Surowce energetyczne

Ropa naftowa
W roku 1853, we Lwowie Ignacy Łukasiewicz, skromny polski chemik pierwszy w świecie odkrył ropę naftową, docenił jej znaczenie przemysłowe i wybudował pierwsze rafinerie w Ulaszowicach koło Jasła (w 1856 r.), w Klęczanach(w 1858 r.), w Polance (w 1861 - 1863 r.) i w Chorkówce (w 1865 r.) [10], [2].
Ropa naftowa jest mieszaniną węglowodorów, w skład której głównie wchodzą parafiny (alkany), nafteny (cykloalkany), olefiny (alkeny) i węglowodory aromatyczne. Pozostałość, do około 20% stanowią związki organiczne zawierające tlen, azot lub siarkę, a także sole nieorganiczne i woda. Przeróbka zasiarczonej ropy jest bardzo uciążliwa z powodu korozji aparatury. Ropa naftowa ma zmienny skład chemiczny. Zależy on od miejsca jej występowania. Ze względu na rodzaj ropy naftowej (tak zwane wskaźniki strukturalne i technologiczne, zależne od jej składu chemicznego) upowszechnił się jej podział na siedem klas i dwanaście grup, zaproponowany w Rumunii [1].
Własności ropy naftowej
Surowa ropa naftowa wydobywana ze złoża jest cieczą barwy zwykle ciemnobrunatnej o ostrym zapachu, nierozpuszczalną w wodzie. Ropa naftowa ma gęstość większą od 0,79 g/cm3, zwykle mniejszą od gęstości wody. Jest ona cieczą palną.
W zależności od pochodzenia jej barwa i inne własności mogą się zmieniać. Rozróżnia się cztery klasy ropy - A, B, C i D o różnych własnościach [15].
Zastosowanie ropy naftowej

Produkty przerobu ropy naftowej znalazły zastosowanie we wszystkich gałęziach przemysłu.

Szczególne znaczenie ma benzyna, na którą zapotrzebowanie ciągle wzrasta. Jest ona nie tylko paliwem napędzającym silniki samochodów, ale także doskonałym rozpuszczalnikiem tłuszczu, kauczuków i innych substancji wykorzystywanych w przemyśle.

Nafta, początkowo używana głównie do celów oświetleniowych znalazła zastosowanie jako paliwo do silników samolotowych.

Oleje napędowe są wykorzystywane w silnikach dieslowskich.

Niektóre frakcje olejowe stosuje się jako oleje opałowe.

Mniej lotne produkty przerobu ropy naftowej są wykorzystywane jako smary w różnego rodzaju maszynach i urządzeniach, natomiast pozostały po procesie destylacji asfalt służy do wykonywania nawierzchni dróg i produkcji papy dachowej.

Niektóre produkty destylacji ropy naftowej poddaje się procesom krakingu w wyniku czego powstają łatwo lotne ciecze i gazy - surowce do produkcji benzyny, kauczuku syntetycznego, leków, włókien syntetycznych i wielu innych niezbędnych człowiekowi produktów.


Występowanie w Polsce
W Polsce znajduje się 89 złóż ropy naftowej, w tym w Karpatach – 34 złoża, na ich przedgórzu (w zapadlisku przedkarpackim) - 11, na Niżu Polskim 40 złóż oraz w obszarze polskiej strefy ekonomicznej Bałtyku - 4 złoża.
Złoża występujące w Karpatach i na ich przedgórzu mają długą historię, jest to rejon najstarszego światowego górnictwa ropy naftowej. Obecnie zasoby tych złóż są na wyczerpaniu. Największe znaczenie gospodarcze mają złoża ropy naftowej występujące na Niżu Polskim.
W Karpatach złoża ropy naftowej występują w kilku jednostkach tektonicznych, ale większość w jednostce śląskiej. Są to głównie złoża strukturalne, rzadziej strukturalno-litologiczne, głównie typu warstwowego z wodą okalającą. Wydobycie następuje początkowo wskutek ekspansji rozpuszczonego w ropie gazu, a później wskutek grawitacji.
Karpacka ropa naftowa należy do typu metanowego. Jej gęstość waha się od 0,750 do 0,943 g/cm3 i zalicza się ją do rop bezsiarkowych. Zawartości parafiny wahają się od 3,5 do 7 % parafiny. Zasoby złóż karpackich są niewielkie, uzależnione od wielkości i charakteru struktur, w których występują. W wyniku wieloletniej eksploatacji nastąpiło znaczne wyczerpanie się zasobów tego regionu.
W Zapadlisku Przedkarpackim złoża ropy naftowej występują w podłożu trzeciorzędu, w osadowych utworach mezozoicznych typu platformowego (głównie w węglanowych utworach jury, rzadziej w piaskowcach kredy), przeważnie pod uszczelniającymi utworami ilastymi miocenu. Są to w większości złoża typu warstwowego, ekranowane stratygraficznie, litologicznie lub tektonicznie. Ropy tego regionu należą do lekkich i średnich (o gęstości 0,811 - 0,846 g/cm3). Zawartość parafiny waha się w nich od 2,32 do 9,37 %, a siarki - średnio od 0,45 do 0,85 %.
Na Niżu Polskim złoża ropy naftowej występują w utworach permu, karbonu i kambru. Są to ropy średnioparafinowe (4,3 - 7,4 % parafiny), o zawartości siarki nieco powyżej 1 % i gęstości w granicach 0,857 - 0,870 g/cm3. Złoża te w większości należą do masywowych, z pasywną wodą podścielającą, o gazowo-ekspansywnych warunkach produkcji. Największym złożem jest BMB (skrót od nazw miejscowości Barnówko-Mostno-Buszewo) koło Gorzowa Wielkopolskiego, którego zasoby są ponad dwukrotnie większe od stanu zasobów ropy naftowej w Polsce przed jego odkryciem. Drugie złoże pod względem wielkości zasobów ropy w Polsce znajduje się na Bałtyku (wyniesienie Łeby) - jest to złoże B3.
W 2004 r. wydobywalne zasoby złóż na Niżu stanowiły – 76,4 %, na Bałtyku – 18,6 %, w Karpatach 1,5 %, i na przedgórzu Karpat – 1,6 % zasobów krajowych. W złożach zagospodarowanych występuje 93,5 % zasobów kraju.
W omawianych regionach w niektórych złożach ropy naftowej rozpuszczone są składniki gazowe tworzące kondensat ropny. Na Niżu Polski kondensat ropny występuje przede wszystkim w złożu Cychry, a także w mniejszych ilościach w złożach: Babimost, Ciechnowo, Jastrzębsko i Stężyca. Na Przedgórzu kondensat występuje w złożu Łąkta, w Karpatach w niewielkich ilościach współwystępuje w złożu Osobnica. Wielkość wydobycia ropy naftowej ze złóż krajowych tylko w nikłym stopniu zaspokaja potrzeby kraju.
Węgle kopalne

Węgiel kamienny zawiera od 75 do 97 % czystego węgla. Ma matowy połysk, żółto - brunatną rysę, gęstość ok. 5 g/cm3. W Polsce wydobywa się go na terenie Zagłębia Górnośląskiego (Rybnik, Wodzisław Śląski, Jastrzębie), Zagłębia Dolnośląskiego (Wałbrzych, Nowa Ruda), Zagłębia Lubelskiego (Bogdanka koło Łęcznej). Pod względem wydobycia zajmujemy 2 w Europie miejsce, a 7 na świecie. Węgiel jest surowcem strategicznym, bo zaspokaja 65% zapotrzebowania energetycznego kraju. Największe złoża węgla kamiennego znajdują się we wschodnich i południowych Chinach, w USA, a także w Indiach, RPA oraz w Australii i Ukrainie.

Węgiel brunatny ma 62 – 75 % węgla. Często stosuje się go jako paliwo. Miejsca wydobycia w Polsce: Zagłębie Konińskie (Konin, Koło, Turek), Zagłębie Turoszowskie (Turów, Bogatynia), Zagłębie Bełchatowskie (Bełchatów, Piotrków Trybunalski). Duże ilości węgla brunatnego wydobywa się w Rosji, Niemczech i Czechach.


Torf ma barwę ciemnobrunatną, zawiera około 60% węgla pierewiastkowego. Używa się go jako opał, nawóz, w budownictwie i lecznictwie. Powstaje ze zgniłych roślin, wystpuje na dnie bagien.

Węgiel występuje również w tzw. odmianach alotropowych. Oznacza to, że jeden pierwiastek chemiczny występuje w wielu formach krystalicznych lub cząsteczkowych. Odmiany alotropowe węgla to:
Diament jest przezroczystym ciałem stałym, najtwardszym ze wszystkich minerałów. Ma właściwości półprzewodnikowe, jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad. Ma gęstość równą 3,52 g/cm3. Spala się w wysokiej temperaturze.
Grafit jest nieprzezroczystym, miękkim, łupliwym minerałem. Ma kolor stalowoszary, gęstość od 2,09 do 2,26 g/cm3. Jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego i ciepła. Wykazuje odporność na wysoką temperaturę.
Fulereny to cząsteczki składające się z kilkudziesięciu do kilkuset atomów węgla, tworzące zamkniętą, regularną, pustą w środku kulę, elipsoidę lub rurkę. Najbardziej trwałe fulereny to: C32, C44, C50, C58, C60, C70, C240, C540, C960. Zostały odkryte przez R. Curla, R. Smalleya i sir H. Kroto w 1985 roku. 11 lat później za to odkrycie otrzymali Nagrodę Nobla. Właściwości fulerenów: gęstość około 1,65 g/ cm3, wykazują właściwości półprzewodnikowe i nadprzewodnikowe, atomy węgla w fulerenach łączą się, przyjmując kształt piłek futbolowych.

Gaz ziemny

Gaz ziemny jest paliwem gazowym pochodzenia naturalnego. Jest mieszaniną węglowodorów gazowych ( metanu CH4 , etanu C2H6 , propanu C3H6 itp. ), ciekłych oraz zmiennych ilości azotu N2, dwutlenku węgla CO2, siarkowodoru H2S, wodoru H2 i domieszek gazów szlachetnych ( helu He, argonu Ar itp. ). Rozróżnia się gaz ziemny wulkaniczny, pochodzenia nieorganicznego, przeważnie niepalny, g.z. błotny, będący produktem biologicznego rozkładu, składający się przede wszystkim
z metanu, oraz g.z. właściwy. Gaz ziemny właściwy występuje w podziemnych złożach, bardzo często razem z ropą naftową. W zależności od składu rozróżnia się gaz "chudy", zawierający do 99% metanu, gaz "mokry", zawierający także węglowodory wyższe, oraz gaz "kwaśny", silnie zanieczyszczony związkami siarki.
W skorupie ziemskiej gaz ziemny występuje:
swobodnie – w postaci gazowej lub związany w stałych hydratach węglowodorów; w postaci rozpuszczonej – w wodachpodziemnych lub ropie naftowej.
Gaz ziemny w stanie naturalnym jest bezbarwny, bezwonny, lżejszy od powietrza. Aby mógł być wyczuwalny przez człowieka jest poddawany procesowi nawaniania, który nadaje mu poprzez zastosowanie odpowiedniego nawaniacza specyficzną woń.
W połączeniu z powietrzem w określonych stężeniach ( 5 % - 15 % ) tworzy mieszaninę wybuchową ( zainicjowanie wybuchu może być spowodowane jakąkolwiek iskrą ). Gaz ziemny jest paliwem ekologicznym. Podczas jego wydobycia i transportu zachowywane są wszelkie warunki ochrony środowiska, a przy jego spalaniu emitowane są minimalne ilości szkodliwych zanieczyszczeń. Największe złoża gazu ziemnego występują w Rosji i USA, a także pod dnem Morza Północnego. Znaczne ilości gazu występują także pod dnem morskim u wybrzeży Ameryki Północnej (wschodnie wybrzeże), Brazylii, Indii (O. Indyjski) i Australii. W Polsce złoża gazu ziemnego występują przede wszystkim na Niżu Polskim: w regionie wielkopolskim i na Pomorzu Zachodnim oraz na przedgórzu Karpat, a ponadto niewielkie zasoby gazu występują również w małych złożach obszaru Karpat oraz w polskiej strefie ekonomicznej Bałtyku.
Ropa naftowa i gaz ziemny występują w postaci podziemnych zbiorników (złóż).

Zastosowanie:

Gaz ziemny wykorzystuje się do produkcji paliw, zarówno do użytku osób prywatnych jak i na skalę przemysłową, jako niezbędny składnik do produkcji detergentów, włókien sztucznych, farb, plastyku, oraz gumy syntetycznej.
Na obszarach ubogich w złoża gazu człowiek sam nauczył się go otrzymywać.
W wyniku procesu odgazowywania węgla kamiennego w koksowniach powstaje gaz oraz koks.

Gaz ziemny jest “najbardziej komfortowym” paliwem dla wszelkich stacjonarnych urządzeń energetycznych takich jak np.: kotły (szczególnie małej mocy, ale i te duże, energetyczne), turbiny, suszarnie, przemysłowe piece grzewcze, kuchnie domowe. W niektórych względy technologiczne lub techniczne sprawiają, że innego paliwa niż gazowe po prostu nie da się zastosować. Tak jest np. przy produkcji żarówek lub
w przypadku turbin gazowych
OGRZEWANIE DOMKÓW JEDNO – I WIELORODZINNYCH

W gospodarstwach domowych gaz ziemny ze względu na:
- prostotę wykonania instalacji doprowadzającej gaz;
- pełną automatyzację i regulację procesu spalania;
- komfort związany z wygodą i czystością podczas eksploatacji

wykorzystywany jest do:

- ogrzewania pomieszczeń gospodarczych i mieszkalnych;
- podgrzewania wody;
- przygotowywania posiłków.

HODOWLA ROŚLIN I ZWIERZĄT

Gaz ziemny w hodowli roślin i zwierząt jest niezastąpionym źródłem energii, zapewniającym stałą oraz odpowiednią do warunków hodowlanych temperaturę
a także umożliwia szybkie oraz równomierne rozprowadzenie ciepłego powietrza do celów grzewczych. Wykorzystywany jest również przy suszeniu zbóż, nasion oraz produkcji pasz i karmy dla zwierząt.

INSTALACJE PRZEMYSŁOWE

Gaz ziemny w przemyśle wykorzystywany jest między innymi:
- do ogrzewania hal, pomieszczeń produkcyjnych, biurowych;
- w procesach technologicznych.

TRANSPORT

Gaz ziemny jest ze względu na atrakcyjną cenę wykorzystywany coraz częściej jako paliwo do pojazdów samochodowych zarówno osobowych jak i ciężarowych.
ZALETY GAZU ZIEMNEGO
- jest jednym z tańszych paliw w Polsce,
- jest konkurencyjnym pod względem ekonomicznym nośnikiem energii w porównaniu z innymi nośnikami,
- jest najbardziej ekonomicznym paliwem używanym przez odbiorców indywidualnych,
- zwiększa komfort użytkowania w porównania z innymi nośnikami energii – wiąże się to z łatwością regulacji i automatyzacji procesów spalania, z wymaganiami dotyczącymi magazynowania, transportu paliwa oraz problemem utylizacji odpadów
- posiada wysoką i stałą wartość opałową istotną przy opalaniu kotłów i pieców grzewczych,
- gwarantowana jest niezmienna jakość paliwa oraz równomierna temperatura spalania,
- spala się bez wytwarzania popiołu, sadzy,
- podczas spalania wytwarzają się śladowe ilości związków siarki oraz azotu,
- jest przyjaznym dla otoczenia ekologicznym źródłem energii.