На сегодняшний день ископаемые виды топлива — в основном нефть, уголь и природный газ — являются основой экономик ряда как крупных, так и совсем небольших стран. Более того, доступ к этим энергоносителям является одним из важнейших факторов политической жизни многих государств. Однако до сих пор не теряют своей значимости возобновляемые виды топлива, в частности — древесина и другие материалы растительного происхождения.
К слову, разделение видов топлива на ископаемые и возобновляемые в известной степени условно: ископаемые материалы, такие как нефть, каменный уголь, торф тоже «возобновляются» со временем, только время это в масштабах существования человечества весьма велико — миллионы лет. К возобновляемым видам топлива принято относить те, которые восполняются сравнительно быстро — древесина, отходы деревообработки и сельского хозяйства, травянистые материалы, водоросли, биогаз. В таком случае процессы изъятия энергоносителя и его восполнения можно уравновесить.
Любопытно, что первичным источником энергии на нашей планете является всё-таки Солнце: именно энергия солнечной радиации в процессе фотосинтеза используется для образования сложного органического вещества из простых неорганических — воды и углекислого газа. В рамках нашей темы мы намеренно не рассматриваем те источники энергии, которые имеют иную природу — внутреннее тепло Земли, океанские приливы и энергию распада ядер тяжелых элементов. И ископаемое топливо, образуемое в процессе деструкции мертвого органического вещества в течение миллионов лет, и древесное топливо, которое может возобновляться в течение нескольких лет, и травянистые материалы, возобновляемые в течение нескольких месяцев, — все эти потенциальные энергоносители обязаны своим существованием энергии Солнца.
Будем рассматривать вопрос с самой примитивной точки зрения: основу углеводородного топлива, как можно догадаться из названия, составляют соответственно углерод и водород — ключевые в рамках существования жизни на Земле элементы. Именно окисление углерода C до оксида углерода CO2 и водорода H до воды H2O дает так необходимые нам джоули и калории, тепло и свет. На примере простейшего газообразного углеводорода — метана (CH4) — реакция окисления (горения) будет выглядеть так: CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O. Реакция экзотермическая, проходит с выделением тепловой энергии, которая и используется полезным образом. К слову, метан — простейший предельный углеводород, основной компонент природного газа и биогенного газа и одновременно парниковый газ, многократно превосходящий по своей активности в этом смысле углекислый газ (CO2). Более сложные углеводороды содержат также углерод-углеродные связи и имеют разнообразное пространственное строение, о чем можно с удовольствием прочитать в учебниках по органической химии. Разумеется, надо помнить, что в процессе горения углеводородного топлива часть энергии, получаемой в реакциях окисления углерода и водорода, тратится на разрыв углерод-углеродных и углерод-водородных связей в исходном веществе.
