Anwendung von Kohle als eine Energiequelle

1. I. ENERGIE UND TRANSPORT I. 1. Energiequellen Anwendung von Kohle als eine Energiequelle Kohle ersetzte Holz als die Hauptenergiequelle in den Vereinigten Staaten vor den 1890er Jahren. Das erste Kohle Kraftwerk wurde in New York (1882) gebaut, Dampf erzeugend, der einen Generator drehte, um Elektrizität zu produzieren. 1884 patentierten die Pfarrer von Briton Charles Algernon die effizientere Hochleistungsdampfturbine. Außerdem war er mit seinem Patents mehr als vier Jahrzehnte beschäftigt. In den 1920er Jahren nahm pulverisierte Kohle in der Leistungsfähigkeit zu und reduzierte den Betrag der für das Verbrennen erforderlichen Luft. Der 1940 Zyklon-Brennofen verwendete Kohlen mit geringerem Brennwert und erzeugte weniger Asche. Kürzlich hat chemische Technologie das Verbrennen von culm Kohlestaub (Abfallstoff vom Kohlenbergbau) entwickelt, um Energie zu erzeugen und Umwelt zu schonen. . Charles Parsons Steam turbine of Parsons (1907) Erdölerforschung und Produktion Der Anfang der modernen Erdölindustrie wurde mit der Entdeckung des riesengroßen Spindletop Ölfeldes in der Grafschaft von Jefferson, Texas 1901 eingeführt; das Erscheinen des Automobils veranlasste Erdöl, Kohle als die Hauptkraftstoffquelle vor 1951 zu übertreffen. Die chemische Technologie, grobes Öl zu raffinieren, um seine verschiedenen chemischen Bruchteile zu trennen, ist ständig verbessert worden, mit der einfachen atmosphärischen Destillation anfangend und zum Vakuum (reduzierter Druck) Destillation zum Thermalspaltung zum Gebrauch von Katalysatoren fortschreitend. Für den primären groben Ölwiederherstellungsprozess ist Chemie in Diamantbohern am offensichtlichsten, Schlamme, und Förderung des Öls vom Schieferton bohrend, eine Kombination von Chemikalien und Dampf verwendend. Die sekundären Wiederherstellungsprozesse schließen das Pumpen von Hochdruck-Gas (Kohlendioxyd) oder Wasserlösungen in die Erde ein. Kernenergie Der erste Kernreaktor wurde 1942 für den militärischen Gebrauch entwickelt. Die Anwendung der Kerntechnik für den friedlichen Gebrauch, einschließlich der Generation der elektrischen Leistung, begann 1953 mit den "Atomen von Präsidenten Eisenhower für das" Friedensprogramm. Zur gleichen Zeit wurden US-Kernwaffen in Deutschland aufgestellt. Der erste Reaktor für den Zivilgebrauch wurde 1957 in Shippingport, die USA gebaut. Chemie hat eine integrierte Rolle seitdem gespielt, die radioaktiven Materialien verwendet als Brennstoff in den Reaktoren, die Reaktor-kontrollstangen erzeugend, die den Fluss von Neutronen vom radioaktiven Zerfall regeln, und an der Wiederaufbereitung von Brennstäben, Abfallwirtschaft, Umweltschutz, und Minderung der schädlichen Effekten der Strahlenaussetzung beteiligt werden. Alternative Energiequellen Grüne Methoden für die Energieerzeugung, wie Wind, hydroelektrische und geothermische Energie, sind für weniger als ein Prozent der Gesamtenergieerzeugung in der Welt verantwortlich, aber sie spielen eine immer wichtigere Rolle, weil ihre Kosten und Verfügbarkeit fortsetzen sich zu verbessern. Durch die Chemie sind Sonnenkollektoren sowohl für thermische als auch für photovoltaic Generation, Leichtgewichtskohlenstoff-Faser-Propeller für die Windgeneration, metallene Turbinen für Wasserkraftwerke, und gegen die Korrosion widerstandsfähige Materialien, um geothermische Quellen anzuzapfen, entwickelt worden.

2. I. ENERGIE UND TRANSPORT I.2.ElektrischeEnergielagerung und TragbareEnergie-Quellen Einmal Batterien Elektrische Energielagerung wurde vom italienischen Physiker Alessandro Volta entwickelt. 1800 baute er die erste Arbeitsbatterie. 1886 patentierte der deutsche Carl Gassner die erste Zink-Kohlenstoff- Trockenbatterie, das 1866 gebaute Design 'der NassZelle' von George Leclanché verbessernd. Die Förderung und kommerzielle Produktion der Trockenbatterie wurden in den 1890er Jahren in Columbia (South Carolina) eingeführt, und es ist noch heute im Gebrauch. 1949 entwickelte der Kanadier Lewis Urry einen neuen alkalischen Teig für die traditionelle Batterie. Diese erhöhte die Lebenszeit und miniaturisiert die alkalische Batterie. Diese alkalische Batterie fand schnell Gebrauch in tragbaren elektronischen Geräten und Kameras. Seitdem haben neuere Batteriemodelle Silberoxyd, Quecksilberoxyd, oder Lithium verwendet. Zink-KohlenstoffTrockenbatterie Wiederaufladbare Batterien 1859 brachte Gaston Plané den Leitungsakkumulator von Wilhelm Sisteden vor. Die Geschichte dieser Batterie kann als ein frühes kommerzielles Beispiel betrachtet werden, eine kontrollierte chemische Reaktion zu verwenden um Elektrizität zu erzeugen. Diese Art Batterie setzt fort, die dominierende Form der Batterie zu sein, die in Automobilen und Lastwagen verwendet ist. Die wiederaufladbare Nickel-Kadmium Batterie, die vom Schweden Waldemar Jungner 1899 entwickelt ist, wurde seit 1910 in Fliseryd Oskarshamn, Schweden industriell erzeugt. Moderne Entwicklungen haben sich auf Lithium konzentriert. Nach einem erfolglosen Versuch, Lithiummetall in den 1980er Jahren zu verwerten, sind Lithium Ionen Batterien jetzt gewöhnlich in Autotelefonen und Laptops findend. WiederaufladbareBatterien

3. I. ENERGIE UND TRANSPORT I.3. Materialien für Straßen und Brücken Beton Die massiven amerikanischen staatlichen Bauprojekte der 1950er Jahre hingen schwer von der Kraft und Langlebigkeit des Betons für Straßen und Brücken ab. 1824 erfand Joseph Aspdin Portland Zement. Zwischen 1867 und 1877 entwickelte Joseph Monier Stahlbeton, der schließlich 1878 patentiert wurde. Die Beständigkeit des Monier Betons hängt von der sorgfältiger Kontrolle des Fertigungsverfahrens ab. Das Hinzufügen verschiedener Chemikalien zur anfänglichen Mischung kann Zusammenschrumpfen reduzieren und Korrosions-widerstand verbessern. Asphalt Asphalt ist ein populäres Straßenbaumaterial wegen seiner Kosten und Leistungsvorteile. Besonders in Mesopotamien wurde natürlicher Asphalt 1200 B.C verwendet. Es wurde ungefähr 1000 n. Chr. in Arabien wiederentdeckt und wurde im Inca Reich in Südamerika während des 15. Jahrhunderts unabhängig entdeckt. Aber es wurde mit dem Steinkohlenteer nicht gebunden und verwendet, um Straßen bis zum Anfang des 20. Jahrhunderts zu pflastern. Bitumen, der feste oder halb feste Rückstand des Erdölraffinerie-Prozesses, ersetzte schnell natürlichen Asphalt, um Straßen zu pflastern. Seit kurzem sind synthetische Polymere hinzugefügt worden, um Leistung und Beständigkeit zu verbessern. Hochleistungsasphalt ist robuster und kann nachteiligen Wetterbedingungen widerstehen. Metalle und Legierung Stahl ist das primäre Strukturmaterial für Brücken wegen seines leichten Gewichts, Festigkeit, Beständigkeit, Bequemlichkeit von Wartung und Aufbau, niedrigen Errichtungskosten, und Widerstand gegen Naturkatastrophen wie Erdbeben geworden. Neue Hochleistungsstähle eingeführt in den 1990er Jahren haben höhere Festigkeit und Korrosionswiderstand. Eine andere Technologie, um Stahl im Brücken zu schützen, ist ein Prozess bekannt als „metalizing“, in dem Aluminium oder Zink auf eine gereinigte Stahloberfläche zerstäubt werden, um einen 30-jährigen Schutzüberzug zu bilden. Wartung und Reparatur-Techniken Straßeninfrastruktur muss ohne bedeutenden Verfall in allen Typen des Wetters und auf einer langen Zeitskala aufrechterhalten werden. Neuerungen im Aufbau und den Wartungsmaterialien haben längere Zwischenräume zwischen dem Wiederaufbau von Straßen erlaubt. Dichtungsmaterialien für den Beton, Asphalt, und Stahl sind auch wichtig, um Straßenleben zu verlängern. Andere chemische und polymere Materialien fungieren als Binder-Zusätze, um die Leistung von Asphalt-Straßen zu erhöhen. Zum Beispiel ist Styrene-Butadiene-Styrene weniger brüchig.

4. I. ENERGIE UND TRANSPORT I.4. PetrochemischeBrennstoffe Produktion von Benzin von grobem Öl Um Benzinherstellung von grobem Öl zu verbessern, verwendeten Raffinerien am Anfang Hitze, um die größeren Moleküle des Schweröl-Bruchteils in die kleineren in Benzin gefundenen zu brechen, einen Prozess verwendend, genannt Thermalspaltung, auch bekannt als den "Burton Process" in der Verweisung auf den Neuerer William Burton (1913). Jedoch wurden die ersten Grundsätze des Thermalspaltens zuerst von Vladimir Shukhov in Russland 1891 patentiert. Da hohe Temperaturen auch unerwünschte Nebenprodukte bilden, war ein Vakuumdestillationsprozess, der bei niedrigeren Temperaturen funktionierte, weit im Gebrauch vor 1928. Der Gebrauch eines trägen Katalysators (das katalytische Spalten), wurde von Eugene Houdry zwischen 1922 (zuerst erfolgreiche Experimente) und 1934 entwickelt, wurde bereits 1935 gewerblich benutzt, revolutionierte schnell den Benzinraffinierungsprozess. . Ölraffinerie Kraftstoffzusätze Früher 'schlugen' Automobilmotoren, immer wenn schlechtes Qualitätsbenzin verwendet wurde. 1921, wurde tetraethyl zu Benzin hinzugefügt, um den Motorenlauf glatter und ruhig zu machen. Vor 1926 wurde eine Oktanschätzung eingeführt, um die Qualität von Benzin (Kompressionstoleranz) zu messen. Der Gebrauch von Leitungszusätzen wurde in den 1970er Jahren wegen Umweltsorgen unterbrochen. Heute werden Chemikalien (Alkohol, Äther) zu Benzin hinzugefügt, um Oktanschätzung zu verbessern, Benzinleistung zu erhöhen, und Motorreibung zu reduzieren, um Motorleben zu erweitern. Chemische Saisonzusätze wie Methanol werden in einigen geografischen Gebieten verwendet, um das Einfrieren des Kraftstoffs zu verhindern. Katalytischer Konverter Zweistufige Katalysatoren wurden 1975 eingeführt, um Kohlenmonoxid und Kohlenwasserstoff-Emissionen zu kontrollieren. 1981 wurde eine dritte Stufe hinzugefügt, um Stickstoff-Oxyde vom Auslassventil zu reinigen. Katalysatoren fungieren, eine Reihe von chemischen Reaktionen um das Metall, gewöhnlich einen Platin-Katalysator verursachend. Stickstoff-Oxyde werden in den Stickstoff und das Sauerstoff-Benzin umgewandelt, Kohlenmonoxid wird ins Kohlendioxyd umgewandelt, und die unverbrannten Kohlenwasserstoffe werden zu Wasser und Kohlendioxyd umgewandelt. DreiStufen-Katalysator

5. I. ENERGIE UND TRANSPORT I.5.Automobilfahrzeuge Fortgeschrittene Materialien für das Design, die Bequemlichkeit, und die Sicherheit Das Automobil des 21. Jahrhunderts hat wenig Ähnlichkeit mit seinen frühen Vorgängern im Design, der Bequemlichkeit, und der Sicherheit für Passagiere. Entladungsscheinwerfer der hohen Intensität erlauben maximale Nachtbeleuchtung. Korrosion ist durch spezielle Überzüge und Materialien drastisch reduziert worden. Chemische Kühlmittel zirkulieren in einem geschlossenen System. Automobilsicherheitsglas wurde 1914 eingeführt. Heute wird Glas mit speziellen Polymeren beschichtet, um Gewicht und Außengeräusche zu reduzieren und vor dem grellen Licht und der Ultraviolettstrahlung zu schützen. Sicherheitsneuerungen schließen Polymer-Fasern in Sicherheitsgurte (erforderlich in den 1960er Jahren) und in Airbags (erforderlich 1996) ein. Plastikbestandteile Das Reduzieren des Gewichts von Automobilen, von Metall bis Plastik wechselnd und neue Hochleistungsmaterialien identifizierend, wird unter anderem möglich durch chemische Ergebnisse gemacht. Nach dem Zweiten Weltkrieg begannen Kraftfahrzeughersteller, synthetische Erdöl-basierte Polymere für starre Strukturbestandteile wegen ihres Gewichts, Härte, und Wetterbeständigkeit zu verwenden. Nach der Energiekrise der 1970er Jahre wurden Leichtgewichtsalternativen für Metalle gesucht, um Kraftstoffleistungsfähigkeit zu verbessern. Designanwendungen schließen ein: Komplizierte Formen, die durch die Spritzgußtechnik hergestellt werden, thermoplastischen Stoßstangen, Polypropylen-Fasern, die farbecht sind und UV-stabil, und spezielle Farben, Überzüge, und Bindemittel. Polypropylene Fasern Reifentechnologie Archäologische Studien, besonders am Institut von Massachusetts für die Technologie (MIT), datieren auf die ersten natürlichen Gummiprodukte (Hohlware, Tuben usw.) 1600 B.C. in der Mitte - und Südamerika. In Europa wurden die ersten gewerblich anpassungsfähigen Attribute in der Mitte des 18. Jahrhunderts entdeckt. Jedoch war natürlicher Gummi wegen der Erweichung oder Brüchigkeit im heißen oder kalten Wetter unpraktisch. Der Amerikaner Charles Goodyear entwickelte den Vulkanisierungs-prozess für natürlichen Gummi 1839, ungesättigte Verbindungen mit dem Schwefel verbindend. Dieser grundlegende Prozess wird noch mit zusätzlichen chemischen Beschleunigern und Ausgleichern verwendet. Vor 1945 wurde synthetischer Gummi gewerblich erzeugt. Weil Reifennachfrage zunahm, wurden andere Verbesserungen einschließlich eines Schlauchs eingeführt, neue festere Materialien trugen zum Debüt des schlauchlosen Reifens bei. .

6. I. ENERGIE UND TRANSPORT I.6.Luftfahrt Heißluftballons Seit dem November 1783, als zum ersten Mal jemand in einem Ballon flog (F. d'Arlandes und J.F. Pilâtre de Rozierthe, Paris), der durch die heiße Luft angetrieben ist, die sich von einer offenen Flamme erhebt, Neuerungen in Heißluftballons sind Revolutionär gewesen. Heiße Luft wurde schnell durch Wasserstoff ersetzt, der leichter war zu kontrollieren. Das Heißluftballonfahren ist ein populärer Sport mit mehr als 5000 Heißluftballon-Piloten in den Vereinigten Staaten geworden. Chemie hat zum haltbaren, billigen und hitzebeständigen Nylonstrümpfe-Stoff und der flüssigen für den Antrieb verwendeten Propan-Technologie beigetragen. Helium Obwohl Wasserstoff-gefüllte Ballon-Aufbauten, wie das berüchtigte Luftschiff Hindenburg (gebaut 1936, zerstört 1937), hatte starre Strukturen, die Entflammbarkeit von Wasserstoff immer, eine Sicherheitsgefahr darstellten. 1895 wurde Helium in einem künstlichen chemischen Prozess, von Briten William Ramsay und John William Strutt isoliert. 1905 entdeckten die amerikanischen Chemiker David McFarland und Hammilton Cady natürliches Helium in einer Gas Quelle in Kansas, und so war dieses seltene Element plötzlich reichlich vorhanden. Während des Ersten Weltkriegs extrahierte, versorgte und verlud die chemische Technologie, große Mengen von Helium, und die Helium-gefüllten kleinen Luftschiffe im Zweiten Weltkrieg (Escort von Truppe und Versorgungsschiffe um Unterseeboote). In den 1950er Jahren wurde Helium als Schweißatmosphäre während des Rakete-Aufbaus und als das Treibgas verwendet, das den Brennstoff der Rakete zu den Motoren stieß. Die Hindenburg Katastrophe (1937) Rakete-Brennstoffe Von den frühen modernen Testraketen zuerst gestartet in den 1920er Jahren, zu Nachrichtensatelliten des Endes der 1950er Jahre, zur Mehrwegraumfähre der 1980er Jahre, bewirkt die menschliche Erweiterung in den Raum eine erstaunliche Technikleistung. Erfolgreiche Raumfahrt hängt von Raketen ab, die die hohe Stoß-Geschwindigkeit besitzen, um die Gravitationskraft der Erde zu überwinden. Die erste Rakete, die einen flüssigen Benzin Brennstoff und flüssiges Sauerstoff-Oxydationsmittel verwendete, wurde 1926 gestartet. Nachher sind verschiedene Brennstoffe und Oxydationsmittel entweder in der festen oder in flüssiger Form verwendet worden. Die Raumfähre verwendet flüssigen Wasserstoff als Brennstoff, aber die Start-Motoren verwenden einen festen Brennstoff von Aluminium und Ammoniumperchlorat als das Oxydationsmittel/Binder. Baumaterialien für das Flugzeug und die Raketen Weil sich Flugzeugsdesign vom Holz und Stoff zu hoch entwickelten konstruierten Materialien entwickelt hat, hat die chemische Technologie die Materialien zur Verfügung gestellt, um Designanforderungen zu entsprechen. Metalllegierungen, Aluminium und Titan verwendend, wurden entwickelt, um Festigkeit, leichtes Gewicht, hoche Temperaturstabilität, und Korrosionswiderstand für das Flugzeug zur Verfügung zu stellen. Raketen haben spezielle materielle Voraussetzungen wegen der äußersten Bedingungen, unter denen sie funktionieren. Ein Beispiel ist der spezielle Ziegel in strategischen Positionen, der die Raumfähre (die 1980er Jahre) vor hohen Temperaturen bei dem Wiedereintritt schützt. Nachdem ein exotisches Zirkonium Material erprobt wurde, kamen schließlich aus einfachem Sand gewonnenen Kieselerde-Fasern zum Einsatz.