Молодой доктор наук из ТНЦ СО РАН принял участие в проекте «Говорит и показывает ученый»

Как обычно, в последний вторник месяца в Доме ученых Томского научного центра прошла встреча в рамках научно-популярного проекта «Говорит и показывает ученый», включенного в программу празднования 300-летия Российской академии наук в Сибирском отделении РАН. Седьмая по счету лекция была посвящена процессам горения. О них детям и взрослым рассказал замдиректора ТНЦ СО РАН по научной работе доктор технических наук Анатолий Мазной.

Анатолий Сергеевич начал свою лекцию с объяснения базового понятия «горение», под которым широко понимаются экзотермические реакции окисления органики:

– Горение – это сложный физико-химический процесс, в ходе которого топливо, обычно уголь, природный газ или нефть, окисляется и выделяет энергию в виде тепла. Без этих процессов жизнь современного человека попросту немыслима. Ведь благодаря тепловой энергии мы отапливаем свои дома, приводим в движение наши автомобили, производим электричество.

Процесс горения, как и любая химическая реакция, сильно связан с температурой. Так, если наполнить некий сосуд смесью воздуха и метана, то при комнатной температуре никаких реакций не будет происходить сотни лет. Однако при нагреве сосуда до 500–700 градусов произойдет возгорание. Реакция окисления топлива ускорится примерно в 100 миллиардов раз. Можно и проще: чтобы запустить реакции горения, просто нужна искра.

Затем А. Мазной рассказал о бедном и богатом пламени. Когда топлива мало, а воздуха много – это бедное пламя. Такое пламя имеет голубой цвет. У него хорошие экологические параметры и потому бедное горение используется на теплостанциях для нагрева воды и отопления наших домов. Когда воздуха меньше необходимого, то горение называют богатым. В таком пламени образуется угарный газ и мелкая сажа. Сажа ярко светится и пламя имеет желтый цвет – ученый наглядно продемонстрировал аудитории пример с зажигалкой. Богатым пламенем часто горят дрова, с ним надо быть предельно осторожным.

По мнению Анатолия Сергеевича, одной из важнейших задач является экономное использования топлива. Он рассказал о проблеме КПД, когда часть производимой энергии теряется. При этом КПД различных устройств сильно отличается. Например, даже в простых водогрейных котлах КПД близок к 100 %, то есть вся энергия топлива ушла на нагрев воды. В современных автомобильных двигателях внутреннего сгорания КПД не превышает 40 %, а у самых лучших в мире газовых турбин для получения электроэнергии КПД меньше 35 %.

– Многие говорят, что жить в Сибири плохо, потому что мы тратим много энергии. Я не согласен с этим. Ведь на наших теплоэлектростанциях почти 100% энергии сгоревшего топлива используется для нагрева воды и получения электричества. А в южных странах не надо производить тепло, только электричество. И потому для получения одного киловатта электричества еще примерно два киловатта тепловой энергии бесполезно выбрасывают в атмосферу.

Другое распространенное заблуждение связано с тем, что электромобили эффективны и не причиняют вреда экологии. Да, они не используют топливо, но используют электроэнергию, которая производится с КПД близким к 30 % на станциях, где жгут топливо.

Одна из частей лекции была посвящена современным видам топлива. Одна из мировых тенденций такова, что развитые страны, например, Япония, готовы за большие деньги закупать дорогое водородное топливо, чтобы не причинять вреда своей экологии. Его транспортировка осуществляется на специально построенных судах, в трюмах которых водород охлаждают до минус 253 ℃.

В завершении встречи ученый рассказал о тех исследованиях, которые ведутся научным коллективом Томского научного центра СО РАН. Так, производимые здесь устройства на основе газовых горелок могут использоваться не только для обогрева, но и при производстве тонколистовой стали, продуктов питания, в сельском хозяйстве.

Затем все присутствующие смогли задать лектору вопросы. Например, о влиянии горения на экологию, о возможности использовать спирт в качестве топлива для гоночных болидов. Самые интересные были отмечены фирменными сувенирами ТНЦ СО РАН. Одним из обладателей такого приза стал школьник Матвей Сорокин: этот активный участник проекта «Говорит и показывает ученый» не пропустил ни одной встречи!

Юлия Барсукова,
студентка ФЖ ТГУ