化石燃料とは？

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「化石燃料」という言葉は、最近かなり多く使われています。多くの場合、それは環境問題、気候変動、またはいわゆる「エネルギー危機」のコンテキストで発生します。主要な汚染源であることに加えて、化石燃料への人類の依存は、ここ数十年でかなりの不安をもたらし、代替品の需要を煽っています。

しかし、化石燃料とは何でしょうか？これらの言葉を聞くと、ほとんどの人はガソリンやオイルを考える傾向がありますが、実際には、分解された有機物に由来するさまざまな種類のエネルギー源に適用されます。人類がどのようにしてそれらに依存するようになったのか、そしてそれらを置き換えるために私たちが何を期待できるかは、今日私たちが直面している最大の懸念の一部です。

定義：

化石燃料は、古代の光合成の結果としてエネルギーを含む生物の嫌気性分解の結果として形成されるエネルギー源を指します。通常、これらの生物は何百万年もの間死んでおり、一部は極低温期（約6億5,000万年前）までさかのぼります。

化石燃料は、化学結合に炭素と貯蔵エネルギーを高い割合で含んでいます。それらは、石油、石炭、天然ガス、および他の可燃性の炭化水素化合物の形をとることができます。石油と天然ガスは生物の分解によって形成されますが、石炭とメタンは陸生植物の分解の結果です。

前者の場合、数百万年前に海や湖の底に大量の植物プランクトンや動物プランクトンが定着したと考えられています。数百万年の間に、この有機物は泥と混ざり、重い堆積物層の下に埋もれました。結果として生じる熱と圧力により、有機物が化学的に変化し、最終的に炭素化合物が形成されました。

後者の場合、発生源は石炭紀、つまりデボン紀末期からペルム紀初頭（約3億から3億5000万年前）に堆積物に覆われた植物の死骸でした。時間の経過とともに、これらの堆積物は固化するか、またはガス状になり、炭田、メタン、および天然ガスを生成しました。

現代の用途：

石炭は古くから燃料として使用されており、しばしば金属鉱石を溶解するための炉で使用されています。未処理および未精製の油は、照明のためにランプで何世紀にもわたって燃焼されており、半固体の炭化水素（タールなど）は、防水（主にボートの底とドック）と防腐処理に使用されました。

エネルギー源としての化石燃料の広範な使用は、産業革命（18〜19世紀）中に始まりました。産業革命では、石炭と石油が動物源（つまり、鯨油）に代わって蒸気エンジンに動力を供給し始めました。第二次産業革命（1870年から1914年頃）までに、石油と石炭が発電機の動力源として使われ始めました。

航空機の開発がそうであったように、内燃エンジン（すなわち自動車）の発明は、石油の需要を指数関数的に増加させました。石油化学産業は同時に出現し、石油はプラスチックから原料までの製品の製造に使用されました。さらに、タール（石油抽出の残りの産物）は、道路や高速道路の建設に広く使用されるようになりました。

化石燃料は、単位質量あたりかなりの量のエネルギーを生成するため、現代の製造、産業、輸送の中心になりました。 2015年の時点で、国際エネルギー機関（IEA）によると、世界のエネルギーニーズは主に石炭（41.3％）や天然ガス（21.7％）などの供給源によって提供されていますが、石油はわずか4.4％に落ちています。

化石燃料産業も世界経済の大きなシェアを占めています。 2014年の世界の石炭消費量は38億メートルトンを超え、米国だけで460億ドルの収益を占めました。 2012年、世界の石油とガスの生産量は1日あたり7,500万バレルに達し、業界が生み出した世界の収益は約1.247兆米ドルに達しました。

化石燃料産業はまた、世界中で多くの政府保護とインセンティブを享受しています。 IEAからの2014年のレポートは、化石燃料産業が世界政府の補助金として年間5,500億ドルを集めていることを示しました。しかし、国際通貨基金（IMF）による2015年の調査では、世界中の政府に対するこれらの補助金の実際のコストは約5.3兆ドル（または世界のGDPの6.5％）であることが示されています。

環境への影響：

工業革命以来、先進国や主要都市における化石燃料と大気汚染の関係は明らかでした。石炭や石油の燃焼によって発生する汚染物質には、二酸化炭素、一酸化炭素、窒素酸化物、二酸化硫黄、揮発性有機化合物、重金属などがあり、これらはすべて呼吸器系の病気や病気のリスクの増加に関連しています。

人間による化石燃料の燃焼は、世界最大の二酸化炭素排出源でもあり（約90％）、これは放射強制力（別名、温室効果）の発生を可能にする主要な温室効果ガスの1つであり、地球温暖化。

2013年に米国海洋大気庁は、19世紀に測定が開始されて以来初めて、上層大気のCO²レベルが400百万分率（ppm）に達したことを発表しました。現在の排出量の増加率に基づいて、NASAは炭素濃度が次の世紀に550〜800 ppmに達する可能性があると推定しています。

前者のシナリオが当てはまる場合、NASAは平均的な地球の気温が2.5°C（4.5°F）上昇することを予測しています。ただし、後者のシナリオが当てはまる場合、地球の気温は平均して4.5°C（8°F）上昇し、地球の多くの場所で生命を維持できなくなります。このため、代替案が開発と広範な商業的採用のために求められています。

代替案：

化石燃料の使用による長期的な影響のため、科学者と研究者は1世紀以上にわたって代替案を開発してきました。これには、19世紀後半から存在していた水力発電のような概念が含まれます。この概念では、水を流してタービンを回転させ、電気を生成します。

20世紀後半以降、原子力は石炭や石油に代わるものと見なされてきました。ここでは、低速核分裂炉（ウランまたは他の重元素の放射性崩壊に依存）を使用して水を加熱し、次に蒸気を発生させてタービンを回転させます。

2世紀半ば以降、シンプルなものから高度に洗練されたものまで、さらにいくつかの方法が提案されてきました。これらには、風力の変化がタービンを押す風力発電が含まれます。太陽光発電。太陽電池は太陽のエネルギー（時には熱）を電気に変換します。地熱は、地殻から取り出された蒸気に依存してタービンを回転させます。潮力の変化は、潮の変化がタービンを押します。

代替燃料も生物源から得られており、植物や生物源はガソリンの代わりに使用されています。水素はまた、水素燃料電池から、内燃機関および電気エンジンに動力を供給するために使用される水に至るまで、動力源として開発されています。核融合パワーも開発されており、水素原子が原子炉内で融合して、クリーンで豊富なエネルギーを生成します。

21世紀半ばまでに、化石燃料は時代遅れになるか、少なくともその使用量が大幅に減少すると予想されています。しかし、歴史的な見地から、それらは人間の成長における最大かつ最も長期にわたる爆発に関連付けられてきました。人類がこの成長の長期的な影響（大量の化石燃料の燃焼と温室効果ガスの排出を含む）に耐えられるかどうかは、まだ不明です。

Space Magazineには、化石燃料に関する多くの記事を書いています。強化された温室効果とは何か、大気中のガス、大気汚染の原因は何か、すべてを燃やした場合はどうなるのか、代替エネルギーとは何か、そして「気候変動はこれまで以上に確実になっている」と新しいレポートは述べています

化石燃料の詳細については、NASAの地球観測所をご覧ください。そして、これはNASAの大気保護に関する記事へのリンクです。

天文学キャストは、主題に関連するいくつかのエピソードも持っています。エピソード51：地球とエピソード308：気候変動。

出典：