Твердое топливо относится к различным формам твердого материала, который может сжигаться для высвобождения энергии, обеспечивая тепло и свет в процессе сгорания . Твердое топливо можно противопоставить жидкому топливу и газообразному топливу . Обычные примеры твердого топлива включают древесину , древесный уголь , торф , каменный уголь , топливные таблетки гексамина , сухой навоз , древесные гранулы , кукурузу , пшеницу , рис , рожь и другие зерна . Твердое топливо широко используется в ракетной технике в качестве твердого топлива . [1] Твердое топливо использовалось на протяжении всей истории человечества для создания огня [2] , и твердое топливо все еще широко используется во всем мире в наши дни. [3] [4]
Твердое топливо из биомассы рассматривается как возобновляемый источник энергии , который может способствовать усилиям по смягчению последствий изменения климата . Твердое топливо из ископаемого топлива (например, угля ) не является возобновляемой энергией.
Биомасса, используемая для производства энергии, может быть переработана в твердое топливо, а также в жидкое или газообразное топливо. [5] : 173 Для сравнения, термин «биотопливо» в настоящее время в основном (но не исключительно) используется для обозначения жидкого или газообразного топлива, используемого для транспортировки. [6]
Топливные гранулы производятся из спрессованного органического вещества или биомассы. [7] Пеллеты могут быть изготовлены из любой из пяти основных категорий биомассы: промышленные отходы и побочные продукты, пищевые отходы , сельскохозяйственные отходы , энергетические культуры и необработанная древесина . [8] Древесные гранулы являются наиболее распространенным типом топливных гранул. [9]
Древесное топливо может относиться к нескольким видам топлива, таким как дрова , древесный уголь , древесная щепа, гранулы и опилки . Конкретная используемая форма зависит от таких факторов, как источник, количество, качество и применение. Во многих областях древесина является наиболее легкодоступной формой топлива, не требующей инструментов в случае сбора сухостоя или требующей небольшого количества инструментов. Сегодня сжигание древесины является крупнейшим использованием энергии, получаемой из твердотопливной биомассы . Древесное топливо может использоваться для приготовления пищи и отопления , а иногда и для заправки паровых двигателей и паровых турбин , которые вырабатывают электричество . Древесину можно использовать в помещении в печи, плите или камине или на открытом воздухе в печи, костре или костре . Как и в случае с любым огнем , сжигание древесного топлива создает многочисленные побочные продукты, некоторые из которых могут быть полезны (тепло и пар), а другие нежелательны, раздражают или опасны.
Древесина, заготовленная экологически безопасным способом, обычно считается возобновляемым твердым топливом ( возобновляемая энергия ). [12]
Ведутся споры о том, можно ли считать сжигание древесины нейтральным по выбросам углерода, поскольку технически древесина не может выделять больше углерода, чем было поглощено в процессе ее роста, хотя это не учитывает другие воздействия на углеродный след, такие как вырубка лесов и гниение . [13]
Торфяное топливо — это накопление частично разложившейся растительности или органического вещества, которое можно сжигать после достаточной сушки. Оно широко используется в сельских районах Ирландии и Шотландии , где альтернативы отсутствуют или дороги. [ требуется цитата ] Оно имеет относительно низкую теплотворную способность , даже после существенной сушки.
Уголь — это горючая черная или коричневато-черная осадочная порода, обычно встречающаяся в пластах горных пород в слоях или жилах, называемых угольными пластами или угольными пластами. На протяжении всей истории уголь использовался в качестве энергетического ресурса, в основном сжигался для производства электроэнергии и тепла, а также использовался в промышленных целях, таких как очистка металлов. Уголь является крупнейшим источником энергии для производства электроэнергии во всем мире, а также одним из крупнейших в мире Добыча угля, его использование в производстве энергии и его побочные продукты связаны с воздействием на окружающую среду и здоровье . Такие разновидности, как бездымный уголь, могут образовываться естественным образом в форме антрацита , метаморфизованного типа угля с очень высоким содержанием углерода, который выделяет бездымное пламя при поджигании. Это важный тип бездымного топлива .
Кокс — это топливо с небольшим количеством примесей и высоким содержанием углерода , обычно изготавливаемое из угля . Это твердый углеродистый материал, получаемый путем деструктивной перегонки малозольного, малосернистого битуминозного угля . Кокс, получаемый из угля, серый, твердый и пористый . Хотя кокс может образовываться естественным путем, обычно используемая форма — искусственная. Форма, известная как нефтяной кокс , или пет-кокс, получается из коксовых установок нефтеперерабатывающих заводов или других процессов крекинга. [12]
Твердое топливо, которое производит мало дыма или летучих веществ, производится из порошкообразного антрацитового угля и поставляется в виде брикетов, как правило, для бытового использования в печах или открытых каминах. Топливо заменяет уголь в качестве топлива для открытого огня из-за снижения выбросов твердых частиц и его повышенной эффективности. Бездымное топливо горит при более высокой температуре и медленнее, чем уголь. Термин также включает древесный уголь , полученный путем ограниченного сжигания сухой древесины и широко используемый на барбекю на открытом воздухе для приготовления пищи на открытом огне.
Твердое ракетное топливо состоит из твердого окислителя (например, нитрата аммония ), связанного с хлопьями или порошками энергетических соединений (например, RDX ), а также связующими веществами, пластификаторами, стабилизаторами и другими добавками. Твердое топливо гораздо проще хранить и использовать, чем жидкое топливо. Оно также имеет более высокую плотность энергии, поэтому для того же количества запасенной энергии ему не требуется столько места.
Тепло, получаемое от каждого вида топлива, является переменным и зависит от содержания углерода и водорода , а также негорючих веществ или содержания золы и воды. Одной из мер тепла, получаемого при сжигании, является теплота сгорания , точная мера, обычно определяемая с помощью калориметрической бомбы и требующая полного сгорания до углекислого газа и воды.
Газообразное топливо, такое как метан, имеет более высокую ценность, чем твердое топливо, такое как уголь . Торф демонстрирует самую низкую ценность из всех обычных видов топлива. Таким образом, метан имеет HHV (высшую теплоту сгорания) 55,50 МДж/кг, самую высокую ценность из обычных видов топлива.
Дизельное топливо имеет значение HHV 44,80 МДж/кг, а антрацитовый уголь — 32,50 МДж/кг. Влажные и беззольные дрова имеют более низкое значение 21,70 МДж/кг, в то время как сухой торф имеет самое низкое значение из всех распространенных видов топлива — около 15,00 МДж/кг.
Это в некоторой степени идеальные значения, и фактическое тепло, получаемое от любого топлива, будет зависеть, например, от используемого камина или камеры сгорания и ее конструкции. Однако они дают полезное руководство по теплу, получаемому от любого топлива. Сухая древесина имеет примерно две трети теплотворной способности угля, поэтому для получения того же количества тепла требуется больший вес.
Твердое топливо, по сравнению с жидким или газообразным топливом, часто дешевле, его легче добывать, оно более устойчиво при транспортировке и во многих местах более доступно. [14]
В частности, уголь используется для производства 38% электроэнергии в мире , поскольку он дешевле своих жидких и газообразных аналогов. [3]
Твердое топливо требует более разрушительных методов извлечения/сжигания и часто имеет более высокие выбросы углерода, нитратов и сульфатов. За исключением устойчивой древесины/биомассы твердое топливо обычно считается невозобновляемым, поскольку для его формирования требуются тысячи лет. [3]
Твердое топливо состоит из органических материалов и может способствовать ухудшению качества воздуха . Сжигание твердого топлива выделяет больше органических аэрозолей [15], чем сжиженный нефтяной газ , и выделяет много летучих органических соединений , которые могут способствовать ухудшению качества воздуха за счет образования вторичных загрязнителей, таких как приземный озон и вторичный органический аэрозоль . [16] Выбросы от твердого топлива являются основными факторами ухудшения качества воздуха в регионах, где твердое топливо является доминирующим источником топлива . [17]
{{cite book}}: CS1 maint: location missing publisher (link) CS1 maint: others (link)
Медиа, связанные с твердым топливом на Wikimedia Commons