Fosil Yakıtlar

Fosil yakıt nedir?

Fosil yakıtlar, gömülü ölü organizmaların anaerobik ayrışımı gibi doğal süreçler tarafından oluşturulan antik fotosentezden kaynaklanan enerji içeren bir yakıt formudur. Organizmaların yaşları ve onlardan elde edilen yakıtlar genellikle milyon yılları ve bazen 650 milyon yılı aşmaktadır. Fosil yakıtlar petrol, kömür, doğalgaz ve yüksek oranda karbon içermektedir. Diğer yaygın olarak kullanılan türevleri ise gazyağı ve propan içermektedir. Fosil yakıtlar, örneğin hidrojen oranlı metan gibi düşük karbonlu uçucu maddelerden, petrol gibi sıvılara ve antrasit kömür gibi neredeyse saf karbondan oluşan uçucu olmayan maddelere kadar değişmektedir. Metan, hidrokarbon formunda ya tek başına, yağla ilişkili olarak veya metan klatrat formunda bulunabilir.

Fosil yakıt nasıl oluşur?

Fosil yakıtların, ölü bitkilerin fosilleşmiş kalıntılarının milyonlarca yıldan daha fazla süre boyunca Dünya'nın yer kabuğunda ısı ve basınca maruz kalması sonucu oluştuğu teorisi ilk önce 1556 yılında Georgius Agricola tarafından ve daha sonra 18. yüzyılda Mikhail Lomonosov tarafından tanıtılmıştır.

Fosil yakıt kullanımı

Enerji Enformasyon İdaresi, 2007 yılında birincil enerji kaynakları olarak petrolün %36 oranında, kömürün %27,4 oranında, doğalgazın %23 oranında olmak üzere Dünya'da toplam %86,4 oranında fosil yakıtların birincil enerji kaynağı olarak kullanıldığını tahmin etmiştir. 2006 yılında fosil olmayan kaynaklar %8,5 oranında nükleer, %6,3 oranında hidroelektrik ve %0,9 oranında diğerlerini ( jeotermal, güneş, rüzgar, odun, atık, gelgit) içermektedir. Dünya enerji tüketimi yılda yaklaşık %2,3 oranında büyümüştür.

Fosil yakıtlar devamlı olarak doğal süreçler sonucu oluşmasına karşın yenilenemez enerji kaynağı olarak kabul edilmektedir. Çünkü oluşması milyonlarca yıl almaktadır ve uygun rezervler yenisinin oluşmasından çok daha hızlı tükenmektedir.

Fosil yakıtların kullanımı ciddi çevresel kaygılara yol açmaktadır. Fosil yakıtlar her yıl 21,3 milyar ton (21.3 gigaton) karbondioksit (CO2) üretmektedir. Ama doğal süreçlerin bu üretimin yaklaşık yarısını emebileceği tahmin edilmektedir. Yani yılda atmosferik karbondioksitin 10,65 milyar tonluk net bir artışı vardır ( 1 ton atmosferik karbon 3,7 ton karbondioksit ile eşdeğerdir). Karbondioksit ışınımsal zorlamayı arttıran ve küresel ısınmaya katkıda bulunan sera gazlarından biridir. Tepki olarak Dünya'nın yüzey sıcaklığının yükselmesine neden olmaktadır. İklim bilimcilerin büyük çoğunluğu bu yükselmenin olumsuz yan etkilere sebep olacağı konusunda hemfikirdir. Bu nedenden dolayı yenilenebilir enerji üretimine yönelik bir hareket, küresel sera gazı salınımının azaltılmasına yardımcı olmak için devam etmektedir.

Fosil yakıt özellikleri

Petrol ve doğalgaz, milyonlarca yıl önce zooplankton ve fitoplanktonları kapsayan organizmaların kalıntılarının anoksik koşullar altında büyük miktarlarda deniz (veya göl) altına yerleşip anaerobik ayrışmaya uğraması sonucu oluşmaktadır. Jeolojik zaman boyunca bu organik madde çamur ile karışmış ve ağır tortu tabakaları altında gömülü kalmıştır. Yüksel sıcaklık ve basınç organik maddenin kimyasal olarak değişmesine sebep olmuştur. İlk olarak kerojen olarak bilinen, yağ şistlerinde bulunan mumsu bir maddeye dönüşmüş ve sonrasında katajenez olarak bilinen süreç içinde sıvı ve gazlı hidrokarbonlar içinde daha fazla ısıya maruz kalmıştır. Isıya dayalı dönüşümlere rağmen (Tipik organik maddeye göre enerji yoğunluğu artabilir) gömülü enerjinin kaynağı hala fotosentezdir.

Herhangi bir yakıt karışımında geniş yelpazede organik veya hidrokarbon bileşikleri bulunmaktadır. Özel hidrokarbon karışımları yakıta kaynama noktası, erime noktası, yoğunluk ve viskozite gibi karakteristik özellikler vermektedir. Örneğin doğalgaz gibi yakıtlar çok düşük kaynama noktası ve gaz bileşenlerine sahiptir. Benzin ve dizel gibi diğer yakıtlar ise çok yüksek kaynama bileşenleri içermektedir.

Diğer bir taraftan karasal bitkiler kömür formu ve metan oluşturma eğilimi göstermektedir. Kömür yataklarının birçoğu Dünya tarihinde Karbonifer döneme aittir. Karasal bitkiler ayrıca bir doğalgaz kaynağı olan tip III kerojen formunu oluşturmaktadır.

Fosil yakıtların önemi

Fosil yakıtlar yanabilmesi (karbondioksit ve suya oksitlenebilir) ve birim kütle başına önemli miktarda enerji üretmesi sebebiyle çok önemlidir. Kömürün yakıt olarak kullanılması tarihte çok öncelerde kaydedilmiştir. Kömür metal cevherlerinin eritilmesi amacıyla kullanılan fırınlarda yakıt olarak kullanılmıştır. Sızıntılardan elde edilen yarı katı hidrokarbonlar da antik zamanlarda yakılmıştır. Ama bu materyaller çoğunlukla su yalıtımı ve mumyalama için kullanılmaktaydı.

Petrolün petrol lambalarında hayvanlardan elde edilen yağların yerine (özellikle balina yağı) büyük ölçüde ticari olarak kullanılması 19. yüzyılda başlamıştır.

Petrol üretiminde değersiz bir yan ürün olarak ortaya çıkan doğalgaz günümüzde çok değerli bir kaynak olarak kabul edilmektedir. Doğalgaz yatakları ayrıca helyum ana kaynağıdır.

Ağır ham petrol, geleneksel ham petrol ve katran kumlarından daha yoğun olmakla birlikte bitüm halinde kum ve kil ile karışmış biçimde bulunmaktadır ve fosil yakıt kaynağı olarak daha da önem kazanmaktadır. Petrol şisti ve benzer malzemeler kerojen yüksek molekül ağırlığına sahip organik bileşiklerin karmaşık bir karışımı olan kerojen içeren tortul kayaçlardır ve ısıtıldığında (pirolize) verimli sentetik ham petrole dönüşmektedir. Bu materyaller daha yeni yeni ticari olarak kullanılmaktadır. Bu tip yakıtlar içten yanmalı motorlarda, fosil yakıt santrallerinde ve diğer alanlarda kullanılabilmektedir.

18. yüzyılın ikinci yarısından önce yel ve su değirmenleri unun öğütülmesi, odun kesilmesi veya su pompalanması gibi endüstriyel enerji ihtiyacını sağlamaktaydı. Evsel ihtiyaçlar için kullanılan ısı ise, tahta veya turba yakarak elde edilmekteydi. Önceleri kömür daha sonra ise petrolün yakıt olarak geniş ölçekte kullanımı buhar motorlarının çalışmasını sağlayarak Endüstriyel Devrim'e olanak sağlamıştır. Aynı zamanda gaz lambaları, doğal gazı ve kömür gazını yakıt olarak kullanarak geniş bir kullanım alanına sahip olmuşlardır. İçten yanmalı motorların icadı ve otomobiller ve kamyonların yakıt ihtiyacına bağlı olarak her ikisi de fosil yakıtlardan elde edilen benzin ve mazota gösterilen talep büyük ölçüde artmıştır. Diğer taşıma araçları, trenler ve uçaklarda fosil yakıtlara ihtiyaç duymaktadır. Fosil yakıtların diğer önemli kullanım alanları ise elektrik üretimi ve petrokimya endüstrisinde ham madde olarak kullanılmasıdır. Petrol çıkarmada atık madde olarak ortaya çıkan katran yol yapımlarında kullanılmaktadır.

Fosil yakıt rezervleri

Birincil enerji kaynakları seviyeleri yeryüzündeki rezervlerdir. Akışlar, bu rezervlerden fosil yakıtların üretimidir. Birincil enerji kaynaklarının en önemli kısmını karbon temelli fosil enerji kaynakları oluşturmaktadır. Kömür, petrol ve doğalgaz, 2002 yılı boyunca birincil enerji üretiminin %79,6'sını sağlamıştır (milyon ton petrol eşdeğeri (mtoe, milyon ton anlamına gelmektedir)(34,9 + 23,5 + 21,2).

2005-2006 yılları arasındaki düzeyler (provenaj rezervleri):

Kömür: 997.748 milyon kısa ton (905 milyar metrik ton), 4.416 milyar varil (702,1 km3) petrol eşdeğeri

Petrol: 1.119 milyar varil (177,9 km3) ila 1.317 milyar varil arasında (209,4 km3)

Doğalgaz: 6.183-6.381 trilyon kübik feet (175-181 trilyon metreküp), 1.161 milyar varil (184.6 × 10 ^ 9 m3) petrol eşdeğeri

2006'da kullanım (günlük üretim):

Kömür: 18.476.127 kısa ton (16.761.260 metrik ton), 52.000.000 varil (8.300.000 m3) günlük petrol eşdeğeri

Petrol: 84.000.000 varil / gün (13.400.000 m3 / gün)

Doğalgaz: 104.435 milyar metre küp (2.963 milyar metreküp), günlük 19.000.000 varil (3.000.000 m3) petrol eşdeğeri

Fosil yakıt kullanımı ve fosil yakıt alternatifleri

Oxford Corpus Christi Üniversitesi'nde kıdemli araştırma görevlisi olarak çalışmış onursal profesör P. E. Hodgson, dünya enerji kullanımının her on dört yılda iki katına çıkacağını, ihtiyacın hızlı bir şekilde artacağını, 2008 yılında ise dünya petrol üretiminin fosil yakıtların ana kaynağı olacağını ve 10 yıl içinde zirveye ulaşıp sonrasında düşeceğini beklemektedir.

Arz ve talep ilkesi, hidrokarbon tedariğinin azalması ile birlikte fiyatların yükseleceğini öngörmektedir. Bu nedenle daha yüksek fiyatlar alternatif seçeneklere yönelim sağlayacak ve daha önceleri ekonomik olmayan yenilenebilir enerji kaynakları kullanım için yeterince ekonomik olmaya başlayacaktır. Yapay benzin ve diğer yenilenebilir enerji kaynakları şimdilik klasik petrol rezervlerinden daha pahalı üretim ve işleme teknolojileri gerektirmektedir. Ancak bu kaynaklar yakın gelecekte ekonomik olarak uygun hale gelecektir. Farklı alternatif enerji kaynakları arasında nükleer, hidroelektrik, güneş, rüzgar ve jeotermal kaynaklar yer almaktadır.

Daha fazla umut verici enerji alternatifleri, biyoyakıtın yanı sıra karbondioksit yakalamak için gıda artıklarının ve biyokütlenin kullanılmasıdır. Bu işlemler sorunsuz olmasa da şuan dünya çapında denenmektedir. Biyodizeller birçok şirkette üretilmektedir ve birçok üniversitede büyük bir araştırma kaynağı olarak kullanılmaktadır. En yaygın ve umut verici işlemlerden biri yenilenebilir lipidlerin hidro-işlem ve dekarboksilasyon yoluyla kullanılabilir yakıtlara dönüştürülmesidir.

Fosil yakıtların zararları

Birleşik Devletler, Dünya nüfusunun %5'inden daha azını oluşturmasına karşın büyük evler ve özel araçlar için dünya fosil yakıtlarının dörtte birinden fazlasını kullanmaktadır. Amerika Birleşik Devletleri'nde sera gazı salınımının %90'ından fazlası fosil yakıtların yakılması ile oluşmaktadır. Fosil yakıtların yakılması nitrojen oksit, sülfürdioksit, uçucu organik bileşikleri ve ağır metaller gibi diğer hava kirleticilerinin üretilmesine sebep olmaktadır.

Environment Canada'ya göre:

"Elektrik sektörü neredeyse tüm hava sorunları ile ilişkili gaz salımına çok büyük katkı sağlayan endüstriyel sektörler arasında eşsizdir. Elektrik üretim işlemleri, Kanada'da nitrojen oksit ve sülfürdioksit salınımında büyük bir paya sahiptir. Bu sebepten dolayı duman, asit yağmuru ve ince tanecikli madde oluşumuna katkı sağlamaktadır. Kanada'da civa salınımına en büyük katkıyı kontrolsüz endüstriyel kaynaklar yapmaktadır. Fosil yakıt kullanan elektrik santralleri iklim değişikliğine sebep olabilecek karbondioksit yaymaktadır. Buna ek olarak bu sektörün su, habitat ve türler üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır. Özellikle hidroelektrik santrallerin ve iletim hatlarının su ve biyoçeşitlilik üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır."

Fosil yakıtların yakılması, Dünya'ya asit yağmuru şeklinde düşen sülfürik, karbonik ve nitrik asit meydana getirmektedir. Bu asit yağmurları hem yapılı hemde doğal çevreyi etkilemektedir. Asidin kalsiyum karbonatı eritmesi sebebiyle özellikle mermer ve kireç taşından yapılan heykel ve anıtlar savunmasız kalmaktadır.

Fosil yakıtlar özellikle uranyum ve toryum gibi radyoaktif materyallerin atmosfere salınmasına da sebep olmaktadır. 2000 yılında kömür yanması nedeniyle 12.000 ton toryum ve 5.000 ton uranyum dünya çapında serbest kalmıştır. ABD'deki kömür yakma olayının 1982 yılında Tree Miles Adası kazasında olduğundan 155 kat daha fazla radyoaktif madde salınacağı tahmin edilmektedir.

Yanan kömür büyük miktarda kül ve kurum üretmektedir. Bu materyaller çok çeşitli uygulamalarda kullanılmaktadır. Örneğin Birleşik Devletler üretiminin %40'ında kullanılmaktadır.

Fosil yakıtların toplanması, işlenmesi ve dağıtılması çevresel kaygılar oluşturabilmektedir. Kömür madenciliği teknikleri, özellikle dağların temizlenmesi ve şerit madenciliği olumsuz çevresel etkilere sebep olmaktadır ve denizde yapılan petrol sondajı sudaki organizmalar için tehlike arz etmektedir. Petrol rafinerileri, hava ve su kirliliği de dahil olmak üzere olumsuz çevresel etkilere sebep olmaktadır. Kömürün taşınmasında dizel lokomotifler gerekirken ham petrolün taşınmasında tanker gemileri kullanılmaktadır. Bu taşıtların her biri ek olarak fosil yakıtların yakılmasını gerektirmektedir.

Çevresel düzenleme salımımların sınırlandırılması için komuta ve kontrol ( kirlilik miktarını belirleyen veya teknoloji kullanımı), ekonomik teşvikler veya gönüllü programlar gibi çeşitli yaklaşımlar kullanmaktadır.

 Birleşik Devletler Çevre Koruma Ajansı, havaya cıva salınımını azaltmak için politikalar uygulamaktadır. 2005 yılında çıkarılan yönetmeliklere göre kömür yakıtlı santrallerin yaptığı gaz salınımlarının 2018 yılına kadar %70 oranında azaltılması gerekmektedir.

Ekonomik açıdan bakıldığında, fosil yakıtlardan kaynaklanan kirlilik olumsuz bir dışsallık olarak görülmektedir. Vergilendirme, kirliliğin maliyetini "içselleştirmek" için toplumsal maliyetleri açıkça görmenin bir yolu olarak düşünülmektedir. Bu durum, fosil yakıtları daha pahalı hale getirmeyi, böylelikle bu faktörlerin üstesinden gelmek için gerekli fonların arttırılmasının yanı sıra bunların kullanımını ve kirlilik miktarını azaltmayı amaçlamaktadır.

Rodman D. Griffin'e göre "Kömür ve petrol yakılması muazzam miktarda fazla zaman harcanmasından kurtarmıştır ve emeğin yanı sıra dünya çapında yaşam standartlarını da yükseltmiştir." Fosil yakıtların kullanımı hayatımıza faydalı görünse de, bu davranış küresel ısınmada rol oynamaktadır ve gelecek için tehlikeli olduğu söylemektedir.

Ek olarak, bu çevresel kirlilik insanlar üzerinde olumsuz etkiler oluşturmaktadır. Çünkü havadaki fosil yakıt parçacıkları insanlar tarafından solunduğu zaman sağlığı olumsuz etkilemektedir. Bu olumsuz etkiler erken ölüm, akut solunum hastalığı, ağır astım, kronik bronşit ve azalan akciğer fonksiyonlarını içermektedir. Bu nedenle zayıf, yetersiz beslenen, çok genç ve çok yaşlı, önceden solunum hastalığına sahip insanlar ve diğer sağlık sorunlarına sahip insanlar daha fazla risk altında bulunmaktadır.

Fosil yakıt harcamaları

Avrupa, 2011 yılında fosil yakıt ithalatı için 406 milyar avro  ve 2012 yılında 545 milyar avroluk harcama yapmıştır. Bu miktar, 2013 yılına kadar Yunan kurtarma masrafının yaklaşık üç katından fazladır. 2012 yılında rüzgar enerjisi, 9,6 milyar avroluk fosil yakıt masraflarından kurtulmalarını sağlamıştır. Uluslararası Enerji Ajansı tarafından hazırlanan 2014 raporunda, fosil yakıt endüstrisinin küresel hükümet ödeneklerinde yılda 550 milyar dolar tahsil edildiği belirtilmiştir. Bu tutar 2014 yılında 490 milyar dolardı, ancak bu tutar 2009 yılında yapılan anlaşmalar olmasaydı 610 milyar dolar olurdu.

2015 yılında 20 fosil yakıt şirketi incelenmiştir ve hazırlanan rapora göre bu iş son derece kârlı olsa da topluma gizli ekonomik maliyeti de büyüktür. Rapor 2008-2012 yıllarını kapsamaktadır ve şu hususları not etmektedir: "2008 yılında ExxonMobil'in istisnası dışında, tüm şirketler ve her yıl için karbondioksit salınımlarının toplum için ekonomik maliyeti vergi sonrası kârlarından daha fazladır. Saf kömür şirketleri için durum daha da kötüdür. Her yıl topluma ekonomik maliyeti toplam geliri aşmaktadır. Bu maliyet, her 1 dolar gelir için masraf  yaklaşık 2 ila 9 dolar arasında değişmektedir. Bu durumda toplam gelir istihdam, vergi, tedarik alımları ve dolaylı istihdam içermektedir."