- Millised ained sobivad kütusteks?
- Mis ained tekivad põlemisreaktsiooni käigus?
- Millised kütused põlevad leegiga, millised mitte?
Erinevad küttepuud
Küttepuid ostes tuleb silmas pidada, et erinevate puude kütteväärtus on erinev. Kõige paremad on kask ja saar. Näiteks kui ühel kütmiskorral kulub halli leppa korvitäis, siis saarepuud läheb sama soojakoguse saamiseks pool korvi.
Veel on väga oluline küttepuu niiskustase, see ei tohiks ületada 20 protsenti. Ahju ei tohi kütta pooltoore puiduga, sest nii ei lähe tuba soojaks ja pealegi tekib palju tahma, mis rikub küttekollet ja korstent.
Kütused
Kütusena võib kasutada igasuguseid ühendeid, mille koostises on mõni võrdlemisi madala oksüdatsiooniastmega element, mis võib kergesti üle minna kõrgemale oksüdatsiooniastmele. Sellised ained põlevad enamasti õhuhapniku toimel, eraldades soojusenergiat. Kõige käepärasemad neist on süsinikuühendid, eelkõige madalama oksüdatsiooniastmega (süsiniku maksimaalne o-a on IV, minimaalne aga –IV).
Molekuli suurusest ja ehitusest olenevalt võivad süsinikuühendid olla gaasilised, vedelad või tahked.
Taastuvad ja taastumatud energiaallikad
Taastumatud kütused (nafta, maagaas, kivisüsi jt) on tekkinud miljonite aastate jooksul organismide jäänustest. Selliseid kütuseid on mugav energiaallikana kasutada, kuid kuna need taastuvad väga aeglaselt, väheneb nende varu kiiresti. Taastuvad kütused (puit, taimeõli) tekivad aastate ja kümnete aastatega, seega on neid võimalik suhteliselt kiiresti toota ning neid on ka järjest enam kasutama hakatud.
Gaasilised, vedelad ja tahked kütused
Gaasilisi kütuseid on kõige mugavam kasutada. Gaas põleb täielikult (ei teki tahma). Leegi suurust ja õhu juurdevoolu saab hästi reguleerida (uuri gaasipõletit või gaasipliiti).
Ka vedelkütuseid on mugav kasutada. Enamasti need pihustatakse või aurustatakse vahetult enne põletamist; nii on nad peaaegu sama head kui gaasilised kütused ning põlevad peaaegu täielikult.
Nii gaasilised kui ka vedelad kütused koosnevad peamiselt põlevatest ainetest, mittepõlevaid tahkeid lisandeid nad peaaegu ei sisalda. Mõlemat kütuseliiki on väga lihtne torujuhtmete kaudu transportida.
Tahkete kütustega on lugu halvem. Tükilise tahke kütuse põlemisel ei pääse õhuhapnik põlevale ainele hästi ligi ja põlemine pole täielik. Raskem on reguleerida leegi suurust ja temperatuuri. Pealegi sisaldavad tahked kütused erinevalt gaasilistest ja vedelatest alati anorgaanilisi mittepõlevaid lisandeid. Põlemisel tekib mineraalsetest lisanditest tuhk, mis takistab edasist põlemist. Sellepärast on tahke kütuse põletamise ahjud varustatud tuharestide ja muude seadmetega, et tuhk variseks põlemata kütusest allapoole.
- Piiritus
- Metaan
- Kivisüsi
- Puit
- Maagaas
- Bensiin
- Turvas
- Diislikütus
Põlemine ja leek
Põlemiseks nimetatakse kiiresti kulgevat oksüdatsiooni, milles eraldub palju soojust ja enamasti ka valgust.
Põlemisel on oksüdeerijaks tavaliselt hapnik ja põlemise saadused on sel juhul põleva aine koostisse kuuluvate elementide oksiidid. Tavaliste kütuste põlemissaadused on CO2 ja H2O. Põlemine võib mõnikord toimuda leegita. Näiteks kui süsi või puuvillane riie hõõgub, siis ta tegelikult põleb (eraldub palju soojust, ent natuke ka valgust).
Sageli kulgeb põlemine leegiga. Leek tekib ainult siis, kui põlevad mingid gaasid või aurud. Näiteks põleb gaasiline või vedel kütus alati leegiga (vedelkütus aurustub põlemisel pidevalt). Ka tahke kütus võib põlemisel sulada ja seejärel aurustuda, nagu näiteks parafiin, mis põleb küünlaleegis. Küünlas ei põlegi peamiselt mitte taht, vaid tahti mööda üles tõusev ja aurustuv parafiin.
Leegiga põlemine
Paljude ainete põlemisel toimub korraga kaks protsessi: põlemine ja põlevate ainete lagunemine, selle käigus tekib väiksema molekuliga ja kergemini aurustuvaid ühendeid. Sellepärast põleb ka puit leegiga, kuigi puidu enese koostises lenduvaid aineid peaaegu ei ole.
Leek koosneb tavaliselt kolmest osast. Alumises ja sisemises osas (1) on temperatuur madal (alla 500 °C), seal ei ole eralduvad gaasilised ained jõudnud veel süttida. Keskmises osas (2) on põlemine osaline, sest õhuhapnikku ei pääse sinna küllaldaselt. Osalisel põlemisel tekivad söekübemekesed, mis muudavad leegi kollakaks ja valgust kiirgavaks. Välimises osas (3) on leegi temperatuur kõige kõrgem (üle 1000 °C). Siin toimub täielik põlemine, sest hapnik pääseb hästi ligi.
Kui kütuse koostises on suhteliselt palju süsinikku, võib osa sellest põlemata jääda. Siis leek tahmab.
Kütteväärtus
Kütteväärtus näitab, kui palju soojusenergiat annab kindel kogus (näiteks 1 kg) kütust täielikul põlemisel.
Tavaliselt põletataksegi kütuse täpselt kaalutud proov hapnikus ja määratakse eraldunud soojushulk. Vedelate ja tahkete kütuste kütteväärtus avaldatakse ühikuna MJ/kg, gaasiliste kütuste oma tavaliselt MJ/m3.
Kuna kütuse põlemine on oksüdatsioonireaktsioon, oleneb kütuste kütteväärtus oluliselt vesinikusisaldusest ja peamise oksüdeeruva elemendi (tavalistes kütustes süsiniku) oksüdatsiooniastmest. Mida madalam on oksüdatsiooniaste ja mida suurem on vesiniku sisaldus, seda rohkem eraldub kütusest soojusenergiat. Sellepärast peamegi oskama arvutada orgaanilistes ühendites süsiniku oksüdatsiooniastet.
Kütus | Koostis | Süsiniku keskmine o.-a. | Kütte- |
Maagaas | peamiselt metaan | ~–IV | 50 |
Bensiin, diislikütus | alkaanid | ≤–II | 40–45 |
Kivisüsi, antratsiit | süsinik | ~0 | 30 |
Puit | tselluloos jm süsinikuühendid | ≥0 | 15 |
Kütteväärtuse puhul on tähtis ka see, kui palju on kütuse koostises mittepõlevaid lisandeid (mineraalained, vesi). Näiteks peame sama soojushulga saamiseks põletama põlevkivi mitu korda rohkem kui kivisütt, sest põlevkivis on väga suur (50% ja rohkem) mineraalne osa.
Energia liigid ja energia salvestamine
Mehaanilise energia salvestamine on väga kohmakas ja nii salvestatud energiat on ebamugav kasutada. Seda võiks salvestada näiteks suurde hoorattasse (vurr on lihtne hooratas), mis pöörleb kuullaagritel (siis on energiakadu hõõrdumisel minimaalne). Hõõrdumise tõttu jääb hooratas ikkagi mõne aja pärast seisma.
Elektrienergia salvestamiseks on peamine võimalus kasutada kondensaatorit. Kahjuks saab kondensaatorisse korraga salvestada vähe energiat ja kondensaator vabastab salvestatud energia liiga kiiresti.
Soojusenergia salvestamiseks sobib näiteks termos. Suurema koguse soojusenergia salvestamiseks aga sobivat meetodit pole.
Aatomienergia kasutamine nõuab väga spetsiaalset ja suurt aparatuuri ning erilisi ohutusmeetmeid.
Keemiline energia (eriti kütustes peituv) on üks paremaid ja käepärasemaid energia salvestamise võimalusi.
- Kütustesse salvestatud energia püsib väga kaua: praktilise kasutamise jaoks piiramatu aja.
- Kütustesse salvestatud energiat saab igal ajal vajalikus koguses kasutada.
- Kütuseid saab lihtsal viisil ühest kohast teise transportida.
- Kütuste kasutamise seadmed on küllaltki lihtsad ja ohutud.
Ma tean, et ...
- Kütused
- on parim energia salvestamise ja kasutamise võimalus;
- võivad olla gaasilised, vedelad, tahked.
- Kütuste põlemisel
- toimub kiire oksüdatsioon;
- eraldub palju soojust;
- eraldub valgust;
- tekib leek, kui on ka lenduvaid põlevaid aineid.
- Kütteväärtus
- näitab, kui palju energiat eraldub kütuse kindla koguse täielikul põlemisel;
- on seda suurem, mida madalam on süsiniku oksüdatsiooniaste;
- on seda suurem, mida rohkem on kütuse koostises vesinikku.
- Kütustes salvestunud energia on Päikese energia.
Küsimused ja ülesanded
- Miks on vaja energiat salvestada?
- Loetle tähtsamaid kaevandatavaid kütuseid.
- Miks on tahket kütust ebamugavam kasutada kui vedelat või gaasilist?
- Millistel tingimustel toimub põlemine leegiga?
- Millistel tingimustel leek tahmab?
- Kuidas määratakse kütuse kütteväärtust?
