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第 四 章 化 石 燃 料Fossil Fuels 7 84 2,744 粒狀污染物 0.6 1,122 2,591 SO2 92 448 457 NOx 117,000 164,000 208,000 CO2 天然氣 石 油 煤 炭 化石燃料 燃燒煤炭、石油及天然氣所產生溫室氣體及主要污染物比較 (lb/106 Btu) 3-4 天然氣 岩頁油為自油頁岩中提煉出的油品。油頁岩為暗色細粒的老沉積岩,富有固態的有機物或碳氫化合物稱為油母質,經過處理之後可產生類似石油類的原油。 油頁岩乃數百萬年前古代植物及水生動物遺體及各種礦物一起堆積於湖泊或淺海底部,之後石油湖泊環境的沉積受到時間、壓力、溫度等種種因素的影響,而把這些沉積物轉變成含有碳氫化合物的岩石。 3-5 頁岩油與油砂 岩頁油(Shale Oil) 3-5 頁岩油與油砂 岩頁油(Shale Oil) 3-5 頁岩油與油砂 目前已知全球油頁岩的資源極為豐富,相當於約5兆桶的原油。在此數量中,美國的格林河層粗估有0.6到2兆桶的蘊藏量,比美國原油的蘊藏量還豐富。格林河層面積達44,000平方公里,跨越了科羅拉多州 (Colorado)、猶他州 (Utah) 及懷俄明州 (Wyoming) 並涵蓋四個主要盆地。 一般而言,1公噸油頁岩中含原油量約在1桶 ( 即159公升 ) 左右,以目前的技術可回收其中近九成,若每公噸產量在40公升以下,通常就不能稱為油頁岩。 頁岩油的提煉過程為相當簡單,油頁岩採出後先將其壓碎 (crush),而後再加熱至330至4800C之間,以釋放出油頁岩內的油母質成份使成為碳氫化合物的蒸氣,而殘餘物質則是類似焦炭的固體,此一過程稱為蒸餾 (retorting),之後將蒸氣冷卻就可得到油和氣。 3-5 頁岩油與油砂 頁岩油的提煉 開採過程,由於油頁岩深埋在地底下,為得到油頁岩必須先去除礦場的覆蓋層,此即為一花費昂貴的程序。 能源密度較低,其能源密度和煤比較約只有煤能源密度的八分之一。 當油頁岩經蒸餾取出碳氫化合物後,其體積將膨脹而增加約35% 左右,因此無法單純地將用過後的油頁岩棄置於原來開採後遺留下的場址,必須另覓廢棄物的廢置廠。 從油頁岩中產出1公升的油需要3公升的水,若以格林河層為油頁岩的開發對象,由於當地極為乾燥,因此水資源的取用將是一大問題。 3-5 頁岩油與油砂 阻礙油頁岩開採的因素 油砂係石油滲透入地球表面的多孔性砂中而形成,其除了含沙、黏土及水外,尚含有似焦油的碳氫化合物,其是一種非常黏稠的原油,稱為瀝青,瀝青在油砂中的含量約有11~12%,因此,油沙又稱為瀝青砂。 3-5 頁岩油與油砂 油砂(Tar Oil) * * 3-1 化石燃料資源 3-2 煤 3-3 石油 3-4 天然氣 3-5 頁岩油與油砂 3-6 天然氣水合物 係因遠古時代動、植物死亡後演變而來 其種類包含了煤、石油、天然氣、少量的頁岩油及油砂、天然氣水合物,直到今日,化石燃料仍佔商業上能源資源使用的90% 左右,其重要性可見一般。 3-1 化石燃料資源 化石燃料 根據英國石油公司 (BP) 於2008年之統計報告中指出,至2007年底年世界初級能源推估,全球石油蘊藏量約可維持41.6年使用量、天然氣約60.3年、而煤則可維持133年。因此,除了煤以外,石油及天然氣等化石燃料及鈾礦在未來數十年內將逐漸面臨耗竭的窘境。 3-1 化石燃料資源 初級能源蘊藏量 133 31.35 億公噸/年 8474.88 億公噸 煤炭 60.3 2.94 兆m3/年 177.36 兆m3 天然氣 41.6 8,153 萬桶/日 12,379 億桶 石油 供應年限 產量 蘊藏量 蘊藏量係指已被發現且可利用當今技術開採而獲利的物質或能源 資源乃包括以當今科技、當今價格應可開採但仍未發現的其他原料之估計量,以及將藉未來科技、可能較高的未來價格開採的已發現與待發現的物資 3-1 化石燃料資源 蘊藏量和資源 剛開始發現新能源時,由於價廉及開採容易,因此燃料的產出以指數形式成長。但當燃料的使用達最大值後,由於價格的上升、替代燃料的成長及開採困難度增加等因素,致使該燃料的產量逐漸下滑。 3-1 化石燃料資源 鐘形生產曲線 美國石油產率 ( 實線 ) 及哈伯預測 ( 虛線 ) 的分佈情形 3-1 化石燃料資源 美國天然氣產出及鐘形生產曲線分佈情形 3-2 煤 煤的生成 煤的產生,起源於3.5億年前地球上大量的植物生成。遠古時代巨大沼澤區上長滿了各種植物如蕨類、灌木類、藤類、樹木及藻類等,當這些植物長大後又傾倒在沼澤上時,有機物質中的煤元素乃逐漸累積於沼澤底部。剛開始時,死亡的植物經歷了好氧反應 (aerobic reaction) 而產生二氧化碳、甲烷及其他氣
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