Zelená výstava - Energie - Chemická energie

Energie - Chemická energie

Chemická energie je energie vázaná ve formě chemických vazeb mezi atomy a lze ji uvolňovat nebo naopak vázat pomocí chemických reakcí. I v případě chemických reakcí platí zákon zachování energie, takže součet energie vazeb před reakcí a dodané energie se rovná součtu energie vazeb po reakci a uvolněné energie.

Pokud je energie během reakce uvolněna, děje se tak obvykle ve formě tepla. Mluvíme pak o exotermické reakci. Naopak, pokud se při chemické reakci energie spotřebovává, jde o reakci endotermickou. Klasickým příkladem exotermické reakce je hoření.

Chemická energie se uvolňuje na úkor vazeb atomů a molekul spalovaných látek. V největší míře ji využíváme formou spalování fosilních paliv. Hořením dochází k porušování chemických vazeb mezi atomy a molekulami paliva a při tom se uvolňuje velké množství energie, tzn. tepla.

Chemické vazby jsou soudržné síly poutající navzájem sloučené atomy v molekulách a krystalech. Ke vzniku i štěpení chemických vazeb dochází při chemických reakcích. Podle kvantově mechanického výkladu chemické vazby dochází při těsném přiblížení slučujících se atomů ke změnám rozložení elektronové hustoty, jejichž výsledkem je stálejší uspořádání
( s nižší energií ) atomových jader a elektronů. Elektronová struktura atomů vázaných v molekule se liší od struktury atomů volných. Molekula je považována za soubor atomových jader a elektronů a stejně pro atomy se používá orbitalový model.

Fosilní palivo je nerostná surovina, která vznikla v dávných dobách přeměnou odumřelých rostlin a těl za nepřístupu vzduchu. Řadí se sem především ropa, zemní plyn a uhlí.

Používání fosilních paliv v masové míře souvisí s počátkem průmyslové revoluce, kdy do té doby nejrozšířenější palivo, dřevo, nestačilo požadavkům na výhřevnost ani dostupnost v dostatečném množství.

V současnosti je snaha od užívání fosilních paliv ustupovat a nahrazovat obnovitelnými zdroji. Důvody jsou ekologické (snižování produkce SO3, NOx, polétavého prachu a dalších nebezpečných škodlivin), ekonomické (náročnost na dopravu, se snižujícími se zásobami roste cena paliv – viz např. ropný vrchol) i strategické (nerovnoměrné rozdělení zásob paliv mezi jednotlivé země či regiony).

V energetice jsou fosilní paliva nahrazována například energií větrnou, vodní nebo solární, jejichž vstupní náklady jsou nižší, ale produkují méně energie. Jejich výhodou je ale obnovitelnost, která u ropy, uhlí nebo plynu bohužel chybí. Naopak výhodou fosilních paliv je více vyprodukované energie za méně času než u obnovitelných zdrojů, což je ekonomicky výhodnější.

Fosilní paliva jsou však kromě energetiky použitelná také například v dopravě v podobě rafinované ropy nebo jako méně používaný ropný plyn (LPG). Výhodou fosilních paliv v této oblasti je již zavedený systém dodávky a čerpání paliva do vozidel, který je mnohem rozsáhlejší než například sítě čerpacích stanic biopaliv nebo nabíjecích stanic pro elektromobily, které se ale například v Česku množí jako houby po dešti. Další výhodou jsou technologie, které jsou vyvíjeny již několik desítek let, zatímco technologie, která pohání elektromobily, je takříkajíc v plenkách.

Velmi diskutované téma, které se pravděpodobně vybaví každému jako první při slovech fosilní paliva, je již výše zmíněná ekologie, a to nejenom kvůli emisím SO3 a NOx, ale i kvůli způsobu, jakým se fosilní paliva získávají. Povrchové i hlubinné doly, ropné plošiny, tankery a v některých případech i ropovody byly mnohokrát zdrojem i velmi závažných sporů nejen mezi jednotlivými státy, ale i mezi zastánci ochrany přírody a jejich vlastním nebo i jiným státem. Pravděpodobně nejaktivnější organizací je v tomto ohledu Greenpeace.

Černé uhlí tvoří spolu s hnědým uhlím a hořlavými břidlicemi skupinu spadající pod kaustobiolity. Druhou velkou skupinou jsou pak přírodní uhlovodíky.

Černé uhlí obsahuje 74 - 91 % uhlíku (jiné zdroje uvádějí 75 až 95 %). Obsah uhlíku je závislý na typu (tzv. Cdaf). Charakteristické jsou i prouhelňovací skoky a změna lesku a páskování během vývoje. Při popisu černého uhlí se využívají názvy černouhelná hemifáze, černouhelná ortofáze a černouhelná metafáze, čímž se vyjadřuje zastoupení uhlíku. S nárůstem obsahu uhlíku současně dochází k poklesu prachové složky. Každé uhlí obsahuje nespalitelné a spalitelné minerální složky o různém zastoupení v závislosti na typu. Mezi nejvýznamnější patří vodík (okolo 3 %), dusík, kyslík (3 %), síra (0,5 až 1,25 %), a malé procento vody. Výhřevnost se pohybuje v rozmezí 7000 až 8500 kcal/kg.

Černé uhlí (zvané někdy také kamenné uhlí) je druh sedimentární horniny, řadící se mezi uhlí. Vznikla z organického materiálu v prvohorách a druhohorách. Jedná se o hořlavou surovinu, jež se používá především jako palivo pro získávání tepla a energie. Řadí se mezi neobnovitelné zdroje. Nachází se nerovnoměrně rozložené na celém zemském povrchu v nejsvrchnější zemské kůře. Tato ložiska dosahují různé mocnosti a kvality černého uhlí, která je závislá na stupni přeměny organického materiálu a době prouhelnění.

A máme zde malé zopakování.

Seřaď dle zatížení životního prostředí při spalování - hnědé uhlí, černé uhlí, ropa, zemní plyn, bioplyn, rostlinný olej?
Jak vzniká černé a hnědé uhlí?
Jaké je nejekologičtější palivo v současnosti?