(40分)燃燒燃料產生的環境污染問題

燃燒燃料產生的環境污染問題

→ 燃燒化石燃料，會產生大量煙塵和廢氣（部分有毒），造成空氣污染。

→ 二氧化硫等氣體會和空氣中的水分產生化學作用，
　 其後隨著雨水下降，形成酸雨，損害植物、水體及露天的人類文化遺產。

→ 二氧化碳會在大氣中累積，加強溫室效應，令到全球氣溫上升，
　 再產生連鎖性的恐果，例如氾濫、島國消失等。

相對而言，天然氣的有害物質較少。
在其轉換成液態處理過程中，硫、氮、水分等不純物質，已被盡數去除，
所以燃燒時只產生少量的氮氧化物及二氧化碳。
故此，天然氣可以緩解能源緊缺，減少環境污染。

核能發電對環境會造成何種衝擊？

　　任何發電方式均會對環境造成衝擊：利用化石燃料發電會造成熱污染、空氣污染同時也會排放二氧化碳；水力發電會對生態及環境帶來更大的衝擊及更久遠的影響。水庫的興建，會淹沒大片的區域，造成附近生態的永久改變；人工湖的形成更有可能影響到水庫週邊，甚至更大範圍的氣象。這些改變都是無法復原的；

使用核能發電：

會產生放射性物質，若處理不當，對生態及人體造成傷害：

　　核能發電的熱量並非來自燃燒，所以不會造成空氣污染。但是核能電廠在正常運轉時，仍然不可避免的會將極微量的放射性物質排放到外界環境，而且核能發電會產生中低階的放射性廢料，以及具有高強度放射性的使用過核燃料。使用過核燃料中尚有許多可以回收利用的鈾及鈽元素，在可見的未來均有可能成為珍貴的能源。如果這些放射性物質有機會在環境中擴散，亦會威脅到人類的健康，因此必須審慎處理。一般說來，放射性廢料或使用過核燃料處理的技術己經存在，但是最棘手的問題是因民眾的反對，無法找到適當的儲存場址。

產生熱污染，對環境造成一定影響：

　　由於核能發電的熱效率較火力發電為低，故核能發電的熱污染確實較火力發電為嚴重。提高發電機組的熱效率，需增加相當多的設備。設備的裝置費用，可以由因熱效率提高而節省下的燃料費中獲得補償。核能發電的燃料成本較低，故提高核能電廠熱效率所需的設備增購費用，可能無法由節省下來的燃料費中賺回來，故不值得投資。核能電廠熱效率的提高，將使電廠的設計變得非常複雜，複雜的系統必定較易故障。核能電廠的建廠投資成本非常大，任何設備發生故障，均會使電廠無法發電，將會對電力公司帶來較大的財務損失。因此從技術層面來說，核電廠的熱效率絕對可以提高，但從經濟層面考量，則不值得如此做。

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火力發電（thermal power），利用燃燒化石燃料產生蒸氣來推動發電機。

化石燃料主要有石油、天然氣（natural gas）和煤（coal）。儲藏量有限，用完了無法再生。

化石燃料使用方便，所以火力發電是常見的方法。近年因為環境污染問題及燃料能源有限等因素，火力發電佔總發電量有下降的趨勢。

火力發電需要大量的燃料及冷卻水，故廠址多以瀕臨海濱或港灣內，靠近大量儲油庫或生產煤、天然氣的地區，水源充沛的地方為主。

火力發電廠的污染

燃燒化石燃料，會產生大量煙塵和廢氣（部分有毒），造成空氣污染。

二氧化硫等氣體會和空氣中的水分產生化學作用，其後隨著雨水下降，形成酸雨，損害植物、水體及露天的人類文化遺產。

二氧化碳會在大氣中累積，加強溫室效應，令到全球氣溫上升，再產生連鎖性的恐果，例如氾濫、島國消失等。

相對而言，天然氣的有害物質較少。 在其轉換成液態處理過程中，硫、氮、水分等不純物質，已被盡數去除，所以燃燒時只產生少量的氮氧化物及二氧化碳。故此，天然氣可以緩解能源緊缺，減少環境污染。

香港「中華電力」有計劃使用天然氣，而中國則計劃「西氣東輸」。

我想問有無英文呀!

化學能的變化

反應物

生成物

∆H=負值


放熱反應能量變化

　





化石燃料的燃燒

Ø 利用化石燃料燃燒產生的熱能，轉化為機械能，為人類工作。
Ø 蒸氣機的轉換效率約30%，內燃機的轉換效率約45%。
Ø 煤的主要成分是碳，含碳量愈高，燃燒時出熱量愈多，且產生黑煙愈少。
Ø 天然氣的主要成分是甲烷及少量乙烷，液化石油氣的主要成分是丙烷及丁烷，汽油、柴油的含碳數更多，這些都是屬於碳氫化合物，燃燒的主要產物是CO2及H2O。

Ø 煤：古代植物長時間埋藏在地表下，經碳化作用所形成的黑色物質。煤的主要化學成份是碳元素，另外還含有氫、氧和少量氮、硫及無機礦物質。埋在地下愈久，煤質愈好。其中無煙煤是最高級的煤（含碳量最高），燃燒時幾乎沒有煙。
Ø 煤的燒燃為一放熱反應，為火力發電廠的重要燃料，含碳量愈高而含有揮發成份愈低的煤，燃燒時火力愈大。
Ø 煤燃燒產物主要是二氧化碳，做成溫室效應而導致地表溫度上昇。

煤的乾餾

Ø 將煤在密閉煉焦爐（用以隔絕空氣）中強熱（1200℃溫度）而起分解 ，即可得到煤焦、煤溚及煤氣。

原油分餾的產物

成分 組成(烷系烴) 沸點範圍 主要用途
石油氣 C1~C4 20℃以下 燃料
石油醚 C5~C6 20~60 石油化學品原料
汽油 C6~C9 60~200 汽車燃料、有機溶劑
煤油 C10~C16 175~300 噴射機燃料
柴油 C15~C20 250~400 柴油機燃料
蠟油 C18~C22 大於300 潤滑油、蠟紙
殘留物 C18~C40 防水

裂解汽油
Ø 輕油(C5~C12)在強熱時，會發生裂解，使碳分子長鏈打斷成短鏈的小分子，這種熱裂解的過程稱為裂煉(Cracking) 。輕油裂解後的小分子可做為工業原料及燃料。



辛烷值與含鉛汽油

Ø 辛烷值(Octane number)：為汽油抗震爆(anti-knocking)的能力標準。簡稱為O.N. ，純正庚烷的抗震爆能甚差，其辛烷值訂為 0；純異辛烷的抗震爆能力較佳，訂為100。
Ø 故辛烷值越大者，其抗震能力越強。
Ø 直接由原油分餾得到汽油，辛烷值約55，震爆情形令人難以忍受，故過去汽油中添加抗震劑四乙基鉛來提升其辛烷值。
Ø 但含鉛的汽油會造成的環境污染。目前國內己禁用，改採無鉛汽油。

無鉛汽油

Ø 為解決含鉛汽油的污染問題，目前已開發出以甲基第三丁基醚取代四乙基鉛當抗震劑。
Ø 汽車的引擎也加裝觸媒轉換器，減少有毒一氧化碳、氮氧化物的排放。可有效改善廢氣污染問題。
不同燃料的燃料熱值比較

燃 料
燃 燒 熱 值

固體燃料

(KJ/Kg)
泥煤
7000

褐煤
14600

煙煤
31100

無煙煤
32100

液體燃料

(KJ/L)
汽油
28000

煤油
35500

柴油
36800

氣體燃料

(KJ/m3)
天然氣
37200

液化石油氣
53300

煤氣
20900