Fossiilisten polttoaineiden käyttö


Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneeli IPCC:n määritelmä fossiiliselle polttoaineelle on seuraava: ”Hiilipohjainen polttoaine fossiilisesta hiilivetykerrostumasta sisältäen hiilen, turpeen, öljyn ja maakaasun”. Fossiiliset polttoaineet öljy, maakaasu ja hiili ovat syntyneet satoja miljoonia vuosia sitten eliöiden lahotessa vähitellen veden alle. Kasvit ovat hajonneet hapettomassa tilassa ja muuttuneet turpeeksi, joka on myöhemmin peittynyt hiekkaan ja saveen. Öljyt ja kaasut ovat syntyneet merieliöiden jäännöksistä.

Fossiiliset polttoaineet lukeutuvat uusiutumattomiin polttoaineisiin, tai sitten ne uusiutuvat korkeintaan hyvin hitaasti. Esimerkiksi turve uusiutuu vasta tuhansien vuosien aikajaksolla. Fossiilisten polttoaineiden energiantuotanto perustuu niiden polttamiseen, mikä vapauttaa lämpöä. Fossiiliset polttoaineet sisältävät kemiallista energiaa, jonka maapallon alkuaikojen kasvillisuus on kerännyt auringon säteilystä. Fossiilisten polttoaineiden polttaminen aiheuttaa myös huomattavasti kasvihuonepäästöjä.

Fossiiliset polttoaineet ovat merkittävin energianlähde teollisuusmaissa. Fossiilisista polttoaineista syntyy poltettaessa käytettävästä polttoaineesta riippuen savukaasuja. Yleisin näistä on kasvihuonekaasuihin kuuluva hiilidioksidi. Poltettaessa vapautuu myös rikkidioksidia ja typen oksideja sekä useita pienhiukkasia. Fossiilisten polttoaineiden käyttöä pyritään rajoittamaan Pariisin ilmastosopimuksen tavoitteiden mukaisesti ilmaston lämpenemisen ehkäisemiseksi.

Kivihiili ja turve

Kivihiiltä on maankuoressa 10 000 miljardia tonnia, minkä johdosta se on yleisin tavanomaisista energianlähteistä. Kivihiili on syntynyt maankuoren puristuksessa olleesta turpeesta satoja miljoonia vuosia sitten. Tältä osin se onkin lähteistä sukua turpeelle, kun maapalloa aikoinaan peittäneet laajat metsät ovat lahonneet veden alla muuttuen turpeeksi. Kivihiilen käyttö aloitettiin jo 1600-luvulla ja sitä käytettiin voimanlähteenä myös ensimmäisessä höyrykoneessa.

Kivihiilen louhiminen tapahtuu avolouhoksissa ja kaivoksissa. Suomeen kivihiiltä tuodaan esimerkiksi Venäjältä ja Puolasta, eniten kivihiiltä on Kiinassa, Yhdysvalloissa ja Venäjällä. Kivihiilen runsaan saatavuuden vuoksi sen hinnan ennustetaan säilyvän vakaalla tasolla. Kivihiilen hintaa käytetään energianlähteiden viitehintana, johon muiden polttoaineiden hintaa verrataan.

Suomen suurimmat kivihiililaitokset sijaitsevat Etelä-Suomen rannikolla. Sähkön ja lämmön tuotannossa kivihiilen käyttöä on korvattu maakaasulla, turpeella ja puulla. Hiili jauhetaan yleensä ensin pölyksi, jota syötetään hiilipolttimien kautta suuriin pöly- ja leijupolttokattiloihin. Kivihiilen polttaminen on helppoa ja sillä on suuri lämpöarvo. Kivihiili on myös eräs epäpuhtaimmista polttoaineista.

Maakaasu

Maakaasu on ympäristöystävällisin fossiilinen polttoaine, koska sen käytöstä ei synny rikkipäästöjä. Maakaasun polttamisessa syntyy kuitenkin hiilidioksidia lähes puolet siitä määrästä, mikä kivihiilen polttamisessa muodostuu. Maakaasuesiintymät ovat runsaat ja se on helppokäyttöinen polttoaine. Suuria maakaasuesiintymiä on Venäjällä, Yhdysvalloissa, Norjassa ja Barentsinmerellä.

Suomeen maakaasua on tuotu vuodesta 1974 alkaen Venäjältä. Maakaasuverkko ja maakaasuvoimalaitokset ovat keskittyneet Etelä-Suomeen. Ne ovat yleensä lämmitysvoimalaitoksia, jotka tuottavat sähköä ja lämpöä. Maakaasuvoimalaitoksissa saavutetaan hyvä hyötysuhde. Maakaasun käyttö on yleistynyt voimalaitoksissa 1980-luvun loppupuolelta alkaen.

Maaöljy

Maaöljy eli raakaöljy on hiilivetyjen seos, joka on muodostunut maaperässä muinaisista eliöistä. Esihistorialliset kasvit ja meren eliöt hautauivat sedimentin alle, jossa kuumuus ja paine on muuttanut kasvien jäännökset nestemäisiksi ja kaasumaisiksi hiilivedyiksi. Hiilen ja vedyn lisäksi raakaöljy sisältää happea, rikkiä ja typpeä sekä mahdollisesti pieniä määriä metalleja, kuten vanadiinia ja nikkeliä. Öljyn laatu riippuu sen alkuainekoostumuksesta. Öljy koostuu pääasiassa erilaisista hiilivedyistä, joita ovat pääasiassa alkaanit ja aromaattiset hiilivedyt. Aromaattisia hiilivetyjä ovat esimerkiksi bentseeni, tolueeni ja ksyleeni.

Öljy on tärkeä energianlähde. Siitä voi valmistaa erilaisia polttoaineita, joita ovat esimerkiksi petroli, bensiini, dieselöljy sekä raskas ja kevyt polttoöljy. Useat sähköä tuottavat voimalaitokset käyttävät öljyä vara- ja tukipolttoaineena. Öljylämmitysjärjestelmä sisältää öljykattilan ja -polttimen, säätölaitteet ja öljysäiliön. Lämmitysjärjestelmässä ei tarvita erillistä lämminvesivaraajaa, sillä järjestelmä tuottaa huonetilojen ja lämpimän käyttöveden tarvitseman energian. Modernien öljykattiloiden hyötysuhde on noin 90–95 %.