Употреба на јаглен како извор на енергија

1. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.1. Извори на енергија Употреба на јаглен како извор на енергија Јагленот станал основен извор на енергија во периодот на индустриската револуција и му го презел приматот на дрвото. (Во САД тоа се случило во 1890-тите.) Првата централа на јаглен била изградена во 1882; таа создавала пареа што го движи генераторот на електрична струја. Во 1884 Чарлс Парсонс ја усовршил парната машина и таа постигала голема брзина. До 1920-тите се минало на користење спрашен јаглен, со што се зголемила ефикасноста и согорувањето се вршело со помалку воздух. Во 1940 со конструирање на циклонско ложиште, било овозможено да се користат понеквалитетни јаглени и да се создава помалку пепел. Во поново време хемиската технологија овозможила согорување на отпаден материјал од ископувањето јаглен, со што се добива повеќе енергија, а животната средина помалку се загрозува. Charles Parsons Парна турбина на Parsons (1907) Наоѓање нафта и производство на бензин Во 1901 во Spindletop, Тексас било откриено богато наоѓалиште на нафта. Истовремено и автомобилите почнале нагло да се усовршу-ваат и користат. Со тоа бензинот почнал да му конкурира на јагленот како најважно гориво, а во 1951 и го надминал. Техно-лошката постапка на рафинирање на суровата нафта и издвојување одделни хемиски фракции континуирано се усовршувала; од едно-ставно дестилирање под атмосферски притисок се минало на дестилирање под смален притисок, потоа на термички крекинг и нај-после на крекинг со користење катализатори. Хемијата е заслужна за извлекување на нафтата бидејќи овозможила користење на: дија-мантски круни за дупчење, исплака (суспензии за дупчење) и екстракција на нафта од шкрилци со помош на смеса од хемикалии и пареа. При секундарното извлекување во земјата се пумпа јагле-роден диоксид под висок притисок или водни раствори Нуклеарна енергија Во 1942 бил направен првиот нуклеарен реактор и тоа за воени потреби. Користењето нуклеарна технологија за мирнодопски цели, (производството на електрична енергија), почнало во 1951 со програмата Атоми за мир на претседателот на САД Ајзенхауер. Хемијата повеќекратно е застапена во искористувањето на нукле-арната енергија и тоа при добивањето радиоактивен материјал - гориво во реакторот и прачки со кои се регулира зафаќањето неутрони и се држи под контрола фисијата. Исто така застапена е и при преработката на отпадното гориво и третманот на отпадот за заштита на животната средина, како и при намалување на штет-ното дејство од изложување на зрачењето. Атоми за мир, не за војна Алтернативни извори на енергија Еколошките методи за добивање електрична енергија од ветар, бранови и геотермална енергија учествуваат со околу 1% во вкупно добиената енергија во светот, но поради економичноста и достапноста стануваат сè поважни. Со помош на хемијата се развиени бројни производи за вакво генерирање струја ‡ фото-волтаични и термички колектори, елиси за ветерници од лесни јаглеродни влакна, бетонски и метални турбини за хидроелектрани и материјали отпорни на корозија при користење на геотермалните води.

2. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.2. Хемиски извори на струја (стационарни и преносни акумулатори/батерии) Батерии за еднократна употреба Хемиските извори на струја ги навестил Алесандро Волта на крајот на 1700-тите. Со помош на хемијата акумулаторите и батериите натаму биле усовршувани. Во 1890 била конструирана сува батерија јаглен-цинк, со усовршување на претходната мокра батерија на Leclanché. Таа се користела и сè уште се користи во рачните светилки. Во 1949 била иновирана алкална паста за оваа батерија, со што & се продолжи векот на траење, а се овозможи и минијатуризирање. Алкални батерии се применуваат во многу портабл електрон-ските направи и камери. Во меѓувреме се направени и батерии што користат сребрен оксид, живин оксид или литиум. Сува батерија јаглен-цинк Акумулатори (батерии за повеќекратна употреба) Во 1859 бил создаден оловен акумулатор, прв комер-цијален производ во кој се добива електрична струја со контролирано одвивање на хемиска реакција. Тој бил усовршуван во 1881 и натаму, така што и денес е нај-често користен извор на струја за автомобилите и ка-мионите. Акумулаторот никел-кадмиум бил создаден во 1899, но бил прескап за комерцијална употреба. Во поново време вниманието му е посветено на литиумот. Откако во 1980-тите не било успеано тој како метал да се користи во батериите, успех бил постигнат со литиум како јон. Тие батериите денес масовно се користат во мобилните телефони и лаптоп-компјутерите. Акумулатори (батерии за повеќекратна употреба)

3. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.3. Материјали за патишта и мостови Бетон Изградбата на магистрални патишта во 1950-тите во САД нагла-сено зависи од јакоста и издржливоста на бетонот вграден во па-тиштата и во мостовите. Портланд цементот, првпат бил добиен во 1824, а во 1877 Французинот Joseph Monier го патентирал ар-мираниот бетон. При стареењето бетонот зацврснува преку сложени хемиски реакции во кои пастата цемент ги пополнува празнините меѓу зрната песок/чакал и арматурата. Јакоста и издржливоста на готовиот бетон зависат од условите на под-готвување. Со помош на хемикалии додадени во смесата на бетонската маса може да се намали собирањето при врзувањето, како и да се подобри отпорноста на корозија. Асфалт Поради добрите својства и прифатливата цена асфалтот е ценет материјал во градежништвото. Природниот асфалт бил откриен во 1595, но дури во 1902 измешан со катран од јагленот почнал да се користи за патишта. Битуменот е наполно или делумно цврст материјал што останува при рафинирањето на нафтата. Тој многу брзо го истиснал природниот асфалт од патиштата. Во поново време се додаваат и синтетски полимери, за да се подобрат својствата и трајноста на асфалтот. Уште подобри ефекти се постигаат со изумот Superpave, асфалтен слој со супериорни својства и врвен квалитет и издржливост на товари и неповолни временски услови. Метали и легури Челикот е лесен, цврст, издржлив, лесно се изработува и одржува, издржува природни катастрофи (на пр. Земјо-треси), се вградува релативно евтино и затоа е основен конструкциски материјал за мостови. Во 1990-тите се воведени нови квалитетни челици со врвна јакост и мак-симална отпорност на корозија. Ефикасна постапка за заштита на челикот во мостовите е метализирањето, при што алуминиум или цинк се напрскуваат врз исчистена и подготвена површина на челикот и се добива тенок слој што 30 години штити од корозија. Одржување и поправање на патиштата Патиштата мораат долг период и при секакви временски услови да издржат без поголеми оштетувања. Со иновациите во материјалите за градење и одржување постигнато е патиштата да траат сè подолго. Лепилата и заптивните материјали за бетон, асфалт и челик се важни за продолжување на животот на патиштата. Други хемиски или полимерни производи се додаваат во врзивата за да го подобрат квалитетот на асфалтните патишта. На пример, со стирен-бутадиен-стирен се намалу-ва појавата на прснатини во асфалтот.

4. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.4. Петрохемиски горива Добивање бензин од сурова нафта За да се подобри извлекувањето бензин од суровата нафта од 1913 при рафинирањето се применува термички крекинг - постапка за раскинување на големите молекули (од тешките фракции на нафтата) до помали молекули, од кои се состои бензинот. Бидејќи на високи температури се создаваат и непожелни компоненти, од 1928 се применува дестилирање во вакуум, кое се одвива на пониски температури. Во 1936/37 Eugene Houdry со помош на инертен катализатор открил и вовел постапка за т.н. каталитички крекинг, која внела револуционерни промени во процесот на рафинирање на бензините. Рафинерија за нафта Адитиви во горивата Моторите во првите автомобили детонирале при употреба на неквалитетен бензин. Во 1921 почнало во бензинот да се додава тетраетилолово, па моторите работеле мирно и без бучава. Во 1926 била воведена ознаката број на октани со која се мери квалитетот на бензинот (толерантност на компресија). Поради загадување на околината во 1970-тите престанува користењето на адитиви што содржат олово. Денес во бензините се додаваат мали количества хемикалии (алкохоли и етери) за подигање на октанскиот број, метални деактиватори за подобрување на функцијата на бензинот и детергенти за намалување на триењето и абењето, со што се продолжува векот на моторот. Во подрачјата со специфична клима во горивата се додаваат сезонски хемиски адитиви, на пример метанол со кој се спречува замрзнување на доводот на гориво. Каталитички конвертори Во 1975 биле воведени двостепени каталитички конвер-тори, со кои се намалува емисијата на јаглеродмоноксид и на јаглеводороди во издувните гасови. Наскоро бил воведен и трет степен на конверзија, со кој се намалило емитирањето азотни оксиди со издувните гасови. Ката-литичките конвертори (познати како “катализатори”) функционираат така што предизвикуваат одвивање на низа хемиски реакции врз метален катализатор (обично платина): оксидите на азотот се распаѓаат на азот и на кислород; јаглеродмоноксидот се оксидира до јаглерод-диоксид; несогорените јаглеводороди согоруваат до во-да и јаглероддиоксид. Типична локација на каталитичкиот конвертор Експандирачка спојка што обезбедува херметичност на садот со монолит Куќиште од не'рѓосувачки челик Керамички монолит, носач на катализатор од благороден метал Ламбда-сонда за мерење кислород во издувните гасови Тристепен каталитички конвертор Слој катализатор од благороден метал Премаз (меѓуслој) Керамичка подлога

5. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.5. Моторни возила Современи материјали за подобрен изглед, удобност и безбедност Во поглед на дизајнот, удобноста и безбедноста на патни-ците, автомобилите во XXI век многу малку прилегаат на нивните претходници. Светилките во фаровите со интен-зивно празнење овозможуваат максимално осветлување ноќе. Корозијата е драстично намалена со примена на спе-цијални премази и материјали. Хемикалии за ладење цирку-лираат во затворен систем. Безбедносни стакла за автомо-билите биле изумени уште во 1914. Денес стаклата се пре-мачкуваат и со специјални премази со кои се намалува масата и се изолира од надворешната бучава, а истовреме-но се штити од заслепување и од ултравиолетовото зраче-ње. За подобра безбедност се воведени појаси за врзување (од 1960-тите) изработени од полимерни влакна, како и воз-душни перничиња (од 1966). Пластични компоненти Со помош на достигањата на хемијата, со премин од метали на пластика и на други супериорни материјали, овозможено е намалување на масата на автомобилите. По Втората светска војна производителите на автомобили за изработка на цврсти делови почнале да користат синтетични полимери (добиени од петрохемиски суровини), бидејќи ја поседуваат потребната тврдост, стабилност и друго. По енергетската криза во 1970-тите, за да се заштеди гориво, почнало да се бараат полесни замени за металните компоненти. Се вовело користење сло-жени делови за каросерија добиени со леење во калапи, бра-ници од термопластични материјали, полипропиленски влак-на што лесно се бојат (colorfast) и се UV-стабилни, како и спе-цијални бои, премази и лепила. Полипропиленски влакна Технологија за производство на гуми Производи од природна гума се прават уште од почетокот на 1800-тите, но не биле практични бидејќи на топло омекнувале, а на ладно станувале крути. Американскиот иноватор Charles Goodyear во 1839 развил процес за вулканизирање на природ-ната гума, при што незаситените двојни врски ги поврзал со сулфур. Овој процес се користи и денес, но со други хемиски акцелератори и стабилизатори. Од 1945 комерцијално се про-изведува синтетична гума. Побарувачката растела, па биле воведени и други усовршувања како што се внатрешна гума со која се заменети полните гуми, армирање со природни или синтетични ткаенини за подобра јакост, адитиви за намалено абење на гумите и гуми без внатрешна гума (tubeless).

6. I. ЕНЕРГИЈА И ТРАНСПОРТ I.6. Аеронаутика Балони со врел воздух Во 1783 човекот за прв пат полетал во балон со врел воздух добиен од отворен горилник. Натаму следеле бројни иновации. Врелиот воздух наскоро бил заменет со водород, со кој полесно се ракува. Летањето со балони станало популарен спорт ‡ само во САД има повеќе од 5.000 пилоти на балони со врел воздух. Хемијата е заслужна за овој вид транспорт со изумите како што се ткаенини од најлон (трајни, евтини и огноотпорни) и користењето на течен пропан за погон на леталото. Хелиум И покрај тоа што балоните полни со водород имаат цврсто те-ло, големата запаливост на водородот е перманентна закана за сигурноста, како во случајот на балонот Хинденбург кој се запалил во 1937 година, Во 1905 во извор на гас во Канзас двајца хемичари откриле големи количества хелиум, инертен гас. За време на Првата светска војна со помош на хемиската технологија се добивале, се чувале и се транспортирале голе-ми количества хелиум, а во Втората светска војна балони со хелиум безбедно ги придружувале и снабдувале трупите, бро-довите и подморниците. Во 1950-тите хелиумот бил користен како заштитна атмосфера при заварување на ракети, но и како пропелант кој го потиснува ракетното гориво кон моторот. Катастрофата на Хинденбург (1937) Ракетни горива Од првите пробни ракети лансирани во 1920-тите и комуни-кациските сателити во 1950-тите, па сè до повеќекратното ле-тало Space Shuttle во 1980-тите, продорот на човекот во все-лената е воодушевувачки инженерски потфат. Успешноста на патувањето во вселената зависи од ракетите што овозможуваат постигање брзини со кои се совладува гравитацијата на Земјата. Првата ракета, лансирана во 1926, користела течен бензин како гориво и течен кислород како оксиданс. Натаму биле користени различни видови горива и оксиданси, во цврста или течна состој-ба. Вселенскиот брод Space Shuttle користи течен водород како гориво, но моторите за лансирање користат цврсто гориво од алуминиум и амониумперхлорат како оксиданс/биндер. Конструкциски материјали за авиони и ракети Како што напредувале материјалите за правење авиони (од дрво и ткаенини па сè до софистицирани инженерски материјали), хемис-ката технологија создавала материјали со потребните својства за секоја намена. За авионите се развиени легури на алуминиумот и титанот кои се лесни, но истовремено се и издржливи, стабилни на високи температури и отпорни на корозија. Поради екстремните услови на кои се изложени, материјалите за ракети треба да за-доволат посебни барања. Пример се специјалните покривни плочи на ударни места на вселенското летало Space Shuttle (1980-тите) што при враќањето го штитат од високи температури при навле-гувањето во атмосферата. Откако бил испитуван егзотичен компо-зитен материјал со циркониум, сепак за плочите биле избрани сили-циумдиоксидни влакна добиени од обичен песок.