Utnytting av kull som en energikilde Kull erstattet ved som den viktigste energikilde i mange land i 1890- årene. Det første kullfyrte kraftverket ble.

Presentasjon om: "Utnytting av kull som en energikilde Kull erstattet ved som den viktigste energikilde i mange land i 1890- årene. Det første kullfyrte kraftverket ble."— Utskrift av presentasjonen:

1 Utnytting av kull som en energikilde Kull erstattet ved som den viktigste energikilde i mange land i 1890- årene. Det første kullfyrte kraftverket ble bygget i 1882 og laget het damp som drev en generator som igjen produserte elektrisk strøm. I 1884 utviklet Charles Parsons den mer effektive høyhastighets- dampturbinen. I 1920-årene økte finfordelt (pulverisert) kull effektiviteten og reduserte mengden luft som trengtes til forbrenningen. Syklonovnen fra 1940 brukte kull av lavere kvalitet og produserte mindre aske. I den senere tid har kjemiteknologien forbedret prosessen rundt forbrenning av kullstøv (avfallsprodukt fra kullgruvevirksomhet) til elektrisitetsproduksjon, og dette har bidratt til å minske miljøbelastningen fra denne type industri. Petroleumsutvinning og – produksjon Oppdagelsen i 1901 av det store oljefeltet Spindletop i Texas og oppfinnelsen av bilen gjorde at petroleum etter hvert gikk forbi kull som det viktigste drivstoff i 1951. Den kjemiske teknologien som skulle til for å raffinere råolje, d.v.s skille ut de forskjellige kjemiske fraksjonene i råoljen, er blitt stadig forbedret. Man begynte med enkel destillasjon under normalt trykk. Etter hvert ble vakuumdestillasjon (destillasjon under redusert trykk), termisk ”cracking” og katalytiske prosesser tatt i bruk. Innen primær oljeutvinning er kjemien mest tydelig til stede i diamantborekroner, boreslam og i utvinningsprosessen der råoljen utvinnes fra reservoaret ved bruk av en kombinasjon av het damp og kjemikalier. Sekundær oljeutvinning inkluderer prosesser der gass (CO 2 ) under høyt trykk eller vann pumpes inn i reservoaret. Kjernekraft Den første kjernereaktoren ble utviklet i 1942 til militære formål. Anvendelsen av atomteknologi til fredelige formål, som elektrisitetsproduksjon, fikk sin start i 1951 med president Eisenhowers “Atoms for Peace”-program. Kjemien har spilt og spiller en sentral rolle i utviklingen av denne teknologien bl.a. ved fremstillingen av de radioaktive materialene som brukes som brensel. Disse materialene består av brenselstaver og kontrollstaver som regulerer strømmen av nøytroner. Videre anvendes kjemisk teknologi ved reprosessering av brukt kjernebrensel, avfallsbehandling, miljøbeskyttende tiltak og ved å gjøre skadelige påvirkninger av radioaktiv stråling så små som mulig. Alternative energikilder Mer bærekraftige metoder for energiproduksjon som vindkraft, vannkraft og geotermisk energi står for mindre enn en prosent av verdens totale produksjon av elektrisk kraft. Disse metodene spiller likevel en stadig viktigere rolle etter som økonomiske forhold legger til rette for dette og tilgjengeligheten øker. Ved hjelp av kjemien er det utviklet solcellepaneler av ulike slag (termiske og elektriske), lette karbonfiberpropeller til vindmøller, ulike typer turbiner til vannkraftverk samt korrosjonsbestandige materialer til bruk ved kraftproduksjon fra geotermiske kilder. ENERGI OG TRANSPORT I. 1. Energikilder Charles Parsons Parsons dampturbin (1907)

2 I. ENERGI OG TRANSPORT I.2. Lagring av elektrisk energi og bærbare energikilder Engangsbatterier Alessandro Volta undersøkte omdannelsen av kjemisk til elektrisk energi sent på 1700-tallet, og han regnes som oppfinneren av batteriet. Kjemien har så bidratt til de senere forbedringene av batterikapasiteten. Tørrcellen basert på karbon og sink fra 1890 var en forbedring i forhold til den tidligere Leclanchés ”våtcelle”. Tørrbatteriet ble laget for bruk i lommelykter og er fremdeles i anvendelse. Fra 1949 ble en alkalisk pasta tilsatt tørrbatteriet, noe som førte til en økning av levetiden for batteriene og gjorde miniatyrisering mulig. Dette alkaliske batteriet fant straks nye anvendelsesområder som i bærbart elektronisk utstyr og i kameraer. I enda nyere batterityper er det brukt sølvoksid, kvikksølvoksid eller litium. Oppladbare batterier Det oppladbare batteriet basert på den svovelsure blyakkumulatoren fra 1859 er et tidlig kommersielt eksempel på anvendelsen av en kontrollert kjemisk reaksjon for å lage elektrisitet. Batteriet ble forbedret i 1881 og har siden gjennomgått en kontinuerlig utvikling. Blybatteriet brukes fortsatt i person- og lastebiler. Det oppladbare nikkel-kadmiumbatteriet, som så dagens lys i 1899, ble for dyrt og tapte i konkurransen på det åpne markedet. Moderne batteriutvikling har vært konsentrert om bruk av litium. Etter et mislykket forsøk på å bruke metallisk litium i 1980-årene, er nå litiumionebatterier vanlige og finner anvendelse i elektriske biler, mobiltelefoner og bærbare datamaskiner. Tørrbatteriet basert på karbon og sink. Oppladbare batterier

3 I. ENERGI OG TRANSPORT I.3. Vei- og bromaterialer Betong Store byggeprosjekter i USA og andre land i 1950-årene var avhengige av tilgang på betong med stor styrke og lang livstid til bruk på veier og i brokonstruksjoner. Portlandsement, som første gang ble laget i 1824 og patentert som forsterket betong av franskmannen Joseph Monier i 1877, størkner langsomt på grunn av en kompleks kjemisk reaksjon når sementmassen fyller tomrommet mellom sandkornene. Lang levetid og styrke er avhengig av god kontroll med sementfremstillingsprosessen. Ved å tilsette ulike kjemikalier til den opprinnelige betongblandingen kan man redusere krymping og forbedre motstand mot korrosjon. Asfalt Asfalt er et viktig materiale til veidekke på grunn av dets kost/nytte- fordeler. Naturlig asfalt er kjent siden antikken, men ble ikke blandet med kulltjære og derfor ikke brukt til veidekke før i 1902. Bitumen, den faste eller nesten faste resten ved petroleumraffinering, tok raskt den naturlige asfaltens rolle som veidekkemateriale. I den senere tid har man begynt å tilsette syntetiske polymerer for å forbedre ulike egenskaper som for eksempel materialets levetid. Det utvikles stadig nye asfalttyper med forbedrede egenskaper som økt styrke og mindre tendens til støvdannelse. Mindre støy fra trafikken ved kjøring på slike forbedrede asfalttyper er også noe man stadig søker å oppnå. Metaller og legeringer Stål er det viktigste konstruksjonsmaterialet i broer på grunn av sin relativt lave vekt, høye styrke og lange livetid. Det er enkelt å vedlikeholde og å bygge med, koster relativt lite og viser høy motstand mot sammenbrudd ved naturkatastrofer som for eksempel jordskjelv. Nye høykvalitets stålvarianter som ble tatt i bruk på 1990-tallet har overlegen styrke og korrosjonsmotstand sammenlignet med tidligere tiders stål. En teknologi som benyttes til å beskytte stål i brokonstuksjoner kalles metallisering. Denne prosessen går ut på å spraye aluminium eller sink på en renset ståloverflate for å lage et beskyttende lag mot korrosjon. Dette kan vare så lenge som 30 år. Vedlikeholds- og reparasjonsteknikker Veier må vedlikeholdes for å motvirke slitasje og forfall. Oppfinnelser av konstruksjons- og vedlikeholdsmaterialer har gjort det mulig med lengre vedlikeholds- og gjenoppbyggingsintervaller. Tildekningsmaterialer for betong, asfalt og stål er viktige med tanke på å forlenge levetiden for veiene. Andre kjemikalier og polymere materialer fungerer som bindemidler for å øke kvaliteten på asfaltveier. For eksempel gir tilsetting av polymer basert på styren-butadien-styren i asfalten mindre hjulspor- og sprekkdannelse.

4 I. ENERGI OG TRANSPORT I.4. Petrokjemisk brensel Drivstofftilsatser Tidlige modeller av bilmotorer “banket” når man brukte bensin av dårlig kvalitet. I 1921 ble tetraetylbly for første gang tilsatt bensinen for å få motorene til å gå jevnt og stille. Rundt 1926 ble oktantallet innført som et mål på bensinkvaliteten (kompresjonstoleranse). Bruk av blytilsatser ble det gradvis slutt med fra 1970-årene, av miljøhensyn. I dag tilsettes små mengder kjemikalier til bensinen for å øke oktantallet, øke virkningsgraden og redusere motorfriksjon og slitasje, slik at levetiden for motoren øker. Årstidsbestemt tilsetting av kjemikalier kan være nødvendig noen steder. Et eksempel er tilsetting av metanol for å hindre frysing av drivstoffslanger eller -rør vinterstid. Fremstilling av bensin fra råolje For å øke mengden av bensin som kan utvinnes fra råoljen brukte man opprinnelig på raffineriene varme for å bryte ned større hydrokarbonmolekyler til den type hydrokarboner man finner i bensin. Dette er en prosess som kalles termisk cracking eller knusing på norsk (1913). Siden det ved høye temperaturer også ble dannet uønskede biprodukter, ble en nyere prosess kalt vakuumdestillasjon tatt i bruk rundt 1928. Denne prosessen foregår ved en lavere temperatur. Katalytisk cracking – altså bruk av en inert katalysator i stedet for høye temperaturer for å oppnå cracking – er en prosess som opprinnelig ble utviklet i 1930-årene og utgjorde da en revolusjon innen bensinraffineringen. Eksoskatalysatorer Tostegskatalysatorene ble tatt i bruk i 1975 for å begrense karbonmonoksid- og hydrokarbonutslipp. Like etter ble et tredje steg lagt til prosessen for å fjerne nitrogenoksider fra eksosen. Denne typen av katalysatorer av metall (vanligvis platina) virker på den måten at den får en rekke kjemiske reaksjoner til å skje rundt det katalytisk aktive metallet. Nitrogenoksider omgjøres til nitrogen og oksygen, karbonmonoksid til karbondioksid, og uforbrente hydrokarboner blir omgjort til karbondioksid og vann. Trestegskatalysator Oljeraffinering

5 I. ENERGI OG TRANSPORT I.5. Biler Nye konstruksjonsmaterialer og materialer gir komfort og sikkerhet Bilen av det 21. århundre har lite til felles med dens tidlige forgjengere når det gjelder konstruksjon, sikkerhet og velvære for passasjerene. Moderne kupelys med høy lysstyrke gir perfekt belysning. Korrosjon er redusert drastisk ved å ta i bruk spesielle beskyttelsesmaterialer. Kupeavkjøling er blitt standard, og baserer seg på bruk av kjemikalier som sirkulerer i en lukket krets. Sikkerhetsglass ble tatt i bruk i 1914. I dag dekker spesielle typer polymerer bilrutene for å redusere vekt og støy fra utsiden, og for å gi beskyttelse mot blending og ultrafiolett stråling. Sikkerhetsmessige oppfinnelser inkluderer også polymerfibre i sikkerhetsbelter (påbudt fra 1960-årene) og i kollisjonsputer (påbudt fra 1996). Plastkomponenter Reduksjon av bilenes vekt ved å ta i bruk nye typer plast- og andre lettvektsmaterialer i stedet for metaller er gjort mulig ved hjelp av kjemiske nyvinninger. Etter den andre verdenskrig begynte bilfabrikantene å bruke syntetiske polymermaterialer. Disse materialene ble framstilt fra petroleum og brukt som konstruksjonsmaterialer på grunn av deres slitestyrke, hardhet og tåleevne overfor ulike typer vær. Etter 1970-årenes energikrise ble lettvektsalternativer aktuelle for å spare drivstoff. Eksempler på bruk: sammensatte former laget ved hjelp av injeksjonsstøping, støtfangere av termoplaster, fargeekte og UV-stabile polypropylenfibre samt maling, lakk og limbånd med spesielle egenskaper. Polypropylenfibre Dekkteknologi Produkter basert på naturlig gummi kom på markedet allerede tidlig på 1800-tallet. Disse produktene var ofte upraktiske på grunn av at de ble myke ved høye temperaturer eller sprø ved lave temperaturer. En amerikansk oppfinner ved navn Charles Goodyear utviklet vulkaniseringsprosessen for naturlig gummi i 1839. Denne prosessen går ut på å lage kryssbindinger til svovel fra umettede bindinger i gummien. Denne enkle prosessen er i bruk fremdeles. Etter 1945 har syntetisk gummi blitt fremstilt kommersielt. Ettersom kravene har økt, har det kommet til en rekke andre forbedringer. Eksempler: en indre slange med luft i stedet for helgummidekk, forsterket med kord (streng) av stål og senere det syntetiske materialet Kelar, tilsatsmaterialer for å redusere slitasje og sist, men ikke minst, slangeløse dekk.

6 I. ENERGI OG TRANSPORT I.6. Luftfart Varmluftballonger Brødrene Mongolfier har fått æren for den første bemannede ferd med luftballong i 1783. I en varmluftballong skapes oppdriften ved at luften blir varmet med åpen flamme. Det har skjedd en eventyrlig forbedring og utvikling av varmluftballongen siden. Man tok tidlig i bruk hydrogengass som et alternativ til varmluft. Varmluftballonger er blitt del av en omfattende sport med titusenvis av ballongførere rundt om i verden. Kjemien har bidratt til å utvikle holdbare, relativt billige og varmebestandige ballonger av nylon. Kjemien har også bidratt til teknologien basert på flytende propan til oppvarming av luften. Helium Selv om hydrogengassballonger, som for eksempel Hindenburg (1937), stort sett var bygget av ikke brennbart materiale, representerte brannfaren ved bruk av hydrogen alltid en fare. I 1905 oppdaget to kjemikere naturlig helium i en gassbrønn i Kansas. Deretter ble det rikelig tilgang på dette lette og ikke brennbare grunnstoffet. Under første verdenskrig ble det, ved hjelp av kjemisk teknologi, utvunnet, lagret og transportert store mengder helium. Under andre verdenskrig ble små luftskip fylt med helium brukt til å eskortere troppe- og forsyningsskip som fulgte u-båter. I 1950-årene ble helium brukt som dekkgass ved sveising i forbindelse med rakettbygging og som drivgass for å pumpe rakettdrivstoff til motorene. Fra 1970-tallet har flytende helium fått stor anvendelse som kjølemiddel for superledende magneter, for eksempel til MR-undersøkelser. Rakettdrivstoff Menneskets erobring av verdensrommet er en utrolig vitenskapelig og teknologisk bragd som kan følges fra de første prøverakettene som ble skutt opp i 1920-årene til kommunikasjonssatellittene i 1960-årene og videre til den resirkulerbare romfergen i 1980-årene. En vellykket romferd er avhengig av raketter som gir tilstrekkelig skyvekraft til at fartøyet frigjøres fra jordens gravitasjonsfelt. Den første raketten som ble skutt opp i 1926 brukte et flytende drivstoff bestående av bensin og flytende oksygen. Siden har forskjellige andre drivstoffer og oksidasjonsmidler i fast eller flytende form blitt brukt. Romfergene bruker flytende hydrogen som drivstoff, men bæreraketten bruker et fast drivstoff av aluminium med ammoniumperklorat som oksidasjons- og bindemiddel. Konstruksjonsmaterialer til fly og raketter De første flyene var bygget av trerammer og seilduk. I den videre utviklingen har kjemien stått sentralt ved at man har fremstilt stadig mer egnede og avanserte materialer. Metallegeringer basert på aluminium og titan er utviklet med tanke på styrke, lav vekt, temperaturstabilitet og korrosjonsmotstand. Rakettmaterialer stiller spesielle krav på grunn av de ekstreme påvirkninger de blir utsatt for. Et eksempel er de keramiske flisene som deler av romfergene (1980- tallet) ble dekket med. Dette ble gjort for å beskytte dem mot overoppheting ved den raske nedstigningen gjennom atmosfæren ved retur til jorden. Etter at et spesielt komposittmateriale av zirkonium var prøvd gikk man over til et materiale der silikafibre framstilt fra vanlig sand ble brukt. Hindenburgkatastrofen (1937)