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 >>

Pytanie?

Powrót do strony głównej