Энергия топлива
Едва научившись обращаться с огнем, с его помощью человек начал извлекать тепловую энергию из топлива. Первым видом топлива стала древесина — ее было легче всего добыть, и она была относительно дешевой. Но уже в XVI в. количество древесины уменьшилось, и ее начали заменять полезными ископаемыми — природным газом, углем и нефтью. Они образовались миллионы лет назад из древних лесов. Годами накапливая энергию солнца, природные ископаемые, сгорая, выделяют большое количество тепла и света.
Процесс горения — это простейшая химическая реакция, в ходе которой вещество соединяется с кислородом из воздуха и выделяет тепловую энергию.
Углерод — важнейшая составляющая топлива
Самой важной составляющей большинства видов топлива является углерод. В угле его содержится очень много, и поэтому он горит ровно и дает жаркое пламя. Твердый уголь, или, как его еще называют, антрацит, имеет более высокий процент углерода, чем остальные виды угля. Поэтому, сгорая, антрацит дает меньше дыма и пепла.
Крупные куски угля горят плохо и медленно. Значительно лучше сгорает угольная пыль. Поэтому на современных тепловых станциях уголь «перемалывают» в мельчайшую пыль. Потоком горячего воздуха эта пыль вдувается в топку парового котла через специальные горелки. Сгорая налету, угольная пыль превращается в яркий факел пламени с температурой до 1500°C. Это пламя нагревает воду, превращая ее в пар.
Это интересно!
Из угля можно получать и жидкое топливо. Такое открытие сделали два немецких ученых — Франц Фишер (1877—1947) и Ганс Тропш (1889—1935) — в 1925 г. Процесс получил название Фишера—Тропша. А заключается он в том, что измельченный уголь нагревается вместе с полученным из угля растворителем и затем вступает в реакцию с синтез-газом (водородом). При этом образуется жидкий продукт, который в дальнейшем перерабатывают с использованием нефтеперерабатывающих установок.
Природный и искусственный газ
В настоящее время для получения тепловой энергии вместо угля часто используют природный газ. Это стало возможно благодаря открытию и разработке крупных газовых месторождений, изобретению современных газовых технологий, строительству новых газопроводов, которые позволяют доставлять в крупные города газ из мест его добычи. А всего несколько веков назад человеку приходилось производить его из угля.
Считается, что способ получения искусственного газа был открыт шотландским инженером Уильямом Мэрдоком (1765—1813) в 1792 г. Он использовал газ, выделяющийся из сгорающего угля, для освещения своего дома. Несколько лет спустя инженер применил такую же систему для освещения фабрики в Бирмингеме (крупном индустриальном городе Англии).
Во Франции инженер Лебон Филипп (1769—1804), изучая горение древесного угля, обнаружил выделение горючего газа при сильном нагреве дерева. В 1799 г. он разработал способ получения газа из древесных опилок. Уже в 1801 г. инженер наладил производство двух устройств, работающих на древесном газе. Одно из них использовалось парижанами для освещения, а другое — для отопления.
Американский изобретатель Джон Мелвилл (1783—1837) в 1812 г. освещал свой дом и улицу с помощью газа, полученного из угля. Уже в 1816 г. искусственным газом начали освещать улицы города Балтимор (штат Мэриленд). А природный газ стали использовать в США только в 1821 г.
Нефть — источник энергии
Нефть была известна еще древним людям и использовалась ими в основном для освещения — в лампах и факелах. Залежи этого вещества находились на небольшой глубине. А в некоторых местах нефть была расположена так близко к поверхности Земли, что струей прорывалась наружу. Однако вскоре запасы такой нефти закончились и перед человеком встал вопрос о том, как добыть ее из-под земли. Считается, что впервые это удалось американцу Эдвину Дрейку (1819—1880) в 1859 г. Он пробурил скважину глубиной около 20 м, установил ручной насос и начал выкачивать нефть на поверхность. Для того чтобы скважина не забивалась обвалившейся землей, изобретатель установил в нее железную трубу, которая поддерживала стенки. С тех пор конструкция нефтяной скважины практически не изменилась.
Ученые подсчитали, что в одном литре нефти содержится столько же энергии, сколько и в 20 полностью заряженных автомобильных аккумуляторах или в 20 т воды, поднятых на высоту 300 м. Но извлекать такое количество энергии из нефти люди долго не умели и использовали ее лишь в виде топлива. Только в XIX в. был изобретен процесс нефтепереработки, благодаря чему из нефти начали получать бензин, керосин, дизельное топливо, смазочные масла, битум, асфальт и еще множество полезных веществ. Неслучайно знаменитый русский ученый Дмитрий Иванович Менделеев (1834—1907) в одной из своих работ отмечал, что «сжигать нефть — все равно, что топить печку ассигнациями», т.е. бумажными деньгами.
Добывать нефть можно не только из-под земли, но и из-под воды. Для этого была создана нефтяная платформа — сложный инженерный комплекс, предназначенный для бурения скважин и добычи нефти, залегающей под дном моря, океана или иного водного пространства.
Первая нефтяная платформа была собрана в 1938 г. в прибрежной области штата Луизиана (США).