Όταν η κοινωνία άρχισε να αγκαλιάζει τον άνθρακα ως πηγή καυσίμου, έφερε οφέλη απόδοσης στη βιομηχανία και τη βιομηχανία παράλληλα με προβλήματα περιβαλλοντικών επιπτώσεων και ζητημάτων ασφάλειας. Καθώς η επιστήμη και η τεχνολογία εξελίχθηκαν, αυτές οι μέθοδοι βελτιώθηκαν για την αντιμετώπιση προβλημάτων ασφάλειας. Κοιτάζοντας τη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα ως μια ιστορία που έχει τόσο θετικά όσο και αρνητικά μπορεί να δείξει την πραγματική φύση του πώς συνέβη.
Ιστορία της αεριοποίησης άνθρακα
Αν και οι επιστήμονες είχαν μελετήσει τη διαδικασία εκπομπής αερίου από την καύση άνθρακα από το 1780, θα χρειαζόταν μέχρι στις αρχές της δεκαετίας του 1900, όταν οι διαδικασίες θα γίνονταν στο εμπόριο για χρήση σε όλες τις βιομηχανίες στις πόλεις Παγκόσμιος.
Η μετατροπή του άνθρακα σε αέριο στη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα χρονολογείται από την Αγγλία του 19ου αιώνα. Κατά τη διάρκεια αυτών των δεκαετιών, οι ανθρακωρύχοι χρησιμοποίησαν διαδικασίες που συνθλίβουν τον άνθρακα παρουσία οξυγόνου και ατμού σε υψηλές θερμοκρασίες για την παραγωγή αερίου.
Μέχρι το 1860, οι Ηνωμένες Πολιτείες είχαν εξελιχθεί ως βιομηχανικός γίγαντας χάρη στην εξόρυξη άνθρακα μεγάλης κλίμακας διεργασίες σε όλη την οροσειρά των Απαλαχίων, τα λιβάδια της Μεσοδυτικής και ακόμη και τους καταρράκτες και Rockies.
Μειονεκτήματα και πλεονεκτήματα του άνθρακα
Το έθνος στάθηκε ως ο μεγαλύτερος παραγωγός άνθρακα στον κόσμο, αλλά η ιστορία θυμάται επίσης μια σκοτεινή πλευρά της ιστορίας. Τα φτυάρια ατμού, τα τρακτέρ και ο εξοπλισμός που χρησιμοποιούνται στην εξόρυξη άνθρακα διαβρώνουν το έδαφος, ενώ οι σιδηρόδρομοι, οι βιομηχανικές εγκαταστάσεις και τα σπίτια μολύνουν πόλεις σε ολόκληρη τη χώρα.
Οι φτωχότερες κοινότητες βασίστηκαν σε φθηνότερο, βρώμικο άνθρακα που χρησιμοποιούσαν άμεσα, ενώ η ελίτ τάξη των πλουσίων οι οικογένειες θα επωφεληθούν από τα οφέλη του φυσικού αερίου και της ηλεκτρικής ενέργειας, αυξάνοντας το χάσμα μεταξύ των φτωχών και των πλούσιος. Η εργατική τάξη πλημμύρισε εργοστάσια με ανειδίκευτους εργαζόμενους σε επικίνδυνες συνθήκες εργασίας που είχαν ως αποτέλεσμα, από το 20ος αιώνας, δεκάδες χιλιάδες άνθρωποι πέθαναν κάθε χρόνο σε σιδηροδρόμους, σε εργοστάσια και σε ανθρακωρυχεία τους εαυτούς τους.
Ο βιομηχανικός τομέας που είχε κερδίσει έναν τόσο αποτελεσματικό τρόπο αξιοποίησης της ενέργειας της γης έδειξε αυτά τα ενοχλητικά μειονεκτήματα παράλληλα με τα πλεονεκτήματα της βιομηχανίας άνθρακα. Όταν επιστήμονες και μηχανικοί βρήκαν μεθόδους για την παραγωγή αερίου άνθρακα για βιομηχανική και οικονομική σκοπούς, αυτό θα εξελιχθεί αργότερα σε πιο αποτελεσματικές τεχνικές όπως το πετρέλαιο και το συνθετικό φυσικό αέριο παραγωγή.
Καθώς οι άνθρωποι κατανοούσαν τα οφέλη και τα πλεονεκτήματα της αεριοποίησης άνθρακα, δημιούργησαν αυτές τις καινοτομίες για να ταιριάζουν στις ανάγκες τους. Αυτό πήρε τη μορφή μεγαλύτερων εγκαταστάσεων και των ανακαλύψεων περισσότερων δεξαμενών άνθρακα στη γη. Ωστόσο, η αναβάθμιση για να φτάσει εκεί που είναι σήμερα η αεριοποίηση του άνθρακα δεν ήταν τόσο απλή.
Τα μειονεκτήματα και τα πλεονεκτήματα της αεριοποίησης άνθρακα προκάλεσαν απαντήσεις από ενδιαφερόμενους πολίτες και κυβερνήσεις μέσω του εργατικού ακτιβισμού, όπως απεργίες και ένωση. Νέοι κανονισμοί και θεσμοί, όπως ο τρόπος με τον οποίο ο πρόεδρος των ΗΠΑ Θεόδωρος Ρούσβελτ ήθελε αύξηση της κυβερνητικής εποπτείας επί των επιχειρήσεων, εξαπλωμένο σε ολόκληρο το έθνος στις αρχές του 1900 Οι εργοδότες αντιτάχθηκαν στις απαιτήσεις των εργαζομένων της μεσαίας τάξης για καλύτερες συνθήκες εργασίας παράλληλα με πιο λογικές ώρες εργασίας και μισθούς. Η εκβιομηχάνιση έφερε προοδευτική μεταρρύθμιση μέσα από αυτές τις προκλήσεις της εργασίας.
Επιστήμη της αεριοποίησης άνθρακα
Στις αρχές του 20ού αιώνα, περισσότερες πρόοδοι άρχισαν να κινούνται στις Ηνωμένες Πολιτείες και στο Ηνωμένο Βασίλειο. Η μετατροπή άνθρακα σε αέριο χρησιμοποιώντας αντιδράσεις στερεού αερίου χαρακτήρισε κυρίως την αντίδραση του άνθρακα σε άνθρακα με ατμό σε πιέσεις χαμηλότερες από 10 MPa και θερμοκρασίες πάνω από 750 ° C.
Η διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα θα παρήγαγε υδρογόνο, αμμωνία, μεθανόλη και υδρογονάνθρακες, και χρησιμοποιήθηκαν επίσης με ατμό για τη δημιουργία συνθετικού φυσικού αερίου (SNG). Αυτές οι αντιδράσεις θα παράγουν συνθετικά αέρια που αποτελούνται γενικά από μονοξείδιο του άνθρακα (CO) και αέριο υδρογόνο (Η2).
Μέχρι τη δεκαετία του 1930, η υπόγεια αεριοποίηση άνθρακα (UCG) ριζώθηκε επίσης. Η UCG χρησιμοποίησε συγκεκριμένα μια μέθοδο κυκλοφορίας παραγόντων αεριοποίησης όπως αέρα, οξυγόνου και νερού στον ίδιο τον άνθρακα. Αυτή η διαδικασία μετέτρεψε τον άνθρακα σε χρήσιμα αέρια από τον ίδιο τον άνθρακα χωρίς να χρειάζεται να εξορύξει το υλικό.
Θα χρειαζόταν εισροή θερμότητας για να ξεκινήσει αυτές οι ενδοθερμικές αντιδράσεις χρησιμοποιώντας μια πηγή θερμότητας από άλλη διαδικασία ή κάψιμο μέρους του ίδιου του άνθρακα. Η θερμότητα που εκπέμπεται από τα αέρια μπορεί να τροφοδοτήσει κινητήρες ή να χρησιμοποιηθεί για τη δημιουργία χημικών προϊόντων, μερικά από τα οποία θα μεταφερθούν στην επιφάνεια της Γης από τα ορυχεία με λιγότερο απαραίτητο κεφάλαιο εκκίνησης, χαμηλότερο λειτουργικό κόστος και λιγότερη κατασκευή χρόνος.
Ωστόσο, οι πρακτικές εφαρμογές του UCG ήταν και εξακολουθούν να περιορίζονται από την απουσία ποσοτικών γνώσεων για την ίδια τη χημική διαδικασία. Ωστόσο, οι μηχανικοί εκμεταλλεύτηκαν το μέγεθος της κοιλότητας που χρησιμοποιείται για να περιέχουν τον άνθρακα για τη μεγιστοποίηση της θερμικής ενέργειας απελευθερώνεται με την κατανόηση της διαπερατότητας του υλικού της κοιλότητας χωρίς την αποσύνθεση της κοιλότητας εαυτό.
Πρόοδοι στην αεριοποίηση άνθρακα
Η πρόοδος στην αεριοποίηση του άνθρακα καθ 'όλη τη διάρκεια της ιστορίας θα εξασφάλιζε ότι τα θετικά θα υπερέβαιναν τα αρνητικά του άνθρακα όπως θα χρησιμοποιούταν σε όλες τις εφαρμογές. Οι μεταρρυθμίσεις μέσω πολιτικών, κοινωνικών και άλλων σφαιρών θα οδηγήσουν τους κατασκευαστές να λάβουν υπόψη την ανθρώπινη εργασία ως κεφαλαιουχικός πόρος στην οικονομία για την πρόληψη του κόστους για την ανθρώπινη ζωή παράλληλα με την πρόοδο στην επιστήμη και την τεχνολογία.
Οι εξελίξεις θα έρθουν με συγκρούσεις όπως η σφαγή Ludlow του 1914 στο νότιο Κολοράντο, στην οποία η Εθνική Φρουρά του Κολοράντο σκότωσε 18 άνδρες, γυναίκες και παιδιά, ενώ οι ανθρακωρύχοι απεργούν.
Μέχρι τη δεκαετία του 1930, οι δοκιμές για τους καλύτερους τρόπους χρήσης του άνθρακα στην παραγωγή ατμού άρχισαν να εξαπλώνονται σε ολόκληρο τον πλανήτη. Η ΕΣΣΔ είχε πρωτοπορήσει τεχνολογίες μέχρι το 1930 και σύντομα εξαπλώθηκε στο Ηνωμένο Βασίλειο, την Ισπανία, την Κίνα, το Βέλγιο και τις ΗΠΑ τις επόμενες δεκαετίες. Οι μελέτες σκοπιμότητας που πραγματοποίησαν οι ερευνητές προσπάθησαν να εκμεταλλευτούν τον άνθρακα για να βελτιώσουν την αποδοτικότητα και την αποτελεσματικότητα.
Σε απάντηση στις ελλείψεις φυσικού αερίου από τη δεκαετία του 1970 και του 1980, οι ερευνητές πειραματίστηκαν με τη χρήση άλλων αερίων όπως ως διοξείδιο του αέρα ή άνθρακα, και αυτό θα οδηγούσε στη χρήση αερίου υδρογόνου παράλληλα με τις υψηλές θερμοκρασίες με έναν καταλύτη.
Οι μέθοδοι αεριοποίησης άνθρακα προσπάθησαν επίσης να απομακρύνουν ακαθαρσίες όπως το θείο και ο υδράργυρος από τον άνθρακα για να καταστεί μια πιο αποτελεσματική πηγή ενέργειας. Αυτές οι μέθοδοι χρήσης της ενέργειας πιο αποτελεσματικά οδηγούν στην ανακύκλωση της τέφρας από την αεριοποίηση του άνθρακα σε ένα σκυρόδεμα και όχι την αποστολή σε χώρο υγειονομικής ταφής.
Οι συνδυασμένοι κύκλοι χρησιμοποίησαν τον ατμό που παράγεται από την αεριοποίηση άνθρακα για να τροφοδοτήσουν μια δεύτερη γεννήτρια και λειτουργούν με απόδοση 45-50%, ποσοστό 10-15% υψηλότερο από τα παραδοσιακά εργοστάσια παραγωγής. Ο συνδυασμένος κύκλος θα μειώσει τις εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα και θα οδηγήσει σε ακόμη πιο οικονομικές εξελίξεις όπως ο διαχωρισμός του διοξειδίου του άνθρακα από τα άλλα αέρια που παράγονται.
Σύγχρονα θετικά και αρνητικά άνθρακα
Καινοτομίες στη διαδικασία αεριοποίησης άνθρακα επιδίωξαν να κάνουν βελτιώσεις σε κάθε βήμα. Ο προσδιορισμός της κατάλληλης θερμοκρασίας στην οποία θα πρέπει να λειτουργεί ένας αεριοποιητής θα οδηγούσε τους ερευνητές να παρακολουθούν το εξωτερικό περίβλημα των θαλάμων αεριοποιητή χρησιμοποιώντας υπέρυθρες κάμερες.
Θα μπορούσαν, συνεπώς, να αναλύσουν τη θερμοκρασία χρησιμοποιώντας μια συνεχή πηγή δεδομένων θερμοκρασίας μαζί με άλλους παράγοντες όπως το σχήμα των αεριοποιητών και τα χρησιμοποιούμενα υλικά. Η τεχνολογία του κατασκευαστή Pepperl + Fuchs χρησιμοποιεί επί του παρόντος συστήματα έως 13 κάμερες σε κάθε αεριοποιητή για να το καταγράψει.
Αυτές οι εξελίξεις δείχνουν πώς η κοινωνία μπορεί να σταθμίσει τα καλά και τα κακά πράγματα για τον άνθρακα σε όλη την ιστορία.
