Petroleum, Coal, Natural Gas & Global Warming ഫോസിൽ ഇന്ധനം · ആഗോളതാപനം
The petrol in a scooter, the LPG cylinder in the kitchen, the kerosene lamp, the tar on the road and the candle on the table all come from one black, sticky liquid pumped up from deep under the ground. On this page you drill an oil well, heat crude oil in a virtual fractionating tower and watch it split into fractions, compare the kinds of coal, squeeze natural gas into CNG and LNG, and then play with the greenhouse effect to see why burning all these fuels is warming our planet – and what we can do about it.
1. Petroleum – crude oil പെട്രോളിയം · ക്രൂഡ് ഓയിൽ
ഭൂമിയ്ക്കടിയിൽ നിന്ന് ഖനനം ചെയ്തെടുക്കുന്ന ക്രൂഡ് ഓയിൽ അഥവാ പെട്രോളിയം വിവിധ ഹൈഡ്രോകാർബണുകളുടെ മിശ്രിതമായ ഒരു ഫോസിൽ ഇന്ധനമാണ്. ഇത് ഭൂമിക്ക് വളരെ അടിയിലുള്ള ദൃഢതയേറിയ പാറകൾക്കിടയിൽ കാണപ്പെടുന്നു. Crude oil, or petroleum, is mined from under the ground. It is a fossil fuel ഫോസിൽ ഇന്ധനം that is a mixture of many hydrocarbons. It is found very deep inside the Earth, trapped between hard rocks (Fig 8.11).
ജീവജാലങ്ങളുടെ അവശിഷ്ടങ്ങൾ അനേകായിരം വർഷങ്ങളിലെ രാസപരിണാമത്തിന് വിധേയമാകുന്നതിന്റെ ഫലമായാണ് പെട്രോളിയം രൂപപ്പെടുന്നത്. Petroleum is formed when the remains of living things undergo chemical changes over many thousands of years. Because it took so long to form, a well that is pumped dry will not fill again in our lifetime – fossil fuels are non-renewable.
Gas is the lightest, so it collects at the top of the trap; oil floats on the denser water below it. That is why natural gas is often found together with petroleum.
The tiny plants and animals of ancient seas (plankton) sank into the mud, were buried under more and more layers, and were slowly "cooked" by the heat and pressure deep underground. Most of the oil we use today began forming many millions of years ago. We burn in one year what nature took a very, very long time to make.
2. Fractional distillation അംശികസ്വേദനം (Fig 8.12)
പെട്രോളിയത്തിലെ വിവിധ ഘടകങ്ങളെ വേർതിരിക്കുന്നത് അംശികസ്വേദനം (Fractional distillation) എന്ന മാർഗം ഉപയോഗിച്ചാണ്. The different components of petroleum are separated by fractional distillation. The crude oil is heated and its vapour enters a tall fractionating tower ഫ്രാക്ഷണേറ്റിങ് ടവർ. The tower is hottest at the bottom (about 350 °C) and gets cooler upwards (about 50 °C at the top). Each group of hydrocarbons – a fraction ഘടകം – condenses back to a liquid at the level where the temperature has fallen below its boiling range, and is drawn off there. Kerala's own refinery at Kochi (BPCL) does exactly this every day.
Each little chain of dots is one molecule; longer chains = more carbon atoms. The labels follow Fig 8.12 (which shows diesel as C₁₄–C₂₀; Table 8.9 gives C₁₆–C₂₀ – the ranges of neighbouring fractions overlap a little).
Small molecules (few carbon atoms) are held to each other only weakly, so they have low boiling points: they stay as vapour even in the cool top of the tower. Big molecules (many carbon atoms) have high boiling points: they condense low down, where it is still very hot. The very biggest (bitumen) never even boil – they run out of the bottom as a thick black residue.
Table 8.9 – fractions of petroleum and their uses
പെട്രോളിയത്തെ അംശികസ്വേദനം (ചിത്രം 8.12) ചെയ്യുമ്പോൾ ലഭിക്കുന്ന ചില ഘടകങ്ങളും അവയുടെ ഉപയോഗങ്ങളുമാണ് പട്ടിക 8.9 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നത്. Table 8.9 gives some fractions obtained by the fractional distillation of petroleum, and their uses. Match each fraction with its number of carbon atoms and its use, then press Check.
| Fraction ഘടകങ്ങൾ | Number of C atoms C ആറ്റങ്ങളുടെ എണ്ണം | Uses ഉപയോഗങ്ങൾ |
|---|---|---|
| Gases വാതകങ്ങൾ | C₁ – C₄ | domestic / industrial fuel ഗാർഹിക/വ്യാവസായിക ഇന്ധനം |
| Petrol പെട്രോൾ | C₅ – C₁₀ | motor fuel മോട്ടോർ ഇന്ധനം |
| Naphtha നാഫ്ത | C₈ – C₁₂ | fuel in thermal power stations താപനിലയങ്ങളിലെ ഇന്ധനം |
| Kerosene മണ്ണെണ്ണ | C₁₀ – C₁₆ | domestic fuel ഗാർഹിക ഇന്ധനം |
| Diesel ഡീസൽ | C₁₆ – C₂₀ | fuel for diesel engines ഡീസൽ എഞ്ചിൻ ഇന്ധനം |
| Petroleum jelly (vaseline), grease പെട്രോളിയം ജെല്ലി (വാസ്‌ലിൻ), ഗ്രീസ് | C₂₀ – C₅₀ | lubricant, making cosmetics സ്നേഹകം (lubricant), സൗന്ദര്യവർധക വസ്തുക്കളുടെ നിർമ്മാണം |
| Fuel oil ഫ്യൂവൽ ഓയിൽ | C₅₀ – C₇₀ | fuel in thermal power stations, ships, industrial furnaces and boilers തെർമൽ പവർ സ്റ്റേഷൻ, കപ്പലുകൾ, വ്യാവസായിക ചൂളകൾ, ബോയിലറുകൾ എന്നിവയിൽ ഇന്ധനം |
| Paraffin wax പാരഫിൻ വാക്സ് | C₆₀ – C₇₀ | making candles, boot polish, wax paper, tarpaulin sheets മെഴുക്, ബൂട്ട്പോളിഷ്, വാക്സ് പേപ്പർ, ടാർപ്പോളിൻ ഷീറ്റ് നിർമ്മാണം |
| Bitumen ബിറ്റുമിൻ | more than C₇₀ | road tarring റോഡ് ടാറിങ് |
The number of carbon atoms and the structure of the carbon chain are the main factors that decide the properties of fuels.
Try it. Look at Table 8.9. As the number of carbon atoms increases, the fraction changes from …
3. LPG – the gas in your kitchen cylinder എൽ.പി.ജി
അംശികസ്വേദനവേളയിൽ ലഭിക്കുന്ന വാതകങ്ങളെ അനുകൂല സാഹചര്യങ്ങളിൽ സാന്ദ്രീകരിച്ച് വിവിധ ആവശ്യങ്ങൾക്ക് ഉപയോഗിക്കാവുന്നതാണ്. പാചകത്തിന് ഉപയോഗിക്കുന്ന ലിക്വിഫൈഡ് പെട്രോളിയം ഗ്യാസിലെ (LPG) പ്രധാനഘടകം ആൽക്കെയ്ൻ വിഭാഗത്തിൽ ഉൾപ്പെടുന്ന ബ്യൂട്ടെയ്ൻ (C₄H₁₀) ആണ്. The gases obtained during fractional distillation can be compressed under suitable conditions and used for many purposes. The main component of liquefied petroleum gas (LPG), used for cooking, is butane, C₄H₁₀, which belongs to the alkanes.
Q. Butane has 4 carbon atoms. Check that it fits the alkane general formula CₙH₂ₙ₊₂.
At room temperature butane is a gas, but under a little pressure it becomes a liquid. A 14.2 kg kitchen cylinder holds a lot of fuel as liquid; when you open the regulator, the liquid boils and comes out as gas. The gas itself has no smell – a strong-smelling compound is added on purpose so that a leak can be noticed at once.
4. Coal കൽക്കരി
പെട്രോളിയത്തെപ്പോലെ തന്നെ ഭൂമിക്കടിയിൽ നിന്ന് ലഭിക്കുന്ന മറ്റൊരു ഫോസിൽ ഇന്ധനമാണ് (fossil fuel) കൽക്കരി. വർഷങ്ങൾക്ക് മുൻപ് മണ്ണിൽ അകപ്പെട്ട സസ്യാവശിഷ്ടങ്ങളിൽ നടക്കുന്ന കാർബണൈസേഷന്റെ (carbonisation) ഫലമായാണ് കൽക്കരി ഉണ്ടാകുന്നത്. Like petroleum, coal is another fossil fuel obtained from under the ground. It is formed by the carbonisation കാർബണൈസേഷൻ of plant remains that were buried in the soil long ago.
Carbonisation is the process in which plant remains change into carbon at high temperature and pressure in the absence of air.
സസ്യങ്ങളിൽ കാർബൺ സംയുക്തങ്ങൾ അടങ്ങിയിരിക്കുന്നതിനാൽ കൽക്കരി പ്രധാനമായും കാർബണാണ്. എന്നാൽ വിവിധതരം കൽക്കരികളിൽ അടങ്ങിയിരിക്കുന്ന കാർബണിന്റെ അളവ് വ്യത്യാസപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു. Plants are made of carbon compounds, so coal is mainly carbon. But the amount of carbon differs in different kinds of coal: anthracite ആന്ത്രസൈറ്റ് 94 % C, bituminous coal ബിറ്റുമിനസ് കോൾ 83 % C, lignite ലിഗ്നൈറ്റ് 67 % C and peat പീറ്റ് 57 % C.
The four kinds and their carbon percentages are from the textbook (page 168). The order in which they form, peat → lignite → bituminous → anthracite, is a "go further" fact from geology.
Q (page 168). ഏറ്റവും കൂടുതൽ കാർബൺ അടങ്ങിയ കൽക്കരിയുടെ രൂപം ഏതാണ്? Which form of coal contains the most carbon?
Q (page 168). കാർബൺ അംശം ഏറ്റവും കുറഞ്ഞ കൽക്കരിയുടെ രൂപം ഏത്? Which form of coal has the least carbon?
Uses of coal കൽക്കരിയുടെ ഉപയോഗങ്ങൾ
As a domestic and industrial fuel ഗാർഹിക, വ്യാവസായിക ഇന്ധനമായി – in power stations, brick kilns and factories.
Used to make coke, coal tar and coal gas കോക്ക്, കോൾട്ടാർ, കോൾഗ്യാസ്.
A source of benzene, naphthalene, phenol and other aromatic compounds അരോമാറ്റിക് സംയുക്തങ്ങളുടെ ഉറവിടം.
Used to make synthetic petrol സിന്തറ്റിക് പെട്രോൾ.
Used to make some fertilisers, medicines and perfumes വളങ്ങൾ, മരുന്നുകൾ, പെർഫ്യൂമുകൾ.
Burning coal or charcoal in a closed room can produce carbon monoxide, a poisonous gas with no colour or smell. Never use a coal or charcoal stove (or an angeethi) in a closed room.
5. Natural gas – CNG and LNG പ്രകൃതിവാതകം
പ്രകൃതിവാതകം ഒരു ഫോസിൽ ഇന്ധനമാണ്. ഇത് പലപ്പോഴും പെട്രോളിയത്തിനോടൊപ്പം കാണപ്പെടുന്നു. ഇതിലെ പ്രധാന വാതകം മീഥെയ്നാണ് (methane). Natural gas is a fossil fuel. It is often found together with petroleum (you drilled it in Fig 8.11). Its main gas is methane, CH₄.
മലിനരഹിത വാഹന ഇന്ധനമായി ഇന്ന് പല നഗരങ്ങളിലും ഉപയോഗിക്കുന്നത് സി.എൻ.ജി (Compressed Natural Gas) ആണ്. ഉയർന്ന മർദത്തിലുള്ള മീഥെയ്ൻ വാതകമാണ് ഇതിലെ മുഖ്യ ഘടകം. എന്നാൽ ദ്രവീകരിച്ച പ്രകൃതിവാതകത്തിനെയാണ് എൽ.എൻ.ജി (Liquified Natural Gas) എന്ന് വിളിക്കുന്നത്. വളരെ കൂടിയ മർദത്തിൽ മീഥെയ്ൻ വാതകത്തെ ദ്രവീകരിക്കുക വഴിയാണ് എൽ.എൻ.ജി നിർമ്മിക്കുന്നത്.
- CNG സി.എൻ.ജി – compressed natural gas: its main component is methane at high pressure. Many cities use it as a less-polluting fuel for vehicles – look for the green "CNG" autorickshaws and buses in Kochi and Thiruvananthapuram.
- LNG എൽ.എൻ.ജി – liquefied natural gas: made by liquefying methane gas at very high pressure.
- മറ്റ് ഇന്ധനങ്ങളെ അപേക്ഷിച്ച് കാർബൺ പുറംതള്ളൽ കുറവായതിനാൽ ഇത് ഒരു പരിസ്ഥിതിസൗഹൃദ ഇന്ധനമാണ്. It gives out less carbon than other fuels, so it is an eco-friendly fuel.
- ഗെയിൽ (GAIL - Gas Authority of India Limited) പദ്ധതി പ്രകാരം ഇപ്പോൾ കേരളത്തിലും വ്യാവസായിക ഗാർഹിക ആവശ്യങ്ങൾക്കായി എൽ.എൻ.ജി വിതരണം ചെയ്യുന്നു. Under the GAIL (Gas Authority of India Limited) project, LNG is now supplied in Kerala too, for industrial and household needs – through the pipeline from the LNG terminal at Puthuvype, Kochi.
In practice natural gas is also cooled very strongly (to about −162 °C) to turn it into LNG; the liquid takes up about 600 times less space than the gas, so it can be carried across the sea in special ships and stored in insulated tanks.
Q. Which statement is correct?
6. Global warming ആഗോളതാപനം
കാർബണിന്റെയും, കാർബൺ സംയുക്തങ്ങളുടെയും ജ്വലനഫലമായി ഉണ്ടാകുന്ന പ്രധാന വാതകമാണ് കാർബൺ ഡൈഓക്സൈഡ്. മനുഷ്യന്റെ പ്രവർത്തനങ്ങൾ കൊണ്ടും പ്രകൃത്യാലുള്ള കാരണങ്ങൾകൊണ്ടും അന്തരീക്ഷത്തിലെ കാർബൺ ഡൈഓക്സൈഡ്, മീഥെയ്ൻ, നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് എന്നീ വാതകങ്ങളുടെ അളവ് വളരെയധികം വർധിക്കുകയാണ്. ഈ വാതകങ്ങളെ ഹരിതഗൃഹവാതകങ്ങൾ (Green house gases) എന്നു പറയുന്നു. You have now met many carbon compounds. Carbon dioxide is the main gas formed when carbon and its compounds burn. Because of human activities and natural causes, the amounts of carbon dioxide, methane and nitrous oxide in the atmosphere are rising a lot. These gases are called greenhouse gases ഹരിതഗൃഹവാതകങ്ങൾ.
ഇൻഫ്രാറെഡ് രശ്മികൾ താപീയ വികിരണങ്ങളാണ്. ഭൂമിയിൽ നിന്നു പ്രതിഫലിക്കുകയും വികിരണം ചെയ്യപ്പെടുകയും ചെയ്യുന്ന ഇൻഫ്രാറെഡ് രശ്മികളിൽ ഒരു ഭാഗം ഭൗമാന്തരീക്ഷത്തിലെ ഹരിതഗൃഹവാതകങ്ങൾ തടഞ്ഞു നിർത്തുന്നു. ഇതുമൂലം ഭൂമിയുടേയും അന്തരീക്ഷത്തിന്റെയും താപനില വർധിക്കുന്നു. ഇതാണ് ഹരിതഗൃഹപ്രഭാവം (Green house effect). Along with sunlight, ultraviolet and infrared rays ഇൻഫ്രാറെഡ് രശ്മികൾ reach the Earth. Infrared rays are heat radiation. The warm Earth sends infrared rays back towards space; the greenhouse gases in the atmosphere trap a part of them. This raises the temperature of the Earth and the atmosphere. This is the greenhouse effect ഹരിതഗൃഹപ്രഭാവം.
The rise in the average temperature of the Earth and its atmosphere is called global warming.
A simple model: a few rays and molecules stand for countless billions. Sunlight passes through the gases easily; it is the infrared going out that the gases catch.
Without any greenhouse gases, the Earth's average surface temperature would be far below freezing (about −18 °C) instead of about 15 °C – the natural greenhouse effect keeps our planet liveable. The problem is the extra greenhouse gas we add by burning coal, petrol and diesel and by cutting forests: it traps more heat, and the Earth keeps warming. Ozone and water vapour also act as greenhouse gases.
Table 8.10 and Fig 8.13 – who causes how much warming?
| Greenhouse gas ഹരിതഗൃഹ വാതകങ്ങൾ | Share in global warming ആഗോള താപനത്തിലുള്ള പങ്ക് | Annual rate of increase വാർഷികവർധന നിരക്ക് |
|---|---|---|
| Carbon dioxide (CO₂) കാർബൺ ഡൈ ഓക്സൈഡ് | 55% | 0.5% |
| Methane (CH₄) മീഥെയ്ൻ | 15% | 0.9% |
| Nitrous oxide (N₂O) നൈട്രസ് ഓക്സൈഡ് | 6% | 0.3% |
| Chlorofluorocarbons (CFCs) ക്ലോറോഫ്ലൂറോ കാർബൺ | 10 – 24% | 4% |
* ഓസോണും, ജലബാഷ്പവും ആഗോളതാപനത്തിന് കാരണമാകുന്നു. Ozone and water vapour also cause global warming.
The CFC slice is drawn at about 20 % because the book gives a range (10–24 %); "others" is the small dark slice, as in Fig 8.13.
Q. Using Table 8.10: which gas has the largest share in global warming, and which is increasing fastest every year?
7. Panel discussion – effects of global warming and what we can do
ആഗോളതാപനം ഉണ്ടാക്കുന്ന പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ എന്തെല്ലാം? ആഗോളതാപനം ഫലപ്രദമായി ചെറുക്കുന്നതിനുള്ള മാർഗങ്ങൾ എന്തെല്ലാം? ഈ വിഷയത്തിൽ ഒരു പാനൽ ചർച്ച സംഘടിപ്പിക്കുക. What are the effects of global warming? What are the ways to fight global warming effectively? Organise a panel discussion on this topic. Use the two cards below as your notes.
🌡️ Effects പ്രത്യാഘാതങ്ങൾ
- Ice melts – glaciers and polar ice shrink.
- Sea level rises – low coasts and backwater areas such as Kuttanad are at risk of flooding and salt water.
- Extreme weather – very heavy rain in a short time, floods and landslides; long dry spells and droughts in other seasons.
- Crop loss – heat and changing monsoons harm rice, pepper, cardamom and tea.
- Health – heat stroke, and more mosquito-borne diseases such as dengue.
- Sea life – warmer seas bleach coral reefs and move fish away from our coast.
🌱 Remedies പരിഹാരമാർഗങ്ങൾ
- Burn less fossil fuel – coal, petrol, diesel.
- Renewable energy – solar and wind power. Kochi airport (CIAL) runs fully on solar power!
- Cleaner transport – walk, cycle, use buses and trains, CNG and electric vehicles.
- Save energy – switch off lights and fans, use LED bulbs and efficient appliances.
- Plant trees and protect forests, mangroves and wetlands – they take in CO₂.
- CFC-free refrigerators and ACs; dispose of old ones properly.
- Reduce waste – do not burn plastic or garbage; compost food waste.
Kerala has seen extremely heavy rain events, such as the great floods of 2018, and scientists expect such events to become more common as the Earth warms. The good news: the solutions are already here. Kerala has rooftop solar on homes and schools, CNG and electric buses and autos, the LNG pipeline, and thousands of students planting and caring for trees. Every tonne of CO₂ we avoid makes a difference.
8. Safety with fuels
- Petrol, kerosene, diesel and LPG are highly flammable. Never play with them, never store them near a flame or a stove, and keep them away from children.
- If you smell LPG: do not light a match or switch any light or fan on or off; turn off the regulator, open all doors and windows, go outside and tell an adult to call the gas agency.
- Kerosene lamps and candles (paraffin wax) must stay away from curtains, books and clothes.
- Never burn coal or charcoal in a closed room – carbon monoxide is poisonous.
- Petrol fumes are harmful to breathe; switch off the engine while refuelling.
- "The tower is hottest at the top" ✗ – it is hottest at the bottom (about 350 °C) and coolest at the top (about 50 °C).
- "LPG is mainly methane" ✗ – LPG is mainly butane, C₄H₁₀; natural gas (CNG, LNG) is mainly methane.
- "Peat has the most carbon" ✗ – anthracite (94 %) has the most; peat (57 %) the least.
- "Nitrogen is a greenhouse gas" ✗ – the greenhouse gases are CO₂, CH₄, N₂O, CFCs (and ozone, water vapour).
- "The greenhouse effect is always bad" ✗ – it keeps the Earth warm; the extra greenhouse gases cause global warming.
- 📄 Petroleum Wikipedia
Crude oil – a mixture of hydrocarbons. - 📄 Fractional distillation Wikipedia
How crude oil is separated into fractions. - 📄 Coal Wikipedia
Peat, lignite, bituminous coal and anthracite. - 📄 Natural gas Wikipedia
Mostly methane; CNG and LNG. - 📄 GAIL (India) Limited GAIL
The company supplying natural gas (LNG pipeline) in Kerala. - 📄 Greenhouse effect Wikipedia
How greenhouse gases trap infrared heat. - 📄 Greenhouse gas Wikipedia
CO₂, methane, nitrous oxide, CFCs. - 📄 Climate change Wikipedia
Global warming, its effects and solutions. - 🧪 Greenhouse Effect (PhET simulation) PhET, University of Colorado Boulder
Add greenhouse gases and watch the temperature rise. - 📄 NASA: Climate Change NASA
Facts and graphs on global warming.
9. Check yourself
- Petroleum (crude oil) is a fossil fuel – a mixture of hydrocarbons found deep under hard rocks, formed from the remains of living things over thousands of years.
- Fractional distillation separates it in a fractionating tower, hottest (≈ 350 °C) at the bottom and coolest (≈ 50 °C) at the top: gases C₁–C₄, petrol C₅–C₁₀, naphtha C₈–C₁₂, kerosene C₁₀–C₁₆, diesel C₁₆–C₂₀, petroleum jelly/grease C₂₀–C₅₀, fuel oil C₅₀–C₇₀, paraffin wax C₆₀–C₇₀, bitumen > C₇₀ (Table 8.9).
- The number of carbon atoms and the structure of the chain decide a fuel's properties. LPG is mainly butane C₄H₁₀.
- Coal forms by carbonisation (plant remains → carbon, high temperature and pressure, no air): anthracite 94 %, bituminous 83 %, lignite 67 %, peat 57 % carbon.
- Natural gas is mainly methane: CNG = methane at high pressure; LNG = liquefied methane; supplied in Kerala by GAIL.
- Greenhouse gases (CO₂ 55 %, CH₄ 15 %, N₂O 6 %, CFCs 10–24 %) trap infrared rays → greenhouse effect; the rise in the Earth's average temperature is global warming.