化石燃料とは、動物や植物の死骸が地中に堆積し、長い年月の間に変成してできた有機物の燃料のことで、主なものに、石炭、石油、天然ガスなどがあります。石炭は 3 億 6000 万年以上前の古生代の石炭紀に生息していた植物の遺骸 （いがい）などが地中に埋没し、炭化したものであり、石油はプランクトンなどが地下で高圧によって変化したものだというのが定説となっています。そのため化石燃料は、再生産することのできない有限性の資源です。石炭は炭素を主体として、酸素、水素、微量の硫黄や窒素を含む固体です。炭素含有率の高い順に無煙炭、瀝青炭、亜瀝青炭、褐炭と呼ばれ、この順に石炭化度、発熱量、燃焼比が低くなっています。これらいずれの種類の石炭でも、基本的にはベンゼン環やピリジン環、シクロヘキサン環が縮合した多環化合物がアルキレン （－CH₂－） によって架橋されています （図 1 ）。このような高分子の隙間には乾留などで揮発する低沸点の小さな分子があり、石炭を乾留するとこのような成分や弱い結合が切断されて石炭ガスやコールタールになるものと考えられています。

図 1　石炭の平均分子構造モデル NIRE ニュース、2001 年 3 月号 資源環境技術総合研究所　山田　理 （http://www.nire.go.jp/publica/news-2001/2001-03-2.htm ）

　石油は、種々の炭化水素を主成分として、ほかに少量の硫黄 ・ 酸素 ・ 窒素などさまざまな物質を含む液状の油です。精製される前のものを特に原油 （げんゆ）といいます。原油は炭素数が 1 からまでの鎖状炭化水素を含み、分留によって分けられます。炭素数の少ないものから上げると CH₄ （ メタン ）、C₂H₆ （ エタン ）、C₃H₈ （ プロパン ）、 C₄H₁₀ （ ブタン）があります。なおブタンはライターの液体燃料に使われています。これらは常温ではすべて気体です。炭素数 5 ～ 7 の範囲の鎖状炭化水素は、完全に軽質で、蒸発しやすい透明な性質のナフサになります。ナフサは化学反応によって、エチレン、プロピレン、ブタジエン、ベンゼン、トルエン、キシレンなどの重要な製品に作りかえられます。C₆H₁₄からC₁₂H₂₆までの鎖状炭化水素は配合調製されガソリンに用いられます。炭素数 10 ～ 15 の範囲の炭化水素からケロシンが作られジェット燃料に用いられます。炭素数 10 ～ 20 の範囲からディーゼル燃料（軽油）と灯油が、そして船舶のエンジンに用いられる重油と続きます。これらの石油製品は常温で液体です。炭素数 20 以上の鎖状炭化水素は固体であり、パラフィン、ワックスを皮切りにタール、アスファルトの順です。

　天然ガスは石油と一緒に副生産物として得られるか、ガス油田から得られます。主成分はメタンで、他にエタン、プロパン、ブタンなどを含みます。地中に埋もれた有機物がバクテリアによって分解されて生まれたと考えられています。自動車、火力発電所などの燃料や工業製品の原料に利用され、燃焼したときの二酸化炭素排出量は石油より少ないです。都市ガスは天然ガスを用いています。ほかに、メタンハイドレート CH₄ ・ 5.75H₂O は水分子がつくる籠の中にメタン分子がとり込まれて火をつけると燃焼する氷状物質で、高圧、低温のもとで生じます。見た目は氷に似ており、火をつけると燃えるために「燃える氷」と言われることもあります。クリーンな燃料として期待されていますが、まだ実用的に採掘できる段階ではありません。堆積物中で有機物の分解によって生じる生物起源のものを主としていると考えられています。

【梅澤香代子　日本大学文理学部（2008年 5月）】

図 2　メタンハイドレートの結晶構造。三角緑はメタン分子、球赤は水分子 未来のエネルギー資源メタンハイドレート開発技術研究プロジェクト　ホームページより （http://www.mh21japan.gr.jp/mh-2.htm ）