Атомная головоломка

Расчет выбросов CO₂ от электростанции, работающей на природном газе

Собаку доктора Эггхэда по кличке Гамма продолжает беспокоить проблема глобального потепления. Не могли бы Вы помочь ему рассчитать, сколько углекислого газа (CO₂) выделяют атомные электростанции по сравнению с электростанциями на ископаемом топливе? Решите эту задачу и выиграйте приз! (см. рамку ниже).

Это вторая часть из серии «атомных головоломок». (Не волнуйтесь, если Вы не решили первую часть, начните со второй). В этой головоломке необходимо рассчитать выбросы CO₂ от электростанции, работающей на природном газе. Если Вы решили первую головоломку, которая опубликована в предыдущем выпуске журнала SDA, тогда Вам удалось рассчитать выбросы CO₂ от электростанции, работающей на угле. В последующих задачах Вы сможете рассчитать выбросы CO₂ от атомной электростанции.

В этом задании мы рассчитаем CO₂, который напрямую выбрасывает электростанция, работающая на природном газе, то есть объем CO₂, который выделяется в результате сжигания природного газа. Существуют дополнительные косвенные выбросы углекислого газа, связанные с добычей и транспортировкой этого вида топлива, а также со строительством электростанции. Что касается ископаемого топлива, основную роль здесь играют прямые выбросы CO₂.

(1) Полное сгорание одного кубического метра природного газа выделяет 36.410 британских тепловых единиц (Бте) энергии. Одна Бте равна 1055 джоулей. Сколько энергии в джоулях выделится при полном сжигании одного кубического метра природного газа?

(2) Ватт определяется одним джоулем в секунду. Сколько джоулей в одном киловатт-часе? (Подсказка: в одном киловатте - 1000 ватт).

(3) Сколько киловатт-час тепловой энергии будет выделено при полном сжигании одного кубического метра природного газа? (Подсказка: воспользуйтесь ответами на вопросы 1 и 2).

(4)  Плотность природного газа составляет примерно 800 грамм на один кубический метр. Сколько (тепловых) киловатт-час будет выделено при полном сжигании одного килограмма природного газа? (Подсказка: в одном килограмме 1000 грамм).

(5) Средняя производительность действующих установок с комбинированным циклом на природном газе составляет около 50 процентов. То есть, 50 процентов энергии, высвобождаемой за счет сжигания природного газа, в итоге преобразуется в электроэнергию, а оставшиеся 50% тратятся на отопление и другие виды потери энергии. В ближайшие годы новые электростанции достигнут 60% производительности. Сколько килограмм топлива потребуется сжечь  в действующей электростанции на природном газе для получения одного киловатт-часа электричества? (Подсказка: сколько киловатт-час энергии потребуется выделить за счет сжигания природного газа для электростанции с производительностью 50% для того, чтобы генерировать один киловатт-час электричества?)

(6) Обычный природный газ в среднем на 73,4% состоит из углерода (по массе). Сколько грамм углерода выделит такая электростанция при производстве одного киловатт-часа электричества?

(7) При сжигании углерода дополнительная масса кислорода означает, что каждый килограмм выделяемого углерода равен 3,67 килограмма углекислого газа (СО₂). Сколько грамм СО₂ выбрасывает электростанция на природном газе за один киловатт-час генерируемого электричества?