Τεχνολογία Καυσίμων (Εισαγωγή)

Transcript

1 Δημοκρίτειο Πανεπιστήμιο Θράκης (Δ.Π.Θ.) Πολυτεχνική Σχολή Ξάνθης Τμήμα Μηχανικών Περιβάλλοντος Τεχνολογία Καυσίμων (Εισαγωγή) Διδάσκων: Δρ. Αναστάσιος Καρκάνης Μηχανολόγος Μηχανικός Μέλος ΕΤΕΠ Δ.Π.Θ.

2 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία Υπολογισμοί με Χημικούς Τύπους και Εξισώσεις - Μάζα και Mole μιας Ουσίας - Προσδιορισμός Χημικών Τύπων - Στοιχειακή ανάλυση - Εκατοστιαία περιεκτικότητα σε άνθρακα, υδρογόνο και οξυγόνο - Στοιχειομετρία: Ποσοτικές Σχέσεις σε Χημικές Αντιδράσεις Θερμοχημεία - Τι είναι θερμότητα Αντίδρασης - Ενέργεια και μονάδες ενέργειας - Εφαρμογή στοιχειομετρίας σε θερμότητες αντιδράσεων - Μέτρηση θερμότητας μιας αντίδρασης Οργανική Χημεία - Οι δεσμοί που σχηματίζει ο άνθρακας. Υδρογονάνθρακες - Αλκάνια και Κυκλοαλκάνια - Αλκένια και Αλκύνια - Αρωματικοί Υδρογονάνθρακες - Παράγωγα Υδρογονανθράκων

3 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία Τρόποι καύσης & τύποι φλόγας Μηχανισμοί για την καύση Εκπομπές, επιπτώσεις, μείωση ρύπων ΕΞΑΤΜΙΣΗ & ΚΑΥΣΗ ΣΤΑΓΟΝΑΣ - Ανάλυση της αέριας φάσης - Διάρκεια ζωής της σταγόνας - Διατήρηση της μάζας - Διατήρηση των συστατικών - Διατήρηση της ενέργειας - Σταθερά ρυθμού καύσης & Διάρκεια ζωής σταγόνας - Μονοδιάστατη καύση που διέπεται από την ατμοποίηση ΚΑΥΣΗ ΣΤΕΡΕΩΝ ΚΑΥΣΙΜΩΝ - Εστίες - λέβητες καύσης άνθρακα - Ετερογενείς αντιδράσεις ΚΑΥΣΙΜΑ - Σημαντικές ιδιότητες των καυσίμων - Ιδιότητες ανάφλεξης - Πτητικότητα - Ενεργειακή πυκνότητα - Συμβατικά καύσιμα

4 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία ΚΑΥΣΗ ΚΑΙ ΣΥΣΤΗΜΑΤΑ ΚΑΥΣΗΣ - Χημεία Καύσης - Χημική Ισορροπία - Καύση Στερεών Καυσίμων - Συστήματα Καύσης Αεριοστρόβιλων - Είδη Θαλάμων Καύσης ΚΑΥΣΙΜΑ - Φυσικές Ιδιότητες Καυσίμων - Ιδιότητες Καύσης των Καυσίμων - Στερεά Καύσιμα - Υγρά Καύσιμα - Αέρια Καύσιμα - Καύσιμα για Βιομηχανικούς Αεριοστρόβιλους - Καύσιμα Κυψελών Καυσίμου - Βιοκαύσιμα - Πυρηνικά Καύσιμα ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΑ ΘΕΜΑΤΑ - Οι Ατμοσφαιρικοί Ρύποι οι Επιδράσεις τους - Ποιότητα Καυσίμου - Τεχνολογίες Μείωσης Εκπεμπόμενων Ρύπων σε Αεριοστροβιλικούς Σταθμούς - Μείωση των ΝΟΧ με Ψεκασμό Νερού ή Ατμού

5 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία ΘΕΡΜΟΧΗΜΕΙΑ ΚΑΙ ΚΑΥΣΙΜΑ - Θερμοχημεία - Καύσιμοι υδρογονάνθρακες βενζίνη - Συνήθεις υδρογονάνθρακες - Αυτανάφλεξη & Αριθμός οκτανίου - Καύσιμο Diesel - Εναλλακτικά καύσιμα ΚΑΥΣΗ - Καύση ομοιογενούς μείγματος αέρα - καυσίμου σε μηχανές ανάφλεξης με σπινθήρα - Χαρακτηριστικά λειτουργίας μηχανών. - Καύση σε μηχανές ανάφλεξης διά συμπιέσεως ΕΚΠΟΜΠΕΣ ΡΥΠΩΝ ΚΑΙ ΜΟΛΥΝΣΗ - Ρύπανση του αέρα - Άκαυστοι υδρογονάνθρακες - Μονοξείδιο του άνθρακα - Οξείδια του αζώτου - Αιωρούμενα σωματίδια - Διοξείδιο του άνθρακα (C0 2 ) - Καταλυτικοί μετατροπείς - Χημικές μέθοδοι μείωσης των ρύπων - Ανακυκλοφορία καυσαερίων

6 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία Ιδιότητες των καυσίμων - Βασικές ιδιότητες των καυσίμων - Θερμογόνος δύναμη - Ιδιότητες των στερεών καυσίμων - Είδη υγρών καυσίμων - Ιδιότητες υγρών καυσίμων - Ιδιότητες τωv αέριων καυσίμων - Χαρακτηριστικές ιδιότητες συνδεόμενες με την καύση, Πυκνότητα, Θερμογόνος δύναμη - Απαιτήσεις για τις ιδιότητες των αερίων Καύση και ενέργεια - Εξισώσεις καύσης - Στοιχειομετρική καύση - Καύση μιγμάτων - Υπολογισμοί καύσης όταν δίνεται η σύσταση κατά μάζα - Καύση με περίσσεια αέρα - Ποσότητες και σύσταση καυσαερίων - Ενεργειακοί υπολογισμοί της καύσης - Μη πλήρης και ατελής καύση - Έλεγχος της καύσης

7 Τεχνολογία Καυσίμων - Προτεινόμενα Βιβλία Η ΒΙΟΜΑΖΑ ΩΣ ΠΗΓΗ ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΥΓΡΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 1ης ΓΕΝΙΑΣ ΒΙΟΝΤΙΖΕΛ BIOΑΙΘΑΝΟΛΗ ΠΡΟΔΙΑΓΡΑΦΕΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΥΓΡΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ 2ης και 3ης ΓΕΝΙΑΣ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΠΥΡΟΛΥΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΣΥΝΘΕΤΙΚΩΝ ΥΓΡΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕ FISCHER-TROPSCH ΠΑΡΑΓΩΓΗ ΒΙΟΑΙΘΑΝΟΛΗΣ ΑΠΟ ΛΙΓΝΙΝΟΚΥΤΤΑΡΙΝΟΥΧΕΣ ΠΡΩΤΕΣ ΥΛΕΣ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΑΠΟ ΜΙΚΡΟΦΥΚΗ ΚΑΤΑΛΥΤΙΚΗ ΥΔΡΟΓΟΝΟΕΠΕΞΕΡΓΑΣΙΑ ΥΓΡΗΣ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΑΕΡΙΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΒΙΟΑΕΡΙΟ ΑΕΡΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΜΑΖΑΣ ΒΙΟ-ΥΔΡΟΓΟΝΟ: ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΕΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ, ΠΡΟΟΠΤΙΚΕΣ ΚΑΙ ΚΟΙΝΩΝΙΚΟ- ΟΙΚΟΝΟΜΙΚΕΣ ΕΠΙΠΤΩΣΕΙΣ ΣΤΕΡΕΑ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΑ ΑΞΙΟΠΟΙΗΣΗ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΤΩΝ ΠΕΡΙΒΑΛΛΟΝΤΙΚΩΝ ΕΠΙΠΤΩΣΕΩΝ ΤΩΝ ΒΙΟΚΑΥΣΙΜΩΝ ΜΕ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΥΚΛΟΥ ΖΩΗΣ

8 Τεχνολογία Καυσίμων Θέματα Εργασιών: ΓΙΑ ΚΑΘΕ ΚΑΥΣΙΜΟ ΟΛΑ ΤΑ ΠΑΡΑΚΑΤΩ ΓΙΑ ΤΡΙΑ ΚΑΥΣΙΜΑ : ΤΟ ΠΡΩΤΟ ΚΑΙ ΕΝΑ ΑΠΟ ΤΑ ΠΑΡΑΚΑΤΩ 1. Φυσιολογία καυσίμου, Μοριακή σύσταση, Χαρακτηριστικά. 2. Ενεργειακό ισοζύγιο: Ενέργεια παραγωγής VS Θερμογόνος δύναμη 3. Περιβαλλοντικό ισοζύγιο: CO 2 παραγωγής + CO 2 χρήσης 4. Περιγραφή Διαδικασίας καύσης, Ρύποι, Αντιμετώπιση. 5. Τεχνικές Βελτιστοποιήσεις Καύσεις ΑΝΑ Τεχνολογία Καύσης. 6. Επίδραση ποσότητας αέρα στην καύση

9 Τεχνολογία Καυσίμων Οι φοιτητές που επιθυμούν να πάρουν απαλλακτική εργασία στο μάθημα της Τεχνολογίας Καυσίμων θα πρέπει να ακολουθήσουν την παρακάτω διαδικασία. - Να έχουν παρακολουθήσει την Παρουσίαση καυσίμων και τα Παραδείγματα που θα δοθούν για τα παραπάνω. (1ο μάθημα) - Να δεσμεύσουν το θέμα που επιθυμούν να εκπονήσουν, στέλνοντας με με τις πηγές της εργασίας μέχρι τέλος Νοεμβρίου. (Σε κάθε μάθημα θα ανακοινώνεται τι δεσμεύτηκε).

10 Τεχνολογία Καυσίμων Όσοι εκ των φοιτητών πάρουν τελικά εργασία στα πλαίσια του μαθήματος, για να είναι η εργασία αυτή απαλλακτική και να περάσουν με αυτή το μάθημα, θα πρέπει να ακολουθήσουν την παρακάτω διαδικασία: 1. Η εργασία που θα παραδοθεί θα πρέπει να αξιολογηθεί τουλάχιστον με 8. Εργασίες κατώτερες αυτού του επιπέδου δεν θα γίνουν δεκτές. 2. Κάθε εργασία θα πρέπει να αποτελείται από δύο διακριτά τμήματα: i. Την περιγραφή του θέματος που αναλάβατε σε word (κείμενο σελίδες). ii. Παρουσίαση σε Power Point, την οποία θα παρουσιάσετε στους συμφοιτητές σας. Η Παρουσίαση θα έχει από 12 έως το μέγιστο 15 σελίδες. 3. Ερωτήσεις και καθοδήγηση για τις εργασίες θα γίνεται μόνο στα πλαίσια του μαθήματος. 4. Παρουσιάσεις των εργασιών θα γίνουν στο τελευταίο μάθημα Δεκεμβρίου ή στο τελευταίο μάθημα του εξαμήνου. 5. Μια εργασία θα αποκτά τη δυνατότητα να παρουσιασθεί, μόνο αν είναι επιπέδου 8 και μεγαλύτερο. 6. Κατά την παρουσίαση των εργασιών θα γίνεται και προφορική εξέταση των φοιτητών που συνέβαλαν στην ολοκλήρωσή της. 7. Εργασία για την οποία δεν θα γίνει παρουσίαση στους φοιτητές που παρακολουθούν το μάθημα, δεν θα είναι απαλλακτική.

11 Τεχνολογία Καυσίμων Είδη καυσίμων Τα καύσιμα αντιπαραβάλλονται με άλλες ουσίες ή συσκευές που αποθηκεύουν δυνητική ενέργεια, όπως εκείνες που απελευθερώνουν απευθείας ηλεκτρική ενέργεια (όπως μπαταρίες και πυκνωτές) ή μηχανική ενέργεια (όπως σφόνδυλοι, ελατήρια, πεπιεσμένος αέρας ή νερό σε δεξαμενή).

12 Τεχνολογία Καυσίμων Ιστορία Η πρώτη γνωστή χρήση του καυσίμου ήταν η καύση του ξύλου ή των ραβδιών από τον Homo erectus, σχεδόν (δύο εκατομμύρια) χρόνια πριν. Αρχικά από τους ανθρώπους χρησιμοποιήθηκαν καύσιμα που προέρχονται από τα φυτά ή το ζωικό λίπος. Ο άνθρακας, ένα παράγωγο του ξύλου, χρησιμοποιήθηκε από τουλάχιστον το π.χ. για τήξη μετάλλων. Αντικαταστάθηκε από ημίκαυστο άνθρακα, που προέρχεται από άνθρακα, καθώς τα ευρωπαϊκά δάση άρχισαν να εξαντλούνται γύρω στο 18ο αιώνα. Ο άνθρακας χρησιμοποιήθηκε για πρώτη φορά ως καύσιμο γύρω στο 1000 π.χ. στην Κίνα. Με την ανάπτυξη της ατμομηχανής στο Ηνωμένο Βασίλειο το 1769, ο άνθρακας έγινε πιο συνηθισμένη πηγή ενέργειας. Τον 19ο αιώνα, το αέριο που εξήχθη από άνθρακα χρησιμοποιήθηκε για φωτισμό στο Λονδίνο. Στον 20ο και τον 21ο αιώνα, η πρωτογενής χρήση του άνθρακα είναι για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, που παρείχε το 40% της παγκόσμιας ηλεκτρικής ενέργειας το Τα ορυκτά καύσιμα εξαπλώθηκαν κατά τη διάρκεια της Βιομηχανικής Επανάστασης, επειδή ήταν πιο συγκεντρωμένα και ευέλικτα από τις παραδοσιακές πηγές ενέργειας, όπως η υδροηλεκτρική ενέργεια. Υπάρχει τάση για τα ανανεώσιμα καύσιμα, αλλά για την ώρα αφορά κυρίως τα βιοκαύσιμα όπως οι αλκοόλες.

13 Τεχνολογία Καυσίμων Τα χημικά καύσιμα Τα χημικά καύσιμα είναι ουσίες που απελευθερώνουν ενέργεια αντιδρώντας με ουσίες γύρω τους, κυρίως με τη διαδικασία της καύσης. Το μεγαλύτερο μέρος της χημικής ενέργειας που απελευθερώνεται στην καύση δεν αποθηκεύεται στους χημικούς δεσμούς του καυσίμου, αλλά στον ασθενή διπλό δεσμό του μοριακού οξυγόνου.

14 Τεχνολογία Καυσίμων

15 Ο άνθρακας είναι ένα σημαντικό στερεό καύσιμο Τεχνολογία Καυσίμων Στερεά καύσιμα Τα στερεά καύσιμα περιλαμβάνουν ξύλο (ξύλο καυσίμων), κάρβουνο, τύρφη, άνθρακα, δισκία καυσίμου εξαμινών και σφαιρίδια από ξύλο (ρινίσματα ξύλου), καλαμπόκι, σιτάρι, σίκαλη και άλλους σπόρους. Η τεχνολογία πυραύλων στερεών καυσίμων χρησιμοποιεί επίσης στερεά καύσιμα. Τόσο η τύρφη όσο και ο άνθρακας εξακολουθούν να χρησιμοποιούνται σήμερα στην παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας. Η χρήση ορισμένων στερεών καυσίμων (π.χ. άνθρακας) περιορίζεται ή απαγορεύεται σε ορισμένες αστικές περιοχές, λόγω μη ασφαλών επιπέδων τοξικών εκπομπών. Η χρήση άλλων στερεών καυσίμων όπως το ξύλο μειώνεται καθώς βελτιώνεται η τεχνολογία θέρμανσης και βελτιώνεται η διαθεσιμότητα καυσίμων υψηλής ποιότητας. Σε ορισμένες περιοχές, ο επεξεργασμένος άνθρακας είναι συχνά το μόνο στερεό καύσιμο που χρησιμοποιείται.

16 Ένας σταθμός βενζίνης Τεχνολογία Καυσίμων Υγρά καύσιμα Τα περισσότερα υγρά καύσιμα σε ευρεία χρήση προέρχονται από τα απολιθωμένα υπολείμματα νεκρών φυτών και ζώων με έκθεση σε θερμότητα και πίεση στο φλοιό της Γης. Ωστόσο, υπάρχουν διάφοροι τύποι, όπως το καύσιμο υδρογόνου (για χρήσεις στην αυτοκινητοβιομηχανία), η αιθανόλη, τα καύσιμα αεριωθουμένων και το βιοντίζελ, τα οποία κατηγοριοποιούνται ως υγρό καύσιμο. Πολλά υγρά καύσιμα διαδραματίζουν πρωταρχικό ρόλο στις μεταφορές και στην οικονομία. Ορισμένες κοινές ιδιότητες των υγρών καυσίμων είναι ότι είναι εύκολο να μεταφερθούν και μπορούν να χρησιμοποιηθούν με σχετική ευκολία. Υγρό καύσιμο θεωρείται και το αέριο LPG που είναι ένα μείγμα προπανίου και βουτανίου. Αμφότερα είναι εύκολα συμπιέσιμα αέρια και υπό κανονικές ατμοσφαιρικές συνθήκες είναιο υγροποιημένα. Το υγραέριο LPG έχει αυξημένη χρήση σε μηχανοκίνητα οχήματα.

17 Ένας κύλινδρος προπανίου 9,1 kg Τεχνολογία Καυσίμων Αέρια καύσιμα Αέρια καυσίμου είναι εκείνα που υπό κανονικές συνθήκες είναι αέρια. Πολλά αέρια καυσίμων αποτελούνται από υδρογονάνθρακες (όπως μεθάνιο ή προπάνιο), υδρογόνο, μονοξείδιο του άνθρακα ή μείγματα αυτών. Είναι εύκολο να μεταφερθούν και να διανεμηθούν μέσω σωλήνων από το σημείο προέλευσης απευθείας στον τόπο κατανάλωσης. Το αέριο καύσης αντιπαραβάλλεται με τα υγρά καύσιμα και τα στερεά καύσιμα, αν και μερικά αέρια καύσιμα υγροποιούνται για αποθήκευση ή μεταφορά. Λόγω της αέρια φύση τους αποφεύγουμε τη δυσκολία μεταφοράς των στερεών καυσίμων και τους κινδύνους της διαρροής που είναι συνυφασμένοι με τα υγρά καύσιμα, αλλά μπορεί επίσης να είναι επικίνδυνα, λόγω πιθανής συγκέντρωσης σε περιοχές, που δεν εντοπίζονται οδηγώντας σε κίνδυνο έκρηξης αερίου. Για το λόγο αυτό, προστίθενται αρώματα στα περισσότερα αέρια καυσίμων έτσι ώστε να μπορούν να ανιχνευθούν με μια ξεχωριστή οσμή. Ο συνηθέστερος τύπος αερίου καυσίμου στην τρέχουσα χρήση είναι το φυσικό αέριο.

18 Τεχνολογία Καυσίμων Βιοκαύσιμα Το βιοκαύσιμο μπορεί να οριστεί ευρέως ως στερεό, υγρό ή αέριο καύσιμο που αποτελείται ή προέρχεται από βιομάζα η οποία επίσης να χρησιμοποιηθεί άμεσα για θέρμανση. Για την παραγωγή βιοκαυσίμων χρησιμοποιούνται πολλά διαφορετικά φυτά και φυτικά υλικά. Εάν τα βιοκαύσιμα μπορούν να κατασκευαστούν από φυτικό υλικό, ο καθαρός αντίκτυπος της υπερθέρμανσης του πλανήτη θα πρέπει να είναι μηδέν, δεδομένου ότι τα αναπτυσσόμενα φυτά απορροφούν διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα Πρόσφατα έχουν αναπτυχθεί βιοκαύσιμα για χρήση στην αυτοκινητοβιομηχανία (για παράδειγμα, η βιοαιθανόλη και το βιοντίζελ), αλλά υπάρχει ευρεία δημόσια συζήτηση σχετικά με τον τρόπο με τον οποίο είναι αποδοτικά αυτά τα καύσιμα.

19 Κλασματική απόσταξη αργού πετρελαίου Τεχνολογία Καυσίμων Ορυκτά καύσιμα Τα ορυκτά καύσιμα είναι υδρογονάνθρακες, κυρίως άνθρακας και πετρέλαιο (υγρό πετρέλαιο ή φυσικό αέριο), που σχηματίζονται από τα απολιθωμένα υπολείμματα αρχαίων φυτών και ζώων με την έκθεση σε υψηλή θερμότητα και πίεση χωρίς την παρουσία οξυγόνου στη γήινη φλούδα σε εκατοντάδες εκατομμύρια των ετών. Τα ορυκτά καύσιμα περιέχουν υψηλά ποσοστά άνθρακα και περιλαμβάνουν από πτητικά υλικά με χαμηλές αναλογίες άνθρακα προς υδρογόνο, όπως το μεθάνιο, υγρό πετρέλαιο, καθώς και μη πτητικά υλικά που αποτελούνται από σχεδόν καθαρό άνθρακα, όπως ανθρακίτη. Τα ορυκτά καύσιμα είναι μη ανανεώσιμοι πόροι επειδή χρειάζονται εκατομμύρια χρόνια για να διαμορφωθούν και τα αποθέματα εξαντλούνται πολύ γρήγορα

20 Τεχνολογία Καυσίμων Ενέργεια Η ποσότητα ενέργειας από διαφορετικούς τύπους καυσίμων εξαρτάται από τη στοιχειομετρική αναλογία, τη χημικά ορθή αναλογία αέρα και καυσίμου για να εξασφαλιστεί η πλήρης καύση καυσίμου και η Θερμογόνος Δύναμή του, (η ενέργεια ανά μονάδα μάζας).

21 Δύο δέσμες καυσίμων της πυρηνικής μονάδας CANDU ("CANada Deuterium Uranium") με μήκος περίπου 50 cm και διάμετρο 10 cm Τεχνολογία Καυσίμων Πυρηνική Ενέργεια Το πυρηνικό καύσιμο είναι οποιοδήποτε υλικό που καταναλώνεται για την παραγωγή πυρηνικής ενέργειας. Από τεχνική άποψη, όλα τα υλικά μπορεί να είναι πυρηνικό καύσιμο επειδή οποιοδήποτε στοιχείο υπό τις κατάλληλες συνθήκες θα απελευθερώσει την πυρηνική ενέργεια, αλλά τα υλικά που αναφέρονται συνήθως ως πυρηνικά καύσιμα είναι εκείνα που παράγουν ενέργεια χωρίς να υποβάλλονται σε ακραίες πιέσεις. Τα πυρηνικά καύσιμα είναι ένα υλικό που μπορεί να «θερμανθεί» είτε από πυρηνική σχάση είτε από σύντηξη για να παραχθεί πυρηνική ενέργεια. Τα περισσότερα πυρηνικά καύσιμα περιέχουν βαριά σχάσιμα στοιχεία ικανά για πυρηνική σχάση. Όταν αυτά τα καύσιμα χτυπιούνται από νετρόνια, είναι με τη σειρά τους ικανά να εκπέμπουν νετρόνια όταν διαλυθούν. Αυτό καθιστά δυνατή μια αυτοσυντηρούμενη αλυσιδωτή αντίδραση που απελευθερώνει ενέργεια με ελεγχόμενο ρυθμό σε πυρηνικό αντιδραστήρα ή με πολύ γρήγορο ανεξέλεγκτο ρυθμό σε πυρηνικό όπλο.

22 Τεχνολογία Καυσίμων Πυρηνική Ενέργεια Τα πιο κοινά σχάσιμα πυρηνικά καύσιμα είναι το ουράνιο- 235 (235U) και το πλουτώνιο-239 (239Pu). Οι δράσεις εξόρυξης, καθαρισμού, εμπλουτισμού, χρήσης και τελικής διάθεσης των πυρηνικών καυσίμων συνθέτουν τον κύκλο του πυρηνικού καυσίμου. Ακατέργαστο ουράνιο Όλοι οι τύποι πυρηνικών καυσίμων δεν παράγουν ενέργεια από την πυρηνική σχάση. Το πλουτώνιο-238 και ορισμένα άλλα στοιχεία χρησιμοποιούνται για την παραγωγή μικρών ποσοτήτων πυρηνικής ενέργειας με ραδιενεργό διάσπαση σε θερμοηλεκτρικές γεννήτριες ραδιοϊσοτόπων και άλλους τύπους ατομικών μπαταριών. Ελαφρά νουκλίδια όπως το τρίτιο (3Η) μπορούν να χρησιμοποιηθούν ως καύσιμο για πυρηνική σύντηξη. Ουράνιο Τα πυρηνικά καύσιμα έχουν την υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα όλων των πρακτικών πηγών καυσίμων.

23 Τεχνολογία Καυσίμων Πυρηνική Σχάση Ο συνηθέστερος τύπος πυρηνικού καυσίμου που χρησιμοποιείται από τον άνθρωπο είναι τα βαριά σχάσιμα στοιχεία που μπορούν να συμπιεστούν για να υποστούν αλυσιδωτές αντιδράσεις πυρηνικής σχάσης σε αντιδραστήρα πυρηνικής σχάσης. Συμπιεσμένα κυλινδρικά (pellets) πυρηνικών καυσίμων που χρησιμοποιούνται για την απελευθέρωση της πυρηνικής ενέργειας Το πυρηνικό καύσιμο μπορεί να αναφέρεται στο υλικό ή σε φυσικά αντικείμενα (π.χ. δέσμες καυσίμων που αποτελούνται από ράβδους καυσίμου) που αποτελούνται από το καύσιμο υλικό, πιθανόν αναμεμειγμένο με δομικά στοιχεία, που μετριάζουν την επίδραση των νετρονίων ή υλικά στα οποία μπορούν να ανακλώνται τα νετρόνια.

24 Σύντηξη δευτερίου-τριτίου Τεχνολογία Καυσίμων Πυρηνική Σύντηξη Τα καύσιμα που παράγουν ενέργεια από τη διαδικασία της πυρηνικής σύντηξης δεν χρησιμοποιούνται σήμερα από τον άνθρωπο αλλά αποτελούν την κύρια πηγή καυσίμων για τα αστέρια. Τα καύσιμα σύντηξης τείνουν να είναι ελαφρά στοιχεία όπως το υδρογόνο το οποίο μπορεί να αλληλο-αντιδρά εύκολα. Απαιτείται ενέργεια για να ξεκινήσει η σύντηξη με την αύξηση της θερμοκρασίας τόσο ψηλά ώστε όλα τα υλικά να μετατραπούν σε πλάσμα και να επιτρέψουν στους πυρήνες να συγκρουστούν και να κολλήσουν μεταξύ τους πριν απωθηθούν λόγω ηλεκτρικού φορτίου. Αυτή η διαδικασία ονομάζεται σύντηξη και μπορεί να δώσει ενέργεια. Στις προσπάθειες των ανθρώπων, η σύντηξη πραγματοποιείται μόνο με υδρογόνο (ισότοπο 2 και 3) για να σχηματίσει ήλιο-4, καθώς αυτή η αντίδραση δίνει την πιο καθαρή ενέργεια.