Hiilivetyjen palaminen

Hiilivetyjen palamisella tarkoitetaan kemiallista reaktiota, jossa hiilivety reagoi hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia, vettä ja lämpöä. Hiilivedyt ovat molekyylejä, jotka koostuvat sekä vedystä että hiilestä. Ne ovat tunnetuimpia fossiilisten polttoaineiden eli maakaasun, maaöljyn ja kivihiilen pääkomponentteina. Tästä syystä fossiilisia polttoainevaroja kutsutaan usein hiilivetyvaroiksi. Fossiilisista polttoaineista saadaan energiaa polttamalla (polttamalla) polttoainetta. Vaikka fossiilisissa polttoaineissa on epäpuhtauksia, hiilivetyjen palaminen on ensisijainen prosessi fossiilisten polttoaineiden poltossa. Kuvassa 1 on esimerkki hiilivetyjen palamisesta. Katso lisää esimerkkejä sivun alaosassa olevasta simulaatiosta.

Kuva 1. Simulaatio. Metaani yhdistyy 2 hapen kanssa muodostaen hiilidioksidia, vettä ja lämpöä.

Kuvaus

Hiilivedyn tyypistä riippumatta palaminen hapen kanssa tuottaa 3 tuotetta: hiilidioksidia, vettä ja lämpöä, kuten alla olevassa yleisessä reaktiossa on esitetty. Hiilivetyjen molekyylien sidosten katkaisemiseen tarvittava energia on huomattavasti pienempi kuin CO2- ja H2O-molekyylien sidosten muodostumisessa vapautuva energia. Tästä syystä prosessissa vapautuu merkittäviä määriä lämpöenergiaa (lämpöä). Tämä lämpöenergia voidaan käyttää suoraan (esimerkiksi kodin lämmittämiseen) tai se voidaan muuntaa mekaaniseksi energiaksi lämpövoimakoneen avulla. Tällöin kuitenkin syntyy tehohäviöitä, mikä johtaa tarvittaviin merkittäviin energiahäviöihin (hukkalämpönä), joita säätelee termodynamiikan toinen laki. Näin saatu hyödyllinen mekaaninen energia on paljon pienempi kuin hiilivetyjen palamisesta saatu alkuperäinen lämpöenergia.

Yleinen reaktioyhtälö:

• viittaa hiilivetyatomien lukumäärään hiilivedyssä
• viittaa vetyatomien lukumäärään hiilivedyssä
• viittaa happiatomien lukumäärään, joka tarvitaan hiilivetyjen palamisreaktiossa

Hiilivetyjen palaminen ja fossiiliset polttoaineet

Huomatkaa, että hiilivetyjen palamisessa syntyy aina hiilidioksidia; ei ole väliä, minkä tyyppinen hiilivetyjen molekyyli. CO2:n ja H2O:n tuottaminen on itse asiassa se, miten fossiilisista polttoaineista saadaan käyttökelpoista energiaa. Tästä syystä on tärkeää erottaa toisistaan hiilidioksidi ja muut ”hukkatuotteet”, jotka syntyvät polttoaineen epäpuhtauksista, kuten rikki- ja typpiyhdisteistä. Epäpuhtauksista syntyvät jätteet voidaan poistaa oikealla tekniikalla; hiilidioksidia ei voida poistaa, ellei fossiilisia polttoaineita alun perin polteta (käytetä).

Kaikki fossiiliset polttoaineet eivät ole koostumukseltaan samanlaisia. Maakaasu koostuu yli 90 % metaanista (CH4), joka on pienin hiilivetyjen molekyyli. Öljy koostuu yleensä keskikokoisista molekyyleistä, vaikka koostumus vaihtelee suuresti eri raakaöljylaaduista. Yleisesti ottaen mitä tiheämpää öljy on, sitä pidemmät ovat molekyylien hiiliketjut. Lopuksi hiili sisältää suurimmat ja monimutkaisimmat hiilivetyjen molekyylit.

Koska eri hiilivetyjen vety- ja hiilipitoisuussuhteet ovat erilaiset, ne tuottavat vettä ja hiilidioksidia eri suhteessa. Yleensä mitä pidempi ja monimutkaisempi molekyyli on, sitä suurempi on hiilen ja vedyn suhde. Tästä syystä samansuuruisten määrien eri hiilivetyjen polttaminen tuottaa erilaisia määriä hiilidioksidia riippuen hiilen ja vedyn suhteesta kunkin molekyylin molekyyleissä. Koska kivihiili sisältää pisimpiä ja monimutkaisimpia hiilivetyjen molekyylejä, kivihiilen poltossa vapautuu enemmän hiilidioksidia kuin saman öljymassan tai maakaasun poltossa. Tämä muuttaa myös kunkin polttoaineen energiatiheyttä.

Hiilidioksidipäästöt

Alhaalla on kaavio hiilidioksidipäästöistä, jotka syntyvät tuotettaessa 293,1 kWh (1 000 000 BTU) energiaa eri hiilivetypolttoaineista.

Palamisanimaatio

Valitsemalla polttoaineen pudotusvalikosta näet palamisen aikana tapahtuvan nettoreaktion.

Lisälukemista

Lisätietoa saat alla olevilta aiheeseen liittyviltä sivuilta:

• Fossiilinen polttoaine
• Primäärienergia
• Hiilivetyresurssi
• Hiili
• Siili
• Öljy
• Maakaasu
• Sattumanvarainen sivu

.