Какое топливо имеет наибольший тепловой коэффициент: виды горючих веществ

При выборе топлива важно обращать внимание на его теплотворную способность. Этот показатель называется тепловым коэффициентом и определяет, сколько энергии можно получить из единицы массы или объема топлива.

Что такое тепловой коэффициент и зачем он нужен?

Тепловой коэффициент показывает, сколько теплоты выделяется при полном сжигании единицы массы или объема топлива. Обычно это выражается в единицах энергии на единицу массы, например, килоджоулях на килограмм (кДж/кг) или килокалориях на килограмм (ккал/кг).

Знание теплового коэффициента важно при подборе топлива для различных энергетических установок. Чем выше этот показатель, тем больше энергии можно получить из данного вида топлива при прочих равных условиях.

Какое топливо имеет наибольший тепловой коэффициент?

Самым высоким тепловым коэффициентом обладает ядерное топливо, используемое в ядерных реакторах. При делении ядер урана или плутония выделяется колоссальное количество энергии - десятки миллионов кДж на килограмм топлива.

На втором месте по теплотворной способности стоит водород. При окислении водорода кислородом воздуха или чистым кислородом в топливных элементах выделяется около 120 000 кДж на килограмм водорода.

Водород часто называют топливом будущего, так как его можно производить из воды, а продуктами сжигания являются только вода и тепло.

Достаточно высок тепловой коэффициент у природного газа - порядка 55 000 кДж/кг. Это обуславливает его широкое использование в энергетике и промышленности.

Стоит также упомянуть дрова с теплотворной способностью около 13 000-17 000 кДж/кг в зависимости от породы дерева. Несмотря на относительно невысокий коэффициент по сравнению с газом и нефтепродуктами, дрова до сих пор остаются распространенным твердым топливом для отопления в частном секторе.

Факторы, влияющие на теплотворную способность топлива

На тепловой коэффициент топлива влияет целый ряд факторов:

• Химический состав и структура молекул.
• Наличие и количество примесей.
• Агрегатное состояние (газ, жидкость, твердое).
• Технология переработки и очистки.

Как правило, чем выше доля горючих элементов (углерода и водорода) и чем меньше балластных примесей, тем выше теплотворный потенциал топлива. Также на коэффициент влияет и агрегатное состояние:

Это связано с разной плотностью и особенностями структуры молекул. Например, метан в газообразном состоянии имеет теплоту сгорания 50 МДж/кг, а в твердом состоянии (метан гидрат) - только 15 МДж/кг.

Разновидности жидких углеводородных топлив

Среди жидких углеводородных топлив, получаемых из нефти, можно выделить несколько основных видов:

• Бензин - используется как моторное топливо, имеет высокий тепловой коэффициент порядка 44 000 кДж/кг.
• Дизельное топливо - применяется в дизельных двигателях, теплотворная способность 42 500 кДж/кг.
• Керосин - топливо для реактивных двигателей, тепловой коэффициент около 43 000 кДж/кг.
• Мазут - используется для получения тепла и электроэнергии, обладает теплотой сгорания порядка 40 500 кДж/кг.

Из данного перечня наибольший тепловой коэффициент имеет бензин. Это обуславливает его широкое применение в качестве эффективного моторного топлива.

Теплотворность твердых видов топлива

Среди твердых горючих ископаемых можно выделить следующие основные разновидности:

• Каменный уголь - теплотворная способность в среднем 26 000 кДж/кг.
• Бурый уголь - тепловой коэффициент порядка 17 500 кДж/кг.
• Торф - около 13 000 кДж/кг.
• Дрова - в среднем 15 000 кДж/кг в зависимости от породы дерева.

Таким образом, наибольший тепловой коэффициент среди твердых видов топлива имеет каменный уголь. Это объясняет его широкое использование в промышленных масштабах для выработки тепла и электроэнергии.

Влияние технологии переработки на теплотворную способность

На тепловой коэффициент топлива существенно влияют применяемые технологии его переработки и очистки от примесей. Например, сырая нефть после извлечения из недр имеет теплоту сгорания порядка 42 000 кДж/кг. После переработки с применением крекинга, риформинга и других процессов этот показатель для бензина может повыситься до 44 000 кДж/кг и выше.

Аналогично обогащение угля, его сортировка и классификация по качеству позволяют получить продукцию с более высоким тепловым коэффициентом по сравнению с исходным сырьем. Так, энергетический уголь марки Д имеет теплоту сгорания 29 500 кДж/кг против 17 500 кДж/кг у бурого необогащенного угля.

Сравнение топлив по удельной теплоте сгорания

Для наглядного сравнения теплотворной способности разных видов топлива можно привести следующую сводную таблицу:

Их этих данных видно, какое топливо имеет наибольший тепловой коэффициент. Ответ - ядерное топливо. За ним с большим отрывом следует водород. Стоит отметить высокие показатели у газообразных и жидких углеводородов.

Влияние использования топлива на экологию

Применение различных видов топлива оказывает тот или иной уровень воздействия на окружающую среду. Это связано как с процессом добычи и транспортировки топлива, так и с его последующим сжиганием.

Экологические последствия добычи топлива

Добыча органических видов топлива (уголь, нефть, газ) нередко сопровождается нарушением почвенного слоя, изменением ландшафтов, загрязнением грунтовых вод. При авариях на шахтах и скважинах возможны разливы нефтепродуктов.

Для ядерного топлива характерны риски радиационного заражения местности.

Вредные выбросы при сжигании топлива

При сжигании органических видов топлива в атмосферу поступает целый "букет" вредных веществ: оксиды серы и азота, летучие органические соединения, твердые частицы сажи и золы. Это приводит к кислотным дождям, парниковому эффекту и смогам.

Особую опасность представляет сжигание ядерного топлива на АЭС. При авариях возможен выброс радионуклидов, заражение обширных территорий.