能源史

煤炭

煤炭作为燃料,其实早就出现过几千年了
考古发掘,在不列颠岛上,那里比较冷,早在4500年前就有古人烧煤
像古希腊、古中国在2000年前也有人烧过煤,但那个时候的煤几乎都是暴露在地表的,很浅,煤大部分在很深的地层中,所以始终没有成为主流。

煤一挖出来,大约就是2000万焦耳每公斤的程度,处理成标准煤之后大约就是3000万。

  • 但是树木砍倒之后,那个树干、树枝 算在一起,大约是500万焦耳每公斤, 只有煤的1/4

怎么形成

煤炭也是化石能源,为什么它的热值只有石油的一半呢?

  • 因为它是陆生的植物沉积下来形成的。
  • 陆生植物总是有充分的机会跟氧接触,比如说一棵参天大树倒下了,这虽然是一个令人惋惜的事情,但其实对树下的其它的生物来说,简直是一片新的乐土。
  • 煤炭都是机缘巧合,没有被这些小生命体完全分解掉就被深埋的植物。

石油

  • 石油热值更高,烧起来大约是4300万焦耳每公斤,是煤的2倍。
  • 其次是杂质容易提炼,提纯之后,石油烧起来不呛人。
  • 储量多。
    • 化石能源是那些生物资源在几亿年中积累出来的,而森林资源是在最近几十年积累下来的,总量上一定是相差很多的。
    • 那第二是从空间角度,化石能源它分布在这个三维空间里,高度至少堆积了几公里,而森林资源只是在一个几十米高的范围里头分布的。

怎么形成

这个问题最早猜是恐龙的尸体形成的,因为当时很多大油田的地层是1-2亿年前形成的,而这个年份刚好跟恐龙兴盛的年代重叠。

  • 这种说法听起来也很科幻,不过在上世纪80年代之后,这种带有传奇性的说法就被否决了。

现代主流科学界认为,石油来源是远古时代水生的动物、植物的尸体形成的,其中以水生植物为主,煤主要是陆生植物的尸体形成的。

石油,它不太可能是由陆生生物形成的

  • 主要就是因为陆生的生物一旦死去,它会直接暴露在空气中,氧化得会比较充分,其他动物跟微生物也会把它吃得比较干净。
  • 而化石能源里,石油的热值是最高的,所以它更有可能是在没有跟空气充分接触的环境下产生的。
  • 石油里头含有相当多本来可以作为其他生物吃下去的东西,而却没有被分解,还保留着。

深入到化学结构,就是指这碳氢元素之间压缩到化学能,其实也就表征着今后这石油的热值。

  • 可以把碳氢元素手牵手中蕴含的化学能理解成一个被压缩了的弹簧,只要弹簧的根数特别多,而且每根弹簧还是被压缩的,那么它总有机会今后舒张开来。一旦张开,能量就释放出去了。
  • 碳跟氢都分别跟氧结合变成了二氧化碳跟水之后,弹簧就彻底松开了,能量就被全部释放出去了。

知道这个过程,你就能理解,石油为什么是海洋动植物形成的。

  • 因为,它们死后会沉到海底,氧气虽然溶于水,但也只是溶在表面。再往下,比如说2000米以下的海底,就没有什么氧气了。
  • 所以,碳氢都不跟氧牵手。而且海底几千米也没有生物去吃它们,去分解它们,它就可以顺利地保存很多年,沉积得越来越多
  • 在地质运动中,有些沉积就被周围的岩层压住了,这些尸体也慢慢地跟岩石融为一体,变成像岩石一样的东西,这个过程叫做岩化。
  • 最终,这些尸体看上去跟石头就没有什么区别了,只不过它这里边包含着很多没有分解掉的有机物。这些岩石如果拿到了,是直接可以烧的,跟烧煤是差不多的

油页岩这种石头是石油的初步形态,这种形态继续沉积很久

  • 有些石头裂开了,一些小分子量的碳氢物质因为密度比较低,会慢慢地飘出油页岩,顺着地层的缝隙一点一点地往上漂。
  • 假如遇到了一个空间比较宽敞,那就聚集在那儿,这个空间有时候会比较大,比如它会是一个比立体的工人体育场还大的空间。
  • 如果是那样的话,那经过百万年的积累,这个空间里就全都是这种碳氢化合物了,这里就形成了油田。开采这里的石油是最方便的,远比页岩油方便得多得多。