Fosilna goriva
- navesti fosilna goriva
- objasniti proces suhe destilacije drveta i proces frakcijske destilacije nafte
- primijeniti postupak ispravnog skladištenja zapaljivih organskih otapala i drugih zapaljivih tvari
- objasniti posljedice nekontroliranog izlijevanja nafte u prirodi
- odgovorno postupati s fosilnim gorivima kao ograničenim izvorima energije.
Uvod
O fosilnim gorivima i fosilima učili ste u šestom i sedmom razredu. Prisjetite se što o tome već znate i u pet minuta zapišite u bilježnicu sve čega se sjetite. U sljedećih pet minuta razmijenite podatke s prijateljem u klupi ili s drugim učenicima grupe. Pročitajte svoje podatke u razredu i u zajedničkom razgovoru učenika i učitelja na ploču zapišite najčešće spomenute sadržaje.
Fosilna goriva
Većina potrebne energije za današnje čovječanstvo dobiva se korištenjem fosilnih goriva. U fosilna goriva ubrajamo ugljen, naftu i zemni plin. To su neobnovljivi izvori energije i zalihe su im ograničene, za razliku od obnovljivih izvora energije, primjerice, energije vjetra, energije Sunca, energije vode, energije iz biomase, geotermalne energije i dr.
Ugljen
Nastanak ugljena
Ugljen je nastao procesom pougljenjivanja (karbonizacije) od biljnih ostataka iz davne geološke prošlosti.
U davnoj prošlosti uz močvare su rasle goleme paprati, palme i četinjače. Nakon što bi uginule, počele bi se razgrađivati složenim biokemijskim procesima.
Tijekom dugog vremenskog razdoblja bez prisutnosti kisika, organske tvari postupno su prelazile u treset, početnu tvar za nastanak ugljena.
Tijekom milijuna godina preko treseta taložili su se novi slojevi tla čime se povećavao tlak i temperatura. Pod tim uvjetima započinje pretvorba treseta u ugljen.
Karbonizacija se odvija milijunima godina.
Sastav ugljena
Ugljen je smjesa tvari.
U sastavu ugljena ima i elementarnih tvari i kemijskih spojeva. Najveća je količina ugljika, a zatim vodika, kisika, dušika i sumpora. Od kemijskih spojeva u ugljenu ima vode, raznih soli, oksida i gline.
Vrste ugljena
Prirodni ugljen može biti biljnog ili životinjskog podrijetla.
Prema starosti ugljen možemo podijeliti na:
- smeđi ugljen – star do 50 milijuna godina, najpoznatiji je lignit
- kameni ugljen – star do 300 milijuna godina, najpoznatiji je antracit.
Stariji ugljen ima veći maseni udio ugljika i zbog toga veću toplinsku vrijednost.
Preradom prirodnog ugljena i drugih organskih tvari može se pripraviti umjetni ugljen. Neke vrste umjetnog ugljena jesu: koks, drveni ugljen, koštani ugljen i aktivni ugljen.
Ugljen
Nastanak ugljena
Ugljen je nastao procesom pougljenjivanja (karbonizacije) biljnih ostataka iz davne geološke prošlosti. Goleme paprati, palme i četinjače koje su živjele uz močvarne kopnene vode nakon uginuća počinju se razgrađivati složenim biokemijskim procesima. Tijekom dugog vremenskog razdoblja i bez prisutnosti kisika, organske su tvari postupno prelazile u humusne tvari i na kraju u treset, početnu tvar za nastanak ugljena. Tijekom milijuna godina preko treseta taložili su se novi slojevi tla čime se povećavao tlak i temperatura. Pod tim uvjetima započinje pretvorba treseta u ugljen. Karbonizacija je dugotrajan geološki proces.
Sastav ugljena
Ugljen je smjesa tvari. U sastavu ugljena ima i elementarnih tvari i kemijskih spojeva. Najveća je količina ugljika, a zatim vodika, kisika, dušika i sumpora. Od kemijskih spojeva u ugljenu ima vode, raznih soli, oksida i gline.
Vrste ugljena
Prema matičnoj tvari nastanka prirodni ugljen može biti biljnog ili životinjskog podrijetla. Najčešće se ugljen dijeli prema starosti, odnosno stupnju karbonizacije, pa ugljen može biti smeđi i kameni ugljen. Ima više vrsta smeđeg ugljena i isto tako više vrsta kamenog ugljena. Najpoznatiji je smeđi ugljen lignit, a kameni ugljen antracit. Procjenjuje se da je karbonizacija smeđeg ugljena započela prije 50 milijuna godina, a kamenog ugljena prije 300 milijuna godina.
Stariji ugljen ima veći maseni udio ugljika i zbog toga veću toplinsku vrijednost. Preradom prirodnog ugljena i drugih organskih tvari može se pripraviti umjetni ugljen. Neke su vrste umjetnog ugljena: koks, drveni ugljen, koštani ugljen i aktivni ugljen.
Lignit, antracit i aktivni ugljen
Aktivni ugljen
Najvažnije svojstvo aktivnog ugljena jest velika moć adsorpcije, tj. vezanja neke tvari na površinu aktivnog ugljena. Procjenjuje se da 1 g aktivnog ugljena ima površinu od 500 m2. Aktivni ugljen najviše se koristi u medicinske svrhe, za uklanjanje štetnih tvari iz probavnog sustava. Osim toga, njegova je upotreba aktivnog raznolika – koristi se u zračnim filtrima, za pročišćavanje otpadnih voda, u klimatizacijskim uređajima itd.
Upotreba ugljena
Prvotno je ugljen korišten kao gorivo, za zagrijavanje prostorija i za postizanje visokih temperatura u pećima kovačnica ili talionica metala. Osim toga, danas je ugljen vrijedna sirovina za proizvodnju koksa, tehničkih plinova, benzina, umjetne gume, lijekova, polimernih materijala (plastike), boja i brojnih drugih organskih spojeva.
Suha destilacija postupak je zagrijavanja organske tvari bez prisutnosti kisika. Dobivaju se čvrsti, tekući i plinoviti produkti. Suhom destilacijom drveta dobivaju se drveni ugljen, katran i vodeni destilat te rasvjetni plin. Suhom destilacijom prirodnog ugljena dobivaju se koks, katran i rasvjetni plin.
Drveni ugljen ljudima je poznat od davnina. Njime su crtani špiljski crteži, a umjetnici se i danas njime služe u slikarskim tehnikama olovke, grafita i ugljena. Uporaba drvenog ugljena vrlo je proširena – koristi se u tehnologiji proizvodnje metala, u medicini, u domaćinstvu kao gorivo te kao jedna od komponenata u smjesi crnog baruta.
Katran je tekući produkt suhe destilacije drveta i ugljena. U sastavu katrana ima vode i raznih ugljikovodika, a koristi se u proizvodnji boja, lijekova, otapala i brojnih drugih tvari.
Rasvjetni plin sadrži metan, vodik, ugljikov(II) oksid i druge plinove, a prije električne rasvjete bio je korišten kao gorivo za plinske svjetiljke u gradovima.
Karbunica, ugljenara, ugljara
Proizvodnja drvenog ugljena ima dugogodišnju gospodarsku tradiciju u Hrvatskoj, naročito u brdovitim krajevima bogatih šumom. Istražite na koji je način građena karbunica za “paljenje” drvenog ugljena u Istri i Gorskom kotaru. Ovisno o kraju i dijalektu, također se zove krbunica, vuglenica, ugljenara, ugljara.
Nafta
Nastanak nafte
Današnji znanstvenici ne slažu se o tome kako je nastala nafta.
Najviše znanstvenika podupire organsku teoriju nastanka nafte.
Prema organskoj teoriji nafta je nastala od ostataka uginulih morskih organizama koji su pali na morsko dno. Tijekom vremena prekrili su ih slojevi pijeska i mulja. Zbog toga su porasli tlak i temperatura te je došlo do karbonizacije.
Stvaranje nafte dugotrajan je geološki proces koji se odvija i danas.
Sastav nafte
Kemijski sastav: nafta je smjesa raznih kemijskih spojeva, najbrojniji su ugljikovodici.
Izgled nafte: tamna i gusta uljasta tekućina.
Boja nafte: zelena, smeđa ili crna.
Druga svojstva: karakteristična mirisa, hlapljiva i zapaljiva, manje je gustoće od gustoće vode.
Nafta
Nastanak nafte
Današnji znanstvenici nisu složni kad je riječ o tome kako je nastala nafta. Ima više teorija, a najviše znanstvenika podupire organsku teoriju nastanka nafte. Prema organskoj teoriji nafta je nastala od ostataka uginulih morskih organizama koji su pali na morsko dno. Ti su ostatci postupno prekrivani novim slojevima pijeska i mulja, što je uzrokovalo porast tlaka i temperature. U uvjetima siromašnim kisikom i pod djelovanjem anaerobnih bakterija organski su ostatci postupno karbonizirani. Stvaranje nafte dugotrajan je geološki proces koji se odvija i danas.
Sastav nafte
Po kemijskom sastavu nafta je smjesa raznih kemijskih spojeva, od kojih su najbrojniji ugljikovodici. Po izgledu, nafta je tamna i gusta uljasta tekućina manje gustoće od vode, ima karakterističan miris, hlapljiva je i zapaljiva. Nafta može biti zelene, smeđe ili crne boje, što ovisi o njezinoj starosti i sastavu.
Nalazišta nafte u Hrvatskoj
Prva naftna bušotina u Hrvatskoj radi od 1844. g., a to je Peklenica u Međimurju. Ostala značajnija nalazišta nafte nalaze se na dravskom, murskom, savskom ili slavonsko-srijemskom području. Potražite na Googleovoj karti sljedeća hrvatska nalazišta nafte: Beničanci, Ferdinandovac, Mihovljan, Legrad, Ivanić, Lupoglav, Dugo Selo, Ilača i Privlaka.
Prerada nafte
Nakon vađenja na nalazištu naftu se pročišćuje od zemnog plina i vode, a zatim se do mjesta prerađivanja transportira naftovodom, cisternama ili tankerima. Prerada nafte započinje pročišćavanjem nafte od vode, soli, sumpornih spojeva i drugih nečistoća. Nakon toga raznim se postupcima prerađuje s ciljem rastavljanja nafte kao smjese na pojedine sastojke. Najvažniji su procesi pri preradi nafte frakcijska destilacija nafte i krekiranje. Specijalizirana industrijska postrojenja u kojima se prerađuje naftu nazivamo rafinerije.
Frakcijska destilacija
Frakcijska destilacija postupak je prerade nafte. U rafinerijama se sirova nafta zagrijava. Pojedini sastojci nafte pri tome isparavaju, njihove se pare skupljaju u posebne spremnike te se dalje prerađuju u različite proizvode.
Najznačajniji proizvodi dobiveni frakcijskom destilacijom nafte jesu: tekući plin, benzin, dizelsko gorivo, petrolej, kerozin, loživo ulje, motorno ulje, bitumen i parafin.
Frakcijska destilacija
Frakcijska destilacija nafte postupak je prerade nafte pri kojem se pojedini sastojci izdvajaju na temelju različitih vrelišta. Postupak se provodi u frakcijskim kolonama. Sirova je nafta smjesa koja sadrži veći broj sastojaka (frakcije), a svaki od njih ima karakteristično vrelište.
Kako se sirovu naftu zagrijava pri dnu frakcijske kolone, tako se s vremenom temperatura postupno povećava. Kada se postigne vrelište pojedine frakcije, ona isparava, a njezine se pare kondenziraju na posebnim sabirnicama frakcijske kolone i odvode se na daljnju obradu.
Postupnim zagrijavanjem odvaja se jedna po jedna frakcija.
Najznačajniji proizvodi dobiveni frakcijskom destilacijom nafte jesu: tekući plin, benzin, dizelsko gorivo, petrolej, kerozin, loživo ulje, motorno ulje, bitumen i parafin.
Krekiranje
Krekiranje je naziv za procese kojima se dodatno prerađuju neke frakcije nafte kako bi se dobile veće količine benzina.
Krekiranje
Krekiranje je naziv za procese kojima se dodatno prerađuju neke frakcije nafte s ciljem dobivanja veće količine benzina. U procesu krekiranja složene dugolančane molekule ugljikovodika cijepaju se na manje molekule. Krekiranje može biti termičko, parno ili katalitičko, a brzina reakcije i vrsta konačnog produkta ovisi o temperaturi reakcije i prisutnim katalizatorima.
Istražite neke od načina transporta naftnih derivata. Koji su načini transporta financijski najisplativiji?
Ekološke posljedice izlijevanja nafte u prirodi
Jedna od najvećih ekoloških katastrofa izlijevanja nafte u more dogodila se 2010. godine u Meksičkom zaljevu nakon eksplozije naftne platforme Deepwater Horizon. Nafta je istjecala tri mjeseca, a procjenjuje se da je u more isteklo oko milijun tona nafte. Zagađeno more obuhvaćalo je površinu oko 9000 km2. Najviše su stradale ribe, ptice i kornjače. Uništena su uzgajališta školjki oštriga, jaja riba i ostalih morskih organizama kao i kompletan plankton. Stradavanjem planktona kao glavnog proizvođača u moru onemogućava se kruženje tvari u hranidbenom lancu i time se uništava cijeli ekosustav. Nafta se zadržava pri površini mora i tako sprječava fotosintezu, disanje i prehranu organizama u moru. Troškovi čišćenja mora, morske obale i živih bića onečišćenih naftom procijenjeni su na više od četiri milijarde dolara.
Zemni plin
Proizvodnja zemnog plina
Crpilišta zemnog plina u kopnenom dijelu Hrvatske najbrojnija su u Međimurju i savskom području, a na području Jadranskog mora nalazi se oko četrdeset plinskih platformi. Zanimljivo je istaknuti da jadranske plinske platforme u Hrvatskoj nose ženska imena (Ivana, Annamaria), a najpoznatije kopneno plinsko crpilište nalazi se u Molvama.
U podzemnim ležištima zemni se plin nalazi pod povišenim tlakom. Plin se vadi kontroliranim bušenjem Zemljine kore i dovođenjem plina na površinu pod mjerama sigurnosti. Nakon toga plin se čisti od primjesa i prevozi do skladišnih cisterni.
Sastav zemnog plina
Zemni plin ili prirodni plin homogena je smjesa raznih ugljikovodika, a može imati u manjoj količini i drugih plinova poput ugljikova(IV) oksida i sumporovodika. U najvećoj količini zemni plin sadrži metan.
Upotreba zemnog plina
U kućanstvu se zemni plin koristi za zagrijavanje prostorija i kuhanje hrane. U novije vrijeme zemni je plin popularan kao alternativno gorivo za automobile. U svakome kućanstvu obvezna je redovita kontrola plinskih instalacija svake četiri godine. Pri tome se pregledavaju cijevi, ventili i sva trošila koja koriste plin kao gorivo. Nesavjesno zanemarivanje takvih kontrola može imati tragične posljedice.
Transport i skladištenje zemnog plina
Zemni se plin transportira u plinovitom stanju cjevovodima ili u ukapljenom stanju specijalnim brodovima. Rezervoar za transport ukapljenog plina mora biti izrađen od posebnog materijala jer je zemni plin zapaljiv, eksplozivan, male gustoće, male viskoznosti i pri temperaturi od -50 °C.
Skladištenje zemnog plina
Suvremene metode skladištenja zemnog plina podrazumijevaju podzemno skladištenje plina u poroznim stijenama, bušotinama, šupljinama rudnika soli, iscrpljenim naftnim nalazištima i slično.
Utjecaj fosilnih goriva na okoliš
Korištenje velike količine fosilnih goriva u kratkom vremenskom razdoblju štetno djeluje na okoliš. Izgaranjem fosilnih goriva stvaraju se brojni plinovi koji pridonose učinku staklenika i pojavi kiselih kiša. Smatra se da je ekološki najpovoljnije korištenje zemnog plina jer njegovim sagorijevanjem nastaju znatno manje količine sumporova(IV) oksida i drugih čestica u krutom i tekućem stanju.
Predložite neke od načina ušteda fosilnih goriva koji mogu pridonijeti manjem zagađenju okoliša. O svojim prijedlozima raspravite u razredu.
Na kraju…
Riješite interaktivne zadatke koji slijede!
Fosilna goriva
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Izbacite uljeza! Fosilna su goriva:
Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.
Je li ova tvrdnja točna?
Ugljen je nastao od ostataka golemih biljaka koje su u davnoj prošlosti rasle uz močvare.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Lignit (smeđi ugljen) star je oko 50 milijuna godina, a antracit (kameni ugljen) star je oko 300 milijuna godina. Koji od njih ima veću toplinsku vrijednost?
Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.
Je li ova tvrdnja točna?
Nafta je nastala od ostataka uginulih morskih organizama.
Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.
Odaberite sve točne odgovore.
Zaokružite dva točna odgovora.
Nafta je:
Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.
Je li ova tvrdnja točna?
Krekiranje je proces prerade nafte pri čemu se cijepaju molekule većih ugljikovodika na manje molekule uz posebne uvjete tlaka i temperature i prisutnost katalizatora.
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
U najvećoj količini zemni plin sadrži:
Želite li pokušati ponovo?
Fosilna goriva
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Kojim postupkom od drveta nastaje drveni ugljen?
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Glavni je sastojak zemnog plina:
Klikom odaberite jedan točan odgovor.
Odaberite točan odgovor.
Frakcijska destilacija odvaja sastojke iz smjese na temelju:
Je li tvrdnja točna ili netočna? Odaberite klikom na gumb.
Je li ova tvrdnja točna?
Krekiranje je proces prerade nafte pri čemu se cijepaju molekule većih ugljikovodika na manje molekule uz posebne uvjete tlaka i temperature i prisutnost katalizatora.
Klikom odaberite jedan ili više točnih odgovora.
Odaberite sve točne odgovore.
Odaberite ispravne tvrdnje (dvije su točne).
Želite li pokušati ponovo?