Περιεχόμενο
- Ιστορία της αεριοποίησης άνθρακα
- Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα του άνθρακα
- Επιστήμη αεριοποίησης άνθρακα
- Προκαταβολές στην αεριοποίηση άνθρακα
- Σύγχρονα θετικά και αρνητικά του άνθρακα
Όταν η κοινωνία άρχισε να αγκαλιάζει τον άνθρακα ως πηγή καυσίμων, έφερε τα οφέλη της αποδοτικότητας στη βιομηχανία και τη βιομηχανία παράλληλα με προβλήματα περιβαλλοντικών επιπτώσεων και ανησυχιών για την ασφάλεια. Καθώς η επιστήμη και η τεχνολογία προχώρησαν, οι μέθοδοι αυτές εξευγενίστηκαν για την αντιμετώπιση των προβλημάτων ασφάλειαςΕξετάζοντας τη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα, μια ιστορία που έχει τόσο θετικά όσο και αρνητικά στοιχεία μπορεί να δείξει την πραγματική φύση του πώς συνέβη.
Ιστορία της αεριοποίησης άνθρακα
Αν και οι επιστήμονες είχαν μελετήσει τη διαδικασία εκπομπής αερίου από καύση άνθρακα από το 1780, θα χρειαζόταν μέχρι τις αρχές του 1900, όταν οι διαδικασίες θα γίνονταν εμπορικοί για χρήση σε διάφορες βιομηχανίες σε πόλεις σε όλο τον κόσμο.
Η μετατροπή του άνθρακα στο αέριο στη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα χρονολογείται από την Αγγλία του 19ου αιώνα. Κατά τη διάρκεια αυτών των δεκαετιών, οι ανθρακωρύχοι χρησιμοποίησαν διαδικασίες που συνθλίβουν άνθρακα παρουσία οξυγόνου και ατμού σε υψηλές θερμοκρασίες για την παραγωγή αερίου.
Μέχρι τη δεκαετία του 1860, οι Ηνωμένες Πολιτείες είχαν αυξηθεί ως βιομηχανικός κολοσσός χάρη σε διεργασίες εξόρυξης άνθρακα μεγάλης κλίμακας στα βουνά της Απαλαχίας, στις μεσοδυτικές πρασιές και ακόμη και στους καταρράκτες και τα βράχια.
Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα του άνθρακα
Το έθνος ήταν ο μεγαλύτερος παραγωγός άνθρακα στον κόσμο, αλλά η ιστορία θυμάται επίσης μια πιο σκοτεινή πλευρά στην ιστορία. Τα φτυάρια ατμού, τα τρακτέρ και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιείται στην εξόρυξη άνθρακα διαβρώνουν το έδαφος, ενώ οι σιδηρόδρομοι, οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις και τα σπίτια μολύνουν πόλεις σε ολόκληρη τη χώρα.
Οι φτωχότερες κοινότητες βασίστηκαν σε φθηνότερο, πιο βρώμικο άνθρακα που χρησιμοποιούσαν άμεσα, ενώ η ελίτ τάξη πλούσιων οικογενειών θα επωφεληθεί από τα οφέλη του φυσικού αερίου και του ηλεκτρισμού, αυξάνοντας το χάσμα μεταξύ των φτωχών και των πλουσίων. Η εργατική τάξη πλημμύρισε εργοστάσια με ανειδίκευτους εργαζόμενους σε επικίνδυνες συνθήκες εργασίας, με αποτέλεσμα, τον 20ό αιώνα, δεκάδες χιλιάδες άνθρωποι να πεθαίνουν κάθε χρόνο σε σιδηρόδρομους, εργοστάσια και ανθρακωρυχεία.
Ο βιομηχανικός τομέας που είχε επωφεληθεί από έναν τόσο αποτελεσματικό τρόπο για να αξιοποιήσει την ενέργεια της γης έδειξε αυτά τα ενοχλητικά μειονεκτήματα μαζί με τα πλεονεκτήματα της βιομηχανίας άνθρακα. Όταν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί καταλήγουν σε μεθόδους παραγωγής αερίου άνθρακα για βιομηχανικούς και οικονομικούς σκοπούς, αυτό θα προχωρούσε αργότερα σε πιο αποτελεσματικές τεχνικές όπως η παραγωγή πετρελαίου και συνθετικού φυσικού αερίου.
Καθώς οι άνθρωποι αντιλαμβάνονται τα πλεονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα της αεριοποίησης άνθρακα, δημιούργησαν αυτές τις καινοτομίες για να ανταποκριθούν στις ανάγκες τους. Αυτό είχε τη μορφή μεγαλύτερων φυτών και των ανακαλύψεων περισσότερων δεξαμενών άνθρακα στη γη. Η κλιμάκωση για να φτάσετε εκεί όπου αεριοποίηση άνθρακα σήμερα δεν ήταν τόσο απλή, αν και.
Τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα της αεριοποίησης του άνθρακα προκάλεσαν απαντήσεις από τους ενδιαφερόμενους πολίτες και κυβερνήσεις μέσω του ακτιβισμού του εργατικού δυναμικού, όπως απεργίες και συνδικαλιστικές οργανώσεις. Νέοι κανονισμοί και θεσμοί, όπως ο τρόπος με τον οποίο ο πρόεδρος των ΗΠΑ, Θεόδωρος Ρούσβελτ, ήθελε την αύξηση της κρατικής εποπτείας επί των επιχειρήσεων, εξαπλώθηκε σε ολόκληρη τη χώρα στις αρχές της δεκαετίας του 1900. Οι εργοδότες βρισκόταν αντιμέτωπη με τις απαιτήσεις των εργαζομένων της μεσαίας τάξης για καλύτερες συνθήκες εργασίας παράλληλα με τις πιο λογικές ώρες εργασίας και μισθούς. Η βιομηχανικοποίηση έφερε προοδευτική μεταρρύθμιση μέσω αυτών των προκλήσεων της εργασίας.
Επιστήμη αεριοποίησης άνθρακα
Από τις αρχές του 20ου αιώνα, περισσότερες πρόοδοι έπεσαν στα Ηνωμένα κράτη και στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η μετατροπή του άνθρακα στο αέριο με τη χρήση στερεών αντιδράσεων αερίου χαρακτηρίστηκε κυρίως από την αντίδραση του άνθρακα στον άνθρακα με ατμό σε πιέσεις χαμηλότερες από 10 MPa και θερμοκρασίες άνω των 750 ° C.
Η διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα θα παρήγαγε υδρογόνο, αμμωνία, μεθανόλη και υδρογονάνθρακες και χρησιμοποιήθηκε επίσης με ατμό για τη δημιουργία συνθετικού φυσικού αερίου (SNG). Αυτές οι αντιδράσεις θα παρήγαγαν συνθετικά αέρια γενικά αποτελούμενα από μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και αέριο υδρογόνο (Η2).
Μέχρι τη δεκαετία του 1930, η υπόγεια αεριοποίηση άνθρακα (UCG), επίσης, κατέρρευσε. Η UCG χρησιμοποίησε ειδικότερα μια μέθοδο κυκλοφορίας αεριοποιητικών παραγόντων όπως ο αέρας, το οξυγόνο και το νερό στον ίδιο τον άνθρακα. Αυτή η διαδικασία μετασχημάτισε τον άνθρακα σε χρήσιμα αέρια από τον ίδιο τον άνθρακα χωρίς να χρειάζεται να εξορύξει το υλικό.
Θα χρειαζόταν μια εισροή θερμότητας για να ξεκινήσει αυτές τις ενδοθερμικές αντιδράσεις χρησιμοποιώντας μια πηγή θερμότητας από μια άλλη διαδικασία ή κάψιμο μέρος του ίδιου του άνθρακα. Η θερμότητα που εκπέμπεται από τα αέρια θα μπορούσε να τροφοδοτήσει κινητήρες ή να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία χημικών προϊόντων, μερικά από τα οποία θα μεταφερθούν στην επιφάνεια της Γης από τα ορυχεία με λιγότερα αρχικά κεφάλαια απαραίτητα, χαμηλότερα λειτουργικά κόστη και λιγότερους χρόνους κατασκευής.
Ωστόσο, οι πρακτικές εφαρμογές της UCG ήταν και εξακολουθούν να περιορίζονται από την απουσία ποσοτικής γνώσης της ίδιας της χημικής διαδικασίας. Ακόμα, οι μηχανικοί εκμεταλλεύονταν το μέγεθος της κοιλότητος που χρησιμοποιείται για τη συγκράτηση του άνθρακα για τη μεγιστοποίηση της θερμικής ενέργειας που απελευθερώνεται με την κατανόηση της διαπερατότητας του υλικού της κοιλότητας χωρίς να αποσαθρούται η κοιλότητα.
Προκαταβολές στην αεριοποίηση άνθρακα
Οι πρόοδοι στην αεριοποίηση του άνθρακα καθ 'όλη την ιστορία θα εξασφάλιζαν ότι τα θετικά θα αντισταθμίζουν τα αρνητικά του άνθρακα όπως θα χρησιμοποιηθούν σε διάφορες εφαρμογές. Οι μεταρρυθμίσεις μέσω πολιτικών, κοινωνικών και άλλων πεδίων θα οδηγήσουν τους κατασκευαστές να λάβουν υπόψη την ανθρώπινη εργασία ως κεφαλαιουχικό πόρο στην οικονομία, προκειμένου να αποφευχθεί το κόστος για την ανθρώπινη ζωή παράλληλα με την πρόοδο της επιστήμης και της τεχνολογίας.
Οι πρόοδοι θα έρχονται με συγκρούσεις όπως η Massacre του Λούντλοου του 1914 στο νότιο Κολοράντο, όπου η Εθνική Φρουρά του Κολοράντο σκότωσε 18 άνδρες, γυναίκες και παιδιά ενώ οι ανθρακωρύχοι απεργούνταν.
Από τις δεκαετίες του 1930 οι δοκιμές πεδίου για τους καλύτερους τρόπους χρήσης του άνθρακα για την παραγωγή ατμού άρχισαν να εξαπλώνονται στον πλανήτη. Η ΕΣΣΔ είχε πρωτοπορήσει στις τεχνολογίες από τη δεκαετία του 1930 και σύντομα εξαπλώθηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο, την Ισπανία, την Κίνα, το Βέλγιο και τις ΗΠΑ τις επόμενες δεκαετίες. Οι μελέτες σκοπιμότητας που πραγματοποίησαν οι ερευνητές προσπάθησαν να αξιοποιήσουν τον άνθρακα για να βελτιώσουν την αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα.
Ανταποκρινόμενοι στις ελλείψεις φυσικού αερίου από τη δεκαετία του 1970 και του 1980, οι ερευνητές πειραματίστηκαν με τη χρήση άλλων αερίων όπως ο αέρας ή το διοξείδιο του άνθρακα και αυτό θα οδηγούσε στη χρήση αερίου υδρογόνου μαζί με τις υψηλές θερμοκρασίες με καταλύτη.
Οι μέθοδοι αεριοποίησης άνθρακα επεδίωκαν επίσης να απομακρύνουν τις ακαθαρσίες όπως ο θειάνας και ο υδράργυρος από τον άνθρακα για να καταστήσουν μια πιο αποτελεσματική πηγή ενέργειας. Αυτές οι μέθοδοι αποδοτικότερης χρήσης ενέργειας οδηγούν στην ανακύκλωση της τέφρας από την αεριοποίηση άνθρακα σε ένα συγκεκριμένο αδρανές παρά στην είσοδο σε χώρο υγειονομικής ταφής.
Οι συνδυασμένοι κύκλοι χρησιμοποίησαν τον ατμό που παράγεται από την αεριοποίηση άνθρακα για να τροφοδοτήσουν μια δεύτερη γεννήτρια και λειτουργούν με απόδοση 45-50%, ποσοστό 10-15% υψηλότερο από τις παραδοσιακές μονάδες παραγωγής. Ο συνδυασμένος κύκλος θα μειώσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και θα οδηγήσει σε ακόμη πιο οικονομικές εξελίξεις, όπως ο διαχωρισμός του διοξειδίου του άνθρακα από τα άλλα παραγόμενα αέρια.
Σύγχρονα θετικά και αρνητικά του άνθρακα
Οι καινοτομίες στη διαδικασία της αεριοποίησης άνθρακα έχουν επιδιώξει να βελτιώσουν σε κάθε βήμα. Ο προσδιορισμός της κατάλληλης θερμοκρασίας στην οποία θα λειτουργούσε ένας αεριοποιητής θα οδηγούσε τους ερευνητές να παρακολουθούν το εξωτερικό κέλυφος των θαλάμων αεριοποίησης χρησιμοποιώντας υπέρυθρες κάμερες.
Θα μπορούσαν, στη συνέχεια, να αναλύσουν τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας μια συνεχή πηγή δεδομένων θερμοκρασίας παράλληλα με άλλους παράγοντες όπως το σχήμα αεριοποιητών και τα χρησιμοποιούμενα υλικά. Τεχνολογία από τον κατασκευαστή Η Pepperl + Fuchs χρησιμοποιεί επί του παρόντος συστήματα για έως και 13 κάμερες σε κάθε αεριοποιητή για να το καταγράψει.
Αυτές οι πρόοδοι δείχνουν πώς η κοινωνία μπορεί να ζυγίσει τα καλά πράγματα και τα κακά πράγματα για τον άνθρακα καθ 'όλη την ιστορία.