Ces industries comprennent les industries pétrolières (compagnies pétrolières, raffineurs de pétrole, transport de carburant et ventes aux utilisateurs finaux dans les stations-service), les industries du charbon (extraction et traitement) et les industries du gaz naturel (extraction de gaz naturel et fabrication de gaz de houille, ainsi que distribution et ventes). La majeure partie de l’énergie que nous utilisons aujourd’hui provient du charbon et du pétrole. Nous avons aussi des centrales nucléaires. Mais ces sources d’énergie sont limitées car seules des quantités finies de charbon ; le pétrole et le gaz existent sous terre ou dans les océans.
Les réserves actuelles de charbon et de pétrole, si elles sont consommées au rythme actuel, peuvent s’épuiser au bout d’un certain temps. La production d’électricité peut être alimentée au charbon ou au gaz naturel. La combustion du charbon pulvérisé et du charbon à lit fluidisé est utilisée pour la production de vapeur dans le cycle de Rankine ; le gaz naturel est utilisé dans les turbines à gaz pour la production d’électricité dans le cycle de Brayton.
Industrie de l’énergie – Montée en puissance du charbon comme combustible de choix
Le charbon est l’un des combustibles fossiles les plus abondants au monde. Il est également largement distribué et de nombreux pays avec peu ou pas de réserves de pétrole ont des ressources en charbon. L’utilisation documentée du charbon remonte aux années 1700 lorsque le charbon était utilisé comme combustible de chauffage, mais des preuves historiques indiquent que le charbon a été utilisé entre 100 et 200 après JC par les Romains pendant leur occupation de l’Angleterre. Jusqu’au 18ème siècle environ, la cuisine se faisait dans un foyer ouvert avec du bois de chauffage comme combustible. La cuisine au foyer était un travail acharné et désordonné; les arbres devaient être coupés en bois de chauffage et ramenés à l’intérieur et de grandes quantités de cendres fines devaient être transportées à l’extérieur. Le charbon était un soulagement bienvenu car son pouvoir calorifique élevé par unité de masse (7 000 à 13 000 Btu/lb) par rapport au bois signifiait qu’il fallait moins de combustible.
La révolution industrielle des 18e et 19ee siècles ont considérablement élargi l’utilisation du charbon comme combustible pour faire fonctionner les nouvelles industries, en particulier pour la fabrication de produits en fer. Avant la révolution industrielle, le charbon de bois, ou char, était la source de chaleur dans les foyers industriels. L’omble de bois fournissait plus de chaleur que le bois, mais même ainsi, les foyers à omble de bois produisaient rarement assez de chaleur pour faire fondre le fer. Au lieu de cela, ces foyers ne pouvaient que chauffer le fer jusqu’à ce qu’il devienne suffisamment malléable pour être martelé en formes, donnant des produits en fer forgé. D’autre part, les foyers à charbon fournissaient suffisamment de chaleur pour faire fondre le fer sous sa forme liquide. Le fer liquide pouvait ensuite être versé dans des moules spéciaux pour fabriquer des produits en fonte, un moyen plus rapide de produire des produits en fer. Les foyers à charbon ont accéléré les opérations dans d’autres industries à forte intensité de chaleur, telles que la fusion du minerai de fer dans un haut fourneau ou la production d’acier à partir de fonte brute. Les régions où le charbon et le minerai de fer étaient présents ensemble, par exemple, le sud du Pays de Galles en Angleterre, ont prospéré pendant la révolution industrielle en raison de l’abondance des deux matières premières en un seul endroit.
L’utilisation du charbon aujourd’hui n’est plus évocatrice de centrales électriques sales avec une fumée noire polluante qui s’échappe de leurs cheminées. Beaucoup de ces usines ont été transformées grâce à la technologie pour fonctionner plus efficacement et avec des émissions significativement plus faibles. Certains charbons avec d’autres déchets et d’autres produisent à la fois de l’électricité et de la chaleur. Les cas de modernisation d’usines et leurs nouvelles statistiques de performance sont documentés par diverses institutions, dont l’Energy Information Administration.
Industrie de l’énergie – Avènement des machines à vapeur
L’invention de la machine à vapeur par James Watt à la fin des années 1700 a considérablement élargi le marché du charbon, car elle a fourni une méthode pour convertir l’énergie thermique du charbon en énergie mécanique. L’âge d’or des chemins de fer a commencé au début des années 1900 lorsque les locomotives à vapeur et les wagons à vapeur alimentés au charbon ont rapidement remplacé les wagons et les voitures tirés par des chevaux. Dans la chaudière de la locomotive, un feu de charbon chauffait l’eau et la transformait en vapeur. L’énergie de la vapeur faisait aller et venir un piston qui était attaché aux roues de la locomotive, fournissant la force motrice. Le charbon a alimenté de nombreuses formes de transport, des locomotives géantes qui transportaient des marchandises et des passagers sur des centaines de kilomètres à travers les villes, aux wagons à vapeur et aux tramways qui transportaient la même cargaison à travers quelques pâtés de maisons. Comparé aux voyages à cheval ou en diligence, les voyages en train étaient confortables et rapides – les passagers se détendaient dans des voitures Pullman chauffées par des poêles à ventre plat, dînaient de repas cuits sur des poêles à charbon et voyageaient dans des trains rapides tirés par des locomotives à vapeur. Les machines à vapeur fixes alimentées au charbon fournissaient la puissance mécanique pour entraîner les machines de l’usine à travers un système élaboré de poulies. La disponibilité de la puissance mécanique a conduit au développement de machines-outils qui ont rapidement augmenté la productivité industrielle.
Pétrole
Le gaz de houille et l’énergie pétrolière partagent la propriété d’avoir des hydrocarbures comme principaux constituants ; Le gaz de houille est riche en méthane d’hydrocarbure, tandis que le pétrole est constitué d’un mélange complexe d’hydrocarbures liquides. L’utilisation des produits pétroliers est bien antérieure à l’utilisation du gaz de houille. En Mésopotamie, des concentrations de gisements pétroliers assuraient le commerce et la production. Les Babyloniens appelaient l’huile inflammable « naphta ». Pendant des milliers d’années, des mélanges contenant du bitume ont été utilisés dans les routes, le calfatage des navires, l’imperméabilisation des sols, le mortier dur et les médicaments.
Au début du XIXe siècle, les forages d’exploration en profondeur pour l’eau et le sel nécessitaient des foreuses et une puissance mécanique suffisamment dures. Les moteurs à vapeur ont fourni l’énergie et le développement des derricks a aidé à la manipulation des machines de forage rapide. La prospection pétrolière a cessé d’être dépendante des suintements de surface lorsque des forages creux ont permis de prélever des échantillons de forage, révélant la structure des formations souterraines. Les compositions du pétrole brut variaient ; Ainsi, les méthodes de raffinage du pétrole étaient importantes. Au cours des années 1860, les États-Unis disposaient d’un approvisionnement régulier de 10 millions de barils de pétrole par an. En 1901, la production de pétrole brut russe atteignait 11 millions de tonnes et les chemins de fer alimentés au pétrole reliaient les marchés mondiaux.
Le kérosène était distillé à partir du pétrole avec de l’acide sulfurique et de la chaux, fournissant un carburant bon marché et abondant pour la lampe. L’essence est restée un sous-produit sans valeur et inammable de l’industrie, les dérivés du pétrole ont fourni des lubrifiants bien que cela soit devenu nécessaire avec les innovations dans les véhicules et les machines, et les huiles pour machines lourdes ont été utilisées sur les chemins de fer.
Gaz naturel
Le gaz naturel est un carburant vital pour la société moderne. Au cours des 50 dernières années du XXe siècle, le gaz naturel a satisfait environ 25 % de la demande énergétique des États-Unis. Il a été utilisé pour la production d’électricité, les processus de chauffage industriels, le chauffage et la cuisine domestiques et le carburant de transport. Le gaz naturel est composé principalement de méthane, un hydrocarbure composé d’un atome de carbone et de quatre atomes d’hydrogène (CH4). En tant que « combustible fossile », le gaz naturel est rarement pur. Il est couramment associé au pétrole et contient souvent d’autres hydrocarbures, dont le butane, l’éthane et le propane. Aux États-Unis, l’utilisation substantielle du gaz naturel n’a commencé qu’après la découverte de grandes quantités de pétrole brut et de gaz naturel dans l’ouest de la Pennsylvanie en 1859.
Le gaz naturel a parcouru un long chemin en tant que bien à valeur intrinsèque. Ces ressources étaient autrefois considérées comme un simple sous-produit du pétrole et ne valaient donc pas l’important investissement en capital nécessaire pour le trouver, le rassembler, le traiter, le transporter et le distribuer. L’abondance relative de carburant, la large dispersion et la propreté du gaz naturel l’ont propulsé au premier rang des fossiles, de sorte que le gaz naturel est aujourd’hui sur le point de devenir une marchandise mondiale, un carburant de transition vers le prochain avenir énergétique et une source de construction moléculaire. blocs à de nouveaux matériaux.
Industrie pétrolière et gazière
Les chocs pétroliers occupent une place prépondérante dans les cycles économiques américains depuis la fin de la Seconde Guerre mondiale, bien que la relation ait semblé s’affaiblir au cours des années 1990. En outre, l’économie semble réagir de manière asymétrique aux chocs pétroliers ; L’augmentation des prix du pétrole nuit davantage à l’activité économique que la baisse des prix du pétrole pour l’aider. Les chocs pétroliers sur l’activité économique globale et les chocs pétroliers créent des cycles économiques et semblent avoir un effet disproportionné sur l’activité économique.
Technologie du charbon propre
Les technologies propres peuvent avoir un impact majeur sur l’économie mondiale en permettant l’utilisation continue du charbon d’une manière écologiquement acceptable, réduisant ainsi la dépendance à l’égard du charbon, du pétrole et du gaz naturel plus coûteux, tout en évitant les problèmes économiques causés par les fluctuations des prix du gaz naturel.
Bien que le gaz naturel devrait alimenter de nombreuses nouvelles centrales électriques et industrielles pour répondre à la demande croissante au cours des deux prochaines décennies, il est essentiel de maintenir la flexibilité des combustibles, permettant ainsi l’utilisation de combustibles locaux à faible coût, tels que le charbon.
Malheureusement, en plus du carbone et de l’hydrogène, la plupart des charbons contiennent du soufre, de l’azote, des minéraux et du chlore, à diverses concentrations. Les charbons contiennent également des oligo-éléments, tels que le mercure, le plomb, l’arsenic, le cadmium, le sélénium, le thorium et l’uranium, en très petites concentrations, généralement seulement quelques parties par million. Lors de la combustion du charbon, les oligo-éléments peuvent être rejetés dans l’environnement sous diverses formes, parfois nocives. Dans le passé, la combustion du charbon a contribué aux pluies acides, au smog, à la mortalité massive des forêts, à l’eutrophisation des lacs et à d’autres problèmes environnementaux. Parce que de tels impacts ne sont plus acceptables, de nouvelles méthodes pour réduire les émissions nocives des centrales utilisant du charbon sont nécessaires. La technologie pour y parvenir est généralement appelée technologie du charbon propre (CCT).
Depuis que le passage aux combustibles fossiles a commencé à se faire sentir il y a plus de 150 ans, il faudra peut-être un siècle ou plus pour achever la prochaine révolution industrielle. Une réduction annuelle de 2 % des émissions de dioxyde de carbone et de méthane conduira à une réduction nette des gaz à effet de serre nécessaire pour stabiliser les concentrations de gaz au cours de ce siècle. Cela nécessitera de multiples politiques et mesures conçues pour fournir des services énergétiques de nouvelles manières si le monde veut atteindre cette réduction et éviter une augmentation dangereuse des niveaux de monoxyde de carbone à 550 ppm.
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Date de création Mercredi 30 septembre 2020 Affichages 718