Obnovljivi izvori energije pružaju znatan potencijal za budućnost, ali trenutačno su vrlo ograničenih mogućnosti i energija koja dolazi iz njih skuplja je. Zbog toga će proći još neko vrijeme do veće upotrebe takvih izvora energije. Do tada se moramo osloniti na neobnovljive izvore energije. To su nuklearna energija, ugljen, nafta i prirodni plin

Ugljen, naftu i prirodni plin zovemo još i fosilnim gorivima. Samo ime fosilna goriva govori o njihovu nastanku. Prije mnogo milijuna godina ostaci biljaka i životinja počeli su se taložiti na dno oceana ili na tlo. S vremenom je te ostatke prekrio sloj blata, mulja i pijeska. U tim uvjetima razvijale su se vrlo visoke temperature i veliki pritisci, a to su idealni uvjeti za pretvorbu ostataka biljaka i životinja u fosilna goriva. Glavni izvor energije fosilnih goriva je ugljik, pa njihovim izgaranjem u atmosferu odlazi mnogo ugljičnog dioksida. To je glavni problem iskorištavanja fosilnih goriva, gledano iz ekološkog kuta. Na slici je prikazan rast koncentracije ugljičnog dioksida u atmosferi u zadnjih 150 godina. Vidljivo je da se koncentracija u tom razdoblju povećala za čak 28%. Zadnjih 150 godina razdoblje je sve većeg povećanja upotrebe fosilnih goriva. Na početku se najviše upotrebljavao ugljen, koji je i najopasniji za okoliš jer u atmosferu ispušta, uz ugljični dioksid, i sumpor te neke druge tvari. Sumpor se u atmosferi spaja s vodenom parom i tvori sumpornu kiselinu, koja pada na tlo u obliku kiselih kiša. Problem kiselih kiša najizraženiji je bio u SAD-u i Kanadi, ali ni europske države nisu bile pošteđene. U Europi su najviše problema imale Njemačka i Velika Britanija. Da bi smanjilo mogućnost kiselih kiša, SAD je uložilo oko dvije milijarde dolara u istraživanje metoda za pročišćavanje ugljena. Tehnologije pronađene tim istraživanjima znatno su smanjile učestalost pojavljivanja kiselih kiša.

Nuklearne elektrane ne ispuštaju ugljični dioksid, ali nakon upotrebe nuklearno je gorivo izuzetno radioaktivno i potrebno ga je skladištiti više desetaka godina (najradioaktivnije i više stotina godina) u sigurnim betonskim bazenima ili podzemnim bunkerima. U normalnim uvjetima, nuklearna energija je vrlo čist izvor energije, ali potencijalna opasnost neke havarije sve više smanjuje broj novoinstaliranih nuklearnih elektrana. Strah od havarije dodatno su povećale dvije dosad najveće nuklearne nezgode: Otok Tri Milje 1979. godine i Černobilj 1986. godine. U oba slučaja, do nezgode je došlo zbog niza grešaka na opremi i ljudskih pogrešaka. U zadnje vrijeme sve je manji utjecaj čovjeka na proces u nuklearnoj elektrani jer su se računala pokazala pouzdanija za obavljanje nekih radnji koje ne zahtijevaju konstruktivno razmišljanje.

Neobnovljivi izvori energije: ugljen
Ugljen je nastao od davnih biljaka. Prije 300 milijuna godina, znači prije dinosaura, goleme biljke taložile su se u močvarama. Milijunima godina preko tih ostataka taložilo se blato, koje je stvaralo veliku toplinu i pritisak, a to su idealni uvjeti za nastanak ugljena. Danas se ugljen većinom nalazi ispod sloja stijena i blata, a da bi se došlo do njega probijaju se rudnici. Dvije najvažnije upotrebe ugljena jesu proizvodnja čelika i električne energije. Ugljen daje oko 23% ukupne primarne energije u svijetu, a 38% generirane električne energije u svijetu dobiveno je od ugljena. Za oko 70% proizvodnje čelika u svijetu potreban je ugljen kao ključni sastojak.

Od svih fosilnih goriva ugljena ima najviše, a ima i najdužu povijest upotrebe. Arheolozi su pronašli dokaze da su Rimljani u Engleskoj koristili ugljen u drugom i trećem stoljeću. U Sjevernoj Americi Indijanci, su u 14. stoljeću koristili ugljen za kuhanje, grijanje i izradu keramike. U 18. stoljeću Englezi su otkrili da se ugljen spaljuje čišće i na većoj temperaturi od drvenog ugljena. Industrijska revolucija bila je prvi pravi pokretač upotrebe ugljena. James Watt izumio je motor na paru (parni stroj), koji je omogućio da strojevi obavljaju posao koji su prije obavljali ljudi ili životinje. James Watt je koristio ugljen za proizvodnju pare koja je pokretala motor. Tijekom 19. stoljeća brodovi i vlakovi su bili glavno sredstvo za transport, a koristili su parni stroj za pogon. U tim parnim strojevima koristio se ugljen za proizvodnju pare. Godine 1880. ugljen je prvi put upotrijebljen za proizvodnju električne energije.

Ekologija i načini pročišćavanja ugljena

Gledano iz ekološkog kuta, ugljen je najopasniji izvor energije. Ugljen je, kao i svi fosilni izvori energije, najvećim dijelom sačinjen od ugljika i vodika. Unutar ugljena zarobljene su i neke nečistoće, na primjer sumpor i dušik. Kad ugljen sagorijeva, te nečistoće otpuštaju se u atmosferu. U atmosferi se te čestice spajaju sa parom (na primjer u oblacima) i formiraju kapljice koje padaju na zemlju kao slabe sumporne i dušične kiseline – kisele kiše. Unutar ugljena postoje još i sitne čestice minerala. Te čestice ne sagorijevaju i stvaraju pepeo koji ostaje nakon sagorijevanja. Jedan dio tih čestica biva uhvaćen u vrtlog plinova i, zajedno sa parom, formira dim koji dolazi iz elektrana na ugljen. Neke čestice su toliko male da ako ih složimo 30 u red, red bi bio dug jedva kao širina ljudske kose. Ugljen je najvećim dijelom sačinjen od ugljika. Kad ugljen sagorijeva ugljik se miješa sa kisikom iz zraka i na taj način formira ugljični dioksid.

Ugljični dioksid je plin bez boje i mirisa, a u atmosferi je jedan od stakleničnih plinova. Većina znanstvenika vjeruje da je globalno povećanje temperature uzrokovano upravo otpuštanjem ugljičnog dioksida u atmosferu.

Iz svega nabrojenog čini se da je ugljen vrlo prljav izvor energije. Prije mnogo godina je bio prljav, ali u zadnjih 20 godina znanstvenici su pronašli načine da uhvate velik dio nečistoća prije nego mogu pobjeći u atmosferu. Danas postoje tehnologije koje mogu pročistiti 99% sitnih čestica i ukloniti 95% nečistoća što ih prouzrokuju kisele kiše. Također postoje tehnologije koje smanjuju emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu efikasnijim sagorijevanjem ugljena. Većinu tih tehnologija financirale su vlade SAD-a i Kanade zbog velikih problema s kiselim kišama.

Nafta
Nafta je nastala iz ostataka biljaka i životinja koje su živjele prije mnogo milijuna godina u vodi. Na slici desno prikazan je nastanak nafte i prirodnog plina u tri koraka. Prvi korak bio je prije 300 – 400 milijuna godina. Tada su se ostaci počeli taložiti na dno oceana i s vremenom ih je pokrio pijesak i mulj. Prije 50 – 100 milijuna godina ti su ostaci već bili prekriveni velikim slojem pijeska i mulja koji je stvarao ogromne pritiske i visoke temperature. U tim prilikama nastali su sirova nafta i prirodni plin. Danas bušimo kroz debele slojeve pijeska, mulja i stijena da bi došli do nalazišta nafte. Prije nego počne bušenje kroz sve te slojeve, znanstvenici i inženjeri proučavaju sastav stijena. Ako sastav stijena ukazuje na moguće nalazište nafte počinje bušenje. Veliki problem prilikom bušenja i transporta je mogućnost isticanja nafte u okoliš. Nove tehnologije omogućavaju povećanje preciznosti kod pronalaženja nafte, a to rezultira manjim brojem potrebnih bušotina. Od 1990. godine vrijedi zakon da svaki novi izgrađeni tanker mora imati dvostruku oplatu da bi se spriječio izljev nafte u more prilikom havarije. Usprkos svim poboljšanjima tehnologije bušenja i transporta još uvijek se događaju izljevi nafte u more, a to rezultira gotovo potpunim uništenjem biljnog i životinjskog svijeta u tom dijelu mora. Iako je zagađenje mora isticanjem sirove nafte veliko, u usporedbi sa zagađenjem zraka korištenjem naftnih derivata je zanemarivo. Prilikom sagorijevanja naftnih derivata oslobađaju se velike količine ugljičnog dioksida u atmosferu. Ugljični dioksid je staklenični plin i njegovim ispuštanjem u atmosferu utječemo na povećanje globalne temperature na zemlji. Zbog tog problema donesen je Kyoto protokol, ali ga najveći zagađivači još uvijek nisu potpisali.

Većina ljudi misli da se nafta nalazi u nekakvim podzemnim bazenima, ali to nije tako. Nafta je zbijena u sitnim porama između stijena pod vrlo velikim pritiskom. Kad napravimo bušotinu do dubine u kojoj se nalaze pore s naftom, te sitne kapljice zbog velikog pritiska navale u bušotinu. To se može usporediti s ispuštanjem zraka iz balona. Kad pustimo grlo balona zrak koji je u balonu pod pritiskom navali van. Isto tako i nafta pod pritiskom navali kroz bušotinu prema površini. Zbog toga se prije događalo da se velike količine nafte razliju oko bušotine zbog nepripremljenosti. U početku prirodni pritisak tjera naftu van kroz bušotinu, a nakon toga se naftne kompanije odlučuju na pumpanje nafte iz bušotine. Te dvije faze eksploatacije nazivaju se primarna proizvodnja.

Nakon toga u bušotini se nalazi još uvijek oko 75% početne količine nafte. Zbog toga se naftne kompanije odlučuju na preplavljivanje nalazišta nafte vodom. Kroz neku drugu bušotinu pumpaju vodu u nalazište i time “ispiru” jedan dio preostale nafte. Na taj način dobije se još oko 15% početne količine nafte. Na kraju u nalazištu ostane oko 60% nafte koju za sad još uvijek ne znamo ispumpati van.

Prirodni plin
Dugo vremena se mislilo da je prirodni plin beskoristan. Čak i danas se u nekim državama rješavaju tog plina tako da ga spaljuju u velikim bakljama. Glavnim dijelom sačinjen je od metana, jednostavnog spoja koji se sastoji od jednog atoma ugljika i četiri atoma vodika. Metan je visoko zapaljiv i sagorijeva gotovo potpuno. Nakon sagorijevanja ne ostaje pepela, a zagađivanje zraka je vrlo malo. Prirodni plin nema boje, okusa, mirisa ni oblika u svojoj prirodnoj formi, pa je prema tome ljudima neprimjetan. Zbog toga im kompanije dodaju kemikaliju koja ima miris pokvarenog jaja. Taj miris omogućava ljudima laku detekciju puštanja plina u kući.

Godine 1821. u Fredoniji, New York, William A. Hart izbušio je 27 stopa duboku bušotinu s ciljem povećanja protoka prirodnog plina na površinu. Zbog toga se ta godina uzima kao početak namjernog iskorištavanja prirodnog plina. Prvi zapisi o prirodnom plinu sežu do oko 100. godine poslije Krista kad su prvi put zabilježene “vječne baklje” na području današnjeg Iraka. Te “vječne baklje” najvjerojatnije su rezultat propuštanja prirodnog plina kroz zemljinu koru, a zapalila ga je munja. U 19. stoljeću prirodni plin korišten je gotovo isključivo za ulične svjetiljke. U to vrijeme nije još bilo plinovoda i masovna distribucija po kućanstvima nije bila moguća. Oko 1890. godine većina gradova počela je koristiti električnu energiju za rasvjetu, pa su proizvođači prirodnog plina počeli tražiti nova tržišta za svoj proizvod. Godine 1885. Robert Bunsen izumio je plamenik koji je miješao zrak s prirodnim plinom. Taj izum omogućio je iskorištavanje prirodnog plina za kuhanje i grijanje prostorija. Prvi značajniji plinovod napravljen je 1891. godine. Bio je dug 120 milja i prenosio je plin iz središnje Indiane u Chicago. Nakon toga sagrađeno je vrlo malo plinovoda sve do kraja drugog svjetskog rata. Tokom drugog svjetskog rata došlo je do velikog napretka u svojstvima metala, tehnikama varenja i izrađivanja cijevi, pa je izgradnja plinovoda postala ekonomski vrlo privlačna, a samim time i upotreba u gospodarstvu i domaćinstvima.

Vađenje prirodnog plina iz zemlje i mora

U mnogo slučajeva prirodni plin je idealno fosilno gorivo jer je prilično čist, jednostavan za transport i komforan za upotrebu. Čišći je od nafte i ugljena, pa se sve više spominje i kao rješenje za postojeće klimatske promjene i probleme sa lošom kvalitetom zraka. Za razliku od nafte i ugljena, prirodni plin ima veći omjer vodik/ugljik i ima manju emisiju ugljičnog dioksida u atmosferu za istu količinu energije.

Kod vađenja prirodnog plina još uvijek postoje limiti zbog današnje tehnologije. Prirodni plin se ne nalazi samo u džepovima, nego se u mnogo slučajeva nalazi s naftom. Često se i nafta i prirodni plin izvlače iz istog nalazišta. Kao i kod proizvodnje nafte, dio prirodnog plina samostalno dolazi na površinu zbog velikog pritiska u dubinama. Ti tipovi plinskih bušotina zahtijevaju samo sustav cijevi koji se naziva i “božićno drvce” za kontrolu protoka plina. Sve je manje takvih bušotina jer je većina ovog “jeftinog” plina već izvađena. Zbog toga skoro uvijek treba upotrijebiti neku vrstu pumpanja iz podzemlja. Najčešći oblik pumpe je “konjska glava” koja diže i spušta prut u bušotinu i van, dovodeći prirodni plin i naftu na površinu. Često se protok plina može poboljšati tako da se stvore sitne pukotine u stijeni, koje služe kao staze za protok plina. U stijenu se pod visokim pritiskom pumpa neka tekućina (npr. voda) koja razbija stijenu.

Prirodni plin se pronalazi u različitim podzemnim formacijama. Neke su formacije teže i skuplje za iskorištavanje, ali ostavljaju prostor za poboljšanje opskrbe plinom u budućnosti. Nakon što se prirodni plin izvuče na površinu, preko sustava plinovoda dovodi se u spremnike, a nakon toga i do krajnjih potrošača.

Povećana potražnja prirodnog plina

Smanjeni loš utjecaj na okoliš i napredak u tehnologiji učinili su prirodni plin preferiranim gorivom. U proteklih deset godina proizvodnja prirodnog plina je stalno rasla. Prema istraživanjima u 1999. godini je potrošnja prirodnog plina bila oko 2.4 trilijuna metara kubnih, što je napredak od 4,1% u odnosu na 1996. godinu. Trendovi pokazuju da će se to stalno povećavanje proizvodnje nastaviti u dolazećim godinama jer se preferiraju goriva s manje ugljika.

U Kini se potrošnja ugljena u 1999. godini smanjila, a potrošnja prirodnog plina se povećala za 10,9% od 1998. U Azijsko-pacifičkoj regiji potrošnja prirodnog plina porasla je za 6,5%. S približno 50% svjetske populacije i rastućim ekonomijama koje zahtijevaju energiju, ta regija ima vrlo veliki potencijal u potrošnji prirodnog plina. Gledano regionalno, afrički kontinent ima najveći porast potrošnje, s rastom od 9,1% u 1999. godini. Afrika ima rastući potencijal ne samo kao tržište za prirodni plin, nego i kao proizvođač. Zemljama u razvoju biti će potrebna pomoć u tehnologiji da bi povećale potrošnju prirodnog plina (a time smanjile potrošnju nafte i ugljena).

U tablici su navedene potvrđene zalihe prirodnog plina u pojedinim državama. Zalihe su prilično velike, ali nisu beskonačne. Rusija prednjači u zalihama, a slijede je države Srednjeg istoka. Za sada su zemlje Srednjeg istoka više koncentrirane na proizvodnju nafte pa je proizvodnja plina kod njih mala. To im daje veliki potencijal u budućnosti, jer kad iskoriste naftu njihove ekonomije će se prebaciti na proizvodnju prirodnog plina. Trenutno su najveći proizvođači prirodnog plina Rusija sa 590 milijardi m3 i SAD sa oko 530 milijardi m3. SAD su najveći potrošač sa oko 620 milijardi m3, a slijedi ih Rusija sa 395 milijardi m3.

Potrošnja nafte
Država Potrošnja (u milijunima barela)
1. SAD 19,7
2. Japan 5,4
3. Kina 4,9
4. Njemačka 2,71
5. Brazil 2,38
6. Rusija 2,2
7. Kanada 2
8. Indija 2
9. Francuska 1,96
10. Meksiko 1,93
11. Italija 1,87
12. Velika Britanija 1,7
13. Španjolska 1,5
14. Saudijska Arabija 1,36
15. Indonezija 1,02

Proizvodnja nafte u svijetu
Država Proizvodnja (u milijunima barela dnevno)
1. Saudijska Arabija 8,68
2. Rusija 7,69
3. SAD 7,69
4. Meksiko 3,58
5. Kina 3,38
6. Iran 3,36
7. Norveška 3,33
8. Venezuela 2,94
9. Kanada 2,88
10. Velika Britanija 2,46
11. Ujedinjeni Arapski Emirati 2,27
12. Irak 2,03
13. Nigerija 2,01
14. Kuvajt 1,87
15. Alžir 1,66

Država Zalihe (u milijardama barela)
1. Saudijska Arabija 264,2
2. Ujedinjeni Arapski Emirati 97,8
3. Iran 89,7
4. Rusija 48,6
5. Libija 29,5
6. Kina 24
7. SAD 22,4
8. Katar 15,2
9. Norveška 9,4
10. Alžir 9,2
11. Brazil 8,4
12. Oman 5,5
13. Angola 5,4
14. Indija 5,4
15. Kazahstan 5,4

Zalihe prirodnog plina
Država Zalihe u trilijunima m3
1. Rusija 47,7
2. Iran 24,3
3. Katar 10,9
4. Ujedinjeni Arapski Emirati 6
5. Saudijska Arabija 5,8
6. SAD 4,7
7. Alžir 4,5
8. Venezuela 4,2
9. Nigerija 3,5
10. Irak 3,1
Ostale zemlje 36,7

Ankica ČIŽMEK