Fosil Yakıtlar: Yer altındaki ölü organizmaların uzun zaman süren biyolojik ve kimyasal enerji kaynaklarına fosil yakıtlar denir.
Fesli yakıtlar organik içerikli bileşiklerdir. Yapılarında karbon içerikli bileşikler bulunmaktadır.
Fosil yakıtlar üç gruba ayrılır:
-Katı fosil yakıtlar (kömür)
-Sıvı fosil yakıtlar (petrol)
-Gaz fosil yakıtlar (doğal gaz)
Fosil Yakıtların Oluşumu
Kömür, petrol veya doğal gaz olması; enerjinin en yaygın temellerini oluştururlar. Bunlar yanıcı olan organik jeolojik birikintiler olan fosil yakıtlardır. Fosil yakıt nasıl oluşur? Bu doğal kaynaklar, bitkilerin ve hayvanların, basınç ve ısının aktif etkisi altındaki çürümeleri nedeniyle oluşur. Dolayısıyla, bu kömür, doğal gaz ve petrol dönüşüme yol açar.
Milyonlarca yıl öncesine baktığımızda, dünyadaki kara kütleleri okyanuslar ve bataklıklar tarafından yönetiliyordu. Ayrıca, okyanusların yüzeyi küçük bitkiler olan alglerle kaplanmıştır. Bu bitkilerin ve alglerin ölümünden sonra, okyanusların ve bataklıkların alt katmanlarına geçtiler.
Zaman geçtikçe, bu organik madde tabakası kil, kum ve diğer minerallerle kaplandı. Daha sonra, bu kil ve kum tabakasının ağırlığı artmış, nem veya su organik maddeden sıkılmış ve nihayet fosil yakıtlar oluşmuştur. Bu aşama, Karbonifer dönemi olarak adlandırıldı ve yaklaşık 300 milyon yıl önce gerçekleştiği tahmin ediliyor.
A. KATI FOSİL YAKITLAR (KÖMÜR)
Bitki kalıntılarının uzun yıllar boyunca toprağın altında kalması, ortamın basınç sıcaklık gibi koşulları, mikroorganizmaların faaliyetleri sonucu oluşan yanabilen organik kayaç türüne kömür denir.
Kömürün yapısında organik ve inorganik maddeler vardır. Organik madde miktarı arttıkça kömürün özgü) ısı değeri artarken inorganik madde miktarındaki artış azaltır.
Yeraltındaki bitkisel kalıntıların kömür oluşturması uzun yıllar alır. Geçen zaman, oluşan kömür türünü ve kalitesini belirler.
Zaman içerisinde oluşan kömürlere özellikleri farklı olduğu için farklı isimler verilir. Kömürün oluşum aşamalarının hepsine birden kömürleşme adı verilir.
Turda; Kömürleşmenin ilk basamağıdır. Yüzeye yakın bölgelerde oluşur. Kalitesi çok düşüktür ve kömür olarak sayılmaz.
Linyit; Kömürleşme sürecini henüz tamamlamamıştır. Kömür olarak kullanılır. Yapısında % 60 – % 75 arası karbon içerir ve evlerde yakıt olarak kullanılır.
Taş kömürü; Yapısında % 80 – % 90 civarında karbon içerir. İyi bir yakıttır.
Antrasit; Karbon miktarı %90 dan fazladır. Karbon oranı çok yüksek olduğu için yüksek enerji üretir. Tutuşması diğer kömürlere göre zordur.
Grafit; Kömür değildir. Karbon elementinin allotrobudur. Az da olsa elektriği ileten bir ametal yapısıdır.
Taş kömürünün havasız bir ortamda ısıtılması sonucunda içerdiği uçucu bileşenlerden kurtulması ile kok kömürü oluşur. Karbon ve ısıl değeri yüksek bir kömürdür.
Kömürün asıl bileşenleri karbon ve hidrojen elementieridir ama bunların yani sıra azotlu ve kükürtlü inorganik bileşikler de içerir.
Kömürün yanması sonucu CO2(g), 502(g) ve NOx gazları oluşur. Bu gazlar asit oksitlerdir. Havadaki su molekülleriyle etkileşerek asitleri dönüşür ve asit yağmurlarını oluştururlar. Asit yağmurları çevreyi ve canlıları tahriş eder.
Kömür yanarken yeterli oksijen gazı olmazsa CO2, gazı yerine CO gazı oluşur. CO gazı zehirlidir ve insan hayatını tehlikeye sokar.
Fosil yakıtların fazla kullanımı aşırı CO2(g) üretimine sebep olur. Bu da sera etkisi denilen küresel ısınmaya sebep olmaktadır.
B. SIVI FOSİL YAKITLAR (PETROL)
Petrol kelimesi kaya yağı anlamına gelir. Milyonlarca yıl önceki bitki, hayvan kalıntıları deniz dibinde yüksek basınç, yüksek sıcaklık şartlarında bozunarak ham petrole dönüşmüştür.
Petrol ve kömür birbirinden farklıdır. Kömür zaman geçtikçe karbon oranı artan bir fosil yakıttır. Petrol, yüksek sıcaklık ve basınçta büyük moleküllü hidrokarbonlar parçalanarak daha küçük düz zincirli ve dallanmış alkanlar, sikloalkan, çeşitli aromatik halkalı bileşikler ve astaltenlere dönüşmesi ile oluşan bir karışımdır. Belirli bir formülü yoktur. Yapısında bol miktarda hidrokarbon türevi ve eser miktarda demir, nikel, azot, oksijen, kükürt ve vanadyum gibi anorganik türler de içerir.
Petrolün belli bir kaynama noktası yoktur. Yapısında bulunan bileşiklerin kendi kaynama noktaları vardır. Petrol bileşenlerine ayrılırken bileşiklerin kaynama noktaları farkından yararlanılarak ayrımsal damıtma işlemi uygulanır. Bu işlem için ayrımsal damıtma kuleleri kullanılır.
Ham petrol 350 – 400 °C sıcaklığa kadar ısıtıldıktan sonra ayrımsal damıtma kulelerine pompalanır. Burada buhar halinde bulunan petrol bileşenleri aşağıdan yukarıya doğru soğuyarak sıvı hale geçer, karışımdan sırayla ayrılır.
Bu kimyasal dönüşüm ve damıtma işlemlerin tümüne ham petrolün rafinasyenu denir.
Petrolün rafinasyonundan aynı zamanda elemantel kükürt, kükürt bileşikleri az da olsa azot bileşikleri elde edilir.
SIVI FOSİL YAKIT ÇEŞİTLERİ
Sıvılaştırlımıs Petrol Gazı (LPG): Yüksek basınç altında sıvılaştırılan, kokusuz, havadan ağır ve yanıcı bir gazdır. %70 bütan ve %30 propan gazından oluşur. Kaynama noktası 20°C dir,
Benzin: içten yanmalı motorlarda kullanılır. Benzinin kalitesini alevlenme zamanını belirleyen oktan sayısı bekler. Oktan sayısı arttıkça benzinin kalitesi artar.
Mazot: Dizel motorlarda kullanılan bir yakıttır. Gaz yağı. Kamyon ve traktörlerde yakıt olarak kullanılır. Aydınlanma lambalarında kullanılır.
Fuel oil: Elektrik ve ısı enerjisi üretmek için kullanılır. Bazı gemilerde yakıt olarak tercih edilir.
Parafin: Kandillerde kullanılan mumlar ve eczacılıkta kullanılan vazelinler parafin çeşididir.
Asfalt: Ham petrolün kalıntısıdır. Yapışkan özelliği olduğu için yolların kaplanmasında, çatı izolasyonunda kullanılır.
Petrol ve petrol türevleri oksijen gazı ile yanarak çeşitli gazlar ve enerji açığa çıkarır. Açığa çıkan gazlar arasında CO gibi zehirli gazlar, havanın kirlenmesine ve asit yağmurlarının oluşmasına neden olan S02, NOx gibi gazlar bulunmaktadır.
C. GAZ FOSİL YAKITLAR (DOĞAL GAZ)
Petrol birikintilerinin üzerinde yer gazı olarak adlandırılan hidrokarbon karışımına doğal gaz denir.
Doğal gaz yer altından çıkarıldığı hali ile doğrudan boru hatlarına verilmez. Yapısındaki su buharı karışımından ayrılır, böylece doğal gazın geçtiği boru hattında paslanma engellenmiş olur.
Doğal gaz % 85 – % 98 oranında metan gazı içerir. Azda olsa etap, propan, bütan gibi gazlar da içerir.
-Kokusuz, renksiz bir gazdır.
-Zehirli değildir.
-Döküldüğü zeminin aşırı soğuk olmasına ve kırılgan bir özellik kazanmasına neden olur.
-Doğal gaz yüksek basınçta sıvılaşır. Bu yüzden 40 – 50 bar basınç altında sıkıştırılmış gaz olarak saklanır.
-Konutlarda, sanayide ısınma amaçlı kullanılır.
HİDROKARBONLAR
Yapısında sadece karbon (C) ve hidrojen (H) elementi bulunduran organik bileşiklere hidrokarbon denir.
Hidrokarbonlar alifatik (düz zincirli) ve aromatik (erenler) hidrokarbonlar olmak üzere 2 gruba ayrılır.
Alitatik hidrokarbonlar doymuş (Alkan) ve doymamış (Alkan, Alkın) olmak üzere iki kısımda incelenir. Aromatik hidrokarbonlar tek halkalı arenler (Benzen), iki halkalı arenler (Naftalin) ve üç halkalı arenler (Antrasen) olmak üzere üç kısımda incelenir.
Hidrokarbonların tamamı apolar özellik gösterir. Bu yüzden polar bir çözücü olan suda çözünmezler.
Hidrokarbonların kaynama noktalarında etkin zayıf moleküllerarası etkileşim türü london etkileşimleridir.
Hidrokarbonu oluşturan karbon sayısı arttıkça london etkileşimlerinin kuvveti artar ve kaynama noktası yükselir.
Kaynama noktası en büyük olan karbon sayısı en fazla olan C5H12 dir.
Hidrokarbonlarda ana zincir kısaldıkça yani dallanma arttıkça london etkileşimleri zayıflar, bu yüzden kaynama noktası düşer. (Ana zincir karbonların birbirlerine bağlanarak oluşturduğu en uzun zincirdir.)
Hidrokarbonlar yanınca içerdikleri karbon elementi sayısı kadar CO2, hidrojen elementi sayısının yarısı kadar H-C bileşiği oluşur. Yanma tepkimeleri sonucu enerji açığa çıkar.
Hidrokarbonlardan çıkacak enerji miktarı oranına bağlı olarak değişir. 1-1- oranı arttıkça açığa çıkan enerji miktarı artar ve üretilen CO2 gazı miktarı azalır.
Fosil yakıtların yapısında karbon ve karbon bileşikleri bulunur. Yapılarındaki bileşiklerin C oranı arttıkça çevreye zararları azalır ve daha şok enerji açığa çıkar. Bu yüzden doğal gaz, petrol ve kömüre göre çevreye daha az zarar verir.