炭化水素燃焼とは、炭化水素が酸素と反応して二酸化炭素、水、熱を発生させる化学反応を指します。 炭化水素は、水素と炭素からなる分子である。 天然ガス、石油、石炭といった化石燃料の主成分として有名である。 このため、化石燃料資源を炭化水素資源と呼ぶことが多い。 化石燃料は、燃料を燃焼（燃焼）させることでエネルギーを得る。 化石燃料の中には不純物も含まれているが、化石燃料の燃焼は炭化水素の燃焼が主なプロセスである。 図1に炭化水素の燃焼の一例を示す。 他の例はページ下部のシミュレーションを参照されたい。

図1. メタンが2個の酸素と結合して、二酸化炭素と水と熱を生成する。

Description

炭化水素の種類に関係なく、酸素と燃焼すると、下の一般的な反応のように、二酸化炭素、水、熱の3つが生成されます。 炭化水素分子の結合を切断するのに必要なエネルギーは、CO2分子とH2O分子の結合を形成する際に放出されるエネルギーよりかなり小さい。 このため、このプロセスでは、大量の熱エネルギー（熱）が放出される。 この熱エネルギーは、直接利用することもできるし、熱機関を使って機械的エネルギーに変換することもできる。 しかし、この場合、熱力学の第二法則に基づき、効率の低下により大きなエネルギー損失（廃熱）が発生する。 その結果、有用な機械的エネルギーは、炭化水素の燃焼によって提供される最初の熱エネルギーよりもずっと少なくなる。

一般的な反応式。

  • は炭化水素中の炭素原子の数
  • は炭化水素中の水素原子の数
  • は炭化水素燃焼反応に必要な酸素原子の数

Hydrocarbon Combustion and Fossil Fuels

Note that CO2 is always produced in hydrocarbon combustion; matter matter what types of hydrocarbon molecule. 化石燃料から有用なエネルギーを得るには、実はCO2とH2Oを発生させることが必要なのです。 そのため、二酸化炭素と、燃料に含まれる硫黄や窒素などの不純物から発生する「廃棄物」を区別することが重要である。 不純物から生じる廃棄物は適切な技術で除去することができるが、二酸化炭素はそもそも化石燃料を燃やさない（使用しない）限り除去することができない。 天然ガスは90％以上がメタン（CH4）であり、これは最も小さな炭化水素分子である。 石油は中程度の大きさの分子で構成される傾向があるが、原油の等級によって組成が大きく異なる。 一般に、石油の密度が高いほど、分子内の炭素鎖は長くなる。

炭化水素の種類によって水素と炭素の比率が異なるので、水と二酸化炭素の比率も異なる。 一般に、分子が長く複雑であればあるほど、炭素と水素の比率は大きくなる。 このため、同じ量の異なる炭化水素を燃焼させると、それぞれの分子の炭素と水素の比率によって、異なる量の二酸化炭素が発生する。 石炭は最も長く複雑な炭化水素分子を含んでいるので、同じ量の石油や天然ガスを燃やすよりも多くの二酸化炭素を排出する。

二酸化炭素排出量

以下は、さまざまな炭化水素燃料から293.1kWh（100万BTU）のエネルギーを生産する際に排出される二酸化炭素のグラフです。

燃料 CO2 排出量 kg
無煙炭 104
瀝青炭 93.5
褐炭 97.9
亜炭 97.4
ディーゼル 73.0 104.0 13.92
ガソリン 71.5
プロパン 63.2
天然ガス 53.0 3.2

Combustion Animation

ドロップダウン メニューから燃料を選択すると、燃焼中に発生する純反応を見ることができます。

その他の情報

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