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将来のエネルギー、政策の原理
砂漠地帯に行くと、ラクダの糞が燃料になる、などと聞く。果たして、そんな物が燃料になるのか。日本人の常識からは、まさか。だが、燃料の少ない砂漠では、そんな物が燃料になるらしい。なら、燃料とは何か。今日本はエネルギー問題でてんやわんや。
ついちょっと前までは、温暖化対策に石炭や石油をやめて原子力にしよう、という意見が多かったが、今は、原子力にしようという意見は影を潜めた。なら温暖化対策はもう要らないのか。そんなことはない。将来のエネルギーについて考えてみよう。
1 化石燃料と化学的意味
エネルギーの元は、太陽エネルギーが植物を育てセルロース(繊維素)を作り、その蓄積物がエネルギーになる。そして、地中で地熱作用を受け、脱水されて炭化したものが石炭。生物作用を受け還元された物が石油になるというわけだ。
いずれも、燃やせば炭酸ガスと水になり、熱を放出するから、燃料になることは間違いない。我々は、こうして燃やせる物を燃料だと思ってきた。これで間違いないが、ラクダの糞も燃料だというのなら、何か共通点があるはずだ。
何だろう。なら、何故、繊維素のままでは燃料にならないのか。そうなのだ、濡れていては、火がつかないから、糞のような物は、燃料にならないのだ。となると、石炭、石油が燃料だというのは、脱水され、炭素化合物がそのまま燃やせるようになっているからいい燃料だと言えるのだ。
そう、燃料を作るとは、乾燥した炭化物を作ることだったのだ。
2 木材は、なぜ火力が弱いのか
枯れ木はよく燃え、生木は燃えない。同じ繊維素なのに差があるのは、含水率が違うからだ。生木でも、一旦燃えだしたら枯れ木と同じように燃える。山火事を見れば一目瞭然だ。
だが、木材をいくら乾燥しても製鉄用の原料にはならない。火力が弱いからだ。なら、同じ炭素化合物なのに石炭と木材の違いはどこにあるのか。
んん、難しい。実は、これは、木材の繊維素を化学式で書くとCH2Oとなる。
この時の化学反応式は、
CH2O + O2 → CO2 + H2O+ 熱
となる。炭素1原子当り1分子の水が生じ、この水が水蒸気になり、単位体積当りにエネルギー半分にしてしまうからだ。本来1000度まで上がってもいい燃料でも体積が2倍になれば500度にしかならない理屈だ。
いや、違う。これは、酸化剤(助燃剤)を酸素にした場合の話で、通常は、空気を使うから、空気中の酸素は5分の1だから、その分体積が増えて、正確に言うと、体積が3倍になるから温度は、350度までしか上がらない。
実は、こういう理由で木炭では高温は得られないのだ。つまり、燃料として炭化物を使う場合は、できるだけ水分を除いた方が火力は強くなるのだ。
3 石油と石炭の火力の差
石炭は、化学式(組成式)で書くとC、石油は、およそCH2。これを燃焼する時に化学反応式は、
石炭:C + O2 → CO2 + 熱
石油:CH2 + 2/3O2 → CO2+H2O + 3熱
となり、石油を燃やせば、水蒸気が出て、その分熱ガスの体積が増えて温度が下がってしまう。もう少し詳しくいうと、炭素1原子につき、3原子が反応して1分子の水ができるから、炭素1原子につき、3分の1分子の水ができる分だけ温度が下がる勘定だ。このような状況から、石炭を燃焼するのと石油を燃焼するのでは、得られる高温度が違うわけである。こういう事から、製鉄用には、高温が必要で、石油ではなく石炭が使われるが、発電用には、必ずしも石炭である事は必要ない。むしろ、炭酸ガスが少ないことが好まれるわけだ。
4 なら、何が燃料となり得るのか
太陽熱を利用した再生可能炭化物を使用することを前提で考える(他のエネルギー源もある)。そうすると、燃料となるためには、纏めると、
① 「水切り」が必要、
② 「含水率の少ない」化合物が必要。
となる。
生木や生草が燃料になりにくいのは、①の理由による。
分子内脱水が起きていないと燃料になりにくいのは②の理由だ。
ところで、石油生成菌により石油を生成するとエネルギー問題が解決できるというのは、①の理由が大きい。つまり、疎水性の物質を作ると水切りが不要になるからだ。ちなみに、通常の生草の場合は、含水率80%〜90%という高率で、このままでは燃える時水蒸気ばかり出して燃料にならない。
私は、間違っていたが、石油生成菌により石油を作ることに意味があると思っていたが、疎水性の物質を作ることにより、含水率10%程度の炭化水素を作ることに意味があったわけだ。
最近、生物燃料なる物が出てきた。これは、炭水化物から水分を蒸発(脱水)して炭素濃度を上げているわけだ。
また、最近では、間伐材から準炭のような燃料を作るのがいいと言われ、そういう燃料が着目を浴びてきた。この原理は、木材を砕いてチップにし、乾燥して水分を蒸発させ、最後に200度くらいに熱してできるだけ水分を少なくすることに意味がある。尤も、木材を乾燥するのに別のエネルギーを使えば、その分だけ生成した分からその熱を引かねばならないから、そうならないように火の調節が必要になる。
以上纏めると、中間結論として、炭水化物(木材、草)の場合は、太陽熱で十分乾燥すると、いい燃料が出来ることになる。つまり、ラクダの糞は乾燥が十分ならいい燃料になるということだ。
今日は、ここまでにしておく。
また、この文章は、まだ推敲不十分だから、続きを書く時は、間違いを正すことにする。とにかく、今日は、太陽で乾燥することが大事だということを話しておく。太陽熱は、太陽光発電だけではない。
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モデルの卵とか、アイドルの卵とか。
流石に現役のAKBクラスのは無理かもしれないけど、
意外と卵クラスの方が可愛いくて会えたりするんですよね!
俺はこういう所で探して、時々食ったりしてる。
ttp://achy.akb4488.info/lq6vh5f/
2011/5/28(土) 午前 6:15 [ アイドルの卵とか。 ]