Un combustibil este un compus chimic care, împreună cu un oxidant (cum ar fi oxigenul ) și energie , este consumat într-o reacție chimică care generează căldură : arderea . Această reacție rapidă de oxidare exotermă implică un reactiv de reducere (combustibil) și un reactiv de oxidare (oxidant).
Un combustibil este un combustibil care alimentează un motor cu ardere internă .
Prin extensie, vorbim și despre biocombustibil pentru a desemna combustibili organici „ nefosili ”, combustibil nuclear pentru a desemna izotopii fisili utilizați pentru a produce energie prin fisiune în reacțiile nucleare , deși nu este vorba de o „reacție de combustie” .
În combustie (care este o reacție redox ), oxidantul este oxidantul , în timp ce combustibilul este agentul reducător .
În limbajul cotidian, termenul „ combustibil ” desemnează mai degrabă produsele utilizate pentru încălzire ( lemn , cărbune , produse petroliere etc.). De fapt, acest calificativ se aplică oricărui compus capabil să se unească cu un oxidant (aproape întotdeauna oxigen în aer) și capabil să fie consumat .
În prima semnificație, „ combustibilii sunt produse a căror combustie în prezența aerului în arzătoare , șeminee , cuptoare sau cazane furnizează energie termică . Aceasta este utilizată în sectorul casnic și comercial ( încălzire , gătit , uneori iluminat ), în industrie (aport de căldură în reacțiile chimice endoterme, producția de abur și electricitate ) sau în agricultură ( uscarea culturilor ).
Combustibilii se disting de combustibilii care sunt destinați producției de energie mecanică în motoare . Trebuie remarcat faptul că anumite produse precum gazul petrolier lichefiat (GPL), păcura pentru uz casnic (FOD) și păcura grea pot fi utilizate atât ca combustibil, cât și ca combustibil. "
Combustibilii se împart în trei mari categorii în funcție de starea lor fizică în condiții standard de temperatură și presiune. Astfel distingem:
A doua semnificație cuprinde mai larg alte substanțe, a căror vocație în industrie nu este neapărat consumată pentru a produce energie. În acest caz, denumirea de combustibil se referă la proprietățile chimice, la manipularea și la precauțiile de depozitare.
Anumite produse combustibile au proprietatea de a se aprinde puternic și de a arde odată cu producerea de flăcări ; sunt calificate drept „produse inflamabile”. Pentru a caracteriza inflamabilitatea lichidelor, se utilizează conceptul de punct de aprindere. „ Punctul de aprindere ” este temperatura minimă la care, în condiții de testare specificate, un produs emite suficiente gaze inflamabile capabile să se aprindă momentan în prezența unei surse de aprindere.
În plus, gazele, vaporii, ceațele produselor combustibile, amestecate cu aerul, sunt explozive în intervalul de concentrație dintre limita inferioară de exploziv (LEL) și limita superioară de exploziv (LSE) (Vezi Limita de exploziv ). Sub LEL, amestecul este prea slab în combustibil pentru a da naștere fenomenului exploziv. Deasupra LSE, amestecul este prea bogat în combustibil și nu conține suficient oxigen.
Combustia este o reacție chimică de oxidare a unui combustibil cu un comburant , care necesită o sursă de alimentare . Acesta aduce în joc trei elemente necesare:
care constituie triunghiul focului .
Combustibilii sunt sursa primară de energie utilizată de oameni pentru încălzirea locuințelor, iluminat și industrie. O nouă eră a început cu exploatarea combustibililor fosili , care va fi în mare măsură la originea dezvoltării industriale a Occidentului la sfârșitul XVIII - lea secol și este completat cu epuizarea acestor resurse. Se utilizează deja alte surse de energie care evită consecințele temute ale arderii , producerea de gaze cu efect de seră .
Lemnul, cărbunele, pentru încălzire, uleiurile animale , vegetale și minerale , care au fost folosite imemorial în lămpile cu ulei , constituie cei mai vechi combustibili.
Din nou în 1762, Dicționarul Academiei Franceze ( ediția a IV- a ), oferă următoarea definiție pentru combustibil
„COMBUSTIBIL: Cine este dispus să ardă ușor. Material combustibil. Pitch, gudron, sulf, sunt materiale combustibile. Marmura și porfirul nu sunt combustibile. "
Benjamin Thompson , contele de Rumford este primul fizician preocupat de determinarea puterii calorifice a combustibililor pe care dispozitivul pe care îl folosește este numit „ calorimetrul Rumford ”. Pentru Lavoisier , căruia îi datorăm termenul „ oxigen ”, în Traite elementaire de chimie , în 1789, arderea nu este altceva decât descompunerea oxigenului gazos de către un corp combustibil. Oxigenul formează baza acestui gaz, este absorbit de caloric și lumina devine liberă și se degajă . Explicația lui Lavoisier asupra arderii înlocuiește teoria flogistonului , care postulează că materialele eliberează o substanță numită flogiston atunci când ard în recipientul în cauză. În jurul anului 1800, combustibilii simpli, reduși la șase deoarece diamantul este considerat cel mai pur carbon, sunt hidrogen , azot , sulf , fosfor , carbon și metale . Facultățile corpurilor combustibile nu sunt toate egale. În număr, există unele care ard cu flacără și altele care ard fără flacără. Azotul gazos și multe dintre metale se află în ultimul grup.
XIX E secol sub impulsul igienist curent sunt preocupați de salubrizarea locuințelor. Ventilația , de încălzire , sunt ridicate în știință, combustibili sunt enumerate și clasificate și cuantificate. În 1844, „combustibilii sunt foarte numeroși, deoarece această mare clasă de corpuri conține nu numai toate corpurile simple, ci și un număr mare de corpuri compuse. Cu toate acestea, cele care sunt folosite în arte pentru a produce căldură sunt foarte puține la număr, deoarece, pentru a fi utilizate, trebuie să îndeplinească mai multe condiții importante care exclud un număr mare dintre ele:
În 1847, combustibilii folosiți în vetrele motoarelor cu aburi etc. , sunt trei la număr: lemn , turbă și cărbune . Prin urmare, există trei combustibili care sunt supuși „carbonizării” (de fapt, pirolizei ) dau naștere la trei combustibili noi: cărbune , cărbune de turbă și cărbune tare sau cocs . În 1870, combustibilii folosiți la încălzire (cu valorile lor calorice pe kilogram) erau cărbunele tare (8.000 de calorii), brichetele de cărbune aglomerate (8.000 de calorii), cocsul din fabricile de gaze (de la 7.000 la 7.500 de calorii), bucățelul tăbăcit (produs rezidual, un fel de rumeguș din prepararea pieilor tăbăcite cu legume și care servește drept combustibil ieftin, 5000 calorii), lemn uscat (3500 calorii) sau obișnuit (3000 calorii), cărbune (6000 calorii), gaz de iluminat (6000 calorii pe metru cub), ulei de petrol (8000 de calorii).
La începutul XIX - lea secol, progresele in chimie si industrie conduc la descoperirea gazelor fabricate , primul combustibil gaz de angajați pe scară largă, în primul rând în utilizarea de iluminat ( de iluminat cu gaz ) , apoi în toate celelalte aplicații industriale sau casnice de încălzire. De asemenea, a fost legat de această industrie că s-au născut primele grupuri majore de energie.
În 1857 , industria petrolieră s-a născut în România , cu prima rafinărie din Ploiești , care alimentează cele 1000 de lămpi de ulei ale iluminatului public din București .
Produsele petroliere sunt treptat pe piață. Gazelor naturale va trebui să aștepte până în 1960 pentru distribuție largă.
Din 1880, combustibilii nu mai sunt singura sursă de aprovizionare cu energie, iar electricitatea permite transportul energiei produse prin mijloace care până atunci rămăseseră marginale și care sunt pentru unii mai curate: hidroelectrica valorifică energia râurilor, eolianului, energia eoliană , energia soarelui , etc.
Combustibilii pot fi clasificați în combustibil solid, combustibil lichid , combustibil gazos .
Fiecărui stat îi corespunde:
Operațiunile de depozitare și manipularea gazelor și lichidelor combustibile sunt preocupate de măsurile preventive care trebuie aplicate împotriva riscurilor de incendiu și explozie . Celelalte riscuri sunt legate de toxicitatea și ecotoxicitatea produselor.
Alimentați starea solidă de origine fosilă (cărbune, cărbune etc.) sau din biomasă (lemn, cărbune etc.).
Există patru tipuri de combustibil care corespund, respectiv, celor patru clase principale de incendii A, B, C și D.
Majoritatea materialelor de origine organică sunt combustibili. De exemplu, lemnul (20.000 kilojoule pe kilogram), cărbunele , petrolul (42.000 kilojoule pe kilogram pentru benzină) sunt combustibili.
Distingem:
Combustibilii organici sunt lemnul, alcoolii , gazele naturale, petrolul și derivații acestuia etc.
Lemn de foc Combustibili fosiliDe combustibilii fosili (petrol, cărbune, gaz ...), sunt din materiale organice preistorice fosilizate . Arderea lor eliberează în atmosferă dioxid de carbon (CO 2 ) care provine din combinația de atomi de carbon din subsol și oxigenul atmosferic. Aceste emisii de CO 2 contribuie la efectul de seră și la schimbările climatice actuale.
BiocombustibilBiocarburanții sau agrocarburanții reprezintă toți combustibilii derivați din materii vegetale sau animale provenind din biomasă (acesta este sensul prefixului „bio” pentru biocombustibili / biocombustibili). Se face distincția între utilizarea combustibilă, adică destinată arderii pentru a produce căldură și / sau electricitate, din combustibil , utilizare lichidă sau gazoasă, destinată alimentării motoarelor.
Biocombustibilii pot fi solizi , cum ar fi lemn de bușteni , cărbune sau pelete de lemn , precum și bălegar de la mamifere rumegătoare (în unele țări); lichide , cum ar fi etanolul ; sau gazoase , cum ar fi biogazul .
Lemnul (și toată biomasa din agricultură - substanțe vegetale și animale -, silvicultură și deșeuri industriale și municipale) are o amprentă de carbon mult mai mică (atâta timp cât replantăm ceea ce a fost tăiat): emisiile de CO 2 legate de combustie sunt compensate de cantitatea de CO 2 atmosferic absorbit în timpul creșterii plantelor prin fotosinteză .
Este o energie regenerabilă , dar nu nepoluantă.
De asemenea, vorbim de combustibil nuclear pentru a desemna materialele utilizate pentru a produce energie prin fisiune în centralele nucleare , deși aceasta nu este o reacție de ardere.
Puterea calorifică sau căldura de ardere (notată Δ c H 0 , în engleză Heat Value) a unui material combustibil este entalpia reacției de ardere pe unitate de masă în condiții normale de temperatură și presiune .
Conținutul energetic al unor combustibili (pentru utilizare finală) și tabelul de conversie:
| Produs energetic | kJ (PCI) | kgep (PCI) | kWh (PCI) |
|---|---|---|---|
| 1 kg de cocs | 28.500 | 0,676 | 7.917 |
| 1 kg de cărbune slab | 17.200 - 30.700 | 0,41 - 0,733 | 4.778 - 8.528 |
| 1 kg de brichete de lignit | 20.000 | 0,478 | 5.556 |
| 1 kg de lignit negru | 10.500 - 21.000 | 0,251 - 0,502 | 2,917 - 5,833 |
| 1 kg de lignit | 5.600 - 10.500 | 0,134 - 0,251 | 1.556 - 2.917 |
| 1 kg de șist uleios | 8.000 - 9.000 | 0,191 - 0,215 | 2.222 - 2.500 |
| 1 kg de turbă | 7 800 - 13 800 | 0,186 - 0,330 | 2.167 - 3.833 |
| 1 kg de brichete de turbă | 16.000 - 16.800 | 0,382 - 0,401 | 4.444 - 4.667 |
| 1 kg de păcură grea | 40.000 | 0,955 | 11,111 |
| 1 kg de ulei pentru încălzire | 42.300 | 1,010 | 11.750 |
| 1 kg de combustibil (benzină) | 44.000 | 1,051 | 12.222 |
| 1 kg de ulei de parafină | 40.000 | 0,955 | 11,111 |
| 1 kg de gaz petrolier lichefiat | 46.000 | 1,099 | 12,778 |
| 1 kg de gaz natural (la 93% CH4) | 47.200 | 1.126 | 13.10 |
| 1 kg de gaz natural lichefiat | 45 190 | 1,079 | 12.553 |
| 1 kg de lemn (la 25% umiditate) | 13.800 | 0,330 | 3.833 |
| 1 kg pelete / cărămizi de lemn |
16.800 | 0,401 | 4.667 |
| 1 kg de deșeuri | 7.400 - 10.700 | 0,177 - 0,256 | 2.056 - 2.972 |
| 1 MJ de căldură derivată | 1000 | 0,024 | 0,278 |
| 1 kWh de energie electrică | 3.600 | 0,086 | 1 |