otwórz w nowym oknie / strona główna / oferta
Palenie wody
Woda się nie pali, ale na tym nie skończę.
Trochę o paliwach i spalaniu.
Nie palą się substancje – związki chemiczne, które są
już produktami spalania czy, ogólnie mówiąc, reakcji
utleniania (w sensie chemicznym), czy jeszcze ogólniej
procesów egzotermicznych – procesów, w których
wydziela się ciepło.
Woda to produkt spalania wodoru. Łacińska nazwa tego pierwiastka
zwięźle to określa – hydrogenium (stąd H), czyli „wodotwórczy”.
Rosjanie także używają sympatycznie brzmiącej nazwy „wodorod”.
Nie powstaje zresztą tylko ze spalania samego wolnego wodoru, ale
przede wszystkich z utleniania wszelkich węglowodorów, a takimi są prawie wszystkie stosowane w praktyce paliwa stałe, ciekłe
i gazowe, czyli naturalny węgiel, drewno, gazy i paliwa ciekłe –
pochodne ropy naftowej.
W paliwach interesuje nas zawsze zawartość trzech pierwiastków
„palnych”: węgla, siarki i wodoru, rozumianych tym razem
stricte jako pierwiastki chemiczne. Ponieważ najczęściej nie
występują one jednak w tej postaci (może z wyjątkiem węgla - grafitu
zawartego w węglu kamiennym), do siarki dodaje się przymiotniki
„organiczna”, „siarczanowa”, „siarczkowa”. Ta może bowiem występować w kilku postaciach, między innymi związków organicznych (palnych) i nieorganicznych
(niepalnych) soli (siarczanów) np. Do koszyka palnej siarki dorzuca się też ten pierwiastek wchodzący w skład siarczków. Węgiel i wodór
tworzą w większości związki, które możemy spalić: utlenić,
uzyskać z nich ciepło. Te niepalne pozostają nam w postaci popiołu,
którego ilość i skład nie jest tak do końca obojętny dla
ilości uzyskanej energii. Nie chodzi tu tylko o to, że zawartość
popiołu zmniejsza nam na przykład ilość węgla w węglu, ale też o to,
że „popiołotwórcze” składniki paliwa w wysokiej
temperaturze ulegają przemianom chemicznym i fizycznym, które
także pochłaniają spore ilości ciepła.
Organizmy żywe, które są (albo były) właściwym producentem
większości paliw, pobrały sobie ze Słońca ciepło, które my
teraz możemy spożytkować. Spalając nie tworzymy więc tak naprawdę
energii (no bo to sprzeczne z fizyką), tylko zmieniamy jej postać –
z chemicznej na cieplną.
We wzorach, zarówno na kaloryczność (ilość ciepła, którą
można uzyskać z porcji paliwa), jak i na zapotrzebowanie na tlen (a
tym samym powietrze) do spalania, występują zawartości właśnie tych
trzech pierwiastków. Każdy z nich „daje” bowiem
inną ilość ciepła, każdy „potrzebuje” w tym celu też
innej ilości tlenu. Wodór zużywa go dość sporo, bo na każdy
kilogram trzeba aż 8 kg tlenu– ze spalenia kilograma wodoru
powstaje zatem 9 kg wody. Paliwa stałe (węgiel, drewno) zawierają
około 5-6% tego pierwiastka, a więc ze spalenia kilograma tego
rodzaju paliwa otrzymamy około 0,5 kg (!) wody w postaci pary. Do
tego oczywiście dochodzi jeszcze woda zawarta już w paliwie
(wilgotność), którą to musimy podgrzać i odparować. Takim
przykładem „mokrego” paliwa jest drewno. O ile ze
spalania wodoru uzyskujemy sporą ilość ciepła, to woda stanowiąca
wilgotność paliwa powoduje duże straty. Wiadomo, że samo podgrzanie
wody to spory wydatek energetyczny, zmniejszający wartość opałową,
ale jej odparowanie to wydatek jeszcze dodatkowo ponad pięciokrotnie
wyższy.
Czy woda przy spalaniu to tylko i wyłącznie szkodnik? Dlaczego
niektóre paliwa specjalnie się moczy? - To mit albo głupota z tym mokrym miałem?
- Nie.
Kto próbował, ten wie, że mokry miał pali się jakby lepiej.
- Czary?
- Autosugestia?
Jakby dawał więcej ciepła. A przecież teoretycznie powinno być całkiem odwrotnie. Właśnie - teoretycznie. Opisując jakieś zjawisko, proces, zawsze przyjmujemy jakieś uproszczenie. Mówimy na przykład, że węgiel pierwiastkowy (symb. chem. C) spala się w powietrzu (właściwie w tlenie) wg reakcji:
gdzie:
C - już wiadomo - węgiel
O2 - tlen występujący w postaci takiej dwuatomowej cząsteczki,
CO2 - produkt spalania węgla - dwutlenek węgla
Czyli rzecz jest bardzo prosta?
Okazuje się, że nie za bardzo. Reakcja ta pokazuje co się dzieje w piecu, z bardzo dużym uproszczeniem. Zgadza się właściwie tylko to, że na początku mamy węgiel i tlen, a na końcu otrzymujemy CO2. Jest tzw. reakcja globalna. Tak naprawdę przy spalaniu paliw zachodzą setki, jeżeli nie tysiące różnych reakcji, a czysty dwutlenek węgla to tylko powinniśmy otrzymać - w rzeczywistości bywa z tym różnie.
Jak dowiadujemy się z naukowych źródeł, węgiel (cały czas mowa o pierwiastku - głównym składniku wszystkich paliw) pali się bardzo opornie. Wymaga stworzenia specyficznych warunków - przede wszystkim bardzo wysokiej temperatury. Poza tym spala się najpierw na CO (tlenek węgla - czad), a dopiero ten gaz ulega utlenieniu (właśc. powinien ulec). Ten znów spala się jednak dość opornie i powoli. Wspalinach jest go najczęściej niepokojąco dużo. Okazuje sie także, że nawet spalanie w bardzo wysokich temperaturach nie powoduje spadku jego stężenia, a wręcz czasem zwiększa jego ilość. Dodatkowo nawet już powstałe CO2 w wyniku różnych zupełnie realnych procesów potrafi rozpadać się na CO i węgiel, który każdy miał pewnie okazję obserwować w postaci złogów sadzy. Sadza to prawie czysty węgiel, który już został spalony i powtórnie się wydzielił. Nie trzeba tu oczywiście nadmieniać, że nie jest to korzystne, jeżeli chodzi o uzysk ciepła - to wszystko to same straty - o zanieczyszczeniu kanałów spalinowych i powierzchni wymiany ciepła nie wspominając.
Tematy powiązane:
Izolacja ogniotrwała >>
Przewodność cieplna >>
Piec na wodę >>