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自然能源與人類能源 製作人員：蔡詠倫、毛詩樺聯絡信箱：yungluen@mail2000.com.tw plmokktw@yahoo.com.tw

大綱 • 能的形式可以互相轉換，但是能量用不消失。然而能若未經妥善利用而任其散逸（如燃燒時所產生的熱，則將無法再被利用。很遺憾的，目前人類仍無法有效利用能源，其中絕大部分能源只是被當作燃料燃燒。 • 目前我們所使用的能源中，部分經由人為加工或改良的。但是絕大部分則來自於古代生物有關的化石能源或稱化石燃料。此外，我們也需要食物提供能量以維持正常生理運作。

人類所需的基本能量---食物 • 生物體是需要能量的，人體也不例外，根據統計一個成年人每天需要數仟卡的熱量始能維持基本生理機能的正常運作。 • 食物對生物體的重要性，可概括分為三點：第一，提供細胞生長與修補所需物質（如胺基酸）；第二，提供生理所需物質（如礦物質）以為持正常生機能運作；第三，提供足夠熱量以維持生理機能能於恆溫下正常運作。 • 食物提供方式與焦炭燃燒極為類似，此類的反應我們統稱氧化反應。當食物中養分（如葡萄糖）在酵素的催化下與氧氣進行反應時，所含的能量可藉由熱的形式釋放出來。

化石燃料 • 化石燃料的成因，可以追溯到千萬年前活動在地球上的古生物，這些生物死亡後，其遺骸經泥沙掩埋沉積，以及長期細菌高溫高壓作用，逐漸分解並衍化為今日所謂的化石燃料。科學家相信固態化石燃料中的煤，主要是由古代植物所演化而成，而石油則主要是來自動物遺骸。至於動植物遺骸分解時所產生的揮發性物質（如小分子碳氫化合物）便是天然氣。

煤 • 植物的主要成分是碳水化合物，因此百分之九十以上的重量都來自碳、氫和氧三種元素（化學上他們代表的符號分別是C、H和O。植物被埋在地下後，經細菌分解，慢慢地放出二氧化碳（CO2）、水（H2O），和甲烷（CH4）等氣體，使碳在煤的重量比例上越便越高，這種變化叫煤化。依照碳含量的多或少，煤可分成不同等級。含碳較少的煤，如褐媒（碳含量約為百分之五十）、次煙煤和煙煤，所含的雜質較多，燒起來有煙塵，容易造成空氣污染。相形之下，無煙煤（含碳量在百分之九十以上）可以算是較乾淨的煤了。

煤的氣化與液化 • 煤的氣化與碳化（乾餾）不同。碳化主要是靠隔絕空氣加熱，而煤的氣化則是在高溫中通入適量空氣及水蒸氣，使之產生水煤氣（water gas，又稱合成天然氣（synthesis gas））。這些氣化產物不警可做為燃料，也是重要化學原料。煤除了可已經由氣化以製造甲烷或水煤氣外，也可再經由液化製造合成汽油。然而，不論煤的氣化或液化都均冒耗費大量能源因此煤的氣化或液化產品的製造成本極高，只有在煤產量充沛的地區才具經濟效益。

煤的開採 • 絕大部分的煤礦都埋在地下，因此開採煤礦是件工程浩大的工程，需要用很大的人力和物力。開採的方式大致上可分為地面和地下兩種。 • 地面法是一種用於埋藏較淺，而且儲存量大的煤礦。這種方法是用巨大的剷土機，把蓋在煤層上的地面挖掉，於是暴露出的煤礦就很容易開採了。 • 與地面法相比，地下法開採方式就較為麻煩了。這種需要用垂直或傾斜的坑道，將工人送入地下的煤層，進行挖掘工作。礦場常很潮濕，需要有良好的通風和排水設施，因此地下法地下法是開採深層煤礦不得以的辦法。

石油 • 石油（petroleum）是屬於黏稠性的液態能源，因此在開採或利用上，均比煤來的便利。石油（也稱原油）的成分極為複雜，含有上千種的碳氫化合物以及不定比例的氧、氮與硫的化合物。這些比例的比率，也隨這產地不同而有所差異。石油和煤相似，也是來自古時候生物。

石油的分餾 • 在高雄和桃園的中國石油公司的煉油廠我們可以看到許多高大的圓柱，那就是蒸餾塔。塔底有爐火佳溫，溫度越高，而越往塔頂溫度越低。石油中分子較小的成分，被塔底高溫蒸發，於是往塔頂跑。分子越小的跑得越高，因此不同大小的石油成分，可以從蒸餾塔的不同高度收集，然後財運到需要的地方使用。 ↑按圖放大

沸點不同的石油在常溫下的石油用途也不一。在常溫下氣體是小分子叫做瓦斯適合當燒菜、煮水的家庭燃料。介於室溫和攝氏200oC間的可以當汽油或做化學原料來製造用途大的塑膠和人造纖維；沸點在高一些的，可以當柴油車和工廠鍋爐燃料，或作汽機車潤滑劑，至於沒辦法蒸發的物質，稱作柏油，可用來鋪路。沸點不同的石油在常溫下的石油用途也不一。在常溫下氣體是小分子叫做瓦斯適合當燒菜、煮水的家庭燃料。介於室溫和攝氏200oC間的可以當汽油或做化學原料來製造用途大的塑膠和人造纖維；沸點在高一些的，可以當柴油車和工廠鍋爐燃料，或作汽機車潤滑劑，至於沒辦法蒸發的物質，稱作柏油，可用來鋪路。 ↑按圖放大

天然氣 • 天然氣（natur gas）係古生物遺骸長期沉積地下，經慢慢轉化及變質裂解而產生之氣態碳氫化合物，具可燃性，多在礦區開採原油時伴隨而出。其中甲烷，約佔60%至90%，隨產地不同期組成的比例也有所差異。

汽油與辛烷值 • 汽油（gasoline）是石油分餾產品之一，沸點範圍約在30oC ~ 200oC，正辛烷（n- octane）是主要成分之一。不過一般俗稱汽油，並非完全是汽油的分餾物，有石油裂解、汽油重組或是人工合成的產品。由於正辛烷在汽缸內燃爆不易掌控，且易在汽缸內壁造成震爆現象(knocking)，不僅減低引擎效率，更可能造成汽缸壁過熱或是活塞損裂，因此，正辛烷並不適合作為內燃機的燃料。相反地，異辛烷(isooctane)卻可順利推動內燃機運轉，因此，目前汽油的品級均以異辛烷作為比較標準，這一標準，就是所謂的辛烷值(octane number)。

辛烷值的訂定是以含100%正庚烷(n-heptane)的汽油作為零，而以含100%異辛烷的汽油作為一百。根據此一標準，油品的抗震性質若與含95%異辛院與5%正庚烷的汽油相似，則稱作95汽油；同樣地，如果與含92%異辛院與8%正庚烷汽油相似，則稱為92汽油。辛烷值的訂定是以含100%正庚烷(n-heptane)的汽油作為零，而以含100%異辛烷的汽油作為一百。根據此一標準，油品的抗震性質若與含95%異辛院與5%正庚烷的汽油相似，則稱作95汽油；同樣地，如果與含92%異辛院與8%正庚烷汽油相似，則稱為92汽油。 ↑內燃機內汽油燃爆示意圖

此外，也可藉由添加劑以提高油品辛烷值，這便是俗稱的含鉛汽油。值得注意的是，含鉛汽油中的鉛可隨著汽油廢氣散播到空氣與四周環境，不僅造成空氣汙染，更可對人體或生態環境造成危害。醫學報導已證實，過量鉛可引起兒童腎臟病變，或是終身學習不良。目前，大多數汽機車都裝設有觸媒轉化器以減少一氧化碳、氮氧化物或是碳氫化合物的排放量。

一般燃料的燃燒熱 依照上表來看氫氣有可能在未來成為新的燃料

本教材到此結束感謝您的欣賞。 • 本教材有些資料參考龍版騰高中化學基礎化學

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