Akmens anglies panaudojimas

1. I. ENERGIJAIR TRANSPOTAS I.1. Energijosšaltiniai Akmens anglies panaudojimas Akmens anglis pakeitė medienąkaip pagrindinį energijos šaltinį Jungtinėse Amerikos Valstijose 1890-aisiais. Pirmoji anglimi kūrenama elektrinė buvo pastatyta 1882 m., kuriojegarai suko generatorių gaminantį elektros energiją. Charles Parsons 1884m. sukūrė efektyvesnę garo turbiną. Apie 1920 m.naudojant susmulkintą anglį padidintasproceso efektyvumasir sumažėjo reikalingas degimui oro kiekis. 1940 m. cyclone katilinėjegalima buvo naudoti prastesnės kokybės anglį ir sumažinti pelenų kiekį. Neseniai sukurtos cheminės technologijosįgalinančios deginti anglies kasybos atliekasdar labiua sumažinant teršalų kiekį. Charles Parsons Parsonsogaro turbina (1907) Naftos gavyba ir perdirbimas Atradus naftos Spindletopotelkinyje Teksase 1901 m. ir smarkusautomobilių skaičiaus augimas padidino naftos poreikį, kuri ir pakeitė akmens anglįnuo 1951 m. Naftos perdirbimo cheminės technologijos nuolat tobulėjo ir buvo galima geriau atskirti skirtingas chemines frakcijas:pradžiojenaudojant distiliaciją atmosferosslėgyje, vėliauatrasta distiliacija sumažintame slėgyje (vakuume) ir terminiskrekingas naudojant katalizatorius. Naftos gavybai iš žemės gelmių padidinti naudojamos šiuolaikinės kasybos technologijos, kurios naudoja įvairias chemines medžiagas. Branduolinė energija Pirmasis branduolinis reaktorius buvo sukurtas 1942 m. kariniams tikslams. Branduolinės technologijos panaudojimas taikiems tikslams, tarp jų elektros energijos gavybai, prasidėjo 1951 m. Chemijavaidina svarbų vaidmenį visuose etapuose pradedant nuo radioaktyvių medžiagų - reaktorių kuro gamybos, reaktoriųkontrolėsstrypų, kurie reguliuoja radioaktyvaus skilimo neutronųsrautą,panaudotų kuro kasečių perdirbime, branduolinių atliekų saugojime ir aplinkos apsaugoje bei sumažinant radiacijos poveikį. Alternatyvūs energijos šaltiniai Atsinaujinantys energijos šaltiniai - vėjo, hidroelektrinių, geoterminė sudaromažiau vieno procento visos sukuriamos energijos, tačiau jų svarba vis didėja. Chemijos dėka sukurti saulės elementai konvertuoti energiją termiškai irfotovoltiniams įtaisams, lengvi anglies pluošto propeleriai vėjo jėgainėms, betono ir metalo turbinos hidroelektrinėms, korozijai atsparios medžiagos.

2. I. ENERGIJA IR TRANSPORTAS I.2. Elektrosenergijossaugojimas irportatyvūsenergijosšaltiniai Vienkartinės baterijos Alessandro Volta atrado elektrosbateriją pačioje 18 amžiaus pabaigoje. Chemijos pasiekimaiprisidėjo tobulinant baterijas. Leclanché sukurta baterija padėjo pagrindus 1890 m. atrastai sausai anglies-cinko baterijai. Ji buvo gaminama pramoniniu būdu ir naudojama žibintuvuose iki šiol. 1949 m. nauja šarminė pastapadidino tradicinių baterijųnaudojimo laiką ir leido jas miniatiūrizuoti. Šarminės baterijos pradėtos plačiai naudoti įvairiuoseportatyviniuose elektroniniuose įrenginiuose, pvz., fotoaparatuose. Vėliau sukurtos tobulesnės baterijosnaudoja sidabro oksidą, gyvsidabrio oksidą ar litį. Anglies-cinko sausa baterija Pakraunamos baterijos Rūgštine švino baterija, sukurta 1859 m. buvo pirmoji pramoniniu būdu gaminama pakraunama baterija, kuri gamino elektros energiją dėka kontroliuojamos cheminės reakcijos. Baterija buvo nuolat tobulinama ir rūgštine švino baterijayra plačiausia naudojama baterija automobiliuose. Nikelio-kadmiopakraunama baterija, sukurta 1899 m., buvo per brangi naudoti jąkomerciškai. Tolesni patobulinimai susiję su ličiu.Po nesėkmingų bandymų apie 1980 m. naudoti jį ličio jonų baterijose, dabar ličio jonų baterijos yra įprastos ir naudojamos mobiliosiuosetelefonuose ir nešiojamuose kompiuteriuose. Pakraunamos baterijos

3. I. ENERGIJA IR TRANSPORTAS I.3. Medžiagos keliams ir tiltams Betonas Kelių tiesimas ir tiltų statyba JAV 1950s labai priklausė nuo naudojamo betono stiprumo ir ilgaamžiškumo. Portlando cementas, kurį 1824 m. pirmasis pagaminoir užpatentavo kaip armuotąbetoną prancūzas Joseph Monier 1877 m., lėtai kietėja vykstant sudėtingoms cheminėms reakcijoms, jų metu cementas užpildo ertmes tarp kietų dalelių ir armatūros. slow-sets due to a complex chemical reaction in which the cement paste fills the voids between particulates and other reinforcements. Jo ilgaamžiškumas ir stiprumas priklauso nuo cemento gamybos proceso. Pridedant įvairius cheminius priedus į betono mišinį galima sumažinti jo susitraukimą ir padidinti atsparumą korozijai. Asfaltas Asfaltasplačiai naudojamas kelių dangai dėl savo savybių ir pigumo.Gamtinis asfaltas žinomas nuo 1595 m., bet nebuvo plačiau naudojamas, kol nepradėta maišyti su mineralinėmis medžiagomis. Bitumas, kieta arba pusiau kieta naftos perdirbimo frakcija, 1902 m. pakeitė gamtinį asfaltą ir pradėtas naudoti kelių dangai. Neseniai į jį pridėjus sintetinių polimerųpagerėjo savybės ir patvarumas. Naujausios technologijos leidžia gaminti asfaltą, kuris atlaiko didelį apkrovimą ir sudėtingas oro sąlygas. Metalaiir lydiniai Plienas dėl savo stiprumo, patvarumo, nesudėtingos priežiūros, nedidelės statybos kainos, nemažo atsparumo gamtinėms stichijoms, pvz., žemės drebėjimui, naudojamas tiltų statybai. Naujos plieno rūšys sukurtos praėjusio šimtmečio 90-aisiaismetias pasižymi ypatingu stiprumu ir atsparumukorozijai. Kita technologija plienui tiltuose apsaugoti vadinama metalizacija, kuomet nuvalytas plieno paviršius apipurškiamas aliuminiu ar cinkutaip sukuriant apsauginį sluoksnį 30-čiai metų. Priežiūros ir remonto technologijos Kelių infrastruktūraturi tarnautiilgą laiką ir įvairiomis oro sąlygomis. Statybos inovacijos ir einamajam remontui naudojamos medžiagos prailgina kelių eksploatavimą. Betono sandarikliai, kokybiškas asfaltas prailgina kelių naudojimą. Kitos cheminės ir polimerinės medžiagos kaip rišiklių priedai padidina asfaltuotų kelių kokybę, pavyzdžiui, stireno-butadieno priedai apsaugo nuo provėžų ir suskilimo.

4. I. ENERGIJA IR TRANSPORTAS I.4. Kuras iš naftos Benzino gamyba iš naftos Siekiant padidinti benzino gavimą iš naftos, perdirbimo gamyklos pirmiausia naudojo terminįkrekingą - ilgos grandinės molekulių terminį skaidymą į trumpesnes grandines (1913). Tačiau aukštoje temperatūroje susidaro pašaliniai produktai, todėl 1928 m. pasiūlyta distiliacija vakume, kuriame procesas vyksta žemesnėje temperatūroje. Naftos perdirbimas iš esmės pasikeitė, kai Eugene Houdry 1936 m. pasiūlė krekingui vietoj aukštos temperatūros naudoti katalizatorius (katalitiniskrekingas). Pramininu būdu procesas pradėtas naudoti 1937 m. Naftos perdirbimas Degalų priedai Ankstyvieji automobilių varikliaibildėjonaudojant prastos kokybės benziną.Siekiant sumažinti detonaciją 1921 m.pasiūlyta į benziną pridėti tetraetilšvino. Benzino kokybei (suspaudimo laipsniui) apibūdinti 1926 m. pasiūlyta naudoti oktaninį skaičių.Aplinkosaugos reikalavimu švino priedai nustoti naudoti apie 1970 m. Dabartiniu metu nedideli kiekiai cheminių medžiagų (alkoholių, eterių) pridedami į benziną padidinti oktaninįskaičių ir pagerintijo kokybę (metalų deaktyvatoriai), sumažinti variklio trintį ir prailginti jo gyvavimą (detergentai). Atskiruose regionuose pridedami sezoniniai cheminiai priedai, pvz., metanolis siekiant išvengti kuro tiekimo užšalimo. Katalitiniaikonverteriai Dvipakopiai katalitiniaikonverteriai pradėti naudoti 1975 m.anglies monoksido ir angliavandenilių emisijai sumažinti. Vėliau jie papildyti trečiąja pakopa azoto oksidams pašalinti iš išmetamų dujų. Katalitiniaikonverteriaiveikia naudodami metalų, paprastai platinos katalizatorių, kurie sukelia chemines reakcijas. Azoto oksidai virsta azoto ir deguonies dujomis, anglies monoksidas -anglies dioksidu, nesudegę angliavandeniliai - vandeniu ir anglies dioksidu. Trijų pakopųkatalitiniskonverteris

5. I. ENERGIJA IR TRANSPORTAS I.5. Transporto priemonės Pažangios medžiagos saugumui ir komfortui 21 a. transporto priemonės mažai primena ankstyvuosius pirmtakus dėl pasikeitusio dizaino, komforto irkeleivių saugumo. Galingi žibintai padidina matomumą naktį. Korozijasumažinta naudojant specialias medžiagas ir padengimą. Cheminiai aušinimo skysčiai cirkuliuoja uždaroje sistemoje. Saugūs stiklai pradėti naudoti 1914 m. Dabar specialiais polimerais padengiamas stiklas sumažina svorį ir išorės triukšmą, apsaugo nuo akinimoir ultravioleto spindulių. Saugumonaujovės susijusios su polimerinio pluošto naudojimu saugos diržuose (privalomi nuo 1960-ųjų m.) iroro pagalvėse (privalomios nuo 1996 m.). Plastikai Chemijos pasiekimai leido sumažinti automobilių svorį ir pailginti įvairių dalių tarnavimo laiką keičiant metalines dalis plastikais. Po II pasaulinio karo automobiliųgamintojai pradėjo plačiai naudoti sintetinius plastikusdėl jų tvirtumo, kietumo ir patvarumo. Po energetinės krizės XX a. 7 dešimtmetyje, siekta sumažinti automobilio svorį taip padidinant degalų naudojimo efektyvumą. Metalinės dalys pakeičiamos plastikais liejantsudėtingos formos dalis, naudojant termoplastinius bamperius, atsparų UV spinduliams polipropenopluoštą, specialius padengimus ir dažus. Polipropenopluoštas Padangų technologijos Natūralaus kaučiuko gaminiai pradėti naudoti 19 a. pradžioje, tačiau jie nebuvo praktiški dėl greito susidėvėjimo kintant oro sąlygoms. Amerikietis Charles Goodyear 1839 m. išrado natūralaus kaučiuko vulkanizaciją, sujungiant nesočias grandines sieros atomais. Šis procesas išesmės naudojamas iki šiol, papildomai pridedant cheminiųkatalizatorių ir stabilizatorių. Nuo 1945 m. gaminamas sintetinis kaučiukas. Augant padangų poreikiui jos toliau tobulinamos. Natūraliais ar sintetiniais pluoštais stiprinamaskordas, ilgėja tarnavimo laikas, įdiegtods bekamerinės padangos.

6. I. ENERGIJA IR TRANSPORTAS I.6. Aeronautika Karšto oro balionai Pirmasis žmogus 1783 m. pakilo balionu, varomu karštu oru, gaunamu atvira liepsna. Nuo to laiko inovacijos smarkiai balionus. Vietoj karšto oro pradėtas naudoti vandenilis. Tačiau karšto oro balionai išliko populiari sporto šaka. Chemikai sukūrė patvarius, nebrangius ir karščiui atsparius neilono pluoštus ir skysto propano technologijos variklius. Helis Vandeniliu varomi balionai visada kėlė saugumo klausimą, ypač po nelaimingo Hindenburgo (1937 m.) atvejo. 1905 m. buvo atrasti dideli heliokiekiaigamtoje Kanzaso gręžinyje, ir iki tol buvęs retas elementas tapo plačiai prieinamas. Pirmojopasaulinio karo metu buvo gaminami ir transportuojami dideli helio kiekiai. II pasaulinio karo metu maži dirižabliai lydėjo su apsauga kariuomenę. Helis nuo 1950-ųjų m. naudojamas suvirinimui statant raketas ir raketų kurui varyti į variklius. Hindenburgokatastrofa (1937) Raketų kuras Žmogaus kelias į kosmosą yra įspūdingas mokslo ir inžinerijos žygis nuo pirmosios raketos, pakilusios 1920-aisiais iki ryšio palydovų 1950-aisiais ir daugkartinio naudojimo erdvėlaivio Shuttle 1980-ais. Kelionės sėkmė priklauso nuo raketų greičio galinčio viršyti Žemės traukos jėgą. Pirmoji raketapaleista 1926 m. naudojo skystąkurą benziną ir skystą deguonį oksidatoriumi. Vėliau buvo išbandyti įvairūs skysti ir kietas kuras ir oksidatoriai. Erdvėlaivis Shuttle naudoja kuru skystą vandenilį, tačiau paleidimo varikliai naudoja aliuminį kietu kuru ir amonio perchloratą oksidatoriumi. Lėktuvų ir erdvėlaivių konstrukcinės medžiagos Lėktuvų projektavimas prasidėjo naudojant medieną, vėliau naudotos chemijos sukurtos šiuolaikinės medžiagos, kurių poreikis kilo taikant naujas technologijas. Metalų lydiniai naudojant aliuminįir titaną sumažino lėktuvų svorį, padidino stiprumą, atsparumą aukštai temperatūrai irkorozijai. Raketoms būtinos specialios medžiagos, nes jos patenka į ekstremalias sąlygas. Pavyzdžiui, būtina apsaugoti erdvėlaivio korpusą nuo aukštos temperatūros įeinant į atmosferos sluoksnius. Pradžioje naudotos cirkonio kompozicinės medžiagos, tačiau vėliau sukurtos plokštelės iš silicio pluošto gaunamoiš paprasto smėlio.