Номер 2, страница 69 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 2. Изменение агрегатных состояний вещества. Параграф 17. Количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива. Темы докладов - номер 2, страница 69.

Условие.

2. Альтернативные виды топлива.

Решение.

Альтернативные виды топлива — это любые материалы или вещества, которые могут использоваться в качестве топлива вместо традиционных (ископаемых) видов, таких как нефть, уголь и природный газ. Поиск и внедрение альтернативных топлив обусловлены несколькими причинами: истощение запасов ископаемого топлива, негативное воздействие на окружающую среду (выбросы парниковых газов, загрязнение воздуха) и стремление стран к энергетической независимости.

Биотопливо

Биотопливо производится из биологического сырья (биомассы), такого как растения, сельскохозяйственные отходы, водоросли. Оно считается возобновляемым и углеродно-нейтральным, поскольку углекислый газ, выделяемый при его сжигании, ранее был поглощен растениями из атмосферы в процессе фотосинтеза.

Основные виды биотоплива:
– Биоэтанол: Спирт, получаемый путем ферментации сахаров из таких культур, как кукуруза, сахарный тростник или пшеница. Используется как добавка к бензину или в чистом виде в специально адаптированных двигателях. Преимущества: возобновляемость, снижение выбросов некоторых вредных веществ. Недостатки: использование продовольственных культур для производства топлива может влиять на цены на продукты питания («продовольствие против топлива»), требуется много энергии и воды для производства.
– Биодизель: Производится из растительных масел (рапсовое, соевое, пальмовое) или животных жиров путем химической реакции (трансэтерификации). Может использоваться в дизельных двигателях в чистом виде или в смеси с обычным дизельным топливом. Преимущества: биоразлагаемость, меньшие выбросы сажи и оксида серы. Недостатки: высокая температура застывания, возможное негативное влияние на прокладки и шланги в старых двигателях, вырубка лесов под плантации масличных культур.
– Биогаз: Смесь газов (в основном метан и углекислый газ), получаемая в результате анаэробного (бескислородного) брожения органических отходов (навоз, сточные воды, пищевые отходы). Может использоваться для выработки тепла, электроэнергии или как топливо для автомобилей. Преимущества: утилизация отходов, получение энергии и удобрений. Недостатки: требует специальных установок для производства и очистки, сложность хранения и транспортировки.

Ответ: Биотопливо — это возобновляемый вид топлива, производимый из органического сырья. Основные виды — биоэтанол, биодизель и биогаз. Их использование помогает снизить зависимость от ископаемого топлива и уменьшить выбросы, но сопряжено с проблемами, такими как конкуренция с производством продуктов питания и воздействие на экосистемы.

Газовое топливо

Газообразные виды топлива являются популярной альтернативой бензину и дизелю благодаря более чистым продуктам сгорания и, зачастую, более низкой стоимости.
– Сжиженный нефтяной газ (СНГ): Смесь пропана и бутана. Получается как побочный продукт при добыче нефти и природного газа, а также при переработке нефти. Хранится и транспортируется в сжиженном состоянии под давлением. Преимущества: более низкие выбросы угарного газа ($\text{CO}$) и углеводородов ($\text{HC}$) по сравнению с бензином, развитая инфраструктура. Недостатки: является продуктом переработки ископаемого топлива, тяжелее воздуха (при утечке скапливается в низких местах, что взрывоопасно).
– Сжатый (компримированный) природный газ (СПГ): В основном состоит из метана. Это тот же газ, что используется в бытовых целях, но сжатый до высокого давления (200–250 атмосфер) для хранения в баллонах. Преимущества: значительно меньшие выбросы вредных веществ и $CO_2$, высокая детонационная стойкость, низкая стоимость. Недостатки: тяжелые и громоздкие баллоны для хранения, меньший запас хода по сравнению с бензином, менее развитая сеть заправок.
– Водород ($H_2$): Считается одним из самых перспективных видов топлива будущего. При сжигании водорода в двигателе внутреннего сгорания или при его использовании в топливных элементах для выработки электроэнергии основным продуктом реакции является вода. Преимущества: нулевые выбросы углекислого газа при использовании, высокая энергоемкость на единицу массы. Недостатки: сложность и энергозатратность производства (особенно «зеленого» водорода методом электролиза воды с использованием возобновляемой энергии), трудности с хранением и транспортировкой (требует либо высокого давления, либо сверхнизких температур), отсутствие инфраструктуры.

Ответ: Газовое топливо (СНГ, СПГ, водород) является более экологичной альтернативой жидким видам топлива. СПГ и СНГ уже широко используются, в то время как водород является перспективным, но технологически сложным направлением.

Электричество

Электричество используется для питания электродвигателей в электромобилях (EV) и гибридах. Оно не является первичным источником энергии, а скорее энергоносителем. Экологичность электромобилей напрямую зависит от способа производства электроэнергии.
– Преимущества: Нулевые локальные выбросы (отсутствие выхлопной трубы), высокий КПД электродвигателя (более 90% по сравнению с 20–40% у ДВС), низкий уровень шума, меньшие затраты на «топливо» и техническое обслуживание.
– Недостатки: Ограниченный запас хода и длительное время зарядки аккумуляторов, высокая первоначальная стоимость электромобиля, износ и необходимость утилизации аккумуляторов (экологическая проблема), нагрузка на электросети, экологический след производства электроэнергии (если она вырабатывается на ТЭС, работающих на угле или газе).

Ответ: Электричество как топливо для транспорта обеспечивает нулевые выбросы в месте эксплуатации и высокую эффективность. Однако его общая экологичность зависит от источников генерации энергии, а широкое распространение сдерживается вопросами, связанными с аккумуляторами, инфраструктурой и стоимостью.

Синтетическое топливо

Синтетическое топливо (e-fuels) — это жидкое или газообразное топливо, полученное путем синтеза из более простых веществ. Оно может быть произведено из угля, природного газа или биомассы.
– Процесс производства: Сырье (уголь, газ, биомасса) сначала преобразуется в синтез-газ (смесь водорода и угарного газа). Затем по методу Фишера-Тропша из синтез-газа получают жидкие углеводороды, которые могут быть переработаны в бензин, дизель или авиакеросин.
– Преимущества: Может быть полностью совместимо с существующей инфраструктурой и двигателями, позволяет получать топливо с заданными свойствами (например, без серы), может быть углеродно-нейтральным, если для производства используется «зеленый» водород (полученный электролизом с помощью возобновляемой энергии) и уловленный $CO_2$.
– Недостатки: Очень энергоемкий и дорогой процесс производства, низкий общий КПД (большие потери энергии на всех этапах преобразования), экономическая целесообразность пока под вопросом.

Ответ: Синтетическое топливо может стать «углеродно-нейтральной» заменой традиционному ископаемому топливу, совместимой с существующими технологиями. Однако его производство является сложным, дорогим и энергозатратным, что ограничивает его широкое применение на данном этапе.