【专家解说】：作为当今主要能源的化石燃料是怎样形成的?
石油、天然气和煤这些化石燃料提供了当今的主要能源。它们是由数百万年前的动植物演化而来的。固定在这类燃料中的能量最原始的来源是太阳能。在叶绿素(催化剂)存在的条件下, 阳光通过光合作用将CO2和H2O转化为碳水化合物。碳水化合物的化学式为Cm(H2O)n , 例如葡萄糖C6H12O6。通过光合作用形成碳水化合物的过程是吸热过程:
叶绿素,太阳光
6 CO2 ＋ 6 H2O C6H12O6 ＋ 6 O2, △H =＋2.8×103 kJ•mol-1
当反应逆向进行(葡萄糖燃烧)时放出热, 该燃烧反应是放热反应。
纤维素是复杂的碳水化合物, 它是植物的主要结构物质。在隔绝空气的条件下细菌将植物分解使其逐步失去O原子和H原子, 导致残留物中碳含量逐渐增高:
泥煤 褐煤(~32% C) 次烟煤(~40% C) 烟煤(~60% C) 无烟煤(~80% C)
由植物演变到无烟煤大约需要3亿年。煤是由碳、氢和氧为主要成分的一种可以燃烧的有机岩石, 其中还含有少量的氮、硫和燃烧后变成灰的矿物质。
石油和天然气的形成过程多少有些不同。生活在古代海洋中的动植物死亡后沉积在海底并被沙泥所覆盖。时间一长, 沙泥转化为砂岩。由砂岩形成而产生的高温高压条件使这些原始的有机体在细菌作用下转化为石油和天然气, 这种过程大约需要2.5~5亿年。有代表性的天然气的组成大约为: 甲烷80%, 乙烷10%, 丙烷3%, 还有少量其他可燃和非可燃气体。石油的组成则涉及从C1到C40(甚至更多碳原子)数百种不同的碳氢化合物。
燃料 燃烧热/(kJ•g-1) 燃料 燃烧热/(kJ•g-1)
城市垃圾
松木
甲醇 －12.7
－21.2
－22.7 烟煤
异辛烷*
天然气 －28.3
－47.8
－49.5
* 汽油的一种成分
燃烧热是评价燃料的重要指标之一。一般说来, 燃烧热越高的燃料越是好燃料。上表中给出这些化石燃料的近似燃烧热, 这些数据表明: 木材、甲醇、酒精、城市废物等都是可供利用的燃料, 但以单位质量计, 化石燃料则产生更多的热。
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