เชื้อเพลิง
เชื้อเพลิงเป็นวัสดุใด ๆ ที่สามารถทำปฏิกิริยากับสารอื่น ๆ เพื่อให้พลังงานออกมาเป็นพลังงานความร้อนหรือที่จะใช้สำหรับการทำงาน เดิมแนวคิดนี้ถูกนำไปใช้กับวัสดุเหล่านั้นที่สามารถปล่อยพลังงานเคมีได้ แต่ได้ถูกนำไปใช้กับแหล่งพลังงานความร้อนอื่น ๆ เช่นพลังงานนิวเคลียร์ (ผ่านทางนิวเคลียร์ฟิชชันและฟิวชันนิวเคลียร์ )
พลังงานความร้อนที่ปล่อยออกมาจากปฏิกิริยาของเชื้อเพลิงจะถูกแปลงเป็นพลังงานกลผ่านความร้อนของเครื่องยนต์ ครั้งอื่น ๆ ความร้อนของตัวเองมีคุณค่าเพื่อความอบอุ่น, การปรุงอาหารหรือกระบวนการทางอุตสาหกรรมเช่นเดียวกับไฟส่องสว่างที่มาพร้อมกับการเผาไหม้ เชื้อเพลิงยังใช้ในเซลล์ของสิ่งมีชีวิตในกระบวนการที่เรียกว่าการหายใจระดับเซลล์ซึ่งโมเลกุลอินทรีย์จะถูกออกซิไดซ์เพื่อปลดปล่อยพลังงานที่ใช้งานได้ ไฮโดรคาร์บอนและโมเลกุลที่เกี่ยวข้องกับออกซิเจนเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่มนุษย์ใช้มากที่สุด แต่ก็มีการใช้สารอื่น ๆ รวมถึงโลหะกัมมันตภาพรังสีด้วยเช่นกัน
เชื้อเพลิงเปรียบเทียบกับสารหรืออุปกรณ์อื่น ๆ ที่เก็บพลังงานศักย์เช่นสารที่ปล่อยพลังงานไฟฟ้าโดยตรง(เช่นแบตเตอรี่และตัวเก็บประจุ ) หรือพลังงานกล (เช่นมู่เล่สปริงอากาศอัดหรือน้ำในอ่างเก็บน้ำ)
ประวัติศาสตร์
การใช้เชื้อเพลิงครั้งแรกที่รู้จักคือการเผาไหม้ของไม้หรือแท่งโดยHomo erectus เมื่อเกือบสองล้านปีก่อน [2] [ ต้องการหน้า ]ตลอดประวัติศาสตร์ส่วนใหญ่ของมนุษย์มีเพียงเชื้อเพลิงที่ได้จากพืชหรือไขมันสัตว์เท่านั้นที่มนุษย์ใช้ ถ่านซึ่งเป็นอนุพันธ์ของไม้ถูกนำมาใช้อย่างน้อย 6,000 ปีก่อนคริสตศักราชในการหลอมโลหะ มันถูกแทนที่ด้วยโค้กซึ่งได้มาจากถ่านหินเนื่องจากป่าไม้ในยุโรปเริ่มหมดลงในราวศตวรรษที่ 18 ถ่านอัดแท่งปัจจุบันนิยมใช้เป็นเชื้อเพลิงในการปรุงอาหารบาร์บีคิว [3]
น้ำมันดิบถูกกลั่นโดยนักเคมีชาวเปอร์เซียโดยมีคำอธิบายที่ชัดเจนในหนังสือคู่มือภาษาอาหรับเช่นของมูฮัมหมัดอิบันซาการ์ยาราซี [4]เขาอธิบายกระบวนการกลั่นน้ำมันดิบ / ปิโตรเลียมเป็นน้ำมันก๊าดเช่นเดียวกับสารประกอบไฮโดรคาร์บอนอื่น ๆ ในKitab al-Asrar ( หนังสือแห่งความลับ ) ของเขา นอกจากนี้ยังมีการผลิตน้ำมันก๊าดในช่วงเวลาเดียวกันจากหินน้ำมันและน้ำมันดินโดยการให้ความร้อนกับหินเพื่อสกัดน้ำมันซึ่งกลั่นแล้ว Rāziยังให้คำอธิบายครั้งแรกเกี่ยวกับตะเกียงน้ำมันก๊าดโดยใช้น้ำมันแร่ดิบโดยอ้างว่า "naffatah" [5]
ถนนในแบกแดดปูด้วยน้ำมันดินซึ่งได้มาจากปิโตรเลียมที่เข้าถึงได้จากทุ่งธรรมชาติในภูมิภาค ในศตวรรษที่ 9, ทุ่งน้ำมันถูกเอาเปรียบในบริเวณรอบ ๆ ที่ทันสมัยบากู , อาเซอร์ไบจาน เขตข้อมูลเหล่านี้ได้รับการอธิบายโดยนักภูมิศาสตร์ชาวอาหรับ Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'ūdīในศตวรรษที่ 10 และโดยMarco Poloในศตวรรษที่ 13 ซึ่งอธิบายถึงผลผลิตของหลุมเหล่านั้นว่าเป็นจำนวนเรือหลายร้อยลำ [6]
ด้วยการใช้พลังงานในรูปแบบของพลังงานเคมีที่อาจจะปล่อยผ่านการเผาไหม้ , [7]แต่การพัฒนาแนวคิดของรถจักรไอน้ำในสหราชอาณาจักรในปี 1769 ถ่านหินเข้ามาใช้กันมากขึ้นเป็นแหล่งพลังงาน ถ่านหินถูกใช้ในการขับเคลื่อนเรือและตู้รถไฟในเวลาต่อมา โดยศตวรรษที่ 19, ก๊าซธรรมชาติที่สกัดจากถ่านหินถูกนำมาใช้สำหรับให้แสงสว่างถนนในกรุงลอนดอน ในศตวรรษที่ 20 และ 21 การใช้ถ่านหินเป็นหลักในการผลิตไฟฟ้าโดยให้ 40% ของแหล่งจ่ายไฟฟ้าของโลกในปี 2548 [8]
เชื้อเพลิงฟอสซิลถูกนำมาใช้อย่างรวดเร็วในช่วงการปฏิวัติอุตสาหกรรมเนื่องจากมีความเข้มข้นและยืดหยุ่นมากกว่าแหล่งพลังงานแบบเดิมเช่นพลังงานน้ำ พวกเขากลายเป็นส่วนสำคัญของสังคมร่วมสมัยของเราโดยประเทศส่วนใหญ่ในโลกกำลังเผาเชื้อเพลิงฟอสซิลเพื่อผลิตพลังงาน
ปัจจุบันมีแนวโน้มไปสู่เชื้อเพลิงหมุนเวียนเช่นเชื้อเพลิงชีวภาพเช่นแอลกอฮอล์
สารเคมี
เชื้อเพลิงสารเคมีเป็นสารที่ปล่อยพลังงานจากปฏิกิริยากับสารรอบตัวพวกเขาที่สะดุดตาที่สุดโดยกระบวนการของการเผาไหม้ พลังงานเคมีส่วนใหญ่ที่ปล่อยออกมาจากการเผาไหม้ไม่ได้ถูกเก็บไว้ในพันธะเคมีของเชื้อเพลิง แต่อยู่ในพันธะคู่ที่อ่อนแอของออกซิเจนโมเลกุล [9]
เชื้อเพลิงเคมีแบ่งออกเป็นสองวิธี ประการแรกโดยคุณสมบัติทางกายภาพของพวกเขาเป็นของแข็งของเหลวหรือก๊าซ ประการที่สองบนพื้นฐานของการเกิดขึ้นของพวกเขาหลัก (เชื้อเพลิงธรรมชาติ)และรอง (น้ำมันเชื้อเพลิงเทียม) ดังนั้นการจำแนกประเภททั่วไปของเชื้อเพลิงเคมีคือ:
| หลัก (ธรรมชาติ) | รอง (เทียม) | |
|---|---|---|
| เชื้อเพลิงแข็ง | ไม้ , ถ่านหิน , พีท , มูลสัตว์เป็นต้น | โค้ก , ถ่าน |
| เชื้อเพลิงเหลว | ปิโตรเลียม | ดีเซล , น้ำมันเบนซิน , น้ำมันก๊าด , LPG , น้ำมันดินถ่านหิน , แนฟทา , เอทานอล |
| เชื้อเพลิงก๊าซ | ก๊าซธรรมชาติ | ไฮโดรเจน , โพรเพน , มีเทน , ก๊าซถ่านหิน , ก๊าซน้ำ , เตาก๊าซโค้กก๊าซเตาอบCNG |
เชื้อเพลิงแข็ง
เชื้อเพลิงแข็งหมายถึงประเภทต่างๆของของแข็งวัสดุที่ใช้เป็นเชื้อเพลิงในการผลิตพลังงานและให้ความร้อนมักจะปล่อยผ่านการเผาไหม้ เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็ง ได้แก่ไม้ , ถ่าน , พีท , ถ่านหิน , แท็บเล็ตเชื้อเพลิง Hexamineและเม็ดทำจากไม้ (ดูเม็ดไม้ ), ข้าวโพด , ข้าวสาลี , ข้าวและอื่น ๆธัญพืช เทคโนโลยีจรวดเชื้อเพลิงแข็งยังใช้เชื้อเพลิงแข็ง (ดูจรวดขับเคลื่อนที่เป็นของแข็ง ) เชื้อเพลิงที่เป็นของแข็งได้ถูกใช้โดยมนุษย์เป็นเวลาหลายปีที่จะทำให้เกิดไฟไหม้ ถ่านหินเป็นแหล่งเชื้อเพลิงที่เปิดใช้งานการปฏิวัติอุตสาหกรรมจากการยิงเตาเผาเพื่อทำงานเครื่องยนต์ไอน้ำ นอกจากนี้ไม้ยังถูกนำมาใช้อย่างกว้างขวางในการขับเคลื่อนตู้รถไฟด้วยไอน้ำ ทั้งพีทและถ่านหินยังคงใช้ในการผลิตไฟฟ้าในปัจจุบัน การใช้เชื้อเพลิงแข็งบางชนิด (เช่นถ่านหิน) ถูก จำกัด หรือห้ามใช้ในเขตเมืองบางแห่งเนื่องจากการปล่อยสารพิษในระดับที่ไม่ปลอดภัย การใช้เชื้อเพลิงแข็งอื่น ๆ เนื่องจากไม้กำลังลดลงเนื่องจากเทคโนโลยีการทำความร้อนและความพร้อมใช้งานของเชื้อเพลิงคุณภาพดีดีขึ้น ในบางพื้นที่ถ่านหินไร้ควันมักเป็นเชื้อเพลิงแข็งที่ใช้เท่านั้น ในไอร์แลนด์ใช้ถ่านอัดแท่งพีทเป็นเชื้อเพลิงไร้ควัน นอกจากนี้ยังใช้ในการจุดไฟถ่านหิน
เชื้อเพลิงเหลว
เชื้อเพลิงเหลวที่ติดไฟหรือพลังงานสร้างโมเลกุลที่สามารถถูกควบคุมเพื่อสร้างพลังงานกลมักจะผลิตพลังงานจลน์ พวกเขาต้องเป็นรูปร่างของภาชนะด้วย ควันของเชื้อเพลิงเหลวนั้นไวไฟไม่ใช่ของเหลว
เชื้อเพลิงเหลวส่วนใหญ่ที่ใช้กันอย่างแพร่หลายได้มาจากซากฟอสซิลของพืชและสัตว์ที่ตายแล้วโดยการสัมผัสกับความร้อนและความดันภายในเปลือกโลก อย่างไรก็ตามมีหลายประเภทเช่นเชื้อเพลิงไฮโดรเจน (สำหรับยานยนต์ใช้), เอทานอล , น้ำมันเครื่องบินและไบโอดีเซลซึ่งมีการแบ่งประเภททั้งหมดเป็นเชื้อเพลิงเหลว เชื้อเพลิงอิมัลชันของน้ำมันในน้ำเช่นorimulsionได้รับการพัฒนาขึ้นเพื่อทำให้เศษส่วนของน้ำมันหนักสามารถใช้เป็นเชื้อเพลิงเหลวได้ เชื้อเพลิงเหลวจำนวนมากมีบทบาทหลักในการขนส่งและเศรษฐกิจ
คุณสมบัติทั่วไปบางประการของเชื้อเพลิงเหลวคือง่ายต่อการขนส่งและสามารถจัดการได้ง่าย นอกจากนี้ยังใช้งานง่ายสำหรับงานวิศวกรรมทั้งหมดและใช้ในบ้าน เชื้อเพลิงเช่นน้ำมันก๊าดมีการปันส่วนในบางประเทศเช่นในร้านค้าที่รัฐบาลให้การสนับสนุนในอินเดียสำหรับใช้ในบ้าน
ธรรมดาดีเซลจะคล้ายกับน้ำมันเบนซินในการที่จะเป็นส่วนผสมของสารไฮโดรคาร์บอน aliphaticสกัดจากปิโตรเลียม น้ำมันก๊าดใช้ในตะเกียงน้ำมันก๊าดและเป็นเชื้อเพลิงในการปรุงอาหารเครื่องทำความร้อนและเครื่องยนต์ขนาดเล็ก ก๊าซธรรมชาติซึ่งส่วนใหญ่ประกอบด้วยมีเธนสามารถดำรงอยู่ได้ในรูปของเหลวที่อุณหภูมิต่ำมากเท่านั้น (โดยไม่คำนึงถึงความดัน) ซึ่ง จำกัด การใช้โดยตรงเป็นเชื้อเพลิงเหลวในการใช้งานส่วนใหญ่ ก๊าซ LPเป็นส่วนผสมของโพรเพนและบิวเทนซึ่งทั้งสองอย่างนี้เป็นก๊าซที่บีบอัดได้ง่ายภายใต้สภาวะบรรยากาศมาตรฐาน มีข้อดีหลายประการของก๊าซธรรมชาติอัด (CNG) แต่หนาแน่นกว่าอากาศไม่เผาไหม้อย่างหมดจดและบีบอัดได้ง่ายกว่ามาก โดยทั่วไปใช้สำหรับการปรุงอาหารและการให้ความร้อนในอวกาศก๊าซ LP และโพรเพนที่ถูกบีบอัดกำลังมีการใช้งานเพิ่มขึ้นในยานยนต์ โพรเพนเป็นเชื้อเพลิงสำหรับเครื่องยนต์ที่ใช้กันมากเป็นอันดับสามของโลก
ก๊าซเชื้อเพลิง
ก๊าซเชื้อเพลิงคือเชื้อเพลิงชนิดใดชนิดหนึ่งที่เป็นก๊าซภายใต้สภาวะปกติ ก๊าซเชื้อเพลิงจำนวนมากที่มีองค์ประกอบของสารไฮโดรคาร์บอน (เช่นก๊าซมีเทนหรือโพรเพน ), ไฮโดรเจน , คาร์บอนมอนอกไซด์หรือสารผสมดังกล่าว ก๊าซดังกล่าวเป็นแหล่งพลังงานความร้อนหรือพลังงานแสงที่สามารถส่งผ่านและกระจายผ่านท่อจากจุดกำเนิดไปยังสถานที่บริโภคได้โดยตรง ก๊าซเชื้อเพลิงเปรียบเทียบกับเชื้อเพลิงเหลวและเชื้อเพลิงแข็งแม้ว่าก๊าซเชื้อเพลิงบางชนิดจะถูกทำให้เป็นของเหลวสำหรับการจัดเก็บหรือการขนส่ง ในขณะที่ธรรมชาติของก๊าซจะเป็นประโยชน์ แต่การหลีกเลี่ยงความยากลำบากในการขนส่งเชื้อเพลิงแข็งและอันตรายจากการรั่วไหลของเชื้อเพลิงเหลว แต่ก็อาจเป็นอันตรายได้เช่นกัน มันเป็นไปได้สำหรับก๊าซเชื้อเพลิงที่จะตรวจไม่พบและเก็บในบางพื้นที่ที่นำไปสู่ความเสี่ยงของการระเบิดของแก๊ส ด้วยเหตุนี้สารเพิ่มกลิ่นจึงถูกเพิ่มเข้าไปในก๊าซเชื้อเพลิงส่วนใหญ่เพื่อให้สามารถตรวจจับกลิ่นที่แตกต่างกันได้ ชนิดที่พบมากที่สุดของก๊าซเชื้อเพลิงที่ใช้ในปัจจุบันคือก๊าซธรรมชาติ
เชื้อเพลิงชีวภาพ
เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถกำหนดได้ในวงกว้างเป็นของแข็งของเหลวหรือก๊าซเชื้อเพลิงประกอบด้วยหรือมาจากชีวมวล ชีวมวลยังสามารถนำมาใช้โดยตรงเพื่อให้ความร้อนหรือพลังงานที่รู้จักกันเป็นเชื้อเพลิงชีวมวล เชื้อเพลิงชีวภาพสามารถผลิตได้จากแหล่งคาร์บอนใด ๆ ที่สามารถเติมได้อย่างรวดเร็วเช่นพืช พืชและวัสดุที่ได้จากพืชหลายชนิดถูกนำมาใช้ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพ
บางทีเชื้อเพลิงแรกสุดที่มนุษย์ใช้ก็คือไม้ หลักฐานแสดงให้เห็นว่าไฟที่ควบคุมได้ถูกใช้มากถึง 1.5 ล้านปีก่อนที่Swartkransประเทศแอฟริกาใต้ ไม่ทราบว่าสายพันธุ์ hominid ชนิดใดใช้ไฟเป็นครั้งแรกเนื่องจากทั้งออสตราโลพิเทคัสและโฮโมสายพันธุ์แรกมีอยู่ที่ไซต์ [10]ในฐานะที่เป็นเชื้อเพลิงไม้ยังคงอยู่ในการใช้งานจนถึงปัจจุบันนี้แม้ว่าจะได้รับการแทนที่เพื่อวัตถุประสงค์หลายจากแหล่งอื่น ๆ ไม้มีความหนาแน่นของพลังงาน 10-20 MJ / กก. [11]
เมื่อเร็ว ๆ นี้เชื้อเพลิงชีวภาพได้รับการพัฒนาเพื่อใช้ในการขนส่งยานยนต์ (เช่นไบโอเอทานอลและไบโอดีเซล ) แต่มีการถกเถียงกันอย่างกว้างขวางว่าเชื้อเพลิงเหล่านี้มีประสิทธิภาพของคาร์บอนอย่างไร
พลังงานจากถ่านหิน
เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นสารประกอบไฮโดรคาร์บอนโดยส่วนใหญ่เป็นถ่านหินและปิโตรเลียม ( ปิโตรเลียมเหลวหรือก๊าซธรรมชาติ ) เกิดจากซากฟอสซิลของพืชและสัตว์โบราณ[12]โดยการสัมผัสกับความร้อนและความดันสูงในช่วงที่ไม่มีออกซิเจนในเปลือกโลกมากกว่าหลายร้อยล้าน ปี. [13]โดยปกติเชื้อเพลิงฟอสซิลในระยะนี้ยังรวมถึงสารไฮโดรคาร์บอนที่มีทรัพยากรทางธรรมชาติที่ไม่ได้มาจากแหล่งที่มาทั้งหมดทางชีวภาพเช่นทรายน้ำมัน แหล่งที่มาหลังนี้เป็นที่รู้จักกันอย่างถูกต้องตามเชื้อเพลิง
เชื้อเพลิงฟอสซิลมีเปอร์เซ็นต์สูงของคาร์บอนและรวมถึงถ่านหิน , น้ำมันปิโตรเลียมและก๊าซธรรมชาติ [14]มีตั้งแต่วัสดุระเหยที่มีคาร์บอนต่ำ: อัตราส่วนของไฮโดรเจนเช่นมีเธนไปจนถึงปิโตรเลียมเหลวไปจนถึงวัสดุที่ไม่ระเหยซึ่งประกอบด้วยคาร์บอนเกือบบริสุทธิ์เช่นถ่านหินแอนทราไซต์ ก๊าซมีเทนสามารถพบได้ในไฮโดรคาร์บอนเขตข้อมูลเพียงอย่างเดียวที่เกี่ยวข้องกับน้ำมันหรือในรูปแบบของclathrates มีเทน เชื้อเพลิงฟอสซิลเกิดจากซากพืชซากสัตว์ที่ตายแล้ว[12]โดยการสัมผัสกับความร้อนและความกดดันในเปลือกโลกในช่วงหลายล้านปี [15]ทฤษฎีทางชีวภาพนี้ได้รับการแนะนำครั้งแรกโดยนักวิชาการชาวเยอรมันGeorg Agricolaในปี 1556 และต่อมาโดยMikhail Lomonosovในศตวรรษที่ 18
โดยสำนักงานสารสนเทศด้านพลังงานประมาณการว่าในปี 2550 แหล่งพลังงานหลักประกอบด้วยปิโตรเลียม 36.0% ถ่านหิน 27.4% ก๊าซธรรมชาติ 23.0% คิดเป็นสัดส่วน 86.4% สำหรับเชื้อเพลิงฟอสซิลในการใช้พลังงานขั้นต้นของโลก [16]แหล่งที่ไม่ใช่ฟอสซิลในปี 2006 รวมถึงการผลิตไฟฟ้าพลังน้ำ 6.3% นิวเคลียร์ 8.5% และอื่น ๆ ( ความร้อนใต้พิภพ , พลังงานแสงอาทิตย์ , น้ำขึ้นน้ำลง , ลม , ไม้ , ขยะ ) จำนวน 0.9% [17]การใช้พลังงานของโลกเพิ่มขึ้นประมาณ 2.3% ต่อปี
เชื้อเพลิงฟอสซิลเป็นทรัพยากรที่ไม่สามารถหมุนเวียนได้เนื่องจากใช้เวลาหลายล้านปีในการก่อตัวและปริมาณสำรองจะหมดเร็วกว่าการผลิตใหม่มาก ดังนั้นเราต้องอนุรักษ์เชื้อเพลิงเหล่านี้และใช้อย่างรอบคอบ การผลิตและการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิลทำให้เกิดความกังวลด้านสิ่งแวดล้อม ดังนั้นการเคลื่อนไหวของโลกสู่การสร้างพลังงานหมุนเวียนจึงอยู่ระหว่างการดำเนินการเพื่อช่วยตอบสนองความต้องการพลังงานที่เพิ่มขึ้น การเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลก่อให้เกิดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO 2 ) ประมาณ 21.3 พันล้านตัน (21.3 กิกะตัน ) ต่อปี แต่คาดว่ากระบวนการทางธรรมชาติสามารถดูดซับได้เพียงครึ่งหนึ่งของจำนวนดังกล่าวดังนั้นจึงเพิ่มขึ้นสุทธิ 10.65 พันล้านตัน ของคาร์บอนไดออกไซด์ในชั้นบรรยากาศต่อปี (คาร์บอนในชั้นบรรยากาศหนึ่งตันเทียบเท่ากับคาร์บอนไดออกไซด์ 44/12 หรือ 3.7 ตัน) [18]คาร์บอนไดออกไซด์เป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกที่ช่วยเพิ่มการผลักดันของรังสีและก่อให้เกิดภาวะโลกร้อนทำให้อุณหภูมิพื้นผิวเฉลี่ยของโลกจะเพิ่มขึ้นในการตอบสนองซึ่งส่วนใหญ่ของนักวิทยาศาสตร์ภูมิอากาศเห็นด้วยที่สำคัญจะทำให้เกิดผลข้างเคียง เชื้อเพลิงเป็นแหล่งพลังงาน
พลังงาน
ปริมาณพลังงานจากเชื้อเพลิงประเภทต่างๆขึ้นอยู่กับอัตราส่วนสโตอิชิโอเมตริกอัตราส่วนอากาศและเชื้อเพลิงที่ถูกต้องทางเคมีเพื่อให้แน่ใจว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงสมบูรณ์และพลังงานจำเพาะพลังงานต่อหน่วยมวล
| เชื้อเพลิง | พลังงานจำเพาะ (MJ / kg) | AFR stoich | FAR stoich | พลังงาน @ λ = 1 (MJ / kg (อากาศ) ) |
|---|---|---|---|---|
| ดีเซล | 48 | 14.5: 1 | 0.069: 1 | 3.310 |
| เอทานอล | 26.4 | 9: 1 | 0.111: 1 | 2.933 |
| น้ำมันเบนซิน | 46.4 | 14.7: 1 | 0.068: 1 | 3.156 |
| ไฮโดรเจน | 142 | 34.3: 1 | 0.029: 1 | 4.140 |
| น้ำมันก๊าด | 46 | 15.6: 1 | 0.064: 1 | 2.949 |
| ก๊าซหุงต้ม | 46.4 | 17.2: 1 | 0.058: 1 | 2.698 |
| เมทานอล | 19.7 | 6.47: 1 | 0.155: 1 | 3.045 |
| มีเทน | 55.5 | 17.2: 1 | 0.058: 1 | 3.219 |
| ไนโตรมีเทน | 11.63 | 1.7: 1 | 0.588: 1 | 6.841 |
1 MJ ≈ 0.28 กิโลวัตต์ต่อชั่วโมง ≈ 0.37 HPH
นิวเคลียร์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นวัสดุใด ๆ ที่มีการบริโภคที่จะได้รับพลังงานนิวเคลียร์ ในทางเทคนิคแล้วสสารทั้งหมดสามารถเป็นเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ได้เนื่องจากองค์ประกอบใด ๆ ภายใต้เงื่อนไขที่เหมาะสมจะปลดปล่อยพลังงานนิวเคลียร์ออกมา[ พิรุธ ]แต่วัสดุที่เรียกกันทั่วไปว่าเชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นวัสดุที่จะผลิตพลังงานโดยไม่ต้องอยู่ภายใต้การข่มขู่อย่างรุนแรง เชื้อเพลิงนิวเคลียร์เป็นวัสดุที่สามารถเป็น 'เผา' โดยนิวเคลียร์หรือฟิวชั่นที่จะได้รับพลังงานนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถอ้างถึงตัวเชื้อเพลิงเองหรือวัตถุทางกายภาพ (ตัวอย่างเช่นกลุ่มที่ประกอบด้วยแท่งเชื้อเพลิง ) ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเชื้อเพลิงผสมกับวัสดุที่มีโครงสร้างการกลั่นกรองนิวตรอนหรือวัสดุสะท้อนนิวตรอน
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ส่วนใหญ่ประกอบด้วยองค์ประกอบฟิสไซล์หนักที่สามารถนิวเคลียร์ฟิชชันได้ เมื่อเชื้อเพลิงเหล่านี้ถูกชนด้วยนิวตรอนพวกมันจะสามารถปล่อยนิวตรอนออกมาได้เมื่อพวกมันแตกออกจากกัน นี้จะทำให้เป็นไปได้ด้วยตนเองอย่างยั่งยืนปฏิกิริยาลูกโซ่ว่าพลังงานรุ่นที่มีอัตราการควบคุมในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์หรือมีอัตราการไม่สามารถควบคุมได้อย่างรวดเร็วมากในอาวุธนิวเคลียร์
เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ฟิสไซล์ที่พบมากที่สุด ได้แก่ยูเรเนียม -235 ( 235 U) และพลูโตเนียม -239 ( 239 Pu) การกระทำของการทำเหมืองแร่การกลั่นบริสุทธิ์โดยใช้และในที่สุดการกำจัดเชื้อเพลิงนิวเคลียร์รวมกันเป็นวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์บางประเภทไม่ได้สร้างพลังงานจากนิวเคลียร์ฟิชชัน พลูโทเนียม -238และบางส่วนองค์ประกอบอื่น ๆ ที่ใช้ในการผลิตจำนวนเล็ก ๆ ของพลังงานนิวเคลียร์จากการสลายตัวของสารกัมมันตรังสีในไอโซโทปกำเนิดไฟฟ้าเทอร์โมและประเภทอื่น ๆแบตเตอรี่อะตอม นอกจากนี้ยังสามารถใช้นิวไคลด์เบาเช่นไอโซโทป ( 3 H) เป็นเชื้อเพลิงสำหรับนิวเคลียร์ฟิวชันได้ เชื้อเพลิงนิวเคลียร์มีความหนาแน่นของพลังงานสูงสุดในบรรดาแหล่งเชื้อเพลิงที่ใช้งานได้จริง
ฟิชชัน
ชนิดที่พบมากที่สุดของเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ใช้โดยมนุษย์เป็นหนักออมองค์ประกอบที่สามารถทำเพื่อให้ได้รับการนิวเคลียร์ ปฏิกิริยาลูกโซ่ในเครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ ; เชื้อเพลิงนิวเคลียร์สามารถอ้างถึงวัสดุหรือวัตถุทางกายภาพ (ตัวอย่างเช่นกลุ่มเชื้อเพลิงที่ประกอบด้วยแท่งเชื้อเพลิง ) ซึ่งประกอบด้วยวัสดุเชื้อเพลิงซึ่งอาจผสมกับวัสดุที่มีโครงสร้างการกลั่นกรองนิวตรอนหรือวัสดุสะท้อนนิวตรอน เชื้อเพลิงนิวเคลียร์ฟิสไซล์ที่พบมากที่สุดคือ235 Uและ239 Puและการกระทำของการขุดการกลั่นการทำให้บริสุทธิ์การใช้และการกำจัดองค์ประกอบเหล่านี้ในที่สุดรวมกันเป็นวัฏจักรเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ซึ่งมีความสำคัญต่อความเกี่ยวข้องกับการผลิตพลังงานนิวเคลียร์และอาวุธนิวเคลียร์
ฟิวชั่น
เชื้อเพลิงที่ผลิตพลังงานโดยกระบวนการของนิวเคลียร์ฟิวชันยังไม่ได้นำมาใช้โดยมนุษย์ แต่เป็นแหล่งที่มาหลักของน้ำมันเชื้อเพลิงสำหรับดาว เชื้อเพลิงฟิวชั่นมักจะเป็นธาตุแสงเช่นไฮโดรเจนซึ่งจะรวมตัวกันได้ง่าย ต้องใช้พลังงานเพื่อเริ่มการหลอมรวมโดยการเพิ่มอุณหภูมิให้สูงขึ้นเพื่อให้วัสดุทั้งหมดกลายเป็นพลาสมาและปล่อยให้นิวเคลียสชนกันและเกาะติดกันก่อนที่จะขับไล่เนื่องจากประจุไฟฟ้า กระบวนการนี้เรียกว่าฟิวชันและสามารถให้พลังงานได้
ในดาวที่ได้รับนิวเคลียร์ฟิวชันเชื้อเพลิงประกอบด้วยนิวเคลียสของอะตอมที่สามารถปล่อยพลังงานโดยการดูดซึมของที่โปรตอนหรือนิวตรอน ในที่สุดดาวเชื้อเพลิงที่ให้บริการโดยไฮโดรเจนซึ่งสามารถรวมถึงรูปแบบฮีเลียมผ่านปฏิกิริยาลูกโซ่โปรตอนโปรตอนหรือโดยรอบ CNO เมื่อเชื้อเพลิงไฮโดรเจนหมดลงฟิวชันนิวเคลียร์สามารถดำเนินต่อไปได้โดยมีองค์ประกอบที่หนักกว่ามากขึ้นเรื่อย ๆ แม้ว่าพลังงานสุทธิที่ปล่อยออกมาจะต่ำกว่าเนื่องจากความแตกต่างของพลังงานที่มีผลผูกพันนิวเคลียร์น้อยกว่า เมื่อสร้างนิวเคลียสของเหล็ก -56หรือนิกเกิล -56 แล้วจะไม่สามารถหาพลังงานจากฟิวชันนิวเคลียร์ได้อีกเนื่องจากพลังงานเหล่านี้มีพลังงานในการยึดเหนี่ยวนิวเคลียร์สูงสุด จากนั้นองค์ประกอบจะใช้พลังงานแทนการให้พลังงานเมื่อหลอมรวม ดังนั้นฟิวชั่นหยุดและดาวตาย ในความพยายามของมนุษย์การหลอมรวมจะดำเนินการกับไฮโดรเจนเท่านั้น (ไอโซโทปของ 2 และ 3) เพื่อสร้างฮีเลียม -4 เนื่องจากปฏิกิริยานี้ให้พลังงานสุทธิมากที่สุด การกักขังด้วยไฟฟ้า ( ITER ) การกักขังแบบเฉื่อย (การให้ความร้อนด้วยเลเซอร์) และการให้ความร้อนด้วยกระแสไฟฟ้าแรงเป็นวิธีที่นิยมใช้ . [19]
เชื้อเพลิงเหลวสำหรับการขนส่ง
ส่วนใหญ่เชื้อเพลิงขนส่งของเหลวเพราะยานพาหนะที่มักจะต้องสูงความหนาแน่นของพลังงาน สิ่งนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติในของเหลวและของแข็ง เครื่องยนต์สันดาปภายในสามารถให้ความหนาแน่นของพลังงานสูงได้เช่นกัน เครื่องยนต์เหล่านี้ต้องการเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ได้อย่างหมดจด เชื้อเพลิงที่ง่ายที่สุดในการเผาไหม้อย่างหมดจดมักจะเป็นของเหลวและก๊าซ ดังนั้นของเหลวจึงมีคุณสมบัติตรงตามข้อกำหนดของการเผาผลาญพลังงานและการเผาไหม้ที่สะอาด นอกจากนี้ยังสามารถสูบของเหลว (และก๊าซ) ได้ซึ่งหมายความว่าการขนถ่ายทำได้ง่ายด้วยเครื่องจักรและทำให้ใช้แรงงานน้อยลง
ดูสิ่งนี้ด้วย
- เชื้อเพลิงแอลกอฮอล์
- เชื้อเพลิงทางเลือก
- แอมโมเนีย
- แบตเตอรี่ (ไฟฟ้า)
- น้ำมันเชื้อเพลิงที่ใช้น้ำมันดิน
- เชื้อเพลิงชีวภาพ
- ก๊าซธรรมชาติอัด
- เชื้อเพลิง Cryogenic
- เชื้อเพลิงอิมัลชัน
- บัตรเติมน้ำมัน
- เซลล์เชื้อเพลิง
- ภาชนะบรรจุเชื้อเพลิง
- ระบบการจัดการเชื้อเพลิง
- น้ำมันเตา
- ความยากจนของเชื้อเพลิง
- สถานีเติมน้ำมัน
- เศรษฐกิจไฮโดรเจน
- เชื้อเพลิงไฮโดรเจน
- เชื้อเพลิง Hypergolic
- เชื้อเพลิงเหลว
- รายชื่อหัวข้อพลังงาน
- การจัดการเชื้อเพลิงทางทะเล
- สารขับดัน
- เชื้อเพลิงรีไซเคิล
- เชื้อเพลิงแข็ง
- ทรัพยากรและการบริโภคพลังงานของโลก
เชิงอรรถ
- ^ Schobert แฮโรลด์ (2013) เคมีของเชื้อเพลิงฟอสซิลและเชื้อเพลิงชีวภาพ . มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ISBN 978-0521114004.
- ^ Leakey, Richard (1994). ต้นกำเนิดของมนุษย์ หนังสือพื้นฐาน ISBN 978-0-465-03135-1.
- ^ ฮอลลอเร็ตต้า (2550) “ ถ่านอัดแท่ง” . ผลิตภัณฑ์ทำอย่างไร สืบค้นเมื่อ1 ตุลาคม 2550 .
- ^ ฟอร์บส์โรเบิร์ตเจมส์ (2501) การศึกษาในประวัติศาสตร์ปิโตรเลียม สุดยอดสำนักพิมพ์ น. 149.
- ^ Bilkadi, Zayn "อาวุธน้ำมัน". Saudi Aramco โลก 46 (1): 20–27.
- ^ ซาลิมอัล - ฮัสซานี (2551). "1000 ปีแห่งประวัติศาสตร์อุตสาหกรรมที่ขาดหายไป". ใน Emilia Calvo Labarta; Mercèมา Maymo; โรเซอร์ปูอิกอากีล่าร์; Mònica Rius Pinies (eds.) มรดกที่ใช้ร่วมกัน: วิทยาการอิสลามตะวันออกและตะวันตก Edicions Universitat บาร์เซโลนา หน้า 57–82 [63] ISBN 978-84-475-3285-8.
- ^ ‹ดู Tfd›
ประโยคก่อนหน้าอย่างน้อยหนึ่งประโยครวมข้อความจากสิ่งพิมพ์ที่เป็นสาธารณสมบัติแล้ว : ‹ดู Tfd›Chisholm, Hugh, ed. (พ.ศ. 2454). “ เชื้อเพลิง ”. สารานุกรมบริแทนนิกา . 11 (ฉบับที่ 11) สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ หน้า 274–286 - ^ "ประวัติการใช้ถ่านหิน" . สถาบันถ่านหินโลก. ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 7 ตุลาคม 2006 สืบค้นเมื่อ10 สิงหาคม 2549 .
- ^ Schmidt-Rohr, K (2015). "ทำไมการเผาไหม้มักจะคายความร้อนผลผลิตเกี่ยวกับ 418 กิโลจูลต่อโมลของ O 2 " เจ. Educ . 92 (12): 2094–2099 Bibcode : 2015JChEd..92.2094S . ดอย : 10.1021 / acs.jchemed.5b00333 .
- ^ รินคอนพอล (22 มีนาคม 2547). "กระดูกบอกเป็นนัยว่าใช้ไฟครั้งแรก" . ข่าวบีบีซี . สืบค้นเมื่อ11 กันยายน 2550 .
- ^ Elert, Glenn (2550). “ พลังงานศักย์เคมี” . ฟิสิกส์ Hypertextbook สืบค้นเมื่อ11 กันยายน 2550 .
- ^ ก ข ดร. ไอรีนโนวาเซก "การพึ่งพาเชื้อเพลิงฟอสซิลของแคนาดา" . องค์ประกอบ สืบค้นเมื่อ18 มกราคม 2550 .
- ^ “ เชื้อเพลิงฟอสซิล” . EPA . สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 12 มีนาคม 2550 . สืบค้นเมื่อ2007-01-18 .
- ^ “ เชื้อเพลิงฟอสซิล” . สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 10 พฤษภาคม 2555.
- ^ “ เชื้อเพลิงฟอสซิล” . EPA. สืบค้นจากต้นฉบับเมื่อ 12 มีนาคม 2550 . สืบค้นเมื่อ18 มกราคม 2550 .
- ^ "US EIA International Energy Statistics" . ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 28 เมษายน 2013 สืบค้นเมื่อ12 มกราคม 2553 .
- ^ “ พลังงานสากลประจำปี 2549” . ที่เก็บถาวรจากเดิมเมื่อวันที่ 5 กุมภาพันธ์ 2009 สืบค้นเมื่อ8 กุมภาพันธ์ 2552 .
- ^ "กระทรวงพลังงานสหรัฐเรื่องก๊าซเรือนกระจก" . สืบค้นเมื่อ9 กันยายน 2550 .
- ^ Fewell, MP (1995). "นิวไคลด์อะตอมที่มีพลังงานยึดเหนี่ยวเฉลี่ยสูงสุด". วารสารฟิสิกส์อเมริกัน . 63 (7): 653–658 รหัสไปรษณีย์ : 1995AmJPh..63..653F . ดอย : 10.1119 / 1.17828 .
ประโยคก่อนหน้าอย่างน้อยหนึ่งประโยครวมข้อความจากสิ่งพิมพ์ที่เป็นสาธารณสมบัติแล้ว : อ้างอิง
- แรทคลิฟ, ไบรอัน; และคณะ (2543). เคมี 1 . สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์ ISBN 978-0-521-78778-9.
อ่านเพิ่มเติม
- "Directive 1999/94 / EC ของรัฐสภายุโรปและของสภาที่ 13 ธันวาคมปี 1999 ที่เกี่ยวข้องกับความพร้อมของข้อมูลของผู้บริโภคในการประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงและการปล่อย CO2 ในแง่ของการตลาดของรถยนต์นั่งใหม่" (PDF) (140 KB)
- Council Directive 80/1268 การบริโภค / EEC เชื้อเพลิงยานยนต์