Szén felhasználása energiaforrásként 1890-re az Egyesült Államokban a szén mint legfőbb energiaforrás, felváltotta a fát. Az első szénnel fűtött erőmű.

Az előadások a következő témára: "Szén felhasználása energiaforrásként 1890-re az Egyesült Államokban a szén mint legfőbb energiaforrás, felváltotta a fát. Az első szénnel fűtött erőmű."— Előadás másolata:

1 Szén felhasználása energiaforrásként 1890-re az Egyesült Államokban a szén mint legfőbb energiaforrás, felváltotta a fát. Az első szénnel fűtött erőmű 1882-ben épült: gőzt termelt és ezzel hajtotta meg a generátort, így állítva elő elektromosságot. 1884-ben Charles Parsons, ír mérnök kifejlesztette a sokkal hatékonyabb, nagy sebességű gőzturbinát. 1920-ra az erőművekben porrá tört szénnel növelték a hatásfokot, és csökkentették az égés levegőszükségletét. Az 1940-ben üzembe helyezett ciklonkemence működése lehetővé tette a gyengébb minőségű szén felhasználását, miközben üzemeltetése során kevesebb hamu képződött. A közelmúltban fejlesztették ki a szénpor elégetésén alapuló technológiát energia előállítására, és a környezet terhelésének csökkentésére. Kőolaj feltárása és kitermelése 1901-ben a hatalmas texasi Spindletop-i olajmező felfedezése, az automobilok megjelenése és elterjedése azt eredményezte, hogy már 1951-re a kőolaj vált a legfőbb energiaforrássá, megelőzve a szenet. Folyamatosan fejlődött a nyersolaj-finomítás eljárása, melynek során elválasztják egymástól, illetve átalakítják a nyersolaj egyes frakcióit, az atmoszférikus (légköri nyomáson végzett) desztillációtól kezdve a vákuumdesztilláción (csökkentett nyomáson végzett desztilláció), krakkoláson keresztül egyéb katalitikus eljárások alkalmazásáig. A nyersolaj kitermelése során a legegyszerűbb, elsődleges módszer olajkutak fúrása gyémánt fúrófejekkel. Másodlagos módszerek a fúrási iszap, illetve gáz (szén-dioxid), vagy különböző vegyszertartalmú vizek visszasajtolása a földkéregbe. Megvalósítható ma már a nyersolaj kinyerése olajpalából (kőolajat tartalmazó agyagpala vagy márga) is. Nukleáris energia Az első nukleáris (atomenergián alapuló) reaktort 1942-ben katonai célból hozták létre. A II. világháború után a nukleáris technikának a békés felhasználás irányába való elterelése magában foglalta a villamos energia fejlesztését, ami 1951-ben Eisenhower elnök Atom a Békéért elnevezésű programjával kezdődött. Ebben a programban a kémia fontosabb szerepet kapott mint valaha bármiben is: gondoskodnia kellett a radioaktív bomlás mesterséges befolyásolásáról, a neutronok áramlásának szabályozásáról az úgynevezett moderátorokkal, a kimerült nukleáris fűtőanyagok regenerálásáról (újra felhasználhatóvá tétel), illetve a nukleáris hulladék ideiglenes és végleges tárolásáról, továbbá a lakossági sugárterhelés kockázatának minimalizálásáról. Alternatív energiaforrások Olyan alternatív megoldások alkalmazása az energia előállításában, mint pl. a szélenergia, a vízi energia és a geotermikus energia (a Föld belsejéből a felszínre áramló hőenergia) hasznosítása, összességében az energia előállításnak néhány százalékát teszik ki, mégis fontos szerepet játszhatnak helyi szinten, mivel az energia előállításában a gazdaságosság mellett az elérhetőség is meghatározó lehet. A kémiai fejlesztések révén már felfedezték a napelemeket hő- és energiatermeléshez, a könnyű szénszál erősítésű szélkerekeket a szél hasznosítására, cementet és fémturbinát a vízi erőművekben és rozsdamentes anyagokat a geotermikus források felhasználásánál. I. ENERGIAELLÁTÁS ÉS KÖZLEKEDÉS I. 1. Energiaforrások Charles Parsons Parsons gőzturbinája (1907)

2 I. ENERGIAELLÁTÁS ÉS KÖZLEKEDÉS I. 2. Elektromos energia tárolása és a hordozható energiaforrások Egyszer használatos elemek A villamos energia tárolását az olasz Alessandro Volta fejlesztette ki az 1700-as évek végén; ily módon a kémia hozzájárult az elemek, akkumulátorok kidolgozásához, és ezek segítségével az energia tárolhatóvá vált. Az 1890-es évi szén-cink szárazelem a korábbi Leclanché „nedves elem” elgondolására épült. A kereskedelem számára gyártották, mert a vaku működtetéséhez szükség volt rá. 1949-ben egy új lúgos vegyületet adtak a hagyományos elemekhez, amely megnövelte azok élettartamát és lehetővé tette a miniatürizálást. Ez az új alkálielem gyorsan elterjedt, mert nagyon praktikus volt hordozható elektronikus eszközökhöz és a fényképezőgépekhez. Az újabban kifejlesztett elemekben ezüst-oxidot, higany-oxidot vagy lítiumot használnak. Akkumulátorok és újratölthető elemek Az elektromos energia előállítására szolgáló ólomakkumulátor (1859) egy korai példája volt annak, hogy miként lehet egy ellenőrzött kémiai reakción alapuló eszközt kereskedelmi célra alkalmazni. Fejlesztését 1881-ben kezdték meg, és még ma is folyamatos fejlesztés, modernizálás alatt áll. Az ólomakkumulátor fokozatosan a domináns akkuvá vált az autóknál és a teherautóknál. A nikkel-kadmium újratölthető akkumulátort eredetileg 1899-ben készítették, de túl drága volt ahhoz, hogy a kereskedelemben versenyképes legyen. A legújabb fejlesztések a lítiumra összpontosítanak. Egy 1980-as évekbeli a lítium-ion elem használatára tett sikeres kísérlet után a lítium-ion elemek alkalmazása mindennapos a mobiltelefon- és laptop-akkumulátoroknál. Szén-cink szárazelem Újratölthető elemek

3 I. ENERGIAELLÁTÁS ÉS KÖZLEKEDÉS I. 3. Utak és hidak alapanyagai Beton Az 1950-es években az Egyesült Államok területén folyó nagyszámú közúti építkezés minősége erősen függött a felhasznált beton minőségétől. Az építkezéseken felhasznált cementet először 1824- ben állították elő. A vasbeton ősét 1867-ben szabadalmaztatta egy francia ezermester, Joseph Monier, virágedények készítésére. A vasbeton lassú megszilárdulása során egy komplex kémiai reakció játszódik le, mely során a folyékony anyag megtölti a durva és finom méretű részek, illetve az erősítő szálak közötti üres térrészeket. A vasbeton tartóssága és erőssége függ a cement gondosan ellenőrzött előállítási folyamatától és a különböző adalékanyagoktól, amiket a betonkeverékhez adnak, hogy csökkentsék a zsugorodás mértékét, és savállóvá tegyék a betont. Aszfalt Gazdaságossága és kedvező tulajdonságai miatt az aszfalt manapság egy népszerű útépítési anyag. A természetes eredetű aszfaltot 1595-ben fedezték fel, és 1902-ig használták az utak burkolására. A bitumen annak a feldolgozási folyamatnak a szilárd és félszilárd maradéka, amely során benzint állítanak elő kőolajból. Gyorsan helyettesítette a természetes eredetű aszfaltot a burkolásban. Manapság különböző szintetikus polimerekkel javítják a tartósságát és terhelhetőségét. A kiváló minőségű aszfalt ellenáll az időjárási viszonyoknak és az erős terhelésnek. Fémek és ötvözetek Az elsődleges hídépítési anyaggá az acél vált kis tömege, erőssége, ellenállósága, könnyű kezelhetősége és alacsony szerelési költségei miatt, valamint amiatt, hogy ellenálló a természeti katasztrófákkal, pl. földrengéssel szemben. Új, kiváló minőségű acélokat vezettek be az 1990-es években, melyek rozsdamentesek és rendkívül erősek. A hídépítésnél egy másik technológia, a galvanizálás az acél védelmére szolgál. Ekkor alumíniumot vagy cinket visznek fel a megtisztított acél felületére, melyen így egy ellenálló bevonat képződik, ami 30 évre szóló védelmet biztosít. Karbantartási és javítási technológiák Az úthálózatnak minden időjárási körülmény között, jelentős kopás nélkül meg kell maradnia hosszabb időtartamra. Az építési és karbantartási anyagok körében zajló fejlesztések lehetővé teszik a hosszabb időintervallumot a javítási munkálatok között. A cement, az aszfalt és az acél fontosak az utak élettartamának meghosszabbításában. Más vegyi anyagok és polimerek kötő- és adalékanyagként használatosak. Feladatuk, hogy javítsák az aszfaltutak minőségét. Például Európában a sztirol-butadién-sztirol kopolimer alkalmazásával egyre kevesebb kátyú és repedés képződik.