化石燃料工业

化石燃料行业包括石油行业（石油公司、炼油厂、燃料运输和加油站的最终用户销售）、煤炭行业（开采和加工）和天然气行业（天然气开采、煤气制造和分销）和销售）。我们今天使用的大部分能源都来自煤炭和石油。我们也有核电站。但是这些能源是有限的，因为只有有限数量的煤；石油和天然气存在于地下或海洋中。

目前的煤炭和石油储量，如果按照目前的速度消耗，可能在一段时间后就会耗尽。发电可以使用煤炭或天然气作为燃料。煤粉和流化床煤燃烧用于朗肯循环中产生蒸汽；天然气用于燃气轮机，用于布雷顿循环中的发电。

能源行业——煤炭成为首选燃料
煤炭是世界上储量最丰富的化石燃料之一。分布也很广，许多石油储量很少或没有的国家都有煤炭资源。有记录的煤炭使用可以追溯到 1700 年代，当时煤炭被用作取暖燃料，但历史证据表明，罗马人在公元 100-200 年占领英格兰期间使用了煤炭。直到大约 18 世纪，烹饪都是在以木柴为燃料的平炉中进行的。

炉灶做饭是一项艰苦而凌乱的工作；树木必须被砍成柴火并运到室内，大量细小的灰烬必须运到室外。煤炭是一种受欢迎的解脱，因为与木材相比，其每单位质量的高热值 (7000–13,000 Btu/lb) 意味着需要更少的燃料。

18 和 19世纪的工业革命几个世纪以来，煤炭作为燃料的使用大大扩展了新工业的运行，尤其是铁制品的制造。在工业革命之前，木炭或木炭是工业炉膛的热源。与木材相比，木炭提供的热量更多，但即便如此，炭炉也很少能产生足够的热量来熔化铁。相反，这些壁炉只能加热铁，直到它具有足够的延展性，可以被锤打成型，生产锻铁产品。

另一方面，煤炉提供的热量足以将铁熔化成液态。然后可以将液态铁倒入特殊模具中以制造铸铁产品——这是一种更快的生产铁制品的方法。煤炉加速了其他热密集型行业的运作，例如在高炉中冶炼铁矿石或用生铁生产钢材。煤炭和铁矿石同时存在的地区，例如英格兰的南威尔士，在工业革命期间因同一地区丰富的两种原材料而繁荣起来。

今天的煤炭使用不再让人想起肮脏的发电厂，从烟囱中冒出滚滚污染的黑烟。其中许多工厂已通过技术进行改造，以提高运营效率并显着降低排放量。有些用其他废料烧煤，有些则既能发电又能供热。包括能源信息管理局在内的各种机构记录了电厂改造案例及其新的性能统计数据。

能源工业：蒸汽机的出现
詹姆斯瓦特在 1700 年代后期发明的蒸汽机极大地扩展了煤炭的市场，因为它提供了一种将煤炭中的热能转化为机械能的方法。1900 年代初期，随着燃煤蒸汽机车和蒸汽货车迅速取代马车和马车，铁路的黄金时代开始了。在机车的锅炉中，煤火将水加热并将其转化为蒸汽。蒸汽中的能量推动附在机车车轮上的活塞来回移动，从而提供动力。煤炭为多种交通方式提供了燃料，从运送货物和乘客穿越城市数百英里的巨型机车，到将同样的货物运送到几个街区的蒸汽车和有轨电车。

与骑马或马车旅行相比，火车旅行既舒适又快捷——乘客们在由大肚炉加热的普尔曼车厢里放松，享用在燃煤炉子上烹制的饭菜，乘坐由蒸汽机车牵引的快速列车旅行。固定式燃煤蒸汽机通过精心设计的滑轮系统提供机械动力来驱动工厂机械。机械动力的可用性导致了机床的发展，从而迅速提高了工业生产率。

石油
煤气和石油能源都具有以碳氢化合物为主要成分的性质；煤气富含碳氢化合物甲烷，而石油则由液态碳氢化合物的复杂混合物组成。石油产品的使用早于煤气的使用。在美索不达米亚，石油矿床的集中提供了商业和生产。巴比伦人称易燃油为“石脑油”。几千年来，含有沥青的混合物被用于道路、船舶嵌缝、地板防水、硬砂浆和药物。

在 19 世纪早期，水和盐的深层勘探钻探需要足够硬的钻头和机械动力。蒸汽机提供了能量，井架的发展有助于快速钻孔机的操作。当空心钻头能够取出钻孔样本，揭示地下地层的结构时，石油勘探不再依赖于地表渗漏。原油的成分各不相同；因此，炼油厂的方法很重要。在 1860 年代，美国每年稳定供应 1000 万桶石油。到 1901 年，俄罗斯原油产量达到 1100 万吨，以石油为燃料的铁路连接了世界市场。

煤油是用硫酸和石灰从石油中蒸馏出来的，为灯光提供了廉价而充足的燃料。尽管汽油仍然是该行业的一种毫无价值且易燃的副产品，但石油衍生物提供的润滑油随着车辆和机械的创新而变得越来越必要，重机油也被用于铁路。

天然气
天然气是现代社会的重要燃料。在 20 世纪的最后 50 年中，天然气满足了美国约 25% 的能源需求。它已被用于发电、工业热过程、家庭取暖和烹饪以及运输燃料。天然气主要由甲烷组成，甲烷是一种碳氢化合物，由一个碳原子和四个氢原子 (CH4) 组成。作为一种“化石燃料”，天然气很少是纯净的。它通常与石油有关，并且通常含有其他碳氢化合物，包括丁烷、乙烷和丙烷。在美国，直到 1859 年在宾夕法尼亚州西部发现大量原油和天然气之后，才开始大量使用天然气。

天然气作为一种具有内在价值的商品已经取得了长足的进步。这些资源曾经被认为仅仅是石油的副产品，因此不值得为寻找、收集、处理、运输和分配这些资源而进行大量资本投资。天然气的相对丰富、广泛分布和清洁使其成为化石燃料的最前沿，因此今天的天然气有望成为一种全球商品、通往下一个能源未来的桥梁燃料以及分子构建的来源新材料块。

石油和天然气行业
自第二次世界大战结束以来，油价冲击在美国商业周期中占据显着位置，尽管这种关系在 1990 年代似乎有所减弱。此外，经济似乎对油价冲击的反应不对称；油价上涨对经济活动的伤害大于油价下跌对经济活动的帮助。石油价格对总体经济活动的冲击和石油价格冲击创造了商业周期，并且似乎对经济活动产生了不成比例的影响。

洁净煤技术
洁净煤技术允许以环境可接受的方式继续使用煤，从而减少对更昂贵的石油和天然气的依赖，同时避免天然气价格波动引起的经济问题，从而对世界经济产生重大影响。

尽管预计天然气将成为许多新发电厂和工业设施的燃料以满足未来二十年不断增长的需求，但保持燃料灵活性至关重要，从而能够使用低成本的本土燃料，例如煤炭。

不幸的是，除了碳和氢之外，大多数煤还含有不同浓度的硫、氮、矿物质和氯。煤还含有微量元素，例如汞、铅、砷、镉、硒、钍和铀，浓度非常低，通常只有百万分之几。当煤燃烧时，微量元素可能以各种形式（有时是有害的）形式释放到环境中。过去，燃煤导致酸雨、烟雾、森林死亡、湖泊富营养化和其他环境问题。由于此类影响不再可接受，因此需要新的方法来减少燃煤电厂的有害排放。实现此目的的技术通常称为洁净煤技术 (CCT)。

由于向化石燃料的转变在 150 多年前就开始了，因此可能需要一个世纪或更长时间才能完成下一次工业革命。二氧化碳和甲烷排放量每年减少 2% 将导致本世纪稳定气体浓度所需的温室气体净减少。如果世界要实现这一目标并避免一氧化碳水平危险地增加到 550 ppm，就需要制定多项旨在以新方式提供能源服务的政策和措施。