(Fr.: combustible fossile; Du.: fossile Brennstoff; Eng.: fossil fuet), brandstof van plantaardige of dierlijke oorsprong, enerzijds onder te verdelen in natuurlijke en kunstmatige, anderzijds in vaste, vloeibare en, bij normale temperatuur en druk, gasvormige stoffen.
Natuurlijke brandstoffen zijn o.a. de vaste: hout, turf, bruinkool, steenkool, antraciet; de vloeibare: petroleum (aardolie) en natuurlijke bitumina (bijv. het asfaltmeer van Trinidad) en olie in teerzanden (Eng.: tar sands); en de gasvormige: aardgas, moerasgas, brongas.
Kunstmatige brandstoffen worden meestal uit de natuurlijke gewonnen door verhitten, destillatie, vergassen (d.w.z. reactie met lucht en/of waterdamp), briketteren, of kraken. Voorbeelden hiervan zijn de vaste: houtskool, turf- en steenkoolcokes en uit de natuurlijke brandstoffen vervaardigde produkten, zoals briketten uit bruinkool en steenkool, eierkolen; de vloeibare: diverse destillatiefracties uit petroleum, zoals benzine, kerosine, gas- of dieselolie, stookolie en verschillende teeroliën, methanol, ethanol, de door pyrolyse winbare aardolie uit bitumineus gesteente, enz.; en de gasvormige: houtgas, bruinkoolgas, steenkoolgas, cokesovengas, hoogovengas, generatorgas, watergas, oliegas, kunstmatig aardgas SNG (substitute natural gas), acetyleen, propaan, butaan; voorts uit vaste brandstoffen gewonnen gassen.
Natuurlijke brandstoffen.
Petroleum (aardolie) is, naar algemeen wordt aangenomen, ontstaan uit micro-organismen van zowel dierlijke als plantaardige oorsprong. Hierop wijst het voorkomen in aardolie van zowel verbindingen die verwant zijn aan chlorofyl (planten) en hemine (dieren), als van andere verbindingen die eveneens slechts langs organische weg ontstaan. Na het afsterven van de micro-organismen (plankton) die in grote hoeveelheden in afgesloten zeebekkens voorkomen, zakken zij naar de bodem en worden bedekt door fijnkorrelig sediment, zoals zand en klei. Hier vinden in een zuurstofarme omgeving chemische en biochemische reacties plaats. Anaërobe bacteriën splitsen kleine zuurstof- en stikstofhoudende moleculen af, waardoor het koolstof- en waterstofgehalte toeneemt. Op den duur zakken de sedimentlagen met de belendende lagen dieper in de aardkorst, waardoor temperatuur en druk toenemen. Als gevolg van een serie chemische omzettingen, mogelijk onder de katalytische invloed van klei enz., worden olie en gas in het zgn. moedergesteente gevormd. Gezien de porositeit van de gesteenten migreert de aardolie dan naar het reservoirgesteente, blijft daar door een bepaalde gunstige geologische structuur gevangen en wordt na opsporing (tevens zie Exploratiegeofysica) gewonnen (zie Offshoretechniek; Petroleumwinning). De kleur van de gewonnen aardolie varieert van bruingeel (Perlak, Sumatra) tot zwart (Mexicaans). De geur is doordringend, veroorzaakt zowel door koolwaterstoffen als door verontreinigingen (meestal zwavelverbindingen). De dichtheid van aardolie varieert van 0,8...0,985 kg m−3. De lichtste soorten zijn het duurst, daar zij meer vluchtige, duurdere bestanddelen bevatten, zoals benzine. Na vervoer met behulp van tankschepen of via pijpleidingen wordt de ruwe olie in de raffinaderij, na elektrostatisch ontzouten, door destillatie bij nagenoeg atmosferische druk gescheiden in diverse fracties, waaruit na verdere bewerkingen, de dagelijks gebruikte vloeibare brandstoffen worden verkregen. De kooktrajecten van deze produkten overlappen elkaar: autobenzine van 30...200 °C, kerosine (‘petroleum’) van 140...270 °C en gasolie van 250...ca. 350 °C. Het residu van de atmosferische destillatie wordt hetzij als brandstof gebruikt (stookolie, mengsel van residu met o.a. gasolie), hetzij in vacuüm gedestilleerd voor de verdere verwerking tot smeerolie en bitumen. De beslissing hiertoe wordt genomen op zowel economische gronden als op basis van de samenstelling van het residu. Smeerolie wordt nl. gemaakt uit de zgn. paraffinische aardolie, terwijl de naftenische aardolie en de olie die zowel rijk is aan alkanen als aan naftenen (mixed-base oil) als brandstof wordt gebruikt.
Aardgas, voor het grootste deel uit methaan bestaand, komt zowel voor in olieaccumulaties, in de gaskap, als zelfstandig, niet vergezeld van olie. De chemische samenstelling van aardgas verschilt van vindplaats tot vindplaats. Naast methaan en stikstof bevat aardgas altijd kleine hoeveelheden van de hogere alkanen, een weinig koolstofdioxide, soms zwavelwaterstof (sour gas) en bijna altijd sporen helium. Voor de opsporing worden dezelfde technieken toegepast als bij petroleum; het geproduceerde gas wordt in het algemeen per pijpleiding getransporteerd. Voorafgaande aan het transport moet het gas ontdaan worden van mogelijk condensaat en worden gedroogd; drogen is nodig om de vorming van gashydraten bij lage temperatuur te voorkomen. Voor het transport over zee over grote afstanden wordt het aardgas in vloeibare toestand in LNG(liquid natural gas-)tankers vervoerd.
‘Steenkool’ wordt dikwijls gebruikt als verzamelnaam voor de sedimentaire koolwaterstoffen die een reeks met stijgend koolstofgehalte vormen, welke van bruinkool via eigenlijke steenkool overgaat tot antraciet. Steenkool wordt gebruikt als brandstof en als grondstof voor o.a. cokes, briketten, teer, en voor gasfabricage. Het massagehalte aan koolstof bedraagt voor steenkool 70...95%; voorts bevat het o.a. variabele hoeveelheden H, N, O en S. Steenkool ontstaat door inkoling van plantaardig materiaal meestal behorende tot een warme moerasvegetatie onder bijzondere geologische toestanden. Van zeer groot belang zijn de steenkoolafzettingen uit het Carboon en de bruinkool uit het Tertiair.
Eigenschappen en toepassingen.
De belangrijkste eigenschap van de brandstoffen is het afgeven van warmte bij verbranding. Hierbij zijn twee calorische waarden te onderscheiden, nl. die waarbij gevormd en reeds aanwezig water als waterdamp achterblijft (de stookwaarde, effectieve warmtewaarde of onderste verbrandingswaarde) en die waarbij al het water na verbranding condenseert (de calorische warmtewaarde, verbrandingswarmte of bovenste verbrandingswaarde); de laatstgenoemde grootheid is groter dan de eerste wegens de vrijkomende condensatiewarmte van de waterdamp. Behalve de calorische waarden zijn andere grootheden van belang, zoals het as- en het zwavelgehalte in vaste brandstoffen en in stookolie, en de viscositeit en het vlampunt van vloeibare brandstoffen. Het vlampunt is belangrijk in verband met het transport van brandbare vloeistoffen: ruwe aardolie en benzine hebben een vlampunt lager dan 21 °C, kerosine tussen 21 °C en 55 °C (ca. 39 °C), gasolie, dieselolie en stookolie tussen 55 °C en 100 °C (ca. 87 °C, resp. 90 °C en minstens 66 °C).
Toepassingen.
Brandstoffen dienen steeds als warmtebron; de warmte kan vervolgens voor verwarmingsdoeleinden (inclusief drogen en verdampen) of voor het opwekken van arbeid worden gebruikt. Van de vloeibare brandstoffen vindt benzine hoofdzakelijk toepassing als motorbenzine. Kerosine wordt thans voornamelijk als brandstof voor (vliegtuig)straalmotoren gebruikt; daarnaast, vooral in ontwikkelingslanden, als verlichtings- en huishoudelijke verwarmingsbron. Gas(diesel)olie wordt gebruikt in dieselmotoren en in oliestookinstallaties. Stookolie tenslotte heeft voornamelijk toepassingen in de industrie (stoomproduktie in o.a. elektrische centrales) en in de scheepvaart. Daarnaast wordt stookolie in grote centrale verwarmingsinstallaties gebruikt.
Gasvormige brandstoffen worden gebruikt voor verwarmingsinstallaties, zowel in de industrie als voor huishoudelijke doeleinden, en als krachtbron (in aardgasmotoren en -turbines).
Gasvormige en vloeibare brandstoffen worden in toenemende mate gebruikt in de petrochemische industrie als uitgangsprodukt voor polymerisatie tot grondstoffen voor de fabricage van verpakkingsmateriaal, constructiemateriaal, kunstmest enz. Er is alle reden aan te nemen dat deze tendens zich in de komende decennia in versterkte mate zal voortzetten. Voorts zie Energie; Energiedragers; Warmte- en elektriciteitsproduktie.