2.1 Fossile Brennstoffe (Erdöl, Erdgas und Kohle)

Kohle, Öl und Gas sind drei Hauptformen von fossilen Brennstoffen und nicht erneuerbare Energiequellen aus den organischen Resten von Pflanzen und Tieren, die unter der Erde seit Millionen von Jahren begraben wurden. Fossile Brennstoffe bestehen überwiegend aus Kohlenstoff und Wasserstoff. Der Brennvorgang ist eine chemische Reaktion mit Sauerstoff in der Luft. In den meisten Fällen kombiniert der Kohlenstoff mit Sauerstoff (O), um CO2 zu bilden, und der Wasserstoff (H) verbindet sich mit Sauerstoff, um Wasserdampf zu bilden. Das freigesetzte CO2 ist die Ursache für den Treibhauseffekt.

Kohle ist ein festes brennbares Material, bestehend aus organischen Stoffen und geringen Mengen an anorganischen Materialien. Grundsätzlich gibt es vier Arten von Kohle, von denen jede in Bezug auf ihren Heizwert, chemische Zusammensetzung, Aschegehalt und geologische Herkunft variiert. Die vier Typen von Kohle sind Anthrazit, Bituminöse, Sub-bituminöse und Lignit. Viele gefährliche Schadstoffe werden freigesetzt, wenn Kohle verbrannt wird. Hauptschadstoffe sind: SO2, Stickoxide (NOx), Kohlenmonoxid (CO), Partikel, Kohlenwasserstoffe, Ozon (O3), flüchtige organische Verbindungen, toxische Metalle (Cadmium (Cd), Arsen (As), Nickel (Ni), Chrom (Cr) und Beryllium (Be).

Wenn Kohle verbrannt wird, werden mehrere Schadstoffe freigesetzt, die mit den Umweltproblemen des sauren Regens, städtischen Ozons und globalen Klimaveränderungen verbunden sind. Nicht brennbare mineralische Inhalte von Kohle werden in Bodenasche und fliegende Asche partitioniert. Rauchgase werden auch aus der Verbrennung des fossilen Brennstoffs freigesetzt. Bodenasche und Kesselschlacke bestehen hauptsächlich aus Siliziumdioxid, Aluminiumoxid und Eisen (Fe), mit kleineren Gehalt an Calcium (Ca), Magnesium (Mg), Sulfaten und anderen Verbindungen. Aufgrund des inhärenten Salzes und des Schwermetallgehalts und in einigen Fällen des niedrigen pH-Werts kann dieses Material korrosive und toxische Eigenschaften aufweisen. Elemente, die eine Anreicherung an Bodenasche aufweisen oder Schlacke umfassen, sind Barium (Ba), Be, Kobalt (Co), Mangan (Mn), Cäsium (Cs), Kupfer (Cu), Nickel (Ni), Strontium (Sr), Tantal (Ta) , Vanadium (V), Wolfram (W), Europium (Eu), Hafnium (Hf) und Zirkonium (Zr), die zum Teil durch dichte Segregationseffekte konzentriert sind. Oxide von slicon (SiO), Aluminium (Al), Fe und Ca umfassen mehr als 90% der mineralischen Komponenten der typischen Flugasche. Mg, Kalium (K), Natrium (Na), Titan (Ti) und Schwefel (S) sind Nebenbestandteile. Sie machen etwa 8% der Mineralkomponente aus, während Spurenbestandteile wie As, Cd, Blei (Pb), Quecksilber (Hg) und Selen (Se) zusammen weniger als 1% der gesamten Zusammensetzung der Kohle ausmachen. Rauchgase aus der Kohleverbrennung bestehen hauptsächlich aus unverbranntem Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf.

Die Entdeckung von Erdöl im 19. Jahrhundert erzeugte eine kostengünstige Quelle für flüssigen Kraftstoff, der die Industrialisierung der Welt und die Verbesserung des Lebensstandards unterstützt hat. Die petrochemische Industrie ist eine wichtige Quelle für gefährliche organischen Verbindungen, die während der Herstellung oder Verwendung von gefährlichen Stoffen anfallen. Förderung, Transport und Lagerung von Rohöl oder petrochemischen Produkten sind wichtige Quellen von gefährlichen Abfällen, oft als Folge von technischen Unfällen. Meerwasser- und Süßwasserverschmutzung durch das Auslaufen von Öl und Boden oder durch Lecks aus Rohrleitungen oder Tanks und Luftverschmutzung durch die Verbrennung von Öl oder Ölschlamm sind die wichtigsten Fälle von Umweltverschmutzung. Benzin ist das Hauptprodukt in der petrochemischen Industrie und besteht aus ~ 70% aliphatischen linearen und verzweigten Kohlenwasserstoffe und 30% aromatischen Kohlenwasserstoffen, einschließlich Xylole, Toluol, Di- und Tri-Methylbenzolen, Ethylbenzole, Benzol und anderen. Andere reine Massenchemikalien, die für die chemische Synthese verwendet werden, umfassen Formaldehyd, Methanol, Essigsäure, Ethylen, Polyethylen, Ethylenglykol, Polyethylenglykole, Propylen, Propylenglykol, Polypropylenglykole und solche aromatische Kohlenwasserstoffe wie Benzol, Toluol, Xylole, Styrol, Anilin, Phthalate , Naphthalin und andere.

Erdgas ist ein brennbares Gemisch aus gasförmigen Kohlenwasserstoffen, das sich in porösen Sedimentgesteinen ansammelt, insbesondere solchen, in den Erdöl gelagert ist. Erdgas besteht hauptsächlich aus Methanen, aber enthält auch Ethan, Propan, Butan und schwerere Kohlenwasserstoffe. Es enthält auch kleine Mengen an Stickstoff (N), CO2, Schwefelwasserstoff (H2S) und Spurenmengen an Wasser. Die am meisten vorhandenen toxischen Komponenten (Propan und Butan) in der Mischung sind in kleinen Mengen enthalten. Das Austreten von Methan, einem Gas, das erheblich zur globalen Erwärmung beiträgt während des Bohrens und der Gewinnung von Erdgas aus Brunnen und beim Transport in Pipelines, ist eine große Gefahr für die Umwelt. Es verbrennt sauberer als andere fossile Brennstoffe. Die Verbrennung von Erdgas erzeugt vernachlässigbare Mengen an S, Hg und Partikeln.