Nhiên liệu hóa thạch là gì?

Bạn đã bao giờ tự hỏi, tên “Nhiên liệu hóa thạch” bắt nguồn từ đâu?

Nhiên liệu hóa thạch là hỗn hợp hợp chất được tạo thành từ tàn tích động thực vật hóa thạch từ hàng triệu năm trước. Việc tạo ra nhiên liệu hóa thạch – dầu, khí tự nhiên hoặc than đá – từ những hóa thạch này được xác định bởi loại hóa thạch, lượng nhiệt và lượng áp suất.

1. Sự Bắt Đầu:

Nhiên liệu là nguồn năng lượng và nhiên liệu hóa thạch không khác gì nhau. Năng lượng trong nhiên liệu hóa thạch đến từ mặt trời, thúc đẩy quá trình quang hợp để thay đổi carbon dioxide và nước thành các khối cấu tạo phân tử của thực vật và động vật cổ đại. Cả thực vật và động vật đều xây dựng cơ thể bằng cách sử dụng chủ yếu các nguyên tử cacbon và hydro và đó là năng lượng dự trữ trong các hợp chất hydrocacbon hóa thạch được dùng làm nhiên liệu khi đốt cháy.

Thực vật là thành phần tiền chất chính của than đá. Những khu rừng đầm lầy trong Thời kỳ cây kim loại, thời kỳ trước khi khủng long lang thang trên trái đất, là môi trường tuyệt vời để tạo ra than đá. Khi cây chết chúng rơi xuống nước, nơi quá trình phân hủy bị đình trệ vì thiếu oxy, cho phép cây bị vùi sâu trong lòng đất, nơi chúng có thể chịu nhiệt độ cao.

Dầu mỏ và khí tự nhiên chủ yếu hình thành từ các sinh vật phù du cực nhỏ. Những động vật cực nhỏ, tảo và vi khuẩn này đã phát triển mạnh mẽ trong các vùng biển ấm và nông có mặt hàng triệu năm trước. Khi chết, chúng chìm xuống đáy biển, nơi chúng bị bao phủ bởi lớp trầm tích. Đáy đại dương cạn kiệt oxy khiến vi khuẩn không thể tiêu thụ tàn tích của các sinh vật bị phân hủy và thay vào đó chúng được chôn sâu dưới lòng đất.

2. Sự Phân Hủy:

Khi vật liệu hóa thạch bắt đầu bị chôn vùi ngày càng sâu dưới lòng đất, nó phải chịu nhiệt và áp suất tăng lên. Khi nhiệt tăng lên, các phân tử hóa thạch bắt đầu vỡ ra. Sự phân hủy ban đầu tạo ra các vật liệu bị thay đổi một phần, như than bùn từ thực vật và kerogen từ sinh vật phù du. Những vật liệu chuyển tiếp này cũng có thể được sử dụng làm nguồn nhiên liệu, tuy nhiên, chúng có ít năng lượng dự trữ hơn so với than đá, khí đốt tự nhiên hoặc dầu được tạo thành hoàn toàn.

Khi vật liệu thực vật bắt đầu phân hủy, nó sẽ biến thành một vật liệu dạng sợi được gọi là than bùn. Than bùn là nguyên liệu thực vật bị phân hủy một phần và cuối cùng có thể biến thành than khi chịu nhiều nhiệt hơn. Còn được gọi là cỏ, than bùn theo truyền thống được thu hoạch trên khắp thế giới để làm nhiên liệu sau khi nó được cắt từ các đầm lầy như đầm lầy hoặc bãi lầy.

Sự phân hủy ban đầu của sinh vật phù du dẫn đến một vật chất dạng sáp gọi là kerogen. Kerogen là sinh vật phù du bị phân hủy một phần, cuối cùng có thể biến thành dầu và khí tự nhiên khi chịu nhiều nhiệt hơn. Nó được tìm thấy ở dạng đá phiến sét hoặc “đá phiến dầu” cùng với các khoáng chất khác. Trong suốt lịch sử, các lợi ích thương mại đã cố gắng sản xuất dầu từ kerogen, tuy nhiên, lao động, các nguồn tài nguyên cần thiết và phụ phẩm từ chất thải nguy hại đã khiến mọi nỗ lực ngừng lại.

3. Hình Thái Nhiên Liệu Hóa Thạch:

Sau hàng triệu năm dưới lòng đất, các hợp chất tạo nên sinh vật phù du và thực vật biến thành nhiên liệu hóa thạch. Sinh vật phù du phân hủy thành khí tự nhiên và dầu, trong khi thực vật trở thành than đá. Ngày nay, con người khai thác các nguồn tài nguyên này thông qua khai thác than và khoan các giếng dầu khí trên đất liền và ngoài khơi. Chúng được săn lùng vì chúng chứa năng lượng dự trữ và khi được đốt cháy, nhiên liệu hóa thạch cung cấp năng lượng cho máy móc và cung cấp phương tiện giao thông, cũng như điện năng cần thiết cho cuộc sống hiện đại. Chúng cũng chứa các thành phần thiết yếu được sử dụng trong ngành công nghiệp hóa chất.

• Than đá được hình thành từ thực vật hóa thạch. Khi thực vật bị chôn vùi ngày càng sâu dưới lòng đất, chúng sẽ phải chịu sức nóng dữ dội.
• Dầu được hình thành từ các sinh vật phù du bị chôn vùi. Khi trầm tích tích tụ trên lớp sinh vật phù du đã hóa thạch qua hàng thiên niên kỷ, dòng nhiệt dữ dội từ sâu trong lòng đất biến sinh vật phù du thành dầu.
• Tương tự như dầu mỏ, khí đốt tự nhiên được hình thành từ các sinh vật phù du bị chôn vùi, nhưng cũng từ than đá trong các giai đoạn phân hủy muộn. Tuy nhiên, việc tạo ra khí đốt tự nhiên đòi hỏi nhiệt độ cao hơn so với dầu mỏ.

4. Đột Phá Hóa Học:

Dầu thô là một hỗn hợp của hàng nghìn phân tử khác nhau được tạo thành từ các hợp chất chứa chủ yếu là hydro và carbon. Mỗi mỏ dầu thô đều có một thành phần và tỷ lệ riêng biệt của các hydrocacbon này. Dựa trên thành phần hóa học này, dầu thô có thể có nhiều loại mật độ từ đặc và nhớt đến nhẹ và lỏng. Nó được chỉ định là ngọt hoặc chua tùy thuộc vào lượng lưu huỳnh còn lại và có thể từ màu vàng vàng trong suốt đến màu đen đậm.

Để được sử dụng trong ngành công nghiệp và vận chuyển, dầu thô phải được tách thành các loại nhiên liệu và chất bôi trơn gốc hydrocacbon riêng của nó. Với rất nhiều loại phân tử, không có ngành công nghiệp nào không sử dụng các sản phẩm dầu ở dạng này hay dạng khác. Dầu được sử dụng làm chất bôi trơn, nhiên liệu, trong nhựa, mỹ phẩm và thậm chí là thuốc. Nói chung, thành phần của dầu được phân loại thành bốn loại phân tử khác nhau.

Các phân tử bão hòa: Các phân tử này có thể vừa ngắn hoặc vừa dài, nhưng nhìn chung, chúng có cấu trúc đơn giản. Nhiều là chuỗi phân tử cacbon dài, thẳng hoặc phân nhánh với các nguyên tử hydro gắn liền. Một số ví dụ nhỏ hơn phổ biến bao gồm pentan và octan, được tinh chế thành các thành phần tạo nên xăng.

Nhựa: Nhựa là những phân tử phức tạp bao gồm nitơ, oxy hoặc lưu huỳnh. Chúng có độ sệt, đặc và được sử dụng trong sơn, cao su và bê tông.

Asphaltenes: Các hợp chất lớn nhất và nặng nhất là các phân tử lớn và phức tạp. Vật liệu dầu dư này có trong nhựa đường dày dùng để lát đường.

Chất thơm: Các phân tử dầu này hình thành cấu trúc vòng dựa trên cacbon và được đặt tên vì chúng tạo ra mùi thơm. Nhiều chất, như benzen, là chất độc và có thể gây ung thư ở người.

5. Dầu Trong Tự Nhiên:

Sau tất cả sự biến đổi này, dầu thường được tìm thấy trong môi trường tự nhiên. Nó thường nằm sâu dưới bề mặt trái đất, nhưng cũng có thể được tìm thấy sủi bọt hoặc thậm chí ở dạng bóng hắc ín trên bãi biển.

Dầu tự nhiên thoát ra khỏi trái đất khi bị thấm sâu dưới đáy đại dương và ở các khu vực trên đất liền thường xảy ra động đất. Gần một nửa lượng dầu trong đại dương đến từ dầu tự nhiên. Dầu thấm chậm và dần dần giải phóng dầu, cung cấp cục bộ thức ăn cho các sinh vật thích nghi với việc sử dụng các thành phần dầu, đặc biệt là vi khuẩn.

Con người có thể phá hủy môi trường với một lượng lớn dầu trong các sự kiện như rò rỉ ở đầu giếng, đường ống bị vỡ và tiếp đất của tàu chở dầu. Việc xả dầu ngẫu nhiên này có thể gây ra những tác động tàn phá đến môi trường xung quanh. Không có hai vụ tràn dầu nào hoàn toàn giống nhau và thành phần của dầu thô tràn cũng như hoàn cảnh của vụ tràn có thể ảnh hưởng đến cách những người ứng phó dọn dẹp vết tràn.

Dầu được sử dụng để cung cấp năng lượng cho ngành công nghiệp. Ô tô, máy bay và nhà cửa được cung cấp năng lượng tinh chế từ dầu mỏ và khi đốt cháy nhiên liệu sẽ thải ra khí carbon dioxide, một loại khí nhà kính, vào bầu khí quyển. Đó là carbon dioxide tích tụ trong khí quyển và hoạt động giống như một tấm chăn, giữ nhiệt xung quanh trái đất và làm ấm hành tinh. Sau khi đốt cháy, carbon dioxide vẫn còn trong khí quyển hàng trăm năm.

Dầu được sử dụng để sản xuất nhiều chất khác nhau ngoài nhiên liệu và nhiều sản phẩm trong số đó có thể được tìm thấy trong nhà. Điều này bao gồm các sản phẩm nhựa, sơn, nhựa đường trên đường lái xe và các tấm lợp phủ trên mái nhà.

6. Chúng Ta Có Thể Học Được Gì Từ Các Sự Cố Tràn Dầu?

Sự cố tràn dầu có thể đưa một lượng lớn dầu ra môi trường. Vụ tràn dầu Deepwater Horizon là vụ tràn dầu trên biển lớn nhất trong lịch sử Hoa Kỳ, đổ hơn 3,17 triệu thùng dầu xuống Vịnh Mexico. Vụ cháy và nổ giàn khoan đã cướp đi sinh mạng của 11 người.

Các nhà nghiên cứu đã đến biển để tìm hiểu nhiều nhất có thể về tác động của dầu đối với môi trường biển xung quanh, cũng như các cộng đồng vùng Vịnh gần đó. Kể từ vụ tràn vào năm 2010, Sáng kiến Nghiên cứu Vịnh Mexico đã tài trợ cho hàng trăm nhà khoa học và tìm hiểu rất nhiều về những gì đã xảy ra với dầu tràn và tác động của dầu tràn đối với môi trường tự nhiên dọc theo bờ biển phía Bắc Vịnh Mexico.

Các vi khuẩn ăn methane được gọi là methanotrophs đã bùng nổ trong những ngày sau vụ tràn dầu. Vào ngày thứ 11, các vi khuẩn đã tiêu thụ khí mê-tan nhanh hơn 60.000 lần so với tốc độ thấm dầu tự nhiên, cho thấy rằng thiên nhiên có cách riêng để làm sạch dầu tràn. Các loại vi sinh vật khác phân hủy các hydrocacbon bổ sung tràn ra trong sự cố bi thảm này, mặc dù nhiều hydrocacbon quá phức tạp để bị phân hủy bởi vi sinh vật.

Sự suy giảm của dầu phần lớn phụ thuộc vào việc vi khuẩn có thể tiếp cận nó dễ dàng như thế nào. Các giọt dầu càng nhỏ thì càng có nhiều vi khuẩn dầu có thể phân huỷ. Gió và sóng có một phần rất lớn trong việc phá vỡ dầu, và các động vật bơi trong đại dương cũng vậy. Sứa có thể phá vỡ dầu chỉ đơn giản bằng cách bơi qua lớp động vật phù du nhỏ trơn bóng được gọi là động vật chân đầu có thể giảm lượng dầu xuống một phần tư khi chúng ăn chúng. Mặc dù nó là một trợ giúp đáng kể cho việc làm sạch dầu, việc tương tác với dầu có thể gây hại cho sức khỏe của động vật.

Nội tạng cá bị hư do dầu. Các nghiên cứu về mahi mahi cho thấy cả cá con và cá trưởng thành đều mất khả năng bơm máu đi khắp cơ thể một cách hiệu quả, ngay cả khi tiếp xúc với dầu chỉ một ngày. Điều này cho thấy rằng các sinh vật khác như động vật có vú cũng có thể bị ảnh hưởng bởi dầu tràn, ngay cả khi trưởng thành.

Lithaco

Nguồn: SmithsonianOcean