రసాయనిక ఇంధనాలు

సకల ప్రయోజనాల శక్తి వనరులు!

  ఇంట్లో వంట చేయాలంటే గ్యాస్‌ ఉండాలి. రోడ్లు వేయాలంటే తారు కోసం బొగ్గు కావాలి.  మోటారు వాహనం నడవాలంటే అందులో పెట్రోలు పోయాలి. ఇవన్నీ ఘన, ద్రవ, వాయు రూపాల్లో ఉండే రసాయనిక ఇంధనాలు. రకరకాల మూలకాల మిశ్రమాలు. కొన్ని ప్రకృతిలో సహజంగా లభిస్తాయి. మరికొన్నింటిని కృత్రిమంగా తయారు చేస్తారు. నిత్యం అందరి జీవితాలతో ముడిపడి, సకల ప్రయోజనాలను అందించే ఆ కర్బన ఇంధనాలు, వాటి లభ్యత, ఉపయోగాల గురించి పోటీ పరీక్షార్థులు తెలుసుకోవాలి. 

  భూమి నుంచి తవ్వితీసి, మనుషుల అవసరాలకు వినియోగించుకునే మూలకాల మిశ్రమాలను శక్తి వనరులు అంటారు. గృహాలు, పారిశ్రామిక అవసరాలకు ఉపయోగించే ఇంధనాలను ముఖ్యమైన శక్తి వనరులుగా పేర్కొంటారు. అవి ప్రధానంగా కార్బన్, హైడ్రోజన్‌ మూలకాలతో ఏర్పడతాయి. రసాయనికంగా ఇంధనాలు మండినప్పుడు ఆక్సీకరణం వల్ల ఉష్ణమోచక చర్యలు జరిగి అధిక పరిమాణంలో ఉష్ణాన్ని ఇస్తాయి. గాలిలోని ఆక్సిజన్‌ స్వయంగా దహనం చెందదు. కానీ ఇంధనాలు మండేటప్పుడు వాటి దహనానికి సహకరిస్తుంది. ఈ సమయంలో కార్బన్‌ డై ఆక్సైడ్‌ (CO₂), నీటి ఆవిరి పరిసరాల్లోకి విడుదలవుతాయి. ఇంధన సామర్థ్యం దాని ‘కెలోరిఫిక్‌ విలువ’పై ఆధారపడుతుంది.

కెలోరిఫిక్‌ విలువ: ఒక కిలోగ్రామ్‌ ద్రవ్యరాశి ఉండే ఇంధనాన్ని పూర్తిగా దహనం చెందించినప్పుడు అది విడుదల చేసిన ఉష్ణాన్ని దాని కెలోరిఫిక్‌ విలువ అంటారు. కెలోరిఫిక్‌ విలువ ఎంత ఎక్కువగా ఉంటే ఇంధనం అంత నాణ్యతను కలిగి ఉంటుందని అర్థం.ఇంధనాల కెలోరిఫిక్‌ విలువలను కిలోజౌల్స్‌/ కిలోగ్రామ్‌ లేదా కిలోకాలరీ/ గ్రాముల్లో కొలుస్తారు.

మూడు రకాలు

ఇంధనాలు ప్రధానంగా మూడు రకాలుగా ఉంటాయి. అవి 1) ఘన ఇంధనాలు  2) ద్రవ ఇంధనాలు 3) వాయు ఇంధనాలు.

1) ఘన ఇంధనాలు

బొగ్గు: భూమిలో వృక్ష, జంతు సంబంధమైన అవశేష పదార్థాలు అధిక ఉష్ణోగ్రతా పీడనాల వద్ద గాలిలేని పరిస్థితుల్లో చర్యకు గురికావడం వల్ల నెమ్మదిగా నేలబొగ్గు ఏర్పడుతుంది. ఈ ప్రక్రియనే కార్బోనైజేషన్‌ అంటారు. బొగ్గులో ప్రధానంగా ఉండే మూలకం కార్బన్‌. నేలబొగ్గును మండిస్తే కార్బన్‌ డై ఆక్సైడ్‌ వాయువు విడుదలవుతుంది. దీన్ని పారిశ్రామికంగా శుద్ధి చేస్తే కోక్, కోల్‌తారు, కోల్‌గ్యాస్‌ అనే ఉపఉత్పన్నాలు ఏర్పడతాయి. కార్బన్‌ శాతం ఆధారంగా నేలబొగ్గును నాలుగు రకాలుగా వర్గీకరిస్తారు. అవి 1) పిట్‌కోల్‌ (20  30%) 2) లిగ్నైట్‌ (38%) 3) బిట్యుమినస్‌ (65% ) 4) ఆంత్రసైట్‌ (96%). ఇందులో పీట్‌కోల్‌ నాసిరకమైంది. ఆంత్రసైట్‌ను అత్యంత నాణ్యమైన కోక్‌గా గుర్తించారు. లిగ్నైట్‌ను బ్రౌన్‌కోల్‌ అంటారు. దీన్ని ప్రొడ్యూసర్‌ గ్యాస్‌ తయారీలో ఉపయోగిస్తారు. బిట్యుమినస్‌ బొగ్గును కోక్, కోల్‌ గ్యాస్‌ తయారీలో వాడతారు. మన దేశంలో బొగ్గు నిల్వలు అధికంగా ఒడిశా, ఝార్ఖండ్, పశ్చిమ బెంగాల్‌ రాష్ట్రాల్లో ఉన్నాయి. బొగ్గును విధ్వంసకర స్వేదనం చేసినప్పుడు ఏర్పడిన కోక్‌ను గృహ ఇంధనంగా వాడతారు. దీన్ని మండించినప్పటికీ పొగరాదు.

ఉపయోగాలు: * నేల బొగ్గును 700^oC -1300^oC వరకు గాలి తగలకుండా వేడి చేసినప్పుడు కోక్, కోల్‌తారు, కోల్‌గ్యాస్‌ ఉత్పన్నాలు లభిస్తాయి.

* కోక్‌ను విద్యుత్తు ఉత్పత్తికి, స్టీల్‌ తయారీకి, అనేక లోహాల సంగ్రహణకు ఉపయోగిస్తారు.

* కోల్‌తారును రోడ్లకు వేసే తారుగా, కృత్రిమ అద్దకాలు, క్రిమిసంహారక మందులు, నాఫ్తలిన్‌ గోళీలు, పేలుడు పదార్థాలు, ఫొటోగ్రాఫిక్‌ లోహాలు, పరిమళ ద్రవ్యాలు, పైకప్పు పదార్థాల తయారీలో వినియోగిస్తారు. 

* కోల్‌గ్యాస్‌లో హైడ్రోజన్, మీథేన్, కార్బన్‌ మోనాక్సైడ్‌ లాంటి వాయువులుంటాయి. దీన్ని నేలబొగ్గును ఉత్పత్తి చేసే కేంద్రాల వద్ద పరిశ్రమల్లో ఇంధనంగా ఉపయోగిస్తారు. కోల్‌గ్యాస్‌ను 1810 - 1820 ఏళ్ల మధ్య కాలంలో లండన్, న్యూయార్క్‌లో వీధిదీపాలు వెలిగించడానికి ఉపయోగించేవారు.

2) ద్రవ ఇంధనాలు 

పెట్రోలియం: సముద్రాలు, మహాసముద్రాల్లో నివసించే ప్లాంక్‌టన్‌ లాంటి సూక్ష్మజీవులు చనిపోయినప్పుడు వాటి అవశేషాలు సముద్రాల అడుగు భాగాన రాతిపొరల్లో చేరతాయి. క్రమంగా వాటిని మట్టి, ఇసుక కప్పేస్తాయి. ఇలా కొన్ని సంవత్సరాలపాటు గాలి లేకుండా అధిక ఉష్ణోగ్రత, పీడనానికి గురికావడం వల్ల ఆ అవశేషాలు నెమ్మదిగా పెట్రోలియం, సహజ వాయువులుగా రూపాంతరం చెందుతాయి. దీన్నే క్రూడాయిల్‌ అంటారు.

* పెట్రోలియం అనే పదం పెట్రా, ఓలియం అనే లాటిన్‌ భాషా పదాల నుంచి వచ్చింది. 

* లాటిన్‌లో పెట్రా అంటే రాయి, ఓలియం అంటే నూనె అని అర్థం. అందుకే పెట్రోలియంను రాతినూనె అంటారు.

* పెట్రోలియం అనేక హైడ్రోకార్బన్‌ల మిశ్రమ పదార్థం.

* నేలబొగ్గు మాదిరి పెట్రోలియం, సహజ వాయువులు కూడా జీవుల మృత అవశేషాల నుంచి తయారవుతాయి. కాబట్టి వీటిని శిలాజ ఇంధనాలు అంటారు. 

* భూమిలో పెట్రోలియం కింది భాగంలో బ్రైన్‌ ద్రావణం, పైభాగంలో సహజ వాయువులు అమరి ఉంటాయి. పెట్రోలియంను ద్రవబంగారం అని కూడా అంటారు.

* పెట్రోలియం ఘనపరిమాణాన్ని బ్యారెల్స్‌లో కొలుస్తారు.1 బ్యారెల్‌ = 159 లీటర్లు 

* పెట్రోలియంలో 85% కార్బన్, 14% హైడ్రోజన్‌తో పాటు స్వల్పంగా సల్ఫర్, నైట్రోజన్, ఆక్సిజన్‌ లాంటి మూలకాలుంటాయి.

* పెట్రోలియంను అంశిక స్వేదన పద్ధతిలో శుద్ధి చేసినప్పుడు వాయు ఇంధనం, పెట్రోల్, కిరోసిన్, డీజిల్, గ్రీజు, బిట్యుమిన్, పారాఫిన్‌ మైనం లాంటి ఉపఉత్పన్నాలు వెలువడతాయి.

* వాయు ఇంధనం (ఎల్‌పీజీ)ను కృత్రిమ రబ్బరు, కృత్రిమ ఎరువుల తయారీ, గృహాల్లో ఉపయోగిస్తారు.

* పెట్రోల్‌ను వాహనాల్లో ఇంధనంగా, డ్రైక్లీనింగ్‌లోనూ వాడతారు.

* కిరోసిన్‌ను గాలి లేకుండా ఉష్ణ వియోగం జరిపినప్పుడు ఆయిల్‌గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది.

* డీజిల్‌ను భారీ మోటర్‌ వాహనాలు, జనరేటర్‌లలో ఉపయోగిస్తారు.

* కిరోసిన్‌ను కిరోసిన్‌ దీపాలు, జెట్‌ విమానాల్లో వినియోగిస్తారు.

* మోటర్‌ వాహనాల్లో ఉపయోగించే ఇంధనం దహనం చెందేటప్పుడు ఒక రకమైన శబ్దం చేస్తుంది. దీన్ని ‘నాకింగ్‌’ అంటారు. దీన్ని నివారించడానికి నాకింగ్‌ ఏజెంట్‌గా టెట్రాఇథైల్‌ లెడ్‌ను పెట్రోల్‌కు కలుపుతారు.

* బిట్యుమిన్‌ అనే పెట్రోలియం ఉత్పన్నాన్ని రోడ్లు వేసే తారు, పెయింట్స్‌లో ఉపయోగిస్తారు.

* పారాఫిన్‌ మైనాన్ని పెట్రోలియం జెల్లీ, ఆయింట్మెంట్స్, ఫేస్‌క్రీమ్స్, టిష్యూ పేపర్ల తయారీలో వాడతారు.

* పెట్రోలియంను శుద్ధి చేసినప్పుడు వెలువడే రసాయనాలను షూ పాలిష్‌ తయారీలో, గడియారాలను శుభ్రపరిచే ద్రవంగా ఉపయోగిస్తున్నారు.

* భారతదేశంలో ముంబయి - హై, త్రిపుర, జైసల్మీర్, కృష్ణా - గోదావరి పరివాహక ప్రాంతాల్లో సహజవాయువు నిక్షేపాలను ఓఎన్‌జీసీ అన్వేషించి కనిపెట్టింది.

కృత్రిమ పెట్రోల్‌ తయారీ: రెండు పద్ధతుల్లో కృత్రిమ పెట్రోల్‌ను తయారుచేస్తారు.

1) బెర్జియస్‌ విధానం: బొగ్గుపొడి, హెవీ ఆయిల్‌ను పేస్ట్‌లా కలిపి దీన్ని నికెల్‌ లేదా టిన్‌ ఉత్ప్రేరకాల సమక్షంలో హైడ్రోజనీకరణం చేసినప్పుడు గ్యాసోలిన్‌ ఏర్పడుతుంది.

2) ఫిషర్‌ ట్రాప్‌ విధానం: వాటర్‌ గ్యాస్‌ను హైడ్రోజన్‌ వాయువుతో కలిపినప్పుడు ఏర్పడిన మిశ్రమాన్ని, నికెల్‌ ఉత్ప్రేరక సమక్షంలో వేడి చేసినప్పుడు గ్యాసోలిన్‌ ఏర్పడుతుంది.

3) వాయు ఇంధనాలు: వాయు స్థితిలో ఉండి మండినప్పుడు అధిక పరిమాణంలో ఉష్ణాన్ని ఇచ్చే వాటిని వాయు ఇంధనాలు అంటారు.

సహజ వాయువు: ఇది భూమిలో పెట్రోలియం నిల్వల పైభాగంలో వాయు రూపంలో లభిస్తుంది. దీనిలో ముఖ్యంగా మీథేన్‌ ఉంటుంది.

కోల్‌గ్యాస్‌: ఇది నేల బొగ్గును గాలి రహిత స్థితిలో దాదాపు 1000^oC వరకు వేడి చేసినప్పుడు ఏర్పడుతుంది.

బయోగ్యాస్‌: జంతువుల పేడ, కుళ్లిన చెట్ల ఆకులను బ్యాక్టీరియా సమక్షంలో వియోగం చెందించినప్పుడు, బయోగ్యాస్‌ లభిస్తుంది. దీనినే గోబర్‌ గ్యాస్‌ అంటారు. ఇందులో ప్రధానంగా మీథేన్‌ ఉంటుంది. ఇంకా CO₂, H₂, H₂S కూడా ఉంటాయి.

ప్రొడ్యూసర్‌ గ్యాస్‌: ఎర్రగా కాల్చిన కోక్‌పైకి గాలిని పంపినప్పుడు ప్రొడ్యూసర్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది.

*

వాటర్‌ గ్యాస్‌: ఎర్రగా కాల్చిన కోక్‌పైకి నీటి ఆవిరిని పంపినప్పుడు వాటర్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది.

*

* దీనినే బ్లూ గ్యాస్‌ లేదా సిన్‌ గ్యాస్‌ అంటారు.

సెమీ వాటర్‌ గ్యాస్‌: ఎర్రగా కాల్చిన కోక్‌ పైకి గాలి, నీటి ఆవిరి మిశ్రమాన్ని పంపినప్పుడు సెమీ వాటర్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది.

*

కార్బొరేటెడ్‌ వాటర్‌ గ్యాస్‌: పెట్రోలియం ఆయిల్స్‌ను విడగొట్టగా ఏర్పడిన వాయు హైడ్రోకార్బన్‌లు, వాటర్‌గ్యాస్‌కు కలుపుతారు. వాటర్‌గ్యాస్‌ కెలోరిఫిక్‌ విలువను పెంచి హైడ్రోకార్బన్‌లను కలిపి సుసంపన్నం చేయడం ద్వారా కార్బొరేటెడ్‌ వాటర్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది.

ఎసిటిలిన్‌ గ్యాస్‌: కాల్షియం కార్బైడ్‌ను నీటిలో కరిగించినప్పుడు ఎసిటిలిన్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది. దీన్ని ఆక్సిఎసిటిలిన్‌ జ్వాలలో ఉపయోగిస్తారు. ఆక్సిఎసిటిలిన్‌ జ్వాల 3500ాది ఉష్ణాన్ని ఇస్తుంది.

ఆయిల్‌ గ్యాస్‌: కిరోసిన్‌ను గాలి లేకుండా ఉష్ణ వియోగం చెందించినప్పుడు ఆయిల్‌ గ్యాస్‌ ఏర్పడుతుంది. ఇది మీథేన్, ఈథీన్, ఎసిటిలిన్‌ల మిశ్రమం.