化石燃料 101: 知っておくべきことすべて

May 14, 2023

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重要な事実

化石燃料とは文字通り化石から得られる燃料のことです。 数千万年前、植物は太陽からエネルギーを受け取り、光合成によって二酸化炭素と水を炭素と水素に変換するために使用しました。 動物はそれらの植物を食べ、同じ元素を体内に蓄えました。 時間が経つにつれて、古代の生命体は死んで地中に沈み、そこで熱と圧力によって最初は泥炭またはケロジェンに変わり、次に化石燃料に変わりました。 既存の化石燃料の鉱床のほとんどは、5 億 4,000 万年から 6,500 万年前に初めて形成されました。

地下または水中から抽出された化石燃料は、燃焼すると非常に強力なエネルギー源になります。 それらは発電だけでなく産業や輸送の燃料としても使用されています。 さらに、プラスチックや農薬を構成する化学物質を含む多くの化学物質は化石燃料に由来しています。 現在、化石燃料は依然として世界のエネルギー構成の 80% 以上を占めていますが、気候危機を引き起こす温室効果ガス排出量の約 4 分の 3 も化石燃料が占めています。 そのため、世界のエネルギーシステムを化石燃料から移行することが緊急の課題となっています。

化石燃料には、石炭、原油または石油、天然ガスの 3 つの主な種類があります。

石炭は、炭化と呼ばれるプロセスを通じて加熱および加圧された化石化した植物から得られます。 石炭は通常、腐った植物から作られた物質である泥炭として誕生し、それ自体が世界の多くの地域で燃料として燃やされます。 泥炭をさらに加熱、加圧すると石炭になります。 1 フィートの石炭は 10 フィートの植物からできており、各石炭の重量の 50 パーセント以上は圧縮された植物でなければなりません。 石炭は通常、長さ 920 マイル、厚さ 90 フィートに達することもある「継ぎ目」または「層」の堆積岩中に見つかります。

石炭には 4 つのタイプ (ランク) があり、材料が炭化する期間、つまり燃焼に必要なエネルギー量によって分類されます。 いわば、調理に費やす時間が長いほど、石炭の品質は高くなります。 高品質の石炭はより硬く、地下深くで発見されます。 ランクの低いものから順に、亜炭、亜瀝青、瀝青、無煙炭の 4 種類の石炭があります。

石炭は通常、地表または地下採掘のいずれかによる採掘によって抽出されます。 露天掘りとは、石炭を収集できるように、深さ 200 フィート未満の石炭鉱床上のすべての土と植生をかき集めることを意味します。 地下採掘とは、鉱山労働者が立坑内を地下に移動して深さ 1,000 フィートもの石炭鉱床にアクセスし、機械を使って石炭を地表に運び出す必要があることを意味します。 露天掘りは、労働者にとってより危険な地下採掘よりも安価であり、環境へのダメージも大きくなります。

石炭は燃料として直接燃やすことも、石炭火力発電所で発電するために使用することもできます。これが米国での主な使用方法です。また、鉄鋼の製造を含むさまざまな産業プロセスでも使用されます。 石炭は最も安価な化石燃料であり、現在世界の主要な発電源であり、世界の電力の約 3 分の 1 を供給しています。 しかし、それは大気中に放出する二酸化炭素の量の点でも、世界中で唯一最大の二酸化炭素排出源でもあり、また水銀のような他の大気汚染物質の点でも、最も汚染度の高い化石燃料でもあります。鉛、二酸化硫黄、窒素酸化物、燃焼時に排出される粒子状物質。

原油と石油は、時間、熱、圧力によって炭化水素、つまり水素と炭素の化合物に変化した、腐朽したプランクトンの堆積物から形成される液体化石燃料の 2 つの名前です。 通常、外観は黒または濃い茶色ですが、黄色、赤、黄褐色、または緑色の色合いを持つこともあります。 それは堆積盆地と呼ばれる古代の海の乾燥した盆地で見つかります。 ここは古代のプランクトンが定着し、最初はケロジェン、シェール岩、またはオイルシェールと呼ばれる物質を形成した場所です。 カタジェネシスと呼ばれるプロセスを通じてさらに加熱および加圧されると、ケロゲンは原油または天然ガスになります。 時間の経過とともに、原油は圧力の低い場所まで上向きに浸透する傾向があり、最終的には不浸透性の岩石によってブロックされ、貯留層に沈殿します。 現在、海底や地下で見つけることができますが、池やタールピットの表面に現れることもあります。

原油は、発見された場所、硫黄含有量、密度に応じてさまざまな方法で分類されます。 硫黄分が 0.5 パーセント以上の「サワー」オイルは、硫黄が 0.5 パーセント未満の「スウィート」オイルよりも一般に安価で、あまり望ましくありません。これは、硫黄がさらに汚染され、精製装置に損傷を与える可能性があるためです。 同様に、水に浮かぶ「軽い」油は、水に沈む「重い」油よりも望ましいと考えられています。 ライターオイルには炭化水素が多く含まれており、金属や硫黄などの追加物質は少なくなります。 重くなる傾向がある別のタイプの油はビチューメンです。 これは黒色の粘着性のあるオイルで、多くの場合表面に浮き上がり、タールやオイルサンドと混合します。 加工には高価な上に環境に有害であり、従来の石油よりも 12% 多くの二酸化炭素排出量を排出します。

原油は通常、掘削によって抽出されます。 陸上では通常、石油掘削装置または掘削装置を使用して掘削されます。 沖合では、海底に接続するテザーの上に浮かぶか、コンクリートまたは鋼鉄で支えられた沖合プラットフォームを使用して掘削されます。 荒天の中でも安定を保ち、多数の作業員を収容する必要があるため、石油プラットフォームは地球上で最も大きな人工建造物の一部です。 石油は掘削されても精製する必要があります。 これは、石油を沸騰させて液体と気体に分離し、さまざまな石油製品に変えるプロセスです。

最も重要な石油製品の 2 つはガソリンとディーゼルです。 ガソリンは通常、乗用車などの小型車両で人を輸送するために使用されますが、ディーゼルはトラックで物品を移動したり、発電機に電力を供給したりするためによく使用されます。 ジェット燃料も石油ベースです。 米国では、2021 年の輸送エネルギー使用量の約 90% が石油製品によるものでした。 精製石油の他の用途には、プラスチック、殺虫剤、義肢などのいくつかの製品の化学構成要素が含まれます。 輸送がガソリンとディーゼルに依存しているということは、輸送部門が現在最も化石燃料に依存している部門であることを意味します。 2021 年の最終使用による二酸化炭素排出量の 37% は交通機関によるものでした。石油使用全体が累積二酸化炭素排出量の約 3 分の 1 を占めています。

天然ガスは、その名前が示すように、炭素原子 1 つと水素原子 4 つを持つ炭化水素であるメタンを主成分とする化石ガスです。 メタンは、大気中で最初の 20 年間に二酸化炭素の 80 倍の熱を閉じ込める可能性がありますが、分解がより早くなります。 石油と同様に、天然ガスは通常、分解されたプランクトンから形成されますが、石炭から形成されることもあります。 原油よりも多くの熱を必要とし、通常は石油の近くで見つかります。 埋蔵量が深いほど、より多くの天然ガスが存在する可能性が高くなります。

天然ガスは通常、在来型と非在来型の 2 種類に分類されます。 従来のガスは不浸透性の岩石の下の浸透性物質中に存在し、比較的簡単かつ安価に抽出できます。 非在来型ガスは抽出が困難です。 一例は、不浸透性の頁岩の層の間に存在するシェールガスです。

天然ガスは通常、垂直掘削によって地球から抽出されますが、水平掘削も可能です。 しかし、ここ数十年で、頁岩やその他の岩層からガスを抽出する方法が登場し、物議を醸している。 これは「水圧破砕」または「フラッキング」と呼ばれ、シェールを破壊してガスにアクセスするために、水、化学物質、フラックスサンドを井戸に押し込むことが含まれます。 水圧破砕の問題は、地域の水供給を使い果たし、水生生態系に依存している動物に害を与え、危険な廃水を生成し、地震を引き起こす可能性があることです。 天然ガスが抽出されると、液体の天然ガスだけでなく、水蒸気やその他の非炭化水素物質も分離するために処理されます。 また、冷却して液化天然ガス (LNG) を形成することもできるため、移動や保管が容易になります。

天然ガスは暖房や調理のほか、輸送にも使用されます。 世界中で、発電量の約 25 パーセントを担っています。 米国では、2021年に天然ガスが約38パーセントを占め、単一発電源としては最大となった。天然ガスは、燃焼時の二酸化炭素排出量が石油よりも30パーセント近く少ないため、再生可能エネルギーへの移行における「橋渡し燃料」として提案されることがある。石炭よりも 45% 少ないです。 しかし、依然として世界の炭素排出量の約5分の1を占めており、天然ガスの採掘と輸送の際にこれまで考えられていたよりも多くのメタンが漏洩しているという証拠が増えている。 たとえば、スタンフォード大学の研究では、ニューメキシコ州のパーミアン盆地での天然ガス生産ではメタン漏洩率が9パーセントを超えており、パーミアンガスは石炭よりも気候に悪影響を及ぼす可能性があることが判明した。

世界中で、中東、北米、ロシア、中国、ナイジェリア、ベネズエラ、ブラジル、カザフスタン、リビアにはかなりの石油埋蔵量があり、中国、ロシア、米国、インド、オーストラリアには重要な石炭埋蔵量があります。 世界の天然ガスのほとんどはロシア、ヨーロッパ、中東にあります。

2021年の石炭産出国トップ5は中国、インド、インドネシア、米国、オーストラリアだった。

2021年のトップ5産油国は米国、サウジアラビア、ロシア、カナダ、中国だった。 さらに、石油輸出国機構（OPEC）の加盟国は世界の石油市場に大きな影響力を持っています。 OPEC 加盟 13 か国は統一戦線を維持し、世界の石油価格を設定するために取り組んでいます。 現在の加盟国は、イラン、イラク、クウェート、サウジアラビア、ベネズエラ、アルジェリア、アンゴラ、コンゴ、赤道ギニア、ガボン、リビア、ナイジェリア、アラブ首長国連邦です。

2021年の天然ガス生産国のトップ5は米国、ロシア、イラン、中国、カタールだった。

化石燃料の採掘、加工、提供は依然として非常に儲かるビジネスであり、いくつかの多国籍企業がそれによって多額の利益を蓄積しています。

2022年の株価トップ5の石炭会社は、オーストラリアに本拠を置くBHPグループ、英豪系リオ・ティント、米国に本拠を置くコノコフィリップス、ブラジルのヴェイル、中国神華能源公司だった。

2022年現在、直近12か月の収益でトップ5の石油会社はサウジアラムコ、中国石油化工、ペトロチャイナ、エクソンモービル、シェルだった。 その他の重要かつ影響力のある企業には、フランスの TotalEnergies、BP、Chevron、ノルウェーの Equinor などがあります。

2021年の生産量に基づくと、トップ5の天然ガス会社はロシア国営ガスプロム、中国国営石油（主にペトロチャイナ傘下に組織されている）、中国のシノペック、エクソンモービル、BPだった。 ご覧のとおり、石油部門とガス部門の主要企業の間にはかなりの重複があります。

化石燃料は古くから暖房などに利用されてきました。 たとえば、中国の技術者は紀元前 500 年頃に竹管で天然ガスを輸送する方法を開発し、古代エジプト人はミイラにビチューメンを使用し、ローマの英国人はお風呂の暖房に石炭を使用しました。 しかし、化石燃料の使用が本格的に始まったのは、スコットランドの発明家ジェームス・ワットが蒸気エンジンを完成させた 1765 年でした。 石炭を燃料とするエンジンは、大規模な工場を稼働させ、鉄道や船で物資を輸送することを可能にし、産業革命を促進しました。

「近代石油時代」は、エドウィン・ドレークがペンシルベニア州タイタスビルで最初に成功した井戸の掘削に成功した1859年に始まったと言われています。 1882 年に電気が発明されるまで、石油とガスは暖房と照明に使用されていました。しかし、1800 年代後半の自動車の発明により、ガソリンの形で石油製品の新たな用途が提供され、最初のガスポンプがフォートで作られました。 1885 年、インディアナ州ウェイン。石油産業は第二次世界大戦中に車両の燃料供給に大きな役割を果たし、戦時中の研究により石油製品の範囲が拡大しました。 1964 年、石油は石炭を超えて世界の主要なエネルギー源になりました。

化石燃料の使用によって進歩がもたらされたにもかかわらず、問題が浮上しました。 科学者たちは 19 世紀以来、石炭やその他の化石燃料を燃やすと大気中の二酸化炭素が増加し、それによって地球の気温が上昇する可能性があると理論立てていましたが、1958 年にスクリップスの地球化学者チャールズ キーリングは大気中の二酸化炭素を実際に測定する方法を発見しました。 彼の「キーリング曲線」は、二酸化炭素レベルが上昇していることを証明し続けています。 1960年代のモデルは、この上昇曲線が気温にどのような影響を与えるかを予測し始めたが、実際に警報が鳴らされたのは、夏の気温が（当時）記録上最も暑かった1988年であり、NASAの科学者ジェームズ・ハンセンは議会で「99パーセントの影響がある」と証言した。確かに」気候は暖かくなってきました。

その後、エクソンモービル、シェルを含むいくつかの大手石油会社とロビー団体であるアメリカ石油協会が、自社の製品が1970年代後半以降、地球規模の気候に及ぼす脅威を驚くべき正確さで知っていたことが明らかになった。 しかし、彼らはビジネスモデルを変える代わりに、気候変動否定を国民に広め、政府の気候変動対策に反対するロビー活動を行うことを選択した。 現在、地球の気温上昇を産業革命以前の水準を上回る摂氏1.5度に抑え、地球温暖化による最悪の影響を回避するために、エネルギーシステムを化石燃料から急速に移行する必要がある段階に来ています。

化石燃料は、世界的にも地域的にも、環境と人間の福祉にいくつかの脅威をもたらします。

化石燃料が燃焼すると、二酸化炭素やその他の温室効果ガスが大気中に放出されます。 これらのガスは、「温室効果」と呼ばれるものを通じて宇宙に逃げてしまう熱を閉じ込めるため、温室効果ガスと呼ばれます。 産業革命以前は、大気中の二酸化炭素濃度は約 280 ppm でした。 現在は400ppmを超えています。 この間、地球の気温は摂氏約 1 度上昇し、石炭の使用だけでその上昇分の 0.3 度以上の原因となっています。 気温の上昇は、さらなる異常気象、海面上昇、生物多様性の喪失によってすでに感じられています。 排出量をできるだけ早く制限しないと、これらの影響はさらに増幅することになります。 気温上昇を1.5度で止めるには、11年以内に排出量を半減し、2021年の時点で計画されている以上に新たな化石燃料を開発してはならない。

化石燃料が燃焼したときに大気中に排出されるのは二酸化炭素だけではありません。 また、スモッグや酸性雨の原因となる窒素酸化物も放出する可能性があります。 石炭、ガソリン、ディーゼルも粒子状物質汚染を排出し、摂取すると多くの深刻な健康影響を及ぼします。 2021年の調査では、化石燃料からの粒子状物質汚染により、2018年には約87億人が死亡し、これは年間死亡者数の約5分の1に相当することが判明した。 米国の石炭火力発電所は、国内の危険な水銀排出量の 3 分の 1 以上と、二酸化硫黄排出量の 3 分の 2 を占めています。

特に石油使用の危険の 1 つは、油の流出です。 石油流出は、パイプラインの漏洩、輸送用コンテナの座礁、掘削ミスなどによって発生する可能性があり、その影響は数十年にわたって残る可能性があります。 動物に油を塗ったり、有毒化学物質を環境に放出したりすることによって、海洋野生生物に害を及ぼす可能性があります。 米国史上最大の海洋原油流出事故は、2010年のディープウォーター・ホライズン原油流出事故で、BP掘削プラットフォームがメキシコ湾で爆発し、作業員11人が死亡、400万バレルの石油がメキシコ湾に流出した。 この流出により、最大80万羽の鳥、16万6,000匹もの若いウミガメが死亡し、この地域のバンドウイルカの妊娠の75パーセント以上が失敗した。 油流出は陸上でも淡水でも発生する可能性があります。 米国環境保護庁の推計によれば、2010年にも米国ではエンブリッジのパイプラインが破裂し、ミシガン州のカラマズー川に100万ガロン以上が流出し、内陸水路への最悪の流出事故が発生した。

化石燃料は他の方法でも水を汚染する可能性があります。 石炭発電所から出る石炭灰は、正しく保管されていないと、水銀、カドミウム、ヒ素などの毒素で地下水や飲料水を汚染する可能性があります。 石炭採掘からの流出水も水路を汚染する可能性があります。 水圧破砕は、それが行われる場所の近くの地下水を汚染することが判明している。

石油流出以外にも、化石燃料の採掘やパイプラインなどの輸送・貯蔵インフラの建設によって、動物の繁殖や移動のための生息地が損なわれる可能性があります。 ストリップマイニングは文字通り、石炭が見つかった場所の上に生えているすべてのものを除去することを伴うため、特に破壊的です。 特にひどい例の 1 つは、山頂の撤去です。 この石炭採掘方法では、鉱山会社が爆発物を使用して山の頂上を吹き飛ばし、それが発生するアパラチアの広葉樹林の野生動物に被害を与えます。 アマゾンやコンゴなどの脆弱な熱帯雨林で石油が見つかった場合、化石燃料の採掘も森林破壊につながる可能性があります。

ディープウォーター ホライゾンの爆発の事例が示すように、化石燃料産業での作業は非常に危険な場合があります。 1968年から2011年の間に、米国だけでも陸上および海上の石油生産で77人が死亡、7,550人が負傷した。 特に石炭採掘は非常に危険な場合があり、鉱山の落盤やその他の事故により世界中で年間数千人が死亡しています。 さらに、労働者は悪名高い「黒い肺」のような慢性的な健康上の問題を発症する可能性があります。 米国では、石炭採掘は時間の経過とともに安全になってきており、1970年から2011年の間に致死率は75パーセント減少したが、2010年にもウェストバージニア州で起きた爆発事故では29人の炭鉱労働者が死亡した。

化石燃料産業は、それが抽出、輸送、精製される場所の近くに住む人々の健康に壊滅的な影響を与える可能性もあります。 これらの活動への曝露はがんや心臓病などの健康リスクに関連しており、1,760万人の米国居住者が油井やガス井から1マイル以内に住んでいます。 低所得または少数民族のコミュニティは、化石燃料インフラの負担を負う可能性が高くなります。 たとえば、ルイジアナ州ニューオーリンズとバトンルージュの間のミシシッピ川沿いの土地は、特に黒人や低所得者コミュニティに近い場所に多くの石油化学工場が建設されているため、キャンサー・アレイという名前が付けられています。 化石燃料使用による潜在的破壊のもう一つの例はナイジェリアのナイジェールデルタで、シェル社が1956年に初めて発見して以来、約460万ガロンの原油が流出しており、「公衆衛生に対する差し迫った危険」を示している。

それでは、化石燃料がそれほど悪いものであるなら、なぜ私たちはそれを使用するのでしょうか? 答えは、化石燃料が世界中のエネルギーと交通手段を変革し、20 世紀に世界の生活水準を向上させたとよく考えられているからです。 これらは燃焼単位当たりのエネルギー量が高く、現在では入手が容易で比較的手頃な価格です。 化石燃料が広く使用される前は、人々は主に木材などのバイオマスを燃料として燃やす必要があり、それが汚染と供給の枯渇の両方を引き起こしました。 化石燃料は、何百万年にもわたって蓄積された太陽エネルギーへのアクセスを私たちに提供し、社会を変革しました。

しかし、たとえ気候を変えていなかったとしても、最終的には化石燃料の使用をやめなければなりません。 それは、それらが何百万年もかけて形成された再生不可能な資源であり、そのプロセスを人間の時間スケールで再現することができないためです。 気候危機により、真に再生可能なエネルギーへの移行の緊急性は高まるばかりです。 代表的な代替手段としては、太陽光、風力、地熱、原子力、水力発電などがあります。

良くも悪くも、化石燃料は産業革命以来、人間社会と環境の両方に多大な影響を与えてきました。 彼らは大量生産やグレート・アメリカン・ロード・トリップなどを可能にしてきましたが、まず近隣の生態系やコミュニティに、そして次に地球全体に壊滅的な影響を与えました。 化石燃料利用の歴史の中で、私たちはエネルギーシステムを化石燃料から切り離すか、化石燃料の煙で焼かれて死ぬかのどちらかでなければならない時点に達しています。

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