Spalování uhlovodíků

Spalováním uhlovodíků se rozumí chemická reakce, při níž uhlovodík reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu uhličitého, vody a tepla. Uhlovodíky jsou molekuly složené z vodíku a uhlíku. Nejznámější jsou jako základní složka fosilních paliv, konkrétně zemního plynu, ropy a uhlí. Z tohoto důvodu se zdroje fosilních paliv často označují jako zdroje uhlovodíků. Energie se z fosilních paliv získává jejich spalováním (hořením). Ačkoli se ve fosilních palivech vyskytují nečistoty, primárním procesem při spalování fosilních paliv je spalování uhlovodíků. Příklad spalování uhlovodíků je znázorněn na obrázku 1. Další příklady viz simulace v dolní části stránky.

Obrázek 1. Metan se slučuje s 2 kyslíky za vzniku oxidu uhličitého, vody a tepla.

Popis

Bez ohledu na typ uhlovodíku vznikají při spalování s kyslíkem 3 produkty: oxid uhličitý, voda a teplo, jak je znázorněno na níže uvedené obecné reakci. Energie potřebná k přerušení vazeb v molekulách uhlovodíku je podstatně menší než energie uvolněná při vzniku vazeb v molekulách CO2 a H2O. Z tohoto důvodu se při procesu uvolňuje značné množství tepelné energie (tepla). Tuto tepelnou energii lze využít přímo (třeba k vytápění domu) nebo ji lze pomocí tepelného motoru přeměnit na mechanickou energii. Ten však podléhá ztrátám účinnosti, což má za následek nezbytné značné energetické ztráty (jako odpadní teplo), které se řídí druhým termodynamickým zákonem. Výsledná užitečná mechanická energie bude mnohem menší než počáteční tepelná energie dodaná spalováním uhlovodíků.

Obecná reakční rovnice:

• se vztahuje k počtu atomů uhlíku v uhlovodíku
• se vztahuje k počtu atomů vodíku v uhlovodíku
• se vztahuje k počtu atomů kyslíku potřebných při reakci spalování uhlovodíku

Spalování uhlovodíků a fosilní paliva

Všimněte si, že při spalování uhlovodíků vždy vzniká CO2; nezáleží na typu molekuly uhlovodíku. Produkcí CO2 a H2O se vlastně získává užitečná energie z fosilních paliv. Z tohoto důvodu je důležité rozlišovat mezi oxidem uhličitým a dalšími „odpadními“ produkty, které vznikají z nečistot v palivu, jako jsou sloučeniny síry a dusíku. Odpadní produkty, které vznikají z nečistot, lze vhodnou technologií odstranit; CO2 nelze odstranit, pokud se fosilní paliva vůbec nespalují (nepoužívají).

Ne všechna fosilní paliva mají stejné složení. Zemní plyn se skládá z více než 90 % z metanu (CH4), což je nejmenší molekula uhlovodíku. Ropa bývá složena ze středně velkých molekul, i když se složení jednotlivých druhů ropy značně liší. Obecně platí, že čím je ropa hustší, tím delší jsou uhlíkové řetězce v molekulách. A konečně uhlí obsahuje největší a nejsložitější molekuly uhlovodíků.

Protože různé uhlovodíky mají různý poměr vodíku a uhlíku, vytvářejí různý poměr vody a oxidu uhličitého. Obecně platí, že čím delší a složitější je molekula, tím větší je poměr uhlíku k vodíku. Z tohoto důvodu vzniká při spalování stejného množství různých uhlovodíků různé množství oxidu uhličitého v závislosti na poměru uhlíku a vodíku v molekulách každého z nich. Protože uhlí obsahuje nejdelší a nejsložitější molekuly uhlovodíků, uvolňuje se při jeho spalování více CO2 než při spalování stejné hmotnosti ropy nebo zemního plynu. Tím se také mění energetická hustota každého z těchto paliv.

Emise oxidu uhličitého

Níže je uveden graf emisí CO2 při výrobě 293,1 kWh (1 000 000 BTU) energie z různých uhlovodíkových paliv.

Animace spalování

Vyberte si palivo z rozbalovací nabídky a podívejte se na čistou reakci, která probíhá při spalování.

Další čtení

Další informace naleznete na souvisejících stránkách níže:

• Fosilní palivo
• Primární energie
• Zdroj uhlovodíků
• Uhlí
• Ropa
• Zemní plyn
• Náhodná stránka