能源

化石燃料、替代能源、再生能源、永續能源

汽油(Gasoline–Ⅰ)

汽油(Gasoline–Ⅰ)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

汽油是由石油(petroleum)衍生出來的一種液態混合物,主要用途是當做內燃機的燃料,它的組成多為碳氫化合物,為了提高辛烷值,還會加入一些異辛烷或芳香烴:苯、甲苯等。

汽油是由原油重組產生的。經過原油依沸點高低分餾而分離的初步產物,約含有5〜12個碳的烴類混合物,尚未加入添加劑的汽油稱為virgin or straight-run gasoline。為了適用於現代的引擎結構,它必須加入一些物質,在美國,汽油的組成必須符合OSHA(Occupational Safety and Health Administration)的規定,MSDS (Material Safety Data Sheets)指出無鉛汽油包含了至少15種化學物質,如:體積組成:苯佔5%,甲苯佔35%,萘佔1%,三甲苯佔7%,甲基第三丁基醚佔18%等等。

液化石油氣(Liquified petroleum gas)

液化石油氣(Liquified petroleum gas)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

液化石油氣又稱為LPG(liquified petroleum gas),液化瓦斯(LP Gas)或自動瓦斯(autogas),它是碳氫化合物的氣體,用來當做燃料產生熱能,可由原油中或潮濕的天然氣中提煉產生。目前在能量的消耗比例上,液化石油氣大概佔3%。最早的液化石油氣是在1910年由Dr. Walter Snelling製造出來的,1912年開始在商業上量產。

市售的LPG主要的成分是丙烷(propane)和丁烷(butane),有時也含少量的丙烯(propylene)和丁烯(butylene),其中丙烷約佔60%,丁烷佔40%,這個比例隨著季節會稍有調整,冬天丙烷多些,夏天丁烷多些,另外為防範漏氣時可以察覺到,還會加入味道強烈的臭劑: CH3CH2SH (ethanethiol)。

柴油(Diesel)

柴油(Diesel)
國立中山大學董騰元教授責任編

柴油是一種燃料,適用於柴油引擎,柴油引擎可應用於於汽車、卡車、機車、船等交通工具上。柴油是由原油在200 °C到350 °C間分餾所製造出來的產物,它的化學組成主要是飽和的碳氫化合物(包含正、異、環狀)和芳香烴。不過,近年來的發展,柴油不再只是指由石油衍生,也可以是生質柴油(biodiesel)、BTL柴油、CTL柴油或是GTL柴油,傳統由石油衍生的柴油稱為石化柴油(petrodiesel)。

核分裂(Nuclear fission)

核分裂(Nuclear fission)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

核分裂就是一個較重的原子核分裂成較輕的原子核,同時伴隨著會產生中子和光子(γ-射線)。較重元素的分裂是一種放熱反應(exothermic reaction),大量的能量會以電磁波和分裂碎片的動能形式釋放出來。核分裂是一種元素的遷變(elemental transmutation),因為分裂後所生成的元素與原來的元素是不同的。

核分裂需以中子撞擊核燃料棒,然後產生連鎖反應( chain reaction),釋放出大量的能量,能量若能在控管下慢慢釋放出來,就可以好好應用於和平用途,如核能發電,但若不控管任其快速釋放出,就可能會產生難以收拾的危機,如核武。在相近的質量下,核燃料所產生的能量是化學燃料(如汽油、炸藥)的數百萬或數千萬倍,也因此核分裂被視為是一種十分重要的能量來源,不過它的分裂產物還有放射性,所以核廢料的儲存處理和核武不斷擴展的兩個議題,就經常被人們討論著,也因此有人不鼓勵一直發展核能。

石油的化學組成

石油的化學組成 (Consistence)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

石油的組成很複雜,它的主要成份是碳氫化合物的混合體,碳氫化合物又稱為「烴」,其中較常見的是烷類(包含直鏈或分支)、環烷、芳香烴等。烷類就是石臘烴,飽和的碳氫化合物,通式為CnH2n+2,n值一般約在5〜40左右。

由原油提煉出的汽油(gasoline),主要成份是戊烷pentane(C5H12)到辛烷octane(C8H18),柴油(diesel fuel)和煤油(kerosene)是壬烷nonane(C9H20)到十六烷hexadecane(C16H34),十六烷以上就是
燃料油(fuel oil)和潤滑油(lubricating oil),石臘(paraffin wax)的碳數更高,約有25個碳,瀝青(asphalt)則高達35個碳以上,這些物質也常常再經由裂煉(crack)重組成更有實用價值的產品。

石油(Petroleum)

石油(Petroleum)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

石油的原義是岩油(Rock Oil),petroleum這個名稱第一次被使用,是在1556年由著名的德國礦物學家Georg Bauer在一篇公開的論文中提起。石油是地球上在岩層間上自然行成的一種可燃燒的液體,它是混合著不同分子量的有機物,主要成份是碳與氫。我們通常將這種未加提煉前的液態石油,泛稱為「原油」(Crude Oil)。

原油中,主要的碳氫化合物是烷類、環烷類和芳香類,同時也有其他含氮、氧、硫和少量金屬元素-如鐵、鎳、銅、釩的有機物。組成比例大約如下:
元素 碳 氫 氮 氧 硫 金屬元素
比例 83-87% 10-14% 0.1-2% 0.1-1.5% 0.5-6% <1000ppm

天然氣(Natural gas)

天然氣(Natural gas)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

天然氣是石化燃料,它常伴隨著原油油田被發現,也可能存在於單獨的天然氣產源或存在於煤床中。如果甲烷不是由石化燃料所產生的,而是由厭氧菌的醱酵作用所產生,此種氣體稱為生質氣體(biogas)。生質氣體的來源範圍很廣,像沼澤、溼地、廢渣填埋處、污水、軟泥、肥料、牛的腸胃中皆可因厭氧菌的存在而產生。

天然氣主要的組成是甲烷,一些乙烷、丙烷、丁烷等和少量的CO2, N2, H2S等,其大致的比例如下:
組成 甲烷 乙烷 丙烷、丁烷 CO2, N2, H2S等
重量百分比 70-90 5-15 < 5 少量

能源(Energy)

能源(Energy)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

能源是能量的資源,是維持萬物生存的動力來源。它包含了太陽能、海洋能、風能、地熱能、水力能、核能、生質能和所有的燃料等。

依能源的使用是否能從自然界中再次得到補充,又可分為的再生能源和不可再生。再生能源是可以不斷的再生和得到補充,如:太陽能、海洋能、風能、地熱能、水力能、生質能。而化石燃料是古代的動植物殘骸,經過地球內部高溫與高壓作用數億年所形成,這些儲存有限的化石燃料,用完就無法再補充,所以是不可再生的能源。

核能

核能 (nuclear energy)
國立中山大學董騰元教授責任編輯

核能就是儲存在原子核內的位能,進行核反應時此能量就可以釋放出來。核能分為核分裂 (nuclear fission) 和核融合 (nuclear fusion) 兩種。核分裂是較重的元素:如鈾、鈽等,受到中子撞擊後分裂,進行連鎖反應,分裂時發生部份的質量損失,並放出大量能量,如: 92235U+01n→56141Ba+3692Kr+301n+能量,核分裂可用於核能發電、放射性同位素及製造原子彈。

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