ชุดกิจกรรมวิทยาศาสตร์ เรื่องเชื้อเพลิงธรรมชาติ
เชื้อเพลิงธรรมชาติ แบ่งเป็นถ่านหิน, ปิโตรเลียมและหินน้ำมันดังนี้
1. ถ่านหิน คือหินตะกอนชนิดหนึ่ง เป็นแร่เชื้อเพลิง สามารถติดไฟได้ มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงสีดำ มีความเปราะ รอยแตกเว้าคล้ายก้นหอย มีทั้งชนิดผิวมัน และผิวด้าน มีน้ำหนักเบา ถ่านหินประกอบด้วยธาตุที่สำคัญ 4 ชนิด ได้แก่ คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ไนโตรเจน (N) และออกซิเจน (O) นอกจากนี้ยังมีธาตุอื่นหรือสารอื่นเจือปนอีกเล็กน้อย เช่น กำมะถัน ถ่านหินที่มีจำนวนคาร์บอนสูงซึ่งจะมีอยู่ประมาณไม่น้อยกว่าร้อยละ 50 โดยปริมาณและมีธาตุอื่นต่ำ เมื่อนำมาเผาจะให้ความร้อนมากถือว่าเป็นถ่านหินคุณภาพดีการเกิดถ่านหินต้องอาศัยปัจจัยสำคัญหลายอย่างที่จะทำให้เกิดการสะสมตัวของ พืช กล่าวคือต้องมีสภาพอากาศที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืช บริเวณสะสมตัวต้องเป็นน้ำนิ่ง และมีปริมาณแก๊สออกซิเจนจำกัด เพื่อไม่ให้เกิดการเน่าสลายของพืชที่จะกลายเป็นถ่านหิน และปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่เหมาะสม ถ่านหินมีกำเนิดมาจากการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของพืชพันธุ์ไม้ต่างๆ ที่สลายตัวและสะสมอยู่ในลุ่มน้ำหรือแอ่งน้ำต่างๆ นับเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของ ผิวโลกเช่น เกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด หรือมีการทับถมของตะกอนมากขึ้น ทำให้แหล่งสะสมตัวนั้นได้รับความกดดันและความร้อนที่มีอยู่ภายในโลกเพิ่มขึ้นเมื่อแยกประเภทของถ่านหินตามลำดับชั้นการเกิด แยกได้ 5 ประเภท คือ
1. พีต (peat) เป็นชั้นแรกในกระบวนการเกิดถ่านหิน ประกอบด้วยซากพืช ซึ่งบางส่วนได้สลายตัวไปแล้วสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้
2. ลิกไนต์ (lignite) มีซากพืชอยู่เล็กน้อย มีความชื้นมาก ใช้เป็นเชื้อเพลิง
3. ซับบิทูมินัส (subbituminous) มีสีดำ เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพเหมาะสมในการผลิตกระแสไฟฟ้า
4. บิทูมินัส (bituninous) เป็นถ่านหินเนื้อแน่น แข็ง ประกอบด้วยชั้นถ่านหินสีดำมันวาว ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรมและการผลิตกระแสไฟฟ้า
5. แอนทราไซต์ (anthracite) เป็นถ่านหินที่มีลักษณะดำเป็นเงา มันวาวมาก มีรอยแตกเว้าแบบก้นหอย ติดไฟยาก เมื่อเผาไหม้จะให้ค่าความร้อนสูง ใช้เป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมต่างๆ
แหล่งถ่านหินในประเทศไทย
แหล่งถ่านหินในประเทศไทย พบถ่านหินทุกชนิด แต่มีมากที่สุดคือถ่านหินลิกไนต์ และซับบิทูมินัส ซึ่งพบมากที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน และที่อำเภอเมือง จังหวัดกระบี่ อำเภอสบปราบ จังหวัดลำปาง (เหมืองแม่ทาน) อำเภองาว จังหวัดลำปาง ปริมาณถ่านหินส่วนใหญ่ในประเทศไทย นำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
2. ปิโตรเลียม
มาจากคำในภาษาละติน 2 คำ คือ เพตรา แปลว่า หิน และ โอเลียม ซึ่งแปลว่า น้ำมัน รวมความแล้ว หมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน สารไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิดคือ คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) โดยอาจมีธาตุชนิดอื่น เช่น กำมะถัน (S) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) ปนอยู่ด้วย ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียม ความร้อน และความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมถูกกักเก็บ
ปิโตรเลียมเกิดจากสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์เมื่อหลายร้อยล้านปีก่อนที่ตาย แล้วถูกย่อยสลายภายใต้อุณหภูมิและความกดดันสูงภายใต้ชั้นเปลือกโลกสารอินทรีย์ในซากพืชซากสัตว์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่มีโมเลกุลใหญ่ เรียกว่า "เคโรเจน" หลังจากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นปิโตรเลียม
- ปิโตรเลียมในสถานะของเหลว เรียกว่า "น้ำมันดิบ (Crude oil)"
- ปิโตรเลียมในสถานะแก๊ส เรียกว่า "แก๊สธรรมชาติ (Natural gas)"
- ปิโตรเลียมที่มีสถานะแก๊ส เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินภายใต้สภาพอุณหภูมิและความกดดันที่สูง เมื่อถูกนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินในขั้นตอนของการผลิต อุณหภูมิและความกดดันจะลดลง ทำให้แก๊สธรรมชาติกลายสภาพไปเป็นของเหลว เรียกว่า "แก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate)" ปิโตรเลียมจากแหล่งกำเนิดจะไหลไปตามช่องแตก รอยแยก และรูพรุนของหินไปสู่การสะสมตัวในแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม โดยปกติน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมีเฉพาะน้ำมันดิบ บางแหล่งอาจมีเฉพาะแก๊สธรรมชาติก็ได้ แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม มีลักษณะสำคัญ 2 ประการ คือ
1. มีชั้นหินที่มีรูพรุน โพรง หรือช่องแตก ที่สามารถให้ปิโตรเลียมอยู่ได้ เช่น หินกรวดมน หินทราย หินปูน
2. มีชั้นหินเนื้อละเอียดปิดกั้นด้านบน ไม่ให้ปิโตรเลียมเล็ดลอดผ่านออกไปได้
การเกิดน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ
จะพบเกิดร่วมกับหินตะกอนที่เกิดในทะเลเสมอ ส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ มี ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และออกซิเจนเป็นส่วนน้อย ปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่า น้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีต้นกำเนิดมาจากอินทรียวัตถุที่เป็นพืชและสัตว์
อย่างไรก็ตาม สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ จะแตกต่างไปจากที่เราพบในสิ่งที่มีชีวิตอยู่บ้าง ดังนั้น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างที่เป็นซากของอินทรียวัตถุและผลที่ได้รับภายหลังขั้นตอนแรกก็คือ การสะสมตัวของตะกอนในทะเล ซึ่งมีซากพืชและสัตว์เป็นจำนวนมาก วิธีการดังกล่าว ต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม ทั้งนี้เพราะว่า โดยปกติแล้ว สภาวะแวดล้อมในทะเล มักประกอบด้วยออกซิเจนเป็นจำนวนมาก และเป็นการเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่มันจะถูกทับถมโดยตะกอน ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องอาศัยแอ่งของการตกตะกอนและการหมุนเวียนของกระแสน้ำต้องช้ามาก และเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุได้สะสมตัว อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนเช่นนี้ อาจจะไม่เพียงพอและจะป้องกันไม่ให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลง ก่อนที่แบคทีเรียสามารถใช้ซัลเฟตจากน้ำทะเล เพื่อจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุ ดังนั้น สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเกิดน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ จะต้องประกอบด้วยแอ่งสะสมตะกอนที่เหมาะสม ที่สามารถสะสมพวกสารอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และจะต้องเป็นสภาวะแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและซัลเฟต
เมื่อซากอินทรียวัตถุพวกนี้ได้เกิดการสะสมตัวขึ้นแล้ว จะต้องถูกปิดทับโดยตะกอนอีกทอดหนึ่ง จากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอุณหภูมิและความดันจะเพิ่มขึ้น เมื่อความลึกถึงประมาณ 2.5 กิโลเมตร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนของอินทรียวัตถุ โมเลกุลเดิมจะถูกทำลายลงและเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลใหม่ ซึ่งให้ไฮโดรคาร์บอนในรูปของเหลวและแก๊สในช่องว่างของหิน ไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียง ส่วนการที่จะมารวมตัวเกิดเป็นแหล่งของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือไม่ ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ
1. ถ่านหิน คือหินตะกอนชนิดหนึ่ง เป็นแร่เชื้อเพลิง สามารถติดไฟได้ มีสีน้ำตาลอ่อนจนถึงสีดำ มีความเปราะ รอยแตกเว้าคล้ายก้นหอย มีทั้งชนิดผิวมัน และผิวด้าน มีน้ำหนักเบา ถ่านหินประกอบด้วยธาตุที่สำคัญ 4 ชนิด ได้แก่ คาร์บอน (C) ไฮโดรเจน (H) ไนโตรเจน (N) และออกซิเจน (O) นอกจากนี้ยังมีธาตุอื่นหรือสารอื่นเจือปนอีกเล็กน้อย เช่น กำมะถัน ถ่านหินที่มีจำนวนคาร์บอนสูงซึ่งจะมีอยู่ประมาณไม่น้อยกว่าร้อยละ 50 โดยปริมาณและมีธาตุอื่นต่ำ เมื่อนำมาเผาจะให้ความร้อนมากถือว่าเป็นถ่านหินคุณภาพดีการเกิดถ่านหินต้องอาศัยปัจจัยสำคัญหลายอย่างที่จะทำให้เกิดการสะสมตัวของ พืช กล่าวคือต้องมีสภาพอากาศที่เหมาะสมกับการเจริญเติบโตของพืช บริเวณสะสมตัวต้องเป็นน้ำนิ่ง และมีปริมาณแก๊สออกซิเจนจำกัด เพื่อไม่ให้เกิดการเน่าสลายของพืชที่จะกลายเป็นถ่านหิน และปัจจัยที่สำคัญที่สุดคือกระบวนการเปลี่ยนแปลงทางธรณีวิทยาที่เหมาะสม ถ่านหินมีกำเนิดมาจากการเปลี่ยนแปลงตามธรรมชาติของพืชพันธุ์ไม้ต่างๆ ที่สลายตัวและสะสมอยู่ในลุ่มน้ำหรือแอ่งน้ำต่างๆ นับเป็นเวลาหลายร้อยล้านปี เมื่อเกิดการเปลี่ยนแปลงของ ผิวโลกเช่น เกิดแผ่นดินไหว ภูเขาไฟระเบิด หรือมีการทับถมของตะกอนมากขึ้น ทำให้แหล่งสะสมตัวนั้นได้รับความกดดันและความร้อนที่มีอยู่ภายในโลกเพิ่มขึ้นเมื่อแยกประเภทของถ่านหินตามลำดับชั้นการเกิด แยกได้ 5 ประเภท คือ
1. พีต (peat) เป็นชั้นแรกในกระบวนการเกิดถ่านหิน ประกอบด้วยซากพืช ซึ่งบางส่วนได้สลายตัวไปแล้วสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงได้
2. ลิกไนต์ (lignite) มีซากพืชอยู่เล็กน้อย มีความชื้นมาก ใช้เป็นเชื้อเพลิง
3. ซับบิทูมินัส (subbituminous) มีสีดำ เป็นเชื้อเพลิงที่มีคุณภาพเหมาะสมในการผลิตกระแสไฟฟ้า
4. บิทูมินัส (bituninous) เป็นถ่านหินเนื้อแน่น แข็ง ประกอบด้วยชั้นถ่านหินสีดำมันวาว ใช้เป็นเชื้อเพลิงในโรงงานอุตสาหกรรมและการผลิตกระแสไฟฟ้า
5. แอนทราไซต์ (anthracite) เป็นถ่านหินที่มีลักษณะดำเป็นเงา มันวาวมาก มีรอยแตกเว้าแบบก้นหอย ติดไฟยาก เมื่อเผาไหม้จะให้ค่าความร้อนสูง ใช้เป็นเชื้อเพลิงในอุตสาหกรรมต่างๆ
แหล่งถ่านหินในประเทศไทย
แหล่งถ่านหินในประเทศไทย พบถ่านหินทุกชนิด แต่มีมากที่สุดคือถ่านหินลิกไนต์ และซับบิทูมินัส ซึ่งพบมากที่อำเภอแม่เมาะ จังหวัดลำปาง อำเภอลี้ จังหวัดลำพูน และที่อำเภอเมือง จังหวัดกระบี่ อำเภอสบปราบ จังหวัดลำปาง (เหมืองแม่ทาน) อำเภองาว จังหวัดลำปาง ปริมาณถ่านหินส่วนใหญ่ในประเทศไทย นำมาใช้ในการผลิตกระแสไฟฟ้า โดยการไฟฟ้าฝ่ายผลิตแห่งประเทศไทย
2. ปิโตรเลียม
มาจากคำในภาษาละติน 2 คำ คือ เพตรา แปลว่า หิน และ โอเลียม ซึ่งแปลว่า น้ำมัน รวมความแล้ว หมายถึง น้ำมันที่ได้จากหิน สารไฮโดรคาร์บอนที่เกิดขึ้นเองตามธรรมชาติ มีธาตุที่เป็นองค์ประกอบหลัก 2 ชนิดคือ คาร์บอน (C) และไฮโดรเจน (H) โดยอาจมีธาตุชนิดอื่น เช่น กำมะถัน (S) ออกซิเจน (O) ไนโตรเจน (N) ปนอยู่ด้วย ปิโตรเลียมเป็นได้ทั้งของแข็ง ของเหลว หรือแก๊ส ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบของปิโตรเลียม ความร้อน และความกดดันของสภาพแวดล้อมที่ปิโตรเลียมถูกกักเก็บ
ปิโตรเลียมเกิดจากสิ่งมีชีวิตทั้งพืชและสัตว์เมื่อหลายร้อยล้านปีก่อนที่ตาย แล้วถูกย่อยสลายภายใต้อุณหภูมิและความกดดันสูงภายใต้ชั้นเปลือกโลกสารอินทรีย์ในซากพืชซากสัตว์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอน ที่มีโมเลกุลใหญ่ เรียกว่า "เคโรเจน" หลังจากนั้นจึงเปลี่ยนเป็นปิโตรเลียม
- ปิโตรเลียมในสถานะของเหลว เรียกว่า "น้ำมันดิบ (Crude oil)"
- ปิโตรเลียมในสถานะแก๊ส เรียกว่า "แก๊สธรรมชาติ (Natural gas)"
- ปิโตรเลียมที่มีสถานะแก๊ส เมื่ออยู่ในแหล่งกักเก็บที่อยู่ลึกลงไปใต้ดินภายใต้สภาพอุณหภูมิและความกดดันที่สูง เมื่อถูกนำขึ้นมาถึงระดับผิวดินในขั้นตอนของการผลิต อุณหภูมิและความกดดันจะลดลง ทำให้แก๊สธรรมชาติกลายสภาพไปเป็นของเหลว เรียกว่า "แก๊สธรรมชาติเหลว (Condensate)" ปิโตรเลียมจากแหล่งกำเนิดจะไหลไปตามช่องแตก รอยแยก และรูพรุนของหินไปสู่การสะสมตัวในแหล่งกักเก็บปิโตรเลียม โดยปกติน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติมักจะเกิดร่วมกันในแหล่งปิโตรเลียม แต่บางแหล่งอาจมีเฉพาะน้ำมันดิบ บางแหล่งอาจมีเฉพาะแก๊สธรรมชาติก็ได้ แหล่งกักเก็บปิโตรเลียม มีลักษณะสำคัญ 2 ประการ คือ
1. มีชั้นหินที่มีรูพรุน โพรง หรือช่องแตก ที่สามารถให้ปิโตรเลียมอยู่ได้ เช่น หินกรวดมน หินทราย หินปูน
2. มีชั้นหินเนื้อละเอียดปิดกั้นด้านบน ไม่ให้ปิโตรเลียมเล็ดลอดผ่านออกไปได้
การเกิดน้ำมันดิบและแก๊สธรรมชาติ
จะพบเกิดร่วมกับหินตะกอนที่เกิดในทะเลเสมอ ส่วนประกอบที่สำคัญได้แก่สารประกอบไฮโดรคาร์บอนเป็นส่วนใหญ่ มี ซัลเฟอร์ ไนโตรเจน และออกซิเจนเป็นส่วนน้อย ปัจจุบันนักธรณีวิทยามีความเชื่อว่า น้ำมันและแก๊สธรรมชาติมีต้นกำเนิดมาจากอินทรียวัตถุที่เป็นพืชและสัตว์
อย่างไรก็ตาม สารประกอบไฮโดรคาร์บอนที่พบในน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ จะแตกต่างไปจากที่เราพบในสิ่งที่มีชีวิตอยู่บ้าง ดังนั้น จะต้องมีการเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นระหว่างที่เป็นซากของอินทรียวัตถุและผลที่ได้รับภายหลังขั้นตอนแรกก็คือ การสะสมตัวของตะกอนในทะเล ซึ่งมีซากพืชและสัตว์เป็นจำนวนมาก วิธีการดังกล่าว ต้องอาศัยสภาวะแวดล้อมที่เหมาะสม ทั้งนี้เพราะว่า โดยปกติแล้ว สภาวะแวดล้อมในทะเล มักประกอบด้วยออกซิเจนเป็นจำนวนมาก และเป็นการเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลงก่อนที่มันจะถูกทับถมโดยตะกอน ในกรณีดังกล่าว จำเป็นต้องอาศัยแอ่งของการตกตะกอนและการหมุนเวียนของกระแสน้ำต้องช้ามาก และเปิดโอกาสให้ซากอินทรียวัตถุได้สะสมตัว อย่างไรก็ตาม ในสภาพแวดล้อมที่ขาดออกซิเจนเช่นนี้ อาจจะไม่เพียงพอและจะป้องกันไม่ให้ซากอินทรียวัตถุถูกทำลายลง ก่อนที่แบคทีเรียสามารถใช้ซัลเฟตจากน้ำทะเล เพื่อจะออกซิไดซ์อินทรียวัตถุ ดังนั้น สภาวะที่เหมาะสมสำหรับการเกิดน้ำมันและแก๊สธรรมชาติ จะต้องประกอบด้วยแอ่งสะสมตะกอนที่เหมาะสม ที่สามารถสะสมพวกสารอินทรียวัตถุเป็นจำนวนมาก และจะต้องเป็นสภาวะแวดล้อมที่ปราศจากออกซิเจนและซัลเฟต
เมื่อซากอินทรียวัตถุพวกนี้ได้เกิดการสะสมตัวขึ้นแล้ว จะต้องถูกปิดทับโดยตะกอนอีกทอดหนึ่ง จากน้ำหนักของตะกอนที่ปิดทับอุณหภูมิและความดันจะเพิ่มขึ้น เมื่อความลึกถึงประมาณ 2.5 กิโลเมตร จะเกิดการเปลี่ยนแปลงในส่วนของอินทรียวัตถุ โมเลกุลเดิมจะถูกทำลายลงและเปลี่ยนไปเป็นโมเลกุลใหม่ ซึ่งให้ไฮโดรคาร์บอนในรูปของเหลวและแก๊สในช่องว่างของหิน ไฮโดรคาร์บอนดังกล่าวสามารถเคลื่อนย้ายไปตามช่องว่างและรอยแตกในหินข้างเคียง ส่วนการที่จะมารวมตัวเกิดเป็นแหล่งของน้ำมันและแก๊สธรรมชาติที่มีคุณค่าทางเศรษฐกิจหรือไม่ ขึ้นอยู่กับปัจจัยอื่นๆ อีกหลายประการ