Pierwiastki w paliwach kopalnych

Trzy główne formy paliw kopalnych – węgiel, ropa naftowa i gaz ziemny – powstały w okresie karbońskim, którego nazwa pochodzi od węgla, wspólnego pierwiastka występującego we wszystkich paliwach kopalnych. Powstały z organicznych szczątków roślin i zwierząt, które zostały przekształcone w węgiel, ropę lub gaz ziemny pod wpływem ciepła i ciśnienia skorupy ziemskiej przez miliony lat. Organiczny korzeń paliw kopalnych wyjaśnia obecność węgla, ale inne pierwiastki, takie jak wodór, siarka, azot i tlen są również składnikami paliw kopalnych.

Według Penn State College of Earth and Mineral Sciences węgiel składa się z węgla, wodoru, azotu, siarki i tlenu. Istnieją trzy rodzaje węgla, z których każdy ma swój własny skład chemiczny. Antracyt ma najwięcej węgla, podczas gdy węgiel brunatny ma najmniej węgla, ale najwięcej wodoru i tlenu. Zawartość węgla kamiennego mieści się pomiędzy antracytem a lignitem. Węgiel ma również pewną zawartość minerałów, którymi są zwykle kwarc, piryt, minerały ilaste i kalcyt. Pierwiastki takie jak żelazo i cynk, które pozostają w torfie lub warstwy rozkładających się roślin, które ostatecznie przekształcają się w węgiel, mogą się łączyć, tworząc te minerały.

Podobnie jak węgiel, gaz ziemny składa się z węgla, wodoru, azotu, siarki i tlenu. Według Kalifornijskiej Komisji Energetycznej nie zawiera minerałów takich jak węgiel, a zamiast twardej, czarnej substancji gaz ziemny jest lżejszy od powietrza. Nie ma zapachu i nie można go zobaczyć, a znajduje się w pobliżu podziemnej ropy naftowej. Węgiel i wodór w gazie ziemnym zazwyczaj łączą się, tworząc metan, czyli CH4, który jest wysoce łatwopalny.

Ropa naftowa również składa się z węgla, wodoru, siarki, tlenu i azotu, ale jest w postaci płynnej. Zarówno ropa naftowa, jak i gaz ziemny znajdują się pod ziemią, między fałdami skał lub wewnątrz porowatych skał, w których znajduje się ropę. Kiedy okrzemki, stworzenia morskie, takie jak fitoplankton, umierają i spadają na dno morskie, ostatecznie zostają zakopane w osadach i skale. Pod dużym ciśnieniem i ciepłem te warstwy okrzemek stają się ropą lub gazem ziemnym. Jeśli warunki są zbyt gorące, bardziej prawdopodobne jest, że olej stanie się gazem. Ropa jest wydobywana, a następnie rafinowana na benzynę, naftę lub inne produkty.

Spalanie ma miejsce, gdy spalane są paliwa kopalne, a pierwiastki zawarte w paliwach kopalnych utleniają się lub łączą z tlenem. Gdy węgiel jest spalany, węgiel utlenia się, tworząc dwutlenek węgla, czyli CO2. Podobnie azot staje się podtlenkiem azotu, czyli NO2, a siarka staje się dwutlenkiem siarki, czyli SO2. Minerały znajdujące się w węglu i oleju stają się popiołem.