VII.1. Combustibilii.

• VII.1.1. Țițeiul (petrolul brut).
• VII.1.2. Cărbunele.
• VII.1.3. Gazul natural.
• VII.1.4. Hidrogenul.

Definiţie

Combustibilii sunt substanțe care degajă căldură, prin arderea lor.

important

Clasificarea combustibililor:

Cei mai importanți combustibili sunt:

VII.1.1. Țițeiul (petrolul brut).

Țițeiul (petrolul brut) a luat naștere din organisme marine plancton care, după moarte s-au depus pe fundul mării, fiind acoperite ulterior de sedimente.

Conform acestei teorii perioada de formare a petrolului se întinde pe perioada de timp de cca. 350 - 400 milioane de ani în urmă când a avut loc în rândurile florei și faunei o mortalitate în masă, explicată prin teoria meteoritului uriaș care a căzut în acea perioadă pe Pământ, declanșând temperaturi și presiuni ridicate.

În cazul în care straturile impermeabile de argilă sunt deasupra, nepermițând ieșirea la suprafață a petrolului, acesta se va găsi în straturile profunde de unde va fi extras prin sonde petroliere.

Petrolul este un amestec de hidrocarburi solide și gazoase dizolvate într-un amestec de hidrocarburi lichide. Țițeiul în stare brută (nerafinat) conține peste 17 000 de substanțe organice complexe. El este un lichid vâscos, a cărui culoare variază de la galben-verde până la negru, având reflexe colorate diferite. Mirosul petrolului este caracteristic. Petrolul nu este solubil în apă şi mai uşor ca aceasta. Fiind un amestec din diverși compuși, petrolul nu are punct de fierbere definitiv, el se distilează continuu, la temperaturi cuprinse între 30°C şi 360°C. Petrolul brut este considerat la fel de valoros ca şi aurul, de aceea a fost numit aurul negru.

Prin distilarea fracționată a petrolului, în rafinăriile petrochimice se obțin propan, butan, benzine, petrol lampant, motorină, păcură.

Utilizări ale petrolului

• Drept combustibil sub formă de:
  • benzină;
  • motorină;
  • kerosen, etc.

• La obținerea de:
  • vopsele și coloranți;
  • medicamente;
  • materiale plastice;
  • cauciuc sintetic;
  • fire sintetice;
  • adezivi;
  • detergenți;
  • produse cosmetice;
  • explozivi;
  • insecticide și pesticide etc.

VII.1.2. Cărbunele.

Cărbunele s-a format din resturi de plante fosile, care constau mai ales din feriga uriașă. După moartea lor, aceste plante s-aue scufundat în mlaștină unde, fiind izolate de aerul atmosferic urmează o serie de procese anaerobe (fără oxigen).

În primele faze s-a format turba.

Prin migrația mărilor, aceste mlaștini au fost acoperite cu sedimente, creându-se temperaturi și presiuni ridicate, care au eliminat apa din turbă și astfel a luat naștere cărbunele brun (lignit).

Presiunile mari au continuat să elimine apa din cărbunele brun rezultând cărbunii cu cea mai mare putere calorifică, huila.

La presiuni și mai mari s-a format antracitul care este în același timp și cărbunele cel mai vechi. La antracit procentul de carbon ajunge la 90 - 96 %.

Culoarea cărbunilor diferă de la un tip de cărbune la altul și chiar în cadrul aceluiași tip. Astfel turbele pot fi galbene, brune și, uneori, negre. Ligniții încep de la culori galben murdare, trec prin galben-brun, brun și ajung la negru. Huilele sunt în marea lor majoritate negre, iar antraciții au culori cenușii, cenușii metalice și neagră.

Cărbunii bruni lasă, în general, urma brună, huilele urmă neagră, iar la antraciți aceasta este neagră cu nuanțe de gri metalic.

Luciul cărbunilor depinde de compoziția petrografica și crește odată cu gradul de carbonificare.

Utilizări ale cărbunelui

• Drept combustibil, atât casnic, cât și în producerea de curent electric produs cu ajutorul turbinelor din termocentrale. Prin ardere cărbunele eliberează căldură și produce gaze de ardere ca dioxid de carbon, dioxid de sulf și vapori de apă. Termocentralele moderne au redus substanțial emisiile de gaze nocive rezultate din arderea cărbunilor.

• Ca materie primă în industria chimică și în metalurgie.

• Cocsul este un material obținut prin prelucrarea termică a huilei. El are o importanță mare, fiind folosit drept combustibil în încălzire (înlocuitor al gazelor naturale) și de asemenea ca reducător al minereurilor feroase în furnale, la obținerea metalelor.

VII.1.3. Gazul natural.

Gazul natural este un gaz inflamabil care se află sub formă de zăcământ în straturile din adâncime ale pământului. Gazul natural este asociat cu zăcămintele de petrol, procesele lor de formare fiind asemănătoare. Gazul se formează din organisme microscopice moarte (alge, plancton) fiind izolat de aerul atmosferic, în prezența unor temperaturi și presiuni ridicate, condiții care au luat naștere prin sedimentarea pe fundul mărilor, fiind acoperite ulterior de straturi impermeabile de pământ.

În general gazul natural are în compoziție 85% metan, 4% alți alcani (etan, propan, butan, pentan) și 11% gaze inerte (care nu ard). Deosebit de valoroase sunt gazele naturale care conțin heliu, aceste gaze fiind sursa principală de obținere a heliului.

Gazul natural este un amestec puternic inflamabil, de regulă insipid și inodor (din care cauză pentru odorizare se adaugă gazului mercaptan cu scopul de a ușura detectarea scurgerilor). Are o temperatură de aprindere de circa 600 °C. Este un gaz mai ușor ca aerul, având o densitate de 0,700–0,840 kg/m³.

Poate fi transportat prin conducte sau cu alte mijloace de transport în stare comprimată sau în stare lichidă, actualmente fiind folosit pe scară tot mai largă ca înlocuitor al benzinei.

Utilizări ale metanului

• Drept combustibil

• Obținerea gazului de sinteză (CO + H₂)

• În industria chimiei organice, la obținerea unor solvenți, agenți frigorifici, formaldehidă, acid cianhidric, negru de fum etc., substanțe care sunt materii prime pentru alte sinteze organice. Gazul natural acoperă 24% din necesarul de energie al lumii.

VII.1.4. Hidrogenul.

Hidrogenul se consideră a fi combustibilul viitorului.

Este un gaz inflamabil, incolor, insipid, inodor fiind cel mai ușor gaz. Hidrogenul nu poate exista sub formă atomică, ci numai sub formă de moleculă diatomică, H₂.

Cea mai importantă metodă de obținere industrială a hidrogenului este prin reacția dintre metan și a vaporilor de apă, la temperaturi ridicate (1300 °F – 2000 °F), rezultând un amestec numit gaz de sinteză, format din monoxid de carbon (CO) și hidrogen (H₂):

CH₄ + H₂O = CO + 3H₂

Utilizări ale hidrogenului

• Drept combustibil, fiind o alternativă pentru înlocuirea benzinei pentru vehiculele echipate cu motoare cu ardere internă. Avantajele sale principale constau în faptul că este ecologic, din arderea sa rezultând vapori de apă, iar randamentul termic al motoarelor cu hidrogen este ridicat. Dezavantajele constau în pericolul mare de explozie, dificultatea stocării în vehicul și lipsa unor rețele de stații de alimentare cu hidrogen. Una dintre cele mai promițătoare soluții tehnice o reprezintă conversia directă a energiei chimice din hidrogen în electricitate, prin intermediul pilelor de combustie (electroliza apei acidulate).

• Umplerea baloanelor meteorologice.

• Ca reactant, de reducere a minereurilor oxizilor metalici pentru obținerea metalelor, de fabricare a amoniacului și în procedeele de hidrogenare.

• Flacăra oxihidrică folosită la sudura și tăierea metalelor pentru lucrări sub apă la adâncime mai mare de 100m. În amestec cu oxigenul, hidrogenul arde cu o flacără pală albăstruie, aproape invizibilă, dar foarte fierbinte.

• Datorită bunei conductivități termice este folosit ca agent de răcire în generatoare electrice din centralele electrice. De asemenea izotopul radioactiv al hidrogenului, deuteriu, este folosit la obținerea apei grele. Apa grea este utilizată în special ca moderator de neutroni în reactoarele nucleare printre care și cele de tip CANDU folosite la Cernavodă. În domeniul științific o altă utilizare este în detectoarele de neutroni.

• Hidrogenul lichid are un rol important în cercetările din criogenie, inclusiv în studiile legate de superconductivitate.