• Węgle kopalne

Węgle kopalne są skałami osadowymi, powstałymi na skutek przeobrażenia materii roślinnej. Są one mieszaniną różnych związków chemicznych, zawierających m.in. azot, tlen, węgiel, wodór oraz siarkę, a także substancji mineralnych i niewielkich ilości rzadkich pierwiastków (np. galu, germanu, arsenu i uranu). Węgle kopalne zbudowane są z elementarnych składników o jednakowych cechach morfologicznych, fizycznych i chemicznych, zwanych macerałami.

Do węgli kopalnych zalicza się: węgiel brunatny (zawiera 65-72% pierwiastka węgla), węgiel kamienny (ok. 88% węgla), szungit (zawartość węgla to ok.99%),torf (60%) i antracyt (96% węgla).

Przeważająca część złóż węgla powstała około 360 do 28 milionów lat temu. Pokłady węgla powstały na obszarach bagnistych, na których rosły wilgotne lasy tropikalne. Obumarłe rośliny opadły na dno bagien i tam przy udziale odpowiednich bakterii oraz w obecności niewielkiej ilości tlenu powoli ulegały rozkładowi. W pierwszym etapie tego rozkładu powstał torf i wydzielał się metan. Pod wpływem działania odpowiedniego ciśnienia na pokłady torfu powstał węgiel. Warstwa węgla o grubości jednego metra może powstać ze złóż torfu o grubości od 10 do 15 metrów. Gdy bagna zapełniły się substancjami roślinnymi, na pokłady torfu osadziły się warstwy mułu i piasku. Następnie teren uległ obniżeniu i został ponownie zalany przez wody jeziorne albo morskie. W ten sposób doszło do następnego etapu akumulacji roślinnej. Cykle takie powtarzały się kilkakrotnie i powstało wiele pokładów węgla, które oddzielone były od siebie innymi skałami osadowymi. Węgiel kamienny powstał więc na skutek sedymentacji cyklicznej.

Węgiel wykorzystywany jest przede wszystkim w przemyśle energetycznym. Znalazł także zastosowanie w przemyśle chemicznym (m.in. w produkcji pestycydów i kosmetyków), a produkty jego przetwarzania stosuje się do otrzymywania materiałów wybuchowych, leków, rozpuszczalników, tłuszczy, aromatów do ciast oraz środków pielęgnacyjnych.

Metodą przetwarzania węgla kamiennego jest pirogenizacja (piroliza, sucha destylacja węgla). Proces ten polega na ogrzewaniu węgla bez dostępu powietrza w temperaturze ok.1000°C. Zachodzi wówczas rozkład węgla i powstaje koks, smoła pogazowa, woda pogazowa oraz gaz świetlny. Koks jest stałą, porowata substancją, wykorzystywaną przede wszystkim w hutnictwie (paliwo w procesie wielkopiecowym) oraz jako paliwo do pieców centralnego ogrzewania. Koks zawiera mniejsze ilości siarki niż węgiel kamienny i dlatego nie jest tak bardzo szkodliwy dla środowiska. Woda pogazowa to ciecz, w skład której wchodzi amoniak NH3 oraz sole amonu (przede wszystkim węglan amonu (NH4)2CO3). Otrzymuje się z niej amoniak oraz siarczan(VI) amonu. Smoła pogazowa (węglowa) jest czarną cieczą o charakterystycznym zapachu. W jej skład wchodzą m.in. węglowodory aromatyczne, zasady pirydynowe i fenole. Otrzymuje się z niej benzen, fenol, toluen i inne związki organiczne. Gaz koksowniczy (świetlny) to palny gaz, którego głównymi składnikami są: wodór, azot, tlenek węgla(II), amoniak, siarkowodór i węglowodory. Znalazł on zastosowanie w hutnictwie, jako opał w elektrociepłowniach oraz w otrzymywaniu amoniaku.

  • Ropa naftowa

Ropa naftowa (olej skalny) jest ciekłą, naturalną mieszaniną węglowodorów (arenów, alkanów i cykloalkanów), organicznych związków tlenu (fenole, kwasy karboksylowe), siarki (tioalkohole), azotu, związków metaloorganicznych oraz składników mineralnych (związki wanadu, krzemu, żelaza, niklu, sodu). Ropa naftowa jest zielonkawa, żółtobrunatna albo czarna. Skład ropy jest różny i zależy od miejsca jej wydobycia. Powstała ona na skutek przeobrażenia szczątków zwierzęcych i roślinnych zgromadzonych w morskich osadach. Czynniki, które spowodowały zmianę substancji organicznych w bituminy (gaz ziemny, ropa naftowa, asfalt) to m.in. bakterie, odpowiednie ciśnienie i temperatura, środowisko redukujące oraz działanie pierwiastków promieniotwórczych. ropa naftowa znana była już kilka tysięcy lat temu i wykorzystywana była w lecznictwie, do balsamowania ciał, w celach oświetleniowych oraz wojennych (w produkowaniu płonących strzał oraz wylewano płonącą ropę na wrogów podczas obrony oblężonych murów). Obecnie ropa naftowa wykorzystywana jest w przemyśle petrochemicznym (do otrzymywania benzyny, olejów, nafty, asfaltu, parafiny, wazelin).

W celu wyodrębnienia z ropy naftowej jej poszczególnych składników wykorzystuje się destylację frakcyjną. Przeróbkę ropy naftowej wykonuje się w rafineriach. Po osuszeniu ropę poddaje się rafinowaniu, które polega na wyodrębnieniu z ropy frakcji różniących się temperaturami wrzenia. Najważniejszymi produktami przeróbki ropy naftowej są: paliwa, oleje smarowe, gaz parafinowy (służący do otrzymywania parafiny), asfalty, koks, smary stałe. Wyższe frakcje ropy naftowej są poddawane krakowaniu (kraking - polega na rozkładzie związku na mniejsze cząsteczki), a niższe polimeryzacji, izomeryzacji, itp..

  • Gaz ziemny

Gaz ziemny jest paliwem kopalnym pochodzenia organicznego. Występuje on przede wszystkim w piaskowcach, dolomitach i wapieniach. Może towarzyszyć złożom węgla kamiennego lub ropy naftowej lub występować oddzielnie. Powstaje w wyniku analogicznych procesów co ropa naftowa albo jest on produktem uwęglania substancji roślinnych. Skład gazu zmienia się i zależy od miejsca wydobycia, jednak jego głównym składnikiem zawsze jest metan (zawartość metanu może wynosić nawet 90%). Oprócz metanu gaz ziemny może zawierać pewne ilości propanu, etanu butanu oraz innych związków mineralnych i organicznych. Gaz ziemny wykorzystywany jest jako paliwo w instalacjach przemysłowych i domowych oraz do produkcji gazu syntezowego i sadzy.

  • Odnawialne źródła energii

W przeciwieństwie do paliw kopalnych, zasoby odnawialnych (alternatywnych) źródeł energii same ulegają odnowieniu i praktycznie nie jest możliwe ich wyczerpanie. Do zasobów, które są nieodnawialne i ulegają wyczerpaniu należą: ropa naftowa, gaz ziemny, węgiel kamienny, węgiel brunatny i torf. Do odnawialnych źródeł energii zaliczane są natomiast: energia wiatru, energia słoneczna, energia spadku wody, biomasy, geotermiczna, płynów morskich. Zaletami korzystania z energii odnawialnej jest to, że energia ta jest tania, przyjazna dla środowiska, a jej źródła są praktycznie darmowe. Konwencjonalne źródła energii, czyli oparte na spalaniu paliw kopalnych, przyczyniają się do zanieczyszczenia atmosfery. Powodują one powstawanie kwaśnych deszczy oraz zmian klimatu.

Energia słoneczna wykorzystywana jest m.in. do ogrzewania mieszkań, suszenia (np. zbóż, nasion, tytoniu, grzybów) oraz podgrzewania wody. Energia wiatru znalazła zastosowanie w nawadnianiu pół, pompowaniu wody, oświetlaniu pomieszczeń i natlenianiu zbiorników wodnych. Wadą stosowania energii wiatru jest zmiana krajobrazu, hałas i zagrożenie dla ptaków. Energia ziemi (gorące skały i gejzery) służy do napędzania turbin, natomiast energia biomasy (powstająca na skutek spalania produktów fotosyntezy. np. słomy, drewna, odpadków roślinnych) wykorzystywana jest np. do ogrzewania pomieszczeń.