Ropa, uhlie a zemný plyn Nezačaté

0. Kľúčové fakty

1. Ropa (čierne zlato) — je hnedočierna olejovitá kvapalina, ktorá vznikla pred miliónmi rokov rozkladom odumretých morských organizmov (planktónu) bez prístupu vzduchu, pod vysokým tlakom a teplotou. Je to zmes množstva uhľovodíkov, preto sa nedá použiť priamo, ale musí sa spracovať. Patrí medzi neobnoviteľné zdroje energie, ktoré sa raz vyčerpajú.

2. Vznik fosílnych palív — ropa, uhlie aj zemný plyn sa nazývajú fosílne palivá, lebo vznikli z dávno odumretých organizmov za desiatky až stovky miliónov rokov. Ropa a zemný plyn vznikli najmä z morského planktónu, kým uhlie zo zvyškov suchozemských rastlín. Pretože ich vznik trvá tak dlho, ľudstvo ich spotrebúva oveľa rýchlejšie, než sa stíhajú obnovovať.

3. Uhlie a jeho druhy — uhlie je tuhé palivo vzniknuté z odumretých rastlín v močiaroch (prahorné lesy), ktoré sa postupne premenili na rašelinu, hnedé uhlie, čierne uhlie až antracit. Čím je uhlie staršie a viac stlačené, tým má vyšší obsah uhlíka a väčšiu výhrevnosť. Antracit má najvyššiu výhrevnosť, hnedé uhlie a rašelina najnižšiu.

4. Zemný plyn a metán — zemný plyn je zmes plynných uhľovodíkov, ktorej hlavnou zložkou je metán (CH₄). Často sa nachádza nad ložiskami ropy alebo samostatne v podzemných dutinách. Je to najčistejšie horiace fosílne palivo, lebo pri jeho horení vzniká menej škodlivín a oxidu uhličitého než pri uhlí či rope.

5. Ťažba ropy a plynu — ropa a zemný plyn sa ťažia hĺbkovými vrtmi, ktoré môžu byť na pevnine alebo na mori pomocou ťažobných plošín. Ropa sa potom prepravuje tankermi alebo ropovodmi a zemný plyn plynovodmi na veľké vzdialenosti. Slovensko väčšinu ropy aj zemného plynu dováža, najmä ropovodom Družba.

6. Ťažba uhlia — uhlie sa ťaží buď povrchovo (lomy, ak je blízko povrchu) alebo hlbinne v baniach, keď je uložené hlboko pod zemou. Povrchová ťažba je lacnejšia a bezpečnejšia, ale ničí krajinu, hlbinná je nebezpečnejšia kvôli závalom a výbuchom banského plynu. Na Slovensku sa hnedé uhlie ťažilo napríklad pri Handlovej a Novákoch.

7. Frakčná destilácia ropy — surová ropa sa spracúva v rafinériách frakčnou (delenou) destiláciou, pri ktorej sa zahrieva a rozdeľuje na frakcie podľa rôznych teplôt varu. Vznikajú tak postupne plyny, benzín, petrolej, nafta, oleje, mazadlá a na dne ostáva asfalt a dechty. Na Slovensku je najvýznamnejšou rafinériou Slovnaft v Bratislave.

8. Produkty z ropy — z ropy sa vyrábajú palivá ako benzín, nafta a letecký petrolej, ale aj suroviny pre chemický priemysel. Vyrábajú sa z nej plasty, syntetické vlákna, gumy, farby, liečivá, hnojivá a kozmetika. Preto sa hovorí, že ropa je príliš cenná na to, aby sme ju len spaľovali — je to dôležitá chemická surovina.

9. Palivo verzus surovina — ropa, uhlie aj zemný plyn majú dvojaký význam: ako palivá poskytujú teplo a energiu (vykurovanie, doprava, elektrárne) a ako suroviny slúžia na výrobu nových látok v chemickom priemysle. Pri horení sa ich energia využije len raz, kým ako surovina sa premenia na trvalé výrobky. Rozumné je čo najviac využívať ich ako suroviny a šetriť nimi.

10. Spaľovanie a oxid uhličitý — pri horení fosílnych palív sa uhľovodíky spájajú s kyslíkom a vzniká oxid uhličitý (CO₂) a voda, pričom sa uvoľňuje veľa tepla. Oxid uhličitý je skleníkový plyn, ktorý prispieva ku globálnemu otepľovaniu a zmene klímy. Pri spaľovaní uhlia a nečistej ropy vznikajú aj oxid siričitý a iné látky spôsobujúce kyslé dažde a znečistenie ovzdušia.

11. Neobnoviteľné zdroje a ich budúcnosť — ložiská ropy, uhlia a zemného plynu sú obmedzené a postupne sa vyčerpávajú, lebo sa nestíhajú obnovovať. Preto sa ľudstvo snaží prejsť na obnoviteľné zdroje energie, ako sú slnečná, veterná, vodná a geotermálna energia. Šetrenie palivami a hľadanie náhrad je dôležité pre ochranu životného prostredia aj pre budúce generácie.

12. Bezpečnosť a ekologické riziká — ťažba a preprava fosílnych palív prinášajú vážne riziká, napríklad havárie ropných tankerov spôsobujú znečistenie morí a hynutie živočíchov. Únik zemného plynu hrozí výbuchom, preto sa doň pridáva zapáchajúca látka, aby bol cítiť. Ťažba uhlia zase poškodzuje krajinu a ohrozuje zdravie baníkov.

1. Poučka

Ropa, uhlie a zemný plyn sú fosílne palivá — vznikli z odumretých zvyškov rastlín a živočíchov pôsobením tlaku a tepla bez prístupu vzduchu počas miliónov rokov. Sú to neobnoviteľné zdroje energie a zároveň dôležité suroviny pre chemický priemysel. Tvoria ich najmä uhľovodíky (zlúčeniny uhlíka a vodíka).

2. Vysvetlenie

Postupne, krok za krokom:

1. Vznik. Uhlie vzniklo z pradávnych rastlín (najmä prasličiek a papradí) v močiaroch — uhoľnatenie. Ropa a zemný plyn vznikli z drobných morských organizmov (planktónu) usadených na dne morí.
2. Ťažba. Uhlie sa ťaží v baniach (hlbinných alebo povrchových). Ropa a zemný plyn sa získavajú vrtmi z hĺbky aj spod morského dna.
3. Spracovanie ropy. Surová ropa sa v rafinérii čistí a destiluje — frakčnou destiláciou sa rozdelí na zložky podľa teploty varu (benzín, nafta, petrolej, asfalt…).
4. Spracovanie uhlia. Karbonizáciou (zahrievaním bez vzduchu) vzniká koks, dechtové látky a svietiplyn.
5. Zemný plyn sa po vyčistení (najmä od sírnych zlúčenín) rozvádza plynovodmi priamo k spotrebiteľom.
6. Využitie. Spaľujú sa ako palivá (uvoľňujú energiu) alebo slúžia ako surovina na výrobu plastov, liekov, hnojív a ďalších látok.

3. Príklady a prečo je to dôležité

Príklad 1 — prečo „fosílne" a neobnoviteľné: Vysvetli, prečo ropu nazývame fosílne palivo a prečo sa raz minie.
Ropa vznikla z odumretých morských organizmov (planktónu), ktoré sa bez prístupu vzduchu, pod tlakom a teplom premieňali milióny rokov.
„Fosílny" znamená pochádzajúci z dávnych organizmov, podobne ako skameneliny.
Ľudstvo ju spotrebuje za desiatky rokov, nová vzniká milióny rokov.
Výsledok → je to fosílne palivo z dávnych organizmov a míňame ho rýchlejšie, ako vzniká

Príklad 2 — frakčná destilácia v rafinérii: Opíš spracovanie ropy v troch krokoch a urči, ktorá frakcia sa v kolóne zachytí vyššie: benzín alebo nafta.
Krok 1: surovú ropu zahrejeme, väčšina sa vyparí.
Krok 2: pary stúpajú destilačnou kolónou, smerom hore sa ochladzujú.
Krok 3: každá frakcia skondenzuje na poschodí, kde teplota klesne pod jej teplotu varu: hore plyny a benzín, nižšie petrolej a nafta, dole mazut a asfalt.
Benzín má nižšiu teplotu varu ako nafta, skvapalní sa až vyššie v chladnejšej časti kolóny.
Výsledok → benzín sa zachytí vyššie ako nafta

Príklad 3 — horenie zemného plynu: Vyčísli rovnicu horenia metánu: CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Uhlík: vľavo 1, vpravo 1, sedí.
Vodík: vľavo 4, vpravo len 2, preto pred H₂O dáme 2: 2 H₂O má 4 H.
Kyslík: vpravo je teraz 2 (v CO₂) + 2 (v 2 H₂O) = 4, vľavo preto potrebujeme 2 O₂.
CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O; kontrola C 1 = 1, H 4 = 4, O 4 = 4.
Koeficienty → 1, 2, 1, 2

Príklad 4 — palivo alebo surovina: Roztrieď využitie: benzín v aute, PET fľaša, asfalt na ceste, plyn v sporáku, koks vo vysokej peci.
Ako palivo sa látka spáli a dá teplo alebo pohyb: benzín, plyn v sporáku.
Ako surovina sa z látky vyrobí nová vec: PET fľaša (plast z ropy), asfalt na ceste.
Koks vo vysokej peci horí, ale hlavne redukuje železnú rudu na železo, je palivo aj surovina.
Výsledok → palivo: benzín, plyn; surovina: PET fľaša, asfalt; koks oboje

Príklad 5 — oxid uhličitý z auta (prax): Auto spotrebuje 6 litrov benzínu na 100 km. Spálením 1 litra benzínu vznikne asi 2,3 kg CO₂. Koľko CO₂ vznikne na ceste dlhej 250 km?
Spotreba: 250 km je 2,5-krát 100 km, teda 2,5 · 6 = 15 l.
CO₂: 15 · 2,3 = 34,5 kg

Príklad 6 — ťažba: Ako sa ťaží uhlie a ako ropa a zemný plyn?
Uhlie je tuhé: blízko povrchu sa ťaží v povrchových lomoch, hlboko v hlbinných baniach.
Ropa a zemný plyn sú kvapalina a plyn uzavreté v horninách, ťažia sa hĺbkovými vrtmi na pevnine alebo z plošín na mori.
Výsledok → uhlie v baniach a lomoch, ropa a plyn vrtmi

Prečo je to dôležité: Tieto suroviny dnes pokrývajú väčšinu energetických potrieb ľudstva a sú základom moderného priemyslu. Sú však neobnoviteľné — raz sa minú. Ich spaľovaním sa do ovzdušia uvoľňuje oxid uhličitý (CO₂), ktorý prispieva k otepľovaniu planéty. Preto je dôležité šetriť nimi a hľadať obnoviteľné zdroje (slnko, vietor, voda).

Precvič si

1. Ktorá látka je hlavnou zložkou zemného plynu? Napíš jej vzorec.
2. Ktoré fosílne palivo je tuhé, ktoré kvapalné a ktoré plynné?
3. Zoraď frakcie ropy podľa teploty varu od najnižšej: nafta, benzín, mazut, plyny.
4. Auto spotrebuje 5 litrov benzínu na 100 km. Koľko kg CO₂ vznikne na 400 km, ak 1 liter dá asi 2,3 kg CO₂?
5. Uveď dva výrobky z ropy, ktoré sa nespaľujú.
6. Vyčísli rovnicu horenia etánu: C₂H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O.