Ponieważ paliwo składa się z różnych łańcuchów cząsteczek, moje pytanie brzmi: z jakiego powodu nie możemy stworzyć tej samej struktury cząsteczki i być w stanie odtworzyć tę samą strukturę w laboratorium, abyśmy nie musieli się kończyć?
Rozumiem, że jest w tym coś więcej i nie jest to takie proste, jak się wydaje, ale dlatego pytam: jakie są wyzwania związane z robieniem czegoś takiego? Czy nie możemy stworzyć tej samej struktury?
Na marginesie, czy paliwa mają już cząsteczki tlenu w łańcuchu, czy też nie otrzymują tych cząsteczek, dopóki nie zostaną wymieszane z zaworami?
fuel-system
alternative-fuels
environment
LostPecti
źródło
źródło
Odpowiedzi:
Olej wydobywający się z ziemi jest mieszaniną związków węglowodorowych, które są pozostałościami złóż alg i zwierząt mikroskopijnych, zwanych również fitoplanktonem i zooplanktonem.
Naukowcy już stworzyli syntetyczne paliwa kopalne.
Starania
1 . Obecnie w San Diego w Kalifornii wysiłek firmy Synthetic Genomics i Exxon Mobil, polegającej na wykorzystaniu alg do produkcji ropy naftowej, kosztuje 300 milionów dolarów (a właściwie znacznie więcej). Lipidy, forma tłuszczu, w algach są głównym składnikiem ropy naftowej.
Fragment: http://www.sandiegouniontribune.com/news/2009/jul/15/1n15algae001356-deal-blooms-algae-biofuel-research/?uniontrib
Na razie powyższy projekt nie powiódł się i powrócił do deski kreślarskiej.
Fragment: https://www.technologyreview.com/s/515041/exxon-takes-algae-fuel-back-to-the-drawing-board/
2 . Chevron współpracuje z firmą o nazwie Catchlight Energy, aby wykorzystać glony jako surowiec do produkcji ropy naftowej. Chevron współpracuje również z Weyerhaueser Co, jedną z największych na świecie firm produkujących produkty leśne, aby rozpocząć wykorzystanie odpadów drzewnych. Lignoceluloza znajdująca się w drewnie jest również składnikiem ropy naftowej.
Fragment: http://investor.chevron.com/phoenix.zhtml?c=130102&p=irol-newsArticle&ID=984280&highlight=
W naturze jedynym powodem, dla którego miliony lat zajmuje przejście tych materiałów organicznych na ropę i gaz ziemny, jest to, że tyle czasu zajmuje ich zakopanie na głębokości, na której temperatura i ciśnienie są wystarczająco wysokie, aby przekształcić te materiały w ropę naftową .
W rzeczywistości czas potrzebny do przekształcenia ich z alg w ropę może wynosić mniej niż kilkaset lat, a to znowu z powodu powolnej zmiany temperatury i ciśnienia w otoczeniu geologicznym.
Ropa naftowa została wytworzona i znaleziona w złożach osadowych już w wieku 1000 lat, więc nie wymaga milionów lat. W warunkach przemysłowych wszystko to można zrobić w ciągu kilku godzin lub dni.
Wyzwanie
W laboratorium materiał organiczny można ogrzać (~ 320 ° C) w obojętnej atmosferze z wodą pod ciśnieniem (~ 150 atm), aby symulować naturalne procesy, które trwają miliony lat, ale w laboratorium zajmują tylko kilka dni. Wynika to z prostej termodynamiki, tysiące lat w temperaturze 100 ° C lub kilka dni w temperaturze 320 ° C dają podobne produkty.
Ta technika służy do analizy, czy niedojrzałe skały, gdyby zostały głębiej zakopane, mogłyby produkować ropę naftową. Można go zatem wykorzystać jako narzędzie do wyszukiwania zbiorników ropy.
Wykonanie tego na dużą skalę nie jest ekonomicznie opłacalne, ponieważ do systemu trzeba włożyć tyle energii.
Side rzecz
Co do tego punktu,
Skład chemiczny benzyny zawiera tlen, taki jak benzyna mieszana z etanolem lub benzyna mieszana z metanolem, ale nie może zachowywać się jak tlen. Potrzebuje więc tlenu z zewnątrz, a mianowicie powietrza. Gdy te dwa elementy są zapalone, pali się i uwalnia energię. Podstawowa chemia.
Oto reakcja zachodząca w cylindrze podczas suwu spalania.
Mam nadzieję że to pomoże!
źródło
W paliwach kopalnych, których nie możemy odtworzyć, jest energia.
Od około dwóch stuleci produkujemy syntetyczne paliwa kopalne w takiej czy innej formie: gaz miejski (substytut metanu), benzyna syntetyczna , biodiesel i tak dalej. Jednak z wyjątkiem biodiesla, wszystkie z nich pochłaniają znaczne ilości energii, podczas gdy paliwa kopalne można po prostu wypompowywać z ziemi.
Z tego powodu syntetyki zastosowano tylko wtedy, gdy naturalne paliwa kopalne były niedostępne. Gaz miejski był wykorzystywany przed odkryciem złóż ropy naftowej na Morzu Północnym i opracowaniem technik transportu gazu ziemnego, podczas gdy benzyna syntetyczna była używana przez Niemcy podczas II wojny światowej, kiedy nie miała dostępu do naturalnej wersji.
Obecne wysiłki w celu wytworzenia paliw syntetycznych koncentrują się wokół roślin lub glonów, aby można było wykorzystać bezpłatną energię słoneczną.
źródło
Pozostałe odpowiedzi są technicznie prawidłowe. Jak mówią, zawarta w nim energia lub węglowodory lub jakkolwiek chcesz je nazwać. Rzeczy do spalenia. Niestety, pierwsze dwa prawa termodynamiki mówią nam, że sztuczne wkładanie energii w substancję wymagałoby więcej energii, niż by się wydobyło, więc nie byłoby to opłacalne [co, na marginesie, dlatego wodorowe ogniwa paliwowe są po prostu baterie, a nie źródła zasilania].
Ale rośliny w naturalny sposób dostarczają nam energię od słońca, za darmo . Ludzie przekształcili je w biopaliwa.
Ale większość z nas nie prowadzi naszych samochodów na biopaliwa. Więc to tak naprawdę nie odpowiada na dorozumiane pytanie, prawda? Które dlaczego wciąż otrzymujemy to z ziemi?
Brakuje głośności .
Sto lat temu w jednej kadzi jednej fabryki w Bostonie produkowano wystarczającą ilość melasy, aby stworzyć falę pływową wystarczająco dużą, aby zabić 21 osób:
Wyobraźcie sobie, jak niesamowicie więcej syropów kukurydzianych musi być obecnie, teraz, kiedy to wszystko wariuje .
Coś podobnego wydarzyło się mniej więcej w tym samym czasie, kiedy powódź w Londynie utonęła osiem osób i zniszczyła dwa domy.
Wyobraź sobie, ile jeszcze musimy dziś pić! Niewyobrażalne kwoty. Dodaj do tego piwa, całą herbatę, napoje gazowane, wodę butelkowaną, mleko itp.
Teraz wyobraźcie sobie przez chwilę, że substancje te nie zostały wykonane prawie całkowicie z wody. Że zrobiono je tylko ze skoncentrowanego syropu, ale w tej samej objętości. Czy byłoby możliwe wytworzenie któregokolwiek z nich w tej objętości? Nie. Jesteśmy już na granicy naszych limitów produkcji.
Nawet przy rozwadnianiu spójrzmy na ceny. Marzec 2016, średnie ceny w USA za galon:
Wszystkie te rzeczy, nawet rozwodnione o około 90%, nawet ze mną wybieranie najtańszych cen, które mogłem znaleźć w szybkim wyszukiwaniu, są droższe niż nasze paliwo.
A jednak produkcja benzyny całkowicie ich przytłacza , nawet razem wzięte.
Obowiązkowy obraz XKCD:
[[Uwaga dodatkowa: kałuża wielkości tych rur, o głębokości około 1 mm, to średnio tyle, ile każda osoba zużywa każdego dnia.]]
Tom to sekretny sos. Objętość jest powodem, dla którego ropa naftowa / benzyna jest jedyną cieczą inną niż woda, która płynie w całym kraju, a nie transportowana ciężarówką. A wielkość jest powodem, dla którego nie możemy sztucznie produkować paliwa samochodowego.
I chociaż podejmowane są wysiłki, będą one w większości wykorzystywane w elektrowniach, generatorach, paliwach lotniczych i ogrzewaniu domów, ponieważ samochody elektryczne i tak spowodują, że silnik spalinowy stanie się przestarzały za kilka lat.
źródło
Mogą
Połączyli ze sobą różne łańcuchy polimerów w laboratorium, a nawet ich węglowodory. University of California Berkeley właśnie to robi. Tak naprawdę nie jest to kwestia wykonania. Jest to koszt zrobienia tego. Obecnie konkurencyjność na obecnym rynku nie jest finansowo wykonalna. Inne metody wyciągania martwych dinozaurów z ziemi są po prostu tańsze.
Oto link, w którym UC Berkeley wykorzystał bakterie E. Coli do produkcji zamiennika benzyny .
Jednak ekscytacja biopaliwami może być niewłaściwa. Chemik Paul Crutzen, laureat Nagrody Nobla, opublikował odkrycie, w którym stwierdził, że emisje podtlenku azotu powstałe podczas produkcji biopaliw przyczyniły się bardziej do globalnego ocieplenia niż obecne rozwiązania paliwowe.
Tak więc, zanim wszyscy podekscytujemy się produkowanymi w laboratorium paliwami z odpadów biologicznych, będziemy musieli znaleźć lepszy proces przekształcania materii biologicznej lub szukać rozwiązania w innym miejscu.
Obecnie istnieją biopaliwa, które trafiają na rynek i mieszają się z naszym standardowym paliwem. Jeden z nich, etanol, pochodzi z kukurydzy. Niezamierzoną konsekwencją tego jest to, że plantatorzy kukurydzy w Ameryce Środkowej i Południowej sprzedają kukurydzę producentom paliw i podnieśli cenę kukurydzy tak bardzo, że ludzie tak naprawdę głodują, ponieważ ich baza węglowodanów, na której polegają jako źródło żywności, jest bardziej cenny w zbiorniku gazu samochodu. Więc to jest to.
źródło
Ropa naftowa z ziemi jest mieszanką różnych cząsteczek, ale łączy je fakt, że powstały z energii słonecznej. Wiedząc więc, jak wygląda cząsteczka (cząsteczki), możemy zmontować składniki w odpowiednim sprzęcie laboratoryjnym, dodać ciepło (energię) i uzyskać efekt naszej benzyny. Jednak koszt energetyczny robienia tego (ze względu na prawa termodynamiki) przewyższa energię zawartą w produkcie, przez co proces ten stanowi stratę energii netto. Dlatego nie produkujemy własnego paliwa kopalnego.
To dokładnie ten sam powód, dla którego „generatory wodoru” sprzedawane jako dodatek do samochodów wiele lat temu w celu poprawy przebiegu, nie mogą tego zrobić. Energia wymagana z instalacji elektrycznej samochodu, jakkolwiek niewielka, zawsze przewyższa wytwarzaną energię, nawet mniejszą.
Aby dodatkowo obrażać obrażenia, energia uwalniana podczas łączenia tlenu z naszą ropą naftową powoduje zmianę rozmieszczenia różnych pierwiastków w cząsteczkach. Jednym z produktów ubocznych jest dwutlenek węgla. Nie lubimy tego, nawet jeśli rośliny ostatecznie, za pomocą światła słonecznego, zmienią go z powrotem w produkt na bazie węgla, który możemy następnie spalić, jeśli zechcemy.
Poszukiwanie „odnawialnej” energii jest więc poszukiwaniem czegoś, co szybko uchwyci energię słoneczną (w ciągu jednego dnia) i zgromadzi ją w sposób umożliwiający jej wydobycie w kontrolowany sposób. Prosimy o olej „na noc”. Fotokomórki i turbiny działają dobrze - kiedy działają - nie zawsze, kiedy potrzebujemy energii.
Teraz masz zdjęcie. Nie możemy wytwarzać paliwa - nawet upragnionego wodoru - bez zużywania większej ilości energii, niż będziemy w stanie wyprodukować.
źródło
Nic.
Wszystko w obecnie używanych paliwach kopalnych może być produkowane masowo.
Kosztowałoby to po prostu więcej niż wypompowywanie go z ziemi.
Paliwa kopalne są jedynie tanim, ale nieefektywnym sposobem magazynowania energii.
Gdyby świat miał tanie, wydajne źródła energii, prawdopodobnie nie zmarnowałby żadnego wysiłku na przechowywanie tej energii jako produktów petrochemicznych. Mielibyśmy pojazdy napędzane bezpośrednio elektrycznie lub coś bardziej wydajnego, jak ogniwa wodorowe.
Ostatecznie odpowiedź na twoje pytanie brzmi: pieniądze.
źródło
Chociaż istnieją świetne odpowiedzi, najprostszą odpowiedzią chemiczną jest to, że prawie niemożliwe jest skuteczne tworzenie wiązań węgiel-węgiel inaczej niż w układach biologicznych. Możemy wytwarzać H 2 poprzez elektrolizę wody i możemy rozkładać (kraking) biologiczne węglowodory lub węgiel polimerowy (węgiel), aby uczynić istniejące biopaliwa bardziej przydatnymi, ale jak dotąd fotosynteza nie jest w stanie pokonać pobudzenia węgla z CO 2 do paliwa.
źródło
Tutaj jest kilka dobrych odpowiedzi na pytanie nie na temat. Niektórzy ludzie odnoszą się do problemów „kosztów”, inni do problemów „energii”. Zwróć jednak uwagę: to naprawdę to samo. Musisz wykonać podstawową księgowość, aby ustalić, czy firma jest rentowna. Najbardziej podstawowym rachunkiem jest bilans „wejście w energię” - „wyjście w energię”. Jeśli produkujesz węglowodór w laboratorium, zawsze będzie istniała strata wynikająca z zasady oszczędzania energii i niefortunnego faktu, że nie jesteśmy w stanie wyprodukować urządzenia w 100% sprawnego. Nigdy nie osiągniesz progu rentowności.
Mogą istnieć bardziej wydajne sposoby przechowywania i dostarczania źródła energii w twoim laboratorium niż w łańcuchu węglowodorowym.
źródło
Pamiętaj, że używamy petrochemikaliów (związków węgla wydobywanych lub uwalnianych z ziemi) do dwóch wyraźnie różnych celów: paliwa i surowców do produkcji wszelkiego rodzaju rzeczy. Aby usunąć naszą zależność od produktów petrochemicznych, musielibyśmy zająć się obydwoma zastosowaniami.
Aby zastąpić produkty petrochemiczne jako źródło energii, w niektórych przypadkach lepiej byłoby znaleźć inne sposoby przechowywania i uwalniania energii - na przykład baterie ładowane przez turbiny wiatrowe lub układy słoneczne. Ale większość alternatywnych paliw kopalnych ma problemy z wygodą, pojemnością (energia właściwa wagowo lub objętościowo), gęstością mocy (ponownie wagowo lub objętościowo), bezpieczeństwem przeładunku / magazynowania (myśl wodór), NIMBY (myśl farmy wiatrowe) itp. Tak łatwo jest napełnić zbiornik benzyną, olejem napędowym, paliwem do silników odrzutowych itp., Odpalić silnik i iść ... nie wspominając o stosunkowo lekkiej i kompaktowej. Być może więc w przypadku niektórych zastosowań, takich jak samoloty, bardziej opłacalne może być dalsze zasilanie ich w bieżący sposób (przyjmując wszystkie wady), ale rozważenie alternatywnych źródeł niż ropa naftowa - stąd biopaliwa.
Aby zastąpić produkty petrochemiczne jako surowiec do produkcji, należy wziąć pod uwagę wszystkie rzeczy, które czerpie z nich współczesny świat. Tworzywa sztuczne, rozpuszczalniki, barwniki, smary, kleje i tak dalej. Wszystkie interesujące cząsteczki wydobywane z ropy naftowej (i może to być długa lista) musiałyby być wytwarzane innymi metodami.
W obu przypadkach te równoważniki petrochemiczne musiałyby być wytwarzane na szeroką skalę. Jako globalna społeczność, po prostu się przemieszczamy, spalamy dużo paliwa i robimy różne rzeczy (także na dużą skalę) z ropy naftowej. Sprowadza się do trzech wielkich rzeczy:
Zastanów się, jak uczynić nasz substytut (powiedzmy oktan lub inny węglowodór) procesami chemicznymi i / lub biologicznymi z czegoś, czego nie wydobywaliśmy z ziemi (np. Dwutlenek węgla i woda). Trwają badania nad tym, a przez cały czas pojawiają się interesujące wyniki.
Skaluj procesy do poziomu odpowiadającego zapotrzebowaniu. Po pierwsze, będzie to wymagało ogromnych inwestycji; kto wystawi pieniądze? Po drugie: jeśli zamierzasz poddać procesowi dwutlenek węgla i wodę i wydobywać węglowodory, będziesz musiał dodać energię, która musi skądś pochodzić. Może to stanowić poważny problem w syntezie petrochemicznych odpowiedników w dowolnej wartościowej skali. Czy budujemy ogromne farmy słoneczne / wiatrowe? Co to zrobi z globalnym krajobrazem? Czy budujemy więcej energii jądrowej?
Zrób to ekonomicznie opłacalnym. Ludzie mogą zostać przekonani do zapłacenia niewielkiej premii za paliwo niepochodzące z ropy naftowej lub produkt konsumpcyjny, ale będzie pewien limit. Czy proces niebędący petro może nawet zbliżyć się do ekonomiki dzisiejszych studni i rafinerii?
źródło
Przyjmując prawdziwe pytanie: „Dlaczego nie wytwarzamy paliwa od zera zamiast pompować go z ziemi?”, Muszę powiedzieć, że głównym problemem jest energia - a ściślej jej zachowanie . Paliwa NIE są źródłami energii - są mechanizmami magazynowania energii (jak baterie). Niezależnie od energii, jaką uzyskuje się ze spalania paliwa, najpierw trzeba je zgromadzić, aby stworzyć paliwo. Jest to gra o sumie zerowej. Tym, co wyróżnia paliwa kopalne, jest to, że Natura spędzała setki milionów lat gromadząc energię słoneczną do magazynowania organicznego (tj. Roślin) i sekwestrując ją w ziemi, abyśmy mogli ją znaleźć.
A teraz zużywamy ten zasób milion razy szybciej niż trzeba było go zgromadzić. Ludzie żyjemy w pożyczonym czasie!
źródło
Możemy masowo produkować paliwa syntetyczne. Zostało to zrobione przez Niemcy w II wojnie światowej (aczkolwiek ze źródeł kopalnych). Potrzebujesz węgla i wodoru.
Niestety, węgiel jest zwykle w naturze w postaci dwutlenku węgla (i paliw kopalnych, ale zostały one wyraźnie wykluczone w pytaniu) i wodoru w postaci wody. Aby oddzielić wodór i węgiel od nich, potrzebujesz energii. Węgiel i wodór można w prosty sposób łączyć w węglowodory w reakcjach chemicznych.
Na szczęście energia jest obfitym zasobem na planecie Ziemia. Istnieją dwa główne sposoby wytwarzania energii. Jednym z nich jest zbieranie energii słonecznej, bezpośrednio lub pośrednio. Pośrednie środki obejmują wiatr, energię wodną, a nawet odnawialne biopaliwa i (niech to Boże!) Paliwa kopalne. Bezpośredni oznacza fotowoltaikę lub koncentrację energii słoneczno-termicznej. Bezpośrednie sposoby pozwalają na użycie wielu wielu rzędów wielkości większego zużycia energii niż obecnie, przez miliardy lat.
Innym głównym sposobem wytwarzania energii jest energia jądrowa, która jest również dużym zasobem. W wodzie morskiej i zwykłej granitowej skale jest wystarczająca ilość U-238 , abyśmy mogli utrzymać obecny poziom zużycia energii przez miliardy lat , aż słońce nas powiększy i zniszczy.
Głównym problemem jest koszt. Urządzenia do produkcji paliw syntetycznych są drogie, ale w mgnieniu oka będą działać, jak pokazały nam Niemcy podczas II wojny światowej. Urządzenia do elektrolizy wodoru z wody też nie są tanie. Wydobywanie dwutlenku węgla z atmosfery również kosztuje. Co więcej, produkcja energii również ma swoje koszty, jednak koszt energii słonecznej gwałtownie spada i może być wyborem produkcji energii w jutrzejszym czystszym świecie.
Wytwarzanie paliw syntetycznych nie jest tak odległym marzeniem. Dzisiaj Neste produkuje NExBTL, który jest zasadniczo olejem napędowym wytwarzanym ze źródeł biologicznych, co jest równoważne zwykłemu olejowi napędowemu i nie wymaga absolutnie żadnych modyfikacji samochodu. Dzisiaj planuje się budowę biorafinerii do produkcji biogazoliny w Finlandii. Zatem z pewnością konwersja węgla i wodoru w paliwa syntetyczne nie jest problemem: można produkować zarówno biodiesel, jak i biogazolinę.
Pozostałe problemy to:
Pozostaje do zobaczenia, w jakim stopniu potrzebne są paliwa syntetyczne. Samochód elektryczny z pewnością wykazał swoją żywotność, więc być może paliwa syntetyczne będą wykorzystywane w lotnictwie, a nie w transporcie drogowym.
źródło