Site Loader
Rock Street, San Francisco

Introduction

Coal,  fuel  oil  and  natural  gas  which  are  found  underground  are  the  hydrocarbons  that  are  referred  to  as  fossil  fuels.  The  term  fossil  fuel  is  rooted  in  the  fact  that  the  three  natural  underground  energy  sources  were  formed  over  very  long  periods  from  the  remains  of  animals  and  plants.  Although  the  term  ‘fossil  fuels’  also  includes  other  hydrocarbons  originating  from  natural  resources  that  are  not  the  remains  of  animals  or  plants,  this  type  of  energy  sources  is  called  mineral  fuels.

We Will Write a Custom Essay Specifically
For You For Only $13.90/page!


order now

Indeed,  “the  utilization  of  fossil  fuels  has  enabled  large-scale  industrial  development  and  largely  supplanted  water-driven  mills,  as  well  as  the  combustion  of  wood  or  peat  for  heat.”  (Wikipedia  Encyclopeadia,  2006)  However,  like  many  of  other  utilization  matter  fossil  fuels  have  their  undesirable  effects  that  have  to  be  addressed  seriously  in  order  that  the  problems  are  combated.

The  main  concern  for  scientists  and  other  authorities  dealing  with  problems  of  pollution  is  the  air  pollution  caused  by  the  burning  of  fossil  fuels  and  the  impact  on  the  environment  and  the  health  of  people.

In  this  paper  the  air  pollution  caused  by  burning  fossil  fuels  will  be  studied  under  of  the  following  headings:

A.                Chemistry  of  Combustion

B.                 Air  Pollution  Caused  by  Fossil  Fuel  Combustion

C.                 Measures  Taken  to  Combat  the  Air  Pollution

D.                Conclusions

A.      Chemistry  of  Combustion

Combustion  is  a  chemical  reaction  between  a  fuel  (e.g.  fossil  fuel)  and  an  oxidant  (e.g.  atmospheric  oxygen.  This  chemical  reaction  normally  results  in  producing  heat  and  light.  However,  it  is  important  to  point  out  that  not  every  oxidation  process  produces  heat.  For  example,  corrosion  is  an  oxidation  process  but  it  does  not  produce  heat.  The  chemical  oxidation  process  in  burning  fossil  fuels  occurs  at  a  rate  fast  enough  to  produce  heat.  This  type  of  oxidation  is  what  we  refer  to  as  combustion.  That  is  why  the  term  combustion  is  applied  to  exothermic  processes.

The  chemical  process  of  a  complete  combustion  is  detailed  in  the  following  quote  from  Wikipedia  Online  Encyclopaedia:

“In  a  complete  combustion  reaction,  a  compound  reacts  with  an  oxidizing  element,  and  the  products  are  compounds  of  each  element  in  the  fuel  with  the  oxidizing  element.  For  example:

A  simpler  example  can  be  seen  in  the  combustion  of  hydrogen  and  oxygen,  which  is  a  commonly  used  reaction  in  rocket  engines:

The  result  is  simply  water  vapour.”

However,  in  real  world  uses  of  combustion  it  is  not  always  a  complete  combustion.  For  fossil  fuels  to  burn  the  combustion  takes  place  as  a  result  of  the  ambient  air  oxygen  (O2)  combining  with  the  fossil  fuel  in  the  presence  of  a  spark.  Then  the  resulting  fuel  gas  will  contain  nitrogen.  That  is  to  say  that  nitrogen  is  the  largest  part  of  the  resultant  fuel  gas  when  combustion  uses  the  ambient  air  oxygen.

“In  reality,  combustion  processes  are  never  perfect  or  complete.  In  flue  gases  from  combustion  of  carbon  (as  in  coal  combustion)  or  carbon  compounds  (as  in  combustion  of  hydrocarbons,  wood  etc.)  both  unburned  carbon  (as  soot)  and  carbon  compounds  (CO  and  others)  will  be  present.  Also,  when  air  is  the  oxidant,  some  nitrogen  will  be  oxidized  to  various,  mostly  harmful,  nitrogen  oxides  (NOx).”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

Therefore,  for  the  real  world  combustions  there  are  a  number  of  types  that  I  am  going  to  summarize:

a-         RAPID

This  type  is  the  ‘fire’  type  of  combustion  which  results  in  large  amounts  of  heat  and  light.  This  type  is  typical  to  the  internal  combustion  engines.

b-         SLOW

In  contrast  to  the  rapid  ones  which  normally  take  place  at  high  temperatures  ,  the  slow  ones  are  take  place  at  low  temperatures.  A  typical  example  is  respiration.

c-         COMPLETE

In  this  type  of  combustions  the  reactant  (e.g.  fossil  fuel)  should  burn  in  oxygen  leaving  a  limited  number  of  products.  Therefore,  hydrocarbons  that  burn  in  oxygen  (other  than  ambient  air  oxygen)  will  only  produce  carbon  dioxide  and  water.  On  the  other  hand  hydrocarbons  burning  in  air  results  in  products  that  include  nitrogen.  It  should  be  pointed  out  here  that  complete  combustion  is  difficult  to  achieve  in  real  world  uses  of  combustion.  Indeed:  “In  reality,  as  actual  combustion  reactions  come  to  equilibrium,  a  wide  variety  of  major  and  minor  species  will  be  present.  For  example,  the  combustion  of  methane  in  air  will  yield,  in  addition  to  the  major  products  of  carbon  dioxide  and  water,  the  minor  products  which  include  carbon  monoxide,  hydroxyl,  nitrogen  oxides,  monatomic  hydrogen,  and  monatomic  oxygen.”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

d-        TURBULENT

In  this  type  of  combustion  flows  are  turbulent.  Since  this  turbulence  helps  in  mixing  the  fuel  and  oxidizer  this  type  is  most  common  in  industry  e.g.  turbines  and  diesel  engines.

e-         INCOMOPLETE

While  complete  combustion  is  achieved  by  ensuring  adequate  supply  of  oxygen,  the  incomplete  combustion  occurs  when  the  supply  of  oxygen  is  not  adequate  as  it  happens  normally  for  fuels  burning  in  air.  Here  the  reactant  (whether  it  is  fossil  fuel  or  other)  will  burn  in  oxygen  but  will  result  in  a  number  of  products.  These  are:  carbon  dioxide,  water,  carbon  monoxide,  and  a  number  of  compounds  such  as  nitrogen  oxides.  This  is  the  most  common  type  of  combustion  and  is  characterized  by  the  production  of  large  amounts  of  by-products.  These,  for  example,  in  burning  fuel  in  automobiles  results  in  by-products  that  affect  health  and  damages  the  environment.

Hydrocarbons  and  other  fossil  fuels  are  mainly  utilized  in  today’s  world  as  fuels.  Therefore,  a  summary  of  types  of  fuels  is  in  order  at  this  stage:

a-         Liquid  fuels

A  liquid  does  not  burn  until  it  is  heated  to  a  certain  temperature  and  becomes  vapour.  This  certain  temperature  above  which  it  burns  is  called  its  flash  point  which  is  defined  as  “the  lowest  temperature  at  which  it  can  form  an  ignitable  mix  with  air.  It  is  also  the  minimum  temperature  at  which  there  is  enough  evaporated  fuel  in  the  air  to  start  combustion.”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

b-      Solid  Fuels

In  this  type  of  fuel  combustion  comprises  three  phases  which  are  distinct  and  overlapping:

–          Pre-heating  phase:  this  the  stage  when  the  fuel  is  being  heated  to  bring  its  temperature  up  to  the  flash  point.  Subsequently  is  the  fire  point  when  flammable  gases  are  being  evolved.

–          Distillation  phase  or  gaseous  phase  when  the  flammable  gas  mixes  with  oxygen  and  is  ignited.  The  result  is,  of  course,  heat  and  light.

–          Charcoal  phase  or  solid  phase  when  “the  output  of  flammable  gases  from  the  material  is  too  low  for  persistent  presence  of  flame  and  the  charred  fuel  does  not  burn  rapidly  anymore  but  just  glows  and  later  only  smoulders.”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

B-      Air  Pollution  Caused  by  Fossil  Fuel  Combustion

A  number  of  air  pollutants  are  harmful  for  human  beings  by  its  direct  effect  on  their  health  or  its  effect  on  the  environment.  In  most  of  the  areas  over  the  globe  the  air  pollutants  are  mainly  the  products  of  combustion  whether  it  is  from  space  heating,  power  generation  or  from  the  use  of  motor  vehicles.  It  is  also  pointed  out  that  the  problems  resulting  from  these  sources  is  not  confined  to  the  immediate  vicinity  of  these  sources  but  are  capable  of  traveling  long  distances  and  reacting  chemically  in  the  atmosphere.  This  process  of  further  chemical  reaction  is  responsible  the  secondary  pollutants  such  as  acid  rain  or  ozone.  The  adverse  effects  of  burning  fossil  fuels  are  numerous  and  here  we  are  going  to  address  the  most  common  and  the  most  environment  and  health  threatening  ones.

1.      Flue  Gas  Emissions  from  Fossil  Fuel  Combustion

Fossil  fuels  that  are  combusted  with  ambient  air,  containing  about  79%  volume  gaseous  nitrogen  which  is  not  combustible,  release  a  number  of  gases  in  the  atmosphere.  These  include  mainly  nitrogen,  and  carbon  dioxide.  In  addition  it  also  releases  small  amounts  of  nitrogen  oxides  (NOx),  sulphur  dioxide  (SO2)  and  particular  matter.

Most  of  the  flue  gas  emissions  come  from  large  power  plants,  furnaces  in  large  refineries  and  petrochemical  plants.  A  point  of  interest  here  is  the  fact  that  flue  gas  generated  by  coal  combustion  is  10%  higher  than  that  generated  by  natural  gas  combustion.

2.      Pollution  from  Electricity  Generation  (Coal)

Production  of  electricity  is  effected  by  converting  other  forms  of  energy  into  electricity.  In  many  countries  including  the  USA,  electricity  is  generated  by  burning  fossil  fuels.  Obviously  the  process  of  burning  fossil  fuels  is  never  completely  clean,  but  a  major  source  of  environmental  pollution.

3.      Pollution  from  Automobiles  (Gasoline  Combustion)

Gasoline,  one  of  the  useful  products  of  petroleum,  when  combusted  gives  off  products.  Since  combustion  here  is  incomplete  the  emissions  out  of  the  exhaust  pipe  react  with  atmospheric  components  other  than  oxygen  in  addition  to  reactions  of  impurities  release  gases  that  are  not  healthy.

Thus  the  main  sources  of  pollution  here  are  carbon  dioxide  and  water.  However,  it  is  argued  that  carbon  dioxide  and  water,  both  necessary  for  life  on  earth,  are  beneficial  rather  than  being  harmful.  However,  it  is  obvious  that  too  much  of  a  useful  thing  can  as  a  result  of  existing  in  excess  ca  be  a  problem.

4.      Global  Warming

The  term  global  warming  is  equivalent  to  more  general  one  of  ‘climate  change’.  It  is  also  described  as  the  increase  in  the  average  temperature  of  the  earth’s  atmosphere  recently.

“The  Earth’s  average  near-surface  atmospheric  temperature  rose  0.6  ±  0.2    Celsius  (1.1  ±  0.4    Fahrenheit)  in  the  20th  century.  The  prevailing  scientific  opinion  on  climate  change  is  that  “most  of  the  warming  observed  over  the  last  50  years  is  attributable  to  human  activities.”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

Global  warming  is  know  to  be  effected  by  interference  of  humans,  e.g.  combustion  of  fossil  fuels  and  also  by  some  other  causes.  However,  it  is  established  that  the  primary  causes  are  the  human  induced  causes.  The  release  of  increased  amounts  of  carbon  dioxide  and  other  greenhouse  gases  have  the  greatest  effect.

“The  predicted  effects  of  global  warming  are  many  and  various,  both  for  the  environment  and  for  human  life.  These  effects  include  sea  level  rise,  impacts  on  agriculture,  reductions  in  the  ozone  layer,  increased  intensity  and  frequency  of  extreme  weather  events,  and  the  spread  of  disease.  In  some  cases,  the  effects  may  already  be  manifest,  although  it  is  difficult  to  attribute  specific  natural  phenomena  to  long-term  global  warming.  In  particular,  the  relationship  between  global  warming  and  hurricanes  is  still  being  debated.”  (Wikipedia  Online  Encyclopaedia)

C-     Measures  Taken  to  Combat  Air  Pollution

Air  pollution  is  one  of  the  problems  that  have  been  receiving  a  lot  of  planned  attention  involving  scientists  and  other  professionals.  Despite  the  dangers  expected  and  the  varying  attention  given  to  the  problem  throughout  the  world  the  pollution  problem  is  being  handled  appropriately.

The  problem  seem  to  be  diminishing  in  the  economically  developed  countries.  This  achievement  has  materialized  as  a  result  of  changing  fuel-use  patterns,  and  the  increase  in  use  of  cleaner  fuel  such  as  natural  gas  and  the  effective  policies  implemented  to  control  smoke  and  emissions.  Even  in  the  developing  countries  long  term  changes  in  air  pollution  is  being  effected.

“In  both  developed  and  developing  countries,  the  major  threat  to  clean  air  is  now  posed  by  traffic  emissions.  Petrol-  and  diesel-engined  motor  vehicles  emit  a  wide  variety  of  pollutants,  principally  carbon  monoxide  (CO),  oxides  of  nitrogen  (NOx),  volatile  organic  compounds  (VOCs)  and  particulates,  which  have  an  increasing  impact  on  urban  air  quality.”  (McGinlay,  1997)

While  there  is  considerable  improvement  in  controlling  domestic  and  industrial  pollutant  sources,  the  problem  traffic  pollution  is  worsening  worldwide  and  more  seriously  in  developing  countries  where  there  a  great  increase  in  the  vehicle  fleets  imported  combined  with  problems  of  infrastructure,  poor  maintenance  for  transport  machinery  and  poor  control  of  engine  emissions.

The  most  effective  control  of  air  pollution  caused  by  fossil  fuel  combustion  is  the  policies  implemented  to  control  the  problem.  These  are  mainly  legislations  defining  the  problem  and  the  required  action.

D-     Conclusions

Conclusions  of  this  paper  can  be  summarized  in  the  following:

1.                  Fossil  fuel  burning  has  been  an  effective  vehicle  for  advancing  the  industry  and  technology  and  effecting  the  many  facilities  of  today.

2.                  Simultaneous  with  the  advantages  of  fossil  fuel  burning  there  have  been  serious  problems  of  pollution  resulting  from  the  use  of  fossil  fuel  burning.

3.                  The  reaction  of  governments  and  other  professional  bodies  to  combat  the  problem  has  been  adequate  and  successful  to  date  and  is  expected  to  continue.

References

1.                  Wikipidea, the free online encyclopaedia – downloaded on 23 October 2006 from: http://en.wikipedia.org/wiki/Fossil_fuel

2.                  Fossil Fuel Information – downloaded on 23 October 2006 from: www.fossilfuel.info

3.                  Jim McGinlay (1997) – The Chemistry of Atmospheric Pollutants – downloaded on 23 October 2006 from: http://www.aeat.co.uk/netcen/airqual/kinetics/

;

Post Author: admin

x

Hi!
I'm Ricky!

Would you like to get a custom essay? How about receiving a customized one?

Check it out