연료

Fuel
기타 용도는 연료(동음이의)를 참조하십시오.
장작은 인류가 [1]사용한 최초의 연료 중 하나였습니다.

연료는 열에너지로서 에너지를 방출하거나 작업에 사용하기 위해 다른 물질과 반응하도록 만들어질 수 있는 모든 물질입니다.이 개념은 원래 화학 에너지를 방출할 수 있는 물질에만 적용되었지만, 이후 핵분열과 핵융합을 통해 핵 에너지와 같은 다른 열 에너지 공급원에도 적용되고 있습니다.

연료의 반응에 의해 방출되는 열 에너지는 열 엔진을 통해 기계적 에너지로 변환될 수 있습니다.다른 경우에는, 열 자체가 연소에 수반되는 조명뿐만 아니라 따뜻함, 요리, 또는 산업적 과정으로 평가됩니다.연료는 또한 세포 호흡이라고 알려진 과정에서 유기체의 세포에 사용되는데, 여기서 유기 분자는 사용 가능한 에너지를 방출하기 위해 산화됩니다.인간이 사용하는 연료는 단연코 탄화수소 및 이와 관련된 유기 분자가 가장 일반적인 공급원이지만, 방사성 금속을 포함한 다른 물질들도 사용되고 있습니다.

연료는 전기 에너지(예: 배터리 및 캐패시터) 또는 기계 에너지(예: 플라이휠, 스프링, 압축 공기 또는 저장소의 물)를 직접 방출하는 것과 같은 잠재적 에너지를 저장하는 다른 물질 또는 장치와 대조됩니다.

역사

연소용 연료로서의 목재

연료의 최초 사용으로 알려진 것은 거의 2백만년 [citation needed]전 호모 에렉투스에 의한 장작 연소였습니다.인류 역사의 대부분을 통틀어 오직 식물이나 동물성 지방에서 유래된 연료만이 인간에 의해 사용되었습니다.목질 유도체인 숯은 적어도 기원전 6,000년부터 금속을 녹이는 데 사용되어 왔습니다.18세기경 유럽의 숲이 고갈되기 시작하면서 석탄에서 추출한 코크스로만 대체되었습니다.숯불은 현재 바비큐 [citation needed]요리의 연료로 흔히 사용되고 있습니다.

원유는 페르시아 화학자들에 의해 증류되었으며, 무함마드 이븐 자카르시야 [2]라지와 같은 아랍어 핸드북에 명확한 설명이 제공되었습니다.그는 Kitab al-Asrar (Book of Secret)에서 원유/석유를 등유와 다른 탄화수소 화합물로 증류하는 과정을 설명했습니다.같은 시기에 석유 셰일과 역청으로부터도 석유를 추출하기 위해 암석을 가열하여 등유를 생산하였고, 이를 증류하였습니다.Razzi는 또한 원유를 사용한 등유 램프에 대한 최초의 설명을 했고, 그것을 "나파타"[3]라고 불렀습니다.

바그다드의 거리는 그 지역의 자연적인 들판에서 접근할 수 있게 된 석유에서 추출된 타르로 포장되어 있었습니다.9세기에 현대의 아제르바이잔 바쿠 주변 지역에서 유전이 개발되었습니다.이 밭들은 10세기 아랍의 지리학자 아부 알하산 '알 마스'두드(Abu al-Hasan 'Alī al-Mas'udī)에 의해 기술되었고, 13세기 마르코 폴로(Marco Polo)에 의해 그 우물들의 생산량은 수백 개의 선박 적재량으로 기술되었습니다.

연소를 [5]통해 방출될 수 있는 화학 에너지 형태의 에너지와 1769년 영국에서 증기 기관의 개념 개발로 석탄은 동력원으로 더 일반적으로 사용되기 시작했습니다.석탄은 나중에 배와 기관차를 운전하는데 사용되었습니다.19세기 경, 석탄에서 추출된 가스는 런던의 거리 조명을 위해 사용되었습니다.20세기와 21세기 석탄의 주된 용도는 전기를 생산하는 것이며,[6] 2005년에는 전 세계 전력 공급의 40%를 공급합니다.

화석 연료는 수력과 같은 전통적인 에너지원보다 더 농축되고 유연했기 때문에 산업 혁명 기간 동안 빠르게 채택되었습니다.세계 대부분의 국가들이 전력을 생산하기 위해 화석 연료를 연소하는 등 우리 현대 사회의 중추적인 부분이 되었지만, 지구 온난화와 이를 [7]태우는 것으로 인한 관련 효과로 인해 인기를 잃고 있습니다.

현재 추세는 알코올과 같은 바이오 연료와 같은 재생 가능한 연료 쪽으로 향하고 있습니다.

화학의

화학연료는 주변의 물질과 반응하여 에너지를 방출하는 물질로, 특히 연소 과정에 의해 결정됩니다.

화학연료는 두가지 방법으로 나뉩니다.첫째, 고체, 액체 또는 기체로서의 물리적 특성에 의해.둘째, 발생 기준: 1차(천연연료)와 2차(인공연료).따라서 화학 연료의 일반적인 분류는 다음과 같습니다.

화학연료의 일반적인 종류
1차(자연) 2차(인공)
고체연료 나무, 석탄, 토탄, 똥 등 콜라,숯
액체연료 석유의 디젤, 가솔린, 등유, LPG, 콜타르, 나프타, 에탄올
기체연료 천연 가스 수소, 프로판, 메탄, 석탄가스, 수성가스, 고로가스, 코크스오븐가스, CNG

고체연료

주요 기사:고체연료
석탄은 고체연료입니다.

고체 연료는 에너지를 생산하고 난방을 제공하기 위해 연료로 사용되는 다양한 유형의 고체 물질을 말하며, 보통 연소를 통해 방출됩니다.고체 연료에는 목재, 숯, 이탄, 석탄, 헥사민 연료 정제, 목재로 만든 펠릿(나무 펠릿 참조), 옥수수, 밀, 호밀 및 기타 곡물이 포함됩니다.고체 연료 로켓 기술도 고체 연료를 사용합니다(고체 추진제 참조).고체 연료는 인류가 수년간 불을 만들기 위해 사용해 왔습니다.석탄은 산업혁명을 가능하게 하는 연료원이었습니다. 연소로에서 증기기관까지 말이죠.나무는 증기 기관차를 운행하는 데에도 널리 쓰였습니다.이탄과 석탄 둘 다 오늘날에도 여전히 전기 발전에 사용되고 있습니다.일부 도시 지역에서는 안전하지 않은 수준의 유독성 배출로 인해 일부 고체 연료(예: 석탄)의 사용이 제한되거나 금지됩니다.난방 기술과 좋은 품질의 연료 사용이 향상됨에 따라 목재로서 다른 고체 연료의 사용이 감소하고 있습니다.일부 지역에서는 연기가 없는 석탄이 사용되는 유일한 고체 연료입니다.아일랜드에서, 토탄 연탄은 무연 연료로 사용됩니다.그것들은 또한 석탄 불을 지피는데 사용됩니다.

액체연료

주요 기사 : 액체연료
충전소

액체 연료는 가연성 또는 에너지를 생성하는 분자로 기계적 에너지를 생성하는데 사용될 수 있으며, 보통 운동 에너지를 생성합니다.액체 연료의 연기는 유체가 아닌 가연성이기 때문에 용기의 모양도 그대로 유지해야 합니다.

널리 사용되고 있는 대부분의 액체 연료는 지구의 지각 내부에 있는 열과 압력에 노출됨으로써 죽은 동식물의 화석화된 잔해에서 유래됩니다.그러나 액체연료로 분류되는 수소연료(자동차용), 에탄올, 제트연료, 바이오디젤 등 여러 종류가 있습니다.액체 연료로서 중유 분획물을 사용할 수 있도록 하는 방법으로서 물 속의 유화된 기름 연료, 예를 들어, orimulion이 개발되었습니다.많은 액체 연료들은 교통과 경제에서 주요한 역할을 합니다.

액체 연료의 몇 가지 공통적인 특성은 운반이 쉽고 다루기 쉽다는 것입니다.또한 모든 엔지니어링 애플리케이션과 가정용으로 비교적 쉽게 사용할 수 있습니다.등유와 같은 연료는 일부 국가에서 보급되는데, 예를 들어 인도의 정부 보조금을 받는 가정용 상점에서 사용됩니다.

기존 디젤은 석유에서 추출한 지방족 탄화수소가 혼합된 형태라는 점에서 가솔린과 유사합니다.등유는 등유 램프와 요리, 난방, 소형 엔진의 연료로 사용됩니다.주로 메탄으로 구성된 천연 가스는 매우 낮은 온도에서만 액체로 존재할 수 있으며, 이는 대부분의 응용 분야에서 액체 연료로서의 직접적인 사용을 제한합니다.LP 가스는 표준 대기 조건에서 쉽게 압축 가능한 가스인 프로판과 부탄의 혼합물입니다.압축 천연 가스(CNG)의 많은 장점을 제공하지만 공기보다 밀도가 높고 깨끗하게 연소되지 않으며 훨씬 쉽게 압축됩니다.LP 가스와 압축 프로판은 일반적으로 요리와 우주 난방에 사용되며, 자동차에서 사용이 증가하고 있습니다.프로판은 전 세계적으로 세 번째로 많이 사용되는 모터 연료입니다.

  • Locomotive diesel

    기관차 디젤

  • Gasoline

    휘발유.

  • Kerosene

    등유

  • Petroleum based motor oil

    석유계 전동유

  • Residual fuel oil or Bunker C oil

    잔류 연료유 또는 벙커유

연료가스

주요 기사:연료가스
20파운드(9.1kg) 프로판 실린더

연료 가스는 일반적인 조건에서 가스를 사용하는 여러 가지 연료 중 하나입니다.많은 연료 가스는 탄화수소(메탄 또는 프로판 등), 수소, 일산화탄소 또는 이들의 혼합물로 구성됩니다.이러한 가스는 파이프를 통해 쉽게 전달되고 분배될 수 있는 잠재적 열 에너지 또는 광 에너지의 원천입니다.연료 가스는 액체 연료 및 고체 연료와 대조되지만 일부 연료 가스는 저장 또는 운송을 위해 액화됩니다.고체 연료의 운반의 어려움과 액체 연료에 내재된 유출의 위험을 피하면서, 기체 특성이 유리할 수도 있지만, 또한 위험할 수도 있습니다.특정 지역에서 연료 가스가 감지되지 않고 포집되어 가스 폭발의 위험이 있을 수 있습니다.이러한 이유로, 냄새를 감지할 수 있도록 대부분의 연료 가스에 냄새제가 첨가됩니다.현재 사용되고 있는 연료 가스의 가장 일반적인 종류는 천연 가스입니다.

바이오 연료

주요 기사 : 바이오연료와 바이오매스 (에너지)

바이오 연료는 바이오매스로 구성되거나 유래된 고체, 액체 또는 가스 연료로 폭넓게 정의될 수 있습니다.바이오매스는 바이오매스 연료로 알려진 난방 또는 전력을 위해 직접 사용될 수도 있습니다.바이오 연료는 식물과 같이 빠르게 보충될 수 있는 모든 탄소 공급원에서 생산될 수 있습니다.많은 다양한 식물과 식물 유래 물질이 바이오 연료 제조에 사용됩니다.

아마도 인류가 사용한 최초의 연료는 나무일 것입니다.증거에 따르면 통제된 불은 150만 년 전 남아프리카 공화국의 스와트크란에서 사용되었습니다.오스트랄로피테쿠스와 초기의 호모 종들이 [8]그 장소들에 모두 존재했기 때문에, 어떤 호모 종들이 처음으로 불을 사용했는지는 알려지지 않았습니다.연료로서 나무는 현재까지 사용되고 있지만, 다른 원천들에 의해 많은 목적들로 대체되어 왔습니다.목재의 에너지 밀도는 10-20 MJ/[9]kg입니다.

최근 바이오 연료는 자동차 운송(예: 바이오 에탄올 및 바이오 디젤)에 사용하기 위해 개발되었지만, 이 연료들이 얼마나 [citation needed]탄소 중립적인지에 대한 광범위한 공개 토론이 있습니다.

화석연료

주요 기사:화석연료
석유추출

화석 연료는 주로 석탄과 석유[10](액체 석유 또는 천연 가스)인 탄화수소로, 수억 [11]년에 걸쳐 지각에 산소가 없을 때 높은 열과 압력에 노출되어 고대 식물과 동물의 화석화된 잔해에서 형성됩니다.일반적으로 화석 연료라는 용어는 타르 모래와 같은 생물학적 공급원으로부터 전적으로 유래되지 않은 탄화수소 함유 천연 자원도 포함합니다.이러한 후자의 원천들은 적절히 광물 연료로 알려져 있습니다.

화석연료는 높은 비율의 탄소를 함유하고 있고 석탄, 석유,[12] 천연가스를 포함하고 있습니다.메탄과 같은 수소 비율이 낮은 휘발성 물질부터 액체 석유, 무연탄과 같은 거의 순수한 탄소로 구성된 비휘발성 물질까지 다양합니다.메탄은 단독으로, 석유와 관련된 탄화수소 밭에서 발견될 수 있고, 메탄 포합물의 형태로 발견될 수 있습니다.화석연료는 수백만 [13]년에 걸쳐 지각에 있는 열과 압력에 노출됨으로써 죽은[10] 식물의 화석화된 잔해로부터 형성되었습니다.이 생물 발생 이론은 독일 학자 게오르크 아그리콜라에 의해 1556년에 처음 소개되었고 그 후 18세기에 미하일 로모노소프에 의해 소개되었습니다.

에너지정보청은 2007년 1차 에너지 소비에서 석유 36.0%, 석탄 27.4%, 천연가스 23.0%가 화석연료의 86.4%를 차지하는 [14]것으로 추산했습니다.2006년 비화석 발생원은 수력 6.3%, 원자력 8.5%, 기타(지열, 태양열, 조력, 풍력, 목재, 폐기물) 0.[15]9%였습니다.세계 에너지 소비는 매년 약 2.3%씩 증가하고 있습니다.

화석 연료는 형성되는 데 수백만 년이 걸리고 새로운 것이 만들어지는 것보다 훨씬 빨리 매장량이 고갈되고 있기 때문에 재생 불가능한 자원입니다.그래서 우리는 이 연료들을 보존하고 그것들을 현명하게 사용해야만 합니다.화석 연료의 생산과 사용은 환경에 대한 우려를 불러일으킵니다.따라서 증가하는 에너지 수요를 충족시키기 위해 재생 에너지 생성을 위한 전 세계적인 움직임이 진행되고 있습니다.화석 연료를 태우는 것은 연간 약 213억 톤(21.3기가톤)의 이산화탄소(CO2)를 생산하지만, 자연 공정은 그 양의 약 절반만 흡수할 수 있는 것으로 추정되므로 연간 106억 5천만 톤의 대기 이산화탄소가 순증합니다(대기 탄소 1톤은 다음과 같습니다).44≥12(분자량/원자량의 비율) 또는 3.7톤의 CO2.[16]이산화탄소는 복사 강제력을 강화하고 지구 온난화에 기여하는 온실가스 중 하나이며, 이에 대한 반응으로 지구의 평균 표면 온도를 상승시키며, 대다수의 기후 과학자들은 이것이 큰 부작용을 일으킬 것이라고 동의합니다.연료는 에너지의 원천입니다.

에너지

다양한 유형의 연료에서 나오는 에너지의 양은 화학적으로 정확한 공기 및 연료의 비율인 화학적으로 연료의 완전한 연소를 보장하는 비율과 단위 질량당 에너지에 따라 달라집니다.

일반 연료의 에너지 용량
연료형 비에너지
(MJ/kg)		 공연비
(화학량론)		 에너지 @ λ= 1
(MJ/kg(Air))
디젤 48 14.5 : 1 3.310
에탄올 26.4 9 : 1 2.933
휘발유. 46.4 14.7 : 1 3.156
수소 142 34.3 : 1 4.140
등유 46 15.6 : 1 2.949
LPG 46.4 17.2 : 1 2.698
메탄올 19.7 6.47 : 1 3.045
메탄 55.5 17.2 : 1 3.219
니트로메탄 11.63 1.7 : 1 6.841
메모들

1 MJ ≥ 0.28 kWh ≥ 0.37 HPh

(연료-공기비(FAR)는 공기-연료비(AFR)의 역수입니다.)

θ는 공기-연료 당량비이며, θ=1은 연료와 산화제(공기 중에 존재)가 반응에서 완전히 소모되도록 정확히 정확한 비율로 존재한다고 가정하는 것을 의미합니다.

핵

주요 기사:핵연료
CANDU("CANDA Deuterium Uranium") 연료 묶음 2개, 길이 약 50cm, 직경 약 10cm

핵연료는 핵에너지를 얻기 위해 소비되는 모든 물질입니다.이론적으로, 다양한 물질들이 핵연료가 될 수 있는데, 그것들은 알맞은 조건에서 핵에너지를 방출하도록 만들어질 수 있기 때문입니다.하지만 흔히 핵연료라고 불리는 물질들은 극심한 압박을 받지 않고 에너지를 생산할 물질들입니다.핵연료는 핵분열(핵을 쪼개는 것) 또는 핵융합(핵을 서로 결합하는 것)에 의해 "연소"되어 핵에너지를 얻을 수 있습니다."핵연료"는 연료 자체 또는 연료 재료로 구성된 물리적 물체(예: 연료봉으로 구성된 묶음)와 구조, 중성자 조절 또는 중성자 반사 물질이 혼합된 것을 의미할 수 있습니다.

핵연료는 모든 실용적인 연료원 중 가장 높은 에너지 밀도를 가지고 있습니다.

핵분열

핵연료 펠릿은 핵에너지를 방출하는데 사용됩니다.

인간이 사용하는 핵연료의 가장 일반적인 유형은 핵분열 원자로에서 핵분열 연쇄반응을 겪을 수 있는 중핵분열성 원소입니다. 핵연료는 물질 또는 연료 물질로 구성된 물리적 물체(예: 연료봉으로 구성된 연료 묶음)를 의미할 수 있으며, 아마도 구조적인 중성자 m과 혼합되어 있을 것입니다.감속 또는 중성자 반사 물질.

이 연료들 중 일부가 중성자에 의해 부딪힐 때, 그것들은 차례로 그것들이 분해될 때 중성자를 방출할 수 있습니다.이것은 원자로에서 통제된 속도로 에너지를 방출하거나 핵무기에서 매우 빠른 통제되지 않은 속도로 에너지를 방출하는 자생적 연쇄 반응을 가능하게 합니다.

가장 일반적인 핵분열성 핵연료는 우라늄-235(235U)와 플루토늄-239(239Pu)입니다.핵연료 주기는 핵연료의 채굴, 정제, 정제, 사용, 그리고 궁극적으로 폐기의 행위로 구성됩니다.모든 종류의 핵연료가 핵분열로부터 에너지를 만들어내는 것은 아닙니다.플루토늄-238과 다른 원소들은 방사성 동위원소 열전 발전기와 다른 종류의 원자 배터리에서 방사성 붕괴에 의해 소량의 핵 에너지를 생산하는 데 사용됩니다.

퓨전

핵분열과는 대조적으로 삼중수소(3H)와 같은 일부 가벼운 핵종은 핵융합을 위한 연료로 사용될 수 있습니다.이것은 두 개 이상의 핵들이 함께 더 큰 핵들로 결합하는 것을 포함합니다.이 방법으로 에너지를 생산하는 연료는 현재 인간이 사용하지는 않지만, 별의 주요 연료원입니다.핵융합 연료는 핵이 쉽게 결합하는 수소와 같은 가벼운 원소입니다.핵융합을 시작하기 위해서는 핵들이 충분한 에너지와 함께 충돌할 수 있도록 온도를 높여 핵융합을 시작한 후 전하로 인해 반발합니다.이 과정을 핵융합이라고 하는데 에너지를 방출할 수 있습니다.

핵융합을 겪는 별들에서 연료는 양성자나 중성자의 흡수에 의해 에너지를 방출할 수 있는 원자핵으로 구성되어 있습니다.대부분의 별에서 연료는 수소에 의해 공급되는데, 수소는 양성자-양성자 연쇄 반응을 통해 헬륨을 형성하거나 CNO 순환을 통해 결합할 수 있습니다.수소 연료가 고갈되면 핵융합은 핵 결합 에너지의 차이가 작기 때문에 방출되는 순 에너지는 더 낮지만, 점진적으로 더 무거운 원소를 가지고 계속될 수 있습니다.철-56 또는 니켈-56 핵이 생성되면 핵융합을 통해 더 이상의 에너지를 얻을 수 없습니다. 이들은 가장 높은 핵결합 [17]에너지를 가지고 있기 때문입니다.따라서 Fe와 Ni보다 무거운 핵은 핵융합을 할 때 에너지를 방출하는 대신 흡수할 것입니다.따라서 핵융합은 멈추고 별은 죽게 됩니다.인간의 시도에서, 핵융합은 2오직 수소(중수소) 또는 H(트리튬)와만 반응하여 헬륨-4를 형성합니다.전기 구속(ITER), 관성 구속(레이저에 의한 가열) 및 강한 전류에 의한 가열이 일반적인 방법입니다.

수송용 액체연료

대부분의 운송 연료는 액체입니다. 왜냐하면 자동차는 보통 높은 에너지 밀도를 필요로 하기 때문입니다.이것은 액체와 고체에서 자연적으로 발생합니다.또한 내연 기관을 통해 높은 에너지 밀도를 제공할 수 있습니다.이 엔진들은 깨끗한 연료를 필요로 합니다.청정 연소가 가장 쉬운 연료는 일반적으로 액체와 가스입니다.따라서 액체는 에너지 밀도와 청정 연소의 요건을 모두 충족합니다.또한 액체(및 가스)를 펌핑할 수 있으므로 취급이 쉽게 기계화되므로 작업 부담이 적습니다.저탄소 경제를 향한 일반적인 움직임이 있기 때문에, 탄화수소와 같은 액체 연료의 사용이 정밀 조사를 받고 있습니다.

참고 항목

각주

  1. ^ Schobert, Harold (17 January 2013). Chemistry of Fossil Fuels and Biofuels. Cambridge University Press. ISBN 978-0521114004. OCLC 1113751780.
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  3. ^ Bilkadi, Zayn. "The Oil Weapons". Saudi Aramco World. 46 (1): 20–27.
  4. ^ Salim Al-Hassani (2008). "1000 Years of Missing Industrial History". In Emilia Calvo Labarta; Mercè Comes Maymo; Roser Puig Aguilar; Mònica Rius Pinies (eds.). A shared legacy: Islamic science East and West. Edicions Universitat Barcelona. pp. 57–82 [63]. ISBN 978-84-475-3285-8.
  5. ^ 앞 문장 중 하나 이상은 현재 공용 영역에 있는 출판물의 텍스트를 통합합니다.
  6. ^ "History of Coal Use". World Coal Institute. Archived from the original on 7 October 2006. Retrieved 10 August 2006.
  7. ^ IPCC AR5 WG1 Summary for Policymaker 2013, p. 4: 기후 시스템의 온난화는 분명하며, 1950년대 이후 관측된 많은 변화는 수십 년에서 수천 년에 걸쳐 전례가 없는 것입니다.대기와 해양이 따뜻해지고, 눈과 얼음의 양이 감소하고, 해수면이 상승하고, 온실가스의 농도가 증가했습니다; IPCC SR15 Ch1 2018, p. 54: 지구 시스템에 인간의 영향이 미치는 전례 없는 속도와 전 지구적 규모의 영향에 대한 풍부한 경험적 증거 (Steffen et al., 2016; Waters et al.,많은 과학자들이 지구가 인류세라는 새로운 지질학적 시대에 접어들었다는 사실을 인정할 것을 요구하고 있습니다.
  8. ^ Rincon, Paul (22 March 2004). "Bones hint at first use of fire". BBC News. Retrieved 11 September 2007.
  9. ^ Elert, Glenn (2007). "Chemical Potential Energy". The Physics Hypertextbook. Retrieved 11 September 2007.
  10. ^ a b Dr. Irene Novaczek. "Canada's Fossil Fuel Dependency". Elements. Retrieved 18 January 2007.
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  12. ^ "Fossil fuel". Archived from the original on 10 May 2012.
  13. ^ "Fossil fuel". EPA. Archived from the original on 12 March 2007. Retrieved 18 January 2007.
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  17. ^ Fewell, M. P. (1995). "The atomic nuclide with the highest mean binding energy". American Journal of Physics. 63 (7): 653–658. Bibcode:1995AmJPh..63..653F. doi:10.1119/1.17828.

인용작품

참고문헌

추가열람

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