marea Caraibelor, Nordul Africii, Indonezia, Stramptoarea Baas, iar circa 10 % din rezerva mondiala a fost descoperita in ultimul deceniu al secolului XX, in zona Precaspica.

Gazul natural

Formare :

Gazul natural ia nastere prin procese asemanatoare petrolului cu care este gasit frecvent. Gazul se formeaza din organisme microscopice moarte (alge, plancton) fiind izolat de aerul atmosferic, in prezenta unor temperaturi si presiuni ridicate, conditii care au luat nastere prin sedimentarea pe fundul marilor fiind acoperite ulterior de straturi impermeabile de pamant.

Gazul natural este un amestec de gaze, care poate fi foarte diferit dupa asezarea zacamantului. Cea mai mare parte este constituita din metan, la care se adauga uneori cantitati apreciabile de hidrocarburi saturate (alcani), metan (CH₄), etan (C₂H₆), propan (C₃H₈), hidrocarburi nesaturate, alchene sau olefine, si hidrocarburi aromatice sau arene care in lanțul formulei chimice au o legatura dubla (=) ca etena (etilena) C₂H₄.

Gazele naturale mai contin: vapori de gaze condensate din care cauza mai sunt numite gaze umede, hidrogen sulfurat (H₂S), care necesita indepartarea sulfului, si pana la 9% dioxid de carbon (CO₂) care diminueaza calitatea gazului.

In general, gazul natural are in compozitie 85% metan, 4% alti alcani (etan, propan, butan, pentan) si 11% gaze inerte (care nu ard). Deosebit de valoroase sunt gazele naturale care contin heliu, aceste gaze fiind sursa principala de obtinere a heliului.

Proprietati :

Gazul natural este un amestec puternic inflamabil, de regula insipid si inodor (din care cauza pentru odorizare se adauga gazului mercaptan cu scopul de a usura detecta scurgerile) cu o temperatura de aprindere de circa 600 °C. Este un gaz mai usor ca aerul. Gazul este clasificat dupa compozitie in diferite categorii, gaz sarac si gaz bogat. Gazul sarac are un procent mai ridicat de metan (87-99% volumic), pe cand in gazul bogat continutul in metan oscileaza intre 80 si 87% volumic, avand in compozitie cantitati mai mari de dioxid de carbon si azot .

Gazul natural poate fi transportat prin conducte sau cu alte mijloace de transport in stare comprimata sau in stare lichida, actualmente fiind folosit pe scara tot mai larga ca inlocuitor al benzinei.

Uscarea gazului reprezinta procesul de inlaturare a vaporilor de apa, care face parte din metodele de pregatire a gazului inainte de utilizare. Indepartarea apei din gaz este importanta, deoarece prin uscarea gazului se inlatura posibilitatea formarii cristalohidratilor. Acestia sunt impuritati solide care blocheaza conductele si dauneaza armaturilor. Gradul de uscare al gazului se stabileste astfel incat cristalohidratii sa se formeze doar sub -8 °C .

Productia mondiala de gaz :

Gazul natural acopera 24% din necesarul de energie al lumii. Zacamintele de gaz, de regula, sunt sub presiune, fapt ce usureaza exploatarea lui. Rezervele globale de gaz estimate in anul 2004 sunt de 170.942 miliarde m³, respectiv 185 miliarde tone care ar acoperi necesarul pe o perioada de 67 de ani. Din aceasta cantitate de gaz, 2.830 miliarde m³ apartin Orientului Apropiat (Peninsula Araba, o parte din Nordul Africii), 64.020 miliarde m³ Europei si Statelor GUS (Rusiei), 14.210 miliarde m³ Asiei si Australiei, 14.060 miliarde m³ Africii, 7.320 miliarde m³ Americii de Nord si 7.100 miliarde m³ Americii de Sud .