Природное, искусственное топливо, жидкое, твердое и газообразное топливо.
Топливо в общем смысле является веществом, с помощью которого при определенных условиях можно получать энергию, пригодную для дальнейшего применения.
Твердое, жидкое, газообразное топливо
Экологически чистые виды топлива
Топливо:
Топливо можно представить в виде хранилища для энергии, находящейся в стабильном состоянии, которая может транспортироваться в необходимое место и использоваться подходящим способом. Энергия топлива может преобразовываться в кинетическую с помощью тепловых двигателей или применяться напрямую, например, для приготовления пищи, промышленных процессов и освещения.
К топливу относят множество веществ, включая те, которые способны гореть, выделяя при этом тепло. В большинстве случаев горение является химической реакцией окисления, но некоторые топлива (например, гомогенные пороха или твёрдые ракетные топлива) способны к самостоятельному горению в отсутствие окислителя.
Большинство топлив, используемых в быту и в промышленности, требует для сжигания наличия кислорода, и такие топлива также могут называться горючими. Наиболее распространёнными горючими материалами являются органические топлива, в составе которых есть углерод и водород.
Основной показатель топлива — теплотворная способность (теплота сгорания). Для целей сравнения видов топлива введено понятие условного топлива.
Удельная теплота сгорания топлива — физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании топлива массой 1 кг или объёмом 1 м³. Измеряется в Дж/кг (Дж/м³) или калория/кг (калория/м³).
Условное топливо — принятая при расчетах единица учёта органического топлива, то есть нефти и её производных, природного и специально получаемого при перегонке сланцев и каменного угля, газа, торфа – которая используется для счисления полезного действия различных видов топлива в их суммарном учёте.
Виды топлива бывают природными и искусственными. К природным видам относятся как восполняемые (древесина), так и невосполняемые или трудновосполняемые виды топлива, включая сланцы, торф, нефть, уголь, природный газ, а к искусственным — керосин, бензин, мазут, генераторный газ, брикеты для печей и котлов, растительные масла, спирты, эмульсии. Кроме того, топлива подразделяются по агрегатному состоянию вещества на твёрдые, жидкие и газообразные.
Природное топливо и его виды:
Различные природные виды топлива появлялись за счет прохождения разнообразных природных процессов на Земле. Многометровые и километровые отложения органических веществ спрессовывались, разлагались, подвергались воздействию газов, воды, высоких и низких температур. В ходе определенных процессов со временем происходило образование нефти, газов, торфа, угля (каменного, бурого, антрацита) и других видов природного топлива.
Торф является осадочной рыхлой горной породой.
Химически и геологически считается наиболее «молодым» видом топлива.
Торф образуется в процессе естественного отмирания и неполного распада болотных растений в условиях избыточного увлажнения и затруднённого доступа воздуха. Таким образом, его нахождение естественно для заболоченных местностей, где перегнивают большие объемы растительной органики. В умеренных, северных и субарктических регионах, где отрицательные температуры в течение длительного периода зимой уменьшают скорость разложения, торф образуется из мхов, трав, кустарников и небольших деревьев. Во влажных тропиках он образуется из деревьев тропических лесов (листья, ветви, стволы и корни) при почти постоянно высоких температурах.
Ископаемый уголь является осадочной породой.
Считается полезным ископаемым и ценнейшим видом топлива, а также сырьём для химической и иной подходящей сферы промышленности.
Ископаемый уголь образовался из спор, частей эпидермия плаунов, папоротников и других древних растений — тощие угли, антрациты, коксующиеся, слабоспекающиеся, газовые, длиннопламенные, и др. подвиды углей. Далее был безуглистый период, затем сформировались бурые угли, сапропели, торфы под воздействием повышенных температур и без доступа кислорода, а ранее, до безуглистого периода, без наличия микроорганизмов, перерабатывающих древесные остатки.
Нефть является природной маслянистой горючей жидкостью, которая состоит в основном из сложной смеси углеводородов различной молекулярной массы и некоторых других химических соединений.
По химическому составу и происхождению нефть близка к природным горючим газам и озокериту. На протяжении XX века и в XXI веке нефть является одним из важнейших полезных ископаемых. При этом наиболее востребованными продуктами ее фракционной перегонки являются: бензин, керосин, мазут.
Согласно биогенной (органической) теории, нефть образуется из органического вещества осадочных пород (остатков древних живых организмов). При этом образование и накопление нефти в земной коре происходит длительный период времени.
Относительно абиогенной — нефть могла образовываться из различных элементов неорганического происхождения в ходе химических реакций, происходящих на больших глубинах при высоких температурах и повышенных давлениях.
Природный газ является смесью, состоящей в основном из углеводородов и небольшой части других веществ. Основная его составляющая — метан (СН4) — от 70 до 98 %.
Природный газ находится в осадочной оболочке земной коры.
Согласно теории биогенного происхождения нефти, залежи природного газа образуются в результате разложения останков живых организмов. Считается, что природный газ образуется в осадочной оболочке земной коры при более высоких температурах и давлениях в сравнении с нефтью. С этим согласуется тот факт, что месторождения газа часто расположены глубже, чем месторождения нефти.
Природный газ находится в земле на глубине от 1000 метров до нескольких километров. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах), соединенных между собой микроскопическими каналами — трещинами, по которым газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине.
Искусственное топливо и его виды:
Искусственным называют топливо, получаемое из природного, органического сырья в процессе целенаправленной переработки (перегонки) либо в качестве сопутствующих, побочных продуктов.
Искусственное топливо может быть:
– композиционным. Для его изготовления смешивают несколько видов топлива, в том числе с добавлением изначально негорючих компонентов. К этой группе относятся эмульсии, суспензии, гранулы и брикеты;
– синтетическим. Для его получения природные ископаемые, в частности, уголь, подвергаются химической или термохимической обработке;
– в виде горючих отходов. В эту группу относят отходы от деятельности промышленных предприятий, бытовой мусор, органику, остающуюся на полях после уборки урожая или расчистки территорий для посева, отработанные масла, обмывочные жидкости.
Твердое, жидкое, газообразное топливо:
В зависимости от агрегатного состояния топливо бывает:
– твердым, представляющим собой смесь веществ, основной составной частью которых является углерод. К таким топливам преимущественно относят древесину, древесную щепу, древесные пеллеты, горючий сланец, сапропель, торф, уголь и битуминозные пески;
– жидким, которое является смесью веществ, образующих жидкий продукт, в большей степени способный к горению. Жидкие топлива считаются относительно простыми в транспортировке, но при этом велики потери при испарении, разливах и утечках. К данной группе относятся следующие виды: дизельное топливо (газойль, соляровое масло), тёмное печное (печное бытовое) топливо, светлое печное топливо, мазут, топливная нефть, керосин, лигроин, бензин, газолин, сланцевое масло, отработавшее машинное масло, растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла (жиры), этанол, метанол, пропанол, жидкое ракетное топливо, метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ), диметиловый эфир (ДМЭ), этерифицированные растительные масла (биодизель), водотопливная эмульсия, этиловый спирт в бензинах, масла в бензинах, синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша;
– газообразным, являющимся многокомпонентной смесью горючих и негорючих газов природного или искусственного происхождения. Газообразные топлива считаются более транспортабельными по сравнению с жидкими видами, но при этом они имеют ещё большие потери в испарении. К ним относятся: пропан, бутан, метан, природный газ, метан угольных пластов, сланцевый газ, рудничный газ, болотный газ, биогаз, лэндфилл-газ, гидрат метана, водород, сжатый (компримированный) природный газ (CNG), продукты газификации твёрдого топлива, пропан-бутановая смесь (LPG), смесь водорода и природного газа (HCNG).
Ядерное топливо:
Из элементов, встречающихся в природе, для получения ядерной энергии пригодны два элемента: торий и уран. При делении изотопа урана 235 (не более 1/140 от всего урана, имеющегося на планете) высвобождается энергия в виде теплоты.
В качестве ядерного топлива так же используют изотопы урана 238 и тория 239. Если произойдет деление абсолютно всех ядер, содержащихся в 1 кг чистого урана, можно получить 2107 кВт/ч энергии. Если сравнивать с углем, для получения такого же результата придется сжечь не менее 2,5 тыс. тонн высококачественного антрацита.
Природное ядерное топливо – это изотопы урана 235 и 238. В последнем случае после захвата ядром нейрона материал превращается в изотоп плутония 239.
Вторичное ядерное топливо – это продукт переработки исходного сырья. Не встречается в природе в чистом виде. К данной категории относят изотоп плутония 239 и урана 233.
Ядерное топливо не предназначено для использования в стандартных ТЭЦ. Из него изготавливают капсулы размером в несколько сантиметров и помещают в герметичные тепловыделяющие элементы (ТВЭЛы) на атомных и ядерных станциях. Ядерное топливо еще может применение в двигателях субмарин, кораблей, в особо мощных производственных установках.
Экологически чистые виды топлива:
Повсеместное загрязнение окружающей среды приводит к пониманию, что требуются иные источники энергии помимо традиционных газа, угля и нефти. К тому же объемы природных ископаемых конечны и рано или поздно придется решать, чем отапливать дома и заправлять автомобили.
Полностью безопасных в экологическом плане видов топлива нет. Определенный урон окружающей среде наносится либо при выработке непосредственно топлива, либо при его сжигании в двигателях и печах.
Но есть несколько вариантов экологически чистого топлива, за которыми, возможно, будущее:
– давление сжатого воздуха;
– этанол или этиловый спирт, получаемый от брожения органики;
– специально переработанное растительное масло;
– водород.
При доработке стандартного двигателя внутреннего сгорания можно повышать КПД от применения водорода. Главный недостаток топлива — летучесть как в жидком, так и в газообразном виде.
К основным преимуществам экологических видов топлива можно отнести их доступность. Спирт или растительное масло можно получать из большей части растений, произрастающих на планете. А водород — один из наиболее распространенных химических элементов.
Топливо для печи:
В качестве топлива для печи могут быть использованы брикеты, экогранулы, дрова, уголь, газ. При выборе печи следует внимательно изучить техническую документацию от производителя. В паспорте указываются допустимые виды топлива. Различные виды топлива стоят по-разному, а для экономии средств можно приобрести топливо оптом.
Брикеты:
Для их получения спрессовывают отходы мебельной промышленности, солому, торф, шелуху подсолнечника. В составе нет химических компонентов, вредных для человека.
Брикеты удобно хранить, они долго и ровно горят, давая в 2 раза больше тепла, чем сухие дрова. Зольность — на минимальном уровне (не более 3%).
Типы брикетов:
– RUF или «кирпичики»;
– NESTRO — цилиндры, с полостями и без;
– Pini&Kay или многогранники с 4, 6 или 8 гранями.
Экогранулы – пеллеты:
От брикетов пеллеты отличаются только размерами. Способ изготовления и материал-основа — те же. Сырье измельчается до состояния пыли, потом перемешивается с лигнином и прессуется в гранулы.
Пеллеты горят в котлах и печах, каминах, барбекю. Потребителям предлагаются и специализированные пеллетные котлы с автоматической загрузкой. Они способны работать без внимания оператора и отапливать не только частные, но и многоэтажные дома, и производственные цеха.
Преимущества пеллет:
– при сгорании 1 кг топлива образуется 4500 ккал тепла. Это значительно больше, чем у дров;
– отсутствие в составе вредных примесей, искусственных компонентов;
– не требуются особые условия для хранения;
– не требуется частая загрузка печи или котла. Пламя — ровное.
Недостаток пеллет — высокая цена, обусловленная сложной технологией изготовления.
Дрова:
Актуальность древесины обуславливается доступностью, низкой зольностью (не более 3%) и высокой теплоотдачей.
Объем получаемого тепла определяется породой и влажностью дерева. Если влажность достигает 25-30% с каждого килограмма дров можно получить до 2500 ккал тепла. Если же дерево просушить до 20% влажности, теплоотдача повышается до 3300 ккал/кг.
Уголь:
Уголь — результат прессования, тепловой обработки органики в течение тысяч лет. Чем старше угольный пласт, тем больше в нем углерода. Самым старым считается антрацит. Каменный уголь моложе, а бурый — самый молодой в сравнении с иными породами.
Теплотворная способность и влажность определяются возрастом ископаемого.
В буром угле больше всего воды. И он дает меньше всего тепла, при этом негативно воздействует на окружающую среду. При сгорании происходит частичное спекание угля с образованием больших объемов шлака и золы. Еще один недостаток угля — значительное содержание серы, разрушающей детали из металлов. В качестве самостоятельного топлива бурый уголь используется крайне редко.
Значительная часть отопительных агрегатов для частных домов работает именно на угле (антраците и каменном) из-за его высокой теплоотдачи.