Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου Θερμοδυναμικού...

23
Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου Θερμοδυναμικού Νόμου Ένας κόσμος αντιθέσεων “H εξέργεια είναι το σε κάθε άλλη μορφής Ενέργειας μετατρέψιμο, κομμάτι της Ενέργειας” H.D. Baehr, 1965 Ευθύμης Μπαλωμένος Διδάκτωρ Σχολής Μηχ Μεταλλείων-Μεταλλουργών

description

Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου Θερμοδυναμικού Νόμου. Ένας κόσμος αντιθέσ εων. “H εξέργεια είναι το σε κάθε άλλη μορφής Ενέργειας μετατρέψιμο, κομμάτι της Ενέργειας ” H.D. Baehr , 1965. Ευθύμης Μπαλωμένος Διδάκτωρ Σχολής Μηχ Μεταλλείων-Μεταλλουργών. Diesel Fuel 0.62 kg. - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου Θερμοδυναμικού...

Page 1: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2ου Θερμοδυναμικού Νόμου

Ένας κόσμος αντιθέσεων

“H εξέργεια είναι το σε κάθε άλλη μορφής Ενέργειας μετατρέψιμο, κομμάτι της Ενέργειας”

H.D. Baehr, 1965

Ευθύμης ΜπαλωμένοςΔιδάκτωρ Σχολής Μηχ Μεταλλείων-Μεταλλουργών

Page 2: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Diesel Fuel 0.62 kg

Page 3: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου
Page 4: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

Απομονωμένο Σύστημα Κλειστό Σύστημα Ανοιχτό Σύστημα

, , ip T

, , , iU S V n

Εντασιακές Ιδιότητες:

Εκτασιακές Ιδιότητες:

Διαφορές εντασιακών ιδιοτήτων

οδηγούν σε

μεταβολές εκτασιακών ιδιοτήτων

Θερμοδυναμικές δυνάμεις

Θερμοδυναμικές Ροές

i ii

U TS pV n

Εξαφάνιση των θερμοδυναμικών δυνάμεων οδηγεί στην θερμοδυναμική ισορροπία (=φυσική τάση όλων των συστημάτων)

1: , ,aF T T T

: , ,aJ Q J I

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

0 0 0

0 0 0 ,0

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

0' , , '

' , ' , , 'i

p TA

U S V n

a aF J Ρυθμός παραγωγής εντροπίας:Κατά την μετάβαση στην θερμοδυναμική ισορροπία ΠΑΡΑΓΕΤΑΙ ΕΝΤΡΟΠΙΑ

Θερμοδυναμικά Συστήματα – Θερμοδυναμική Ισορροπια

Page 5: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

Μικροσκοπικά / κβαντομηχανικά το σύστημα Α μπορεί να υπάρχει σε Ω(E,V,ni) διαφορετικές αλλά μακροσκοπικά ισοδύναμες καταστάσεις (=δηλαδή για εμάς έχουν ίδιο Τ, p, μ, …)

Αφού όλες οι καταστάσεις είναι ισοπίθανες τότε

1

lnB j jj

S k P P

2ος Θερμοδυναμικός νόμος: Όλα τα απομονωμένα συστήματα τείνουν να μεγιστοποιήσουν τον αριθμό των μακροσκοπικά ισοδύναμων καταστάσεων τους (Ω)

ln , ,B iS k E V n Η εντροπία είναι μέγιστη όταν η πληροφορία που

απαιτείται για να περιγράψει το σύστημα (Ω) είναι μέγιστη Το σύστημα είναι σε πλήρη αταξία.

Αν υπήρχε μόνο μια δυνατή κατάσταση για το σύστημα (απόλυτη τάξη) τότε η πληροφορία που απαιτείται για την

περιγραφή του είναι ελάχιστη.

ln1 0BS k

1 1

1ln ln

ln 2eq eq

j j j jj j

P P PI P

ln 2eq BS S k I Information Capacity – Δυνατότητα αποθήκευσης πληροφορίας εντός του συστήματος (σε μονάδες bits) Ένα bit πληροφορίας

στους 25oC ισοδυναμεί / περιέχει 2.9 10-29 J

Η δυνατότητα αποθήκευσης πληροφορίας εντός του συστήματος είναι μέτρο της τάξης και της δομής του

2ος Θερμοδυναμικός νόμος: Όλα τα απομονωμένα συστήματα τείνουν προς τις δομές που πραγματοποιούνται με τους περισσότερους δυνατούς τρόπους

0totdS

Negentropy Αντιεντροπία (Σ)

Εντροπία - 2ος Θερμοδυναμικός νόμος

Αύξηση αταξίαςΑύξηση πληροφορίας

Page 6: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

Απομονωμένο Σύστημα

AdS

Ανοιχτό Σύστημα

0 0AdS

Σύστημα Α

Περιβάλλον Αο

Συνολικά 0tot AdS dS

A A Ai edS d S d S

0A AedS d S

Σύστημα Α

Περιβάλλον Αο

Συνολικά 0tot AidS d S

0totdS

Αν η ροή εντροπίας από το σύστημα στο περιβάλλον είναι αρνητική και μάλιστα αριθμητικά μεγαλύτερη από την εσωτερικά παραγόμενη εντροπία, τότε το

σύστημα θα μειώσει την εντροπία του.

A Ai ed S d S

0AdS

Η συνολική εντροπία συστήματος – περιβάλλοντος δεν θα μειωθεί σε κάθε περίπτωση

0Aed S

Εσωτερική και Εξωτερική Παραγωγή Εντροπίας

Page 7: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Ανακεφαλαίωση

Οι διαφορές στις εντασιακές ιδιότητες συστήματος – περιβάλλοντος (θερμοδυναμικές δυνάμεις)

Προκαλούν θερμοδυναμικές ροές

Οδηγούν στην θερμοδυναμική ισορροπία παράγοντας εντροπία

Αυθόρμητα όλα τα συστήματα τείνουν στην θερμοδυναμική

ισορροπία

Η συνολική εντροπία συστήματος –

περιβάλλοντος αυξάνει

2ος Θερμοδυναμικός Νόμος

ln , ,B iS k E V n Η εντροπία είναι μέτρο της

πληροφορίας που απαιτείται για να περιγράψουμε το σύστημα

Page 8: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Κι όμως στο περιβάλλον μας…

Θερμοκρασία

Επιφάνειας ήλιου: 5778 Κ

«Κενού» Διαστήματος: 2.7 Κ

Επιφάνειας γής: 287 Κ

Ανθρώπινου οργανισμού: 310 Κ

Μοριακό βάρος

Νερού: 18

Πρωτεΐνης: της τάξεως 105

Υπάρχουν πολλά συστήματα που διατηρούνται μακριά από την κατάσταση θερμοδυναμικής

ισορροπίας με το περιβάλλον τους

Πυκνότητα

Φλοιού γής: 2.5 gr/cm3

Πυρήνα γής: 13 gr/cm3

Με την συνεχή κατανάλωση εξωτερικής ενέργειας και ύλης

1ος Θερμοδυναμικός νόμος: Η ενέργεια είναι διατηρήσιμη

Με την συνεχή υποβάθμιση της ποιότητας της εξωτερικής ενέργειας

και ύλης

2ος Θερμοδυναμικός νόμος: Η ποιότητα της ενέργειας (και της ύλης)

υποβαθμίζεται σε κάθε μη αντιστρεπτή διεργασία

Δομές Διασκόρπισης Ενέργειας (Dissipative Structures)

Page 9: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Σύστημα

(π.χ. πλανήτης γή ή μηχανή εσωτερικής

καύσης)

π.χ. ηλιακή ακτινοβολία (μικρό μήκος κύματος), πετρέλαιο

π.χ. θερμότητα (μεγάλο μήκος κύματος), καυσαέρια

Ποι

ότητ

α ε

νέρ

γεια

ς, ύ

λης

Μέτρο της ποιότητας της ενέργειας και της ύλης είναι η εξέργεια, η οποία μετριέται σε μονάδες ενέργειας.

Η ροή εξέργειας δημιουργεί και διατηρεί δομές μακριά από την

θερμοδυναμική ισορροπία

Εξέ

ργε

ια (

Β)

Yψηλή Εξέργεια

Η ενέργεια και η ύλη είναι φορείς ποιότητας, και μέρος αυτής της ποιότητας καταστρέφεται σε κάθε πραγματική διεργασία

πληροφορία

Xαμηλή Εξέργεια

π.χ. βαθμός γνώσης του συστήματος (πιθανές καταστάσεις του)

Βin > Βout

Ενέργεια / ύλη

Ενέργεια / ύλη

(ή της οδηγεί σε αυτήν όταν η ροή εξαντλείται -Decaying structure)

Φυσική Σημασία Εξέργειας

Page 10: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0dU dU W

0 0totdS dS dS

0 0 0 0 0

1i io

io

dS dU p dV dnT

0 0dV dV 0 0i idn dn

0 0 00 0

1toti i

i

dWdS dU T dS p dV dn

T T

0

1totdS dWT

dB

0totW B S

W B0totS

H εξέργεια ενός συστήματος σε ένα συγκεκριμένο περιβάλλον είναι το μέγιστο έργο που μπορεί να εξαχθεί από το σύστημα μέσα σε αυτό το περιβάλλον.

0 0 0i ii

B U T S p V n

W

0 00

1 i i

i

dU W p dV dnT

Το «ξοδευμένο» κομμάτι της εξέργειας ονομάζεται ανέργια

i ii

U TS pV n

Θερμοδυναμικός Ορισμός Εξέργειας

Page 11: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0i ii

B U T S p V n 0 0 0, ,

, , ,oo o o io

p TA

U S V n

, ,

, , , i

p TA

U S V n

0 0 0i i ii

B T T S p p V n

, ,

, , ,

eq eq eqi

o

o o o io

p TA

U S V n

, ,

, , ,

eq eq eqi

i

p TA

U S V n

Σύστημα σε θερμοδυναμική ισορροπία

με το περιβάλλον0eqB

Η εξέργεια και η αντιεντροπία μετρούν την ποιότητα / απόκλιση / περίσσια πληροφορίας ενός συστήματος σε

σχέση με το περιβάλλον του

Εξέργεια συστήματος Α στο περιβάλλον Αο

0dW

0

tot dBdS

T

0 0

00tot tot

eq

B BS S

T T

Negentropy – Αντιεντροπία (Σ)

totS

tot toteqS S

0B

Η εξέργεια μετρά την αντίθεση του συστήματος από το περιβάλλον του

i ii

U TS pV n

0 0IB T k T

Μετάβαση στη θερμοδυναμική ισορροπία (Δομές Αποσύνθεσης)

Page 12: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

0 0 0eq eq eq i i ieqi

B U U T S S p V V n n

00, 0,in S p p

Σε υποπεριπτώσεις κλειστών συστημάτων η εξέργεια έχει ήδη οριστεί

0 00, ,in p p T T B G

i ii

G U TS pV

n

Ελεύθερη ενέργεια κατά Gibbs

0 0 0i i ii

B T T S p p V n

00, 0,in V T T B F

i ii

F U TS

pV n

Ελεύθερη ενέργεια κατά Helmholz

B H Ενθαλπία

i ii

H U pV

TS n

i ii

dG Vdp SdT dn

i ii

dF pdV SdT dn

i ii

dH TdS Vdp dn

Η εξέργεια είναι το μέγεθος το οποίο αναζητούσε (αρχικά) η επιστήμη της θερμοδυναμικής

Μέγιστο έργο, αντιστρεπτό έργο, ιδεατό έργο, ελεύθερη ενέργεια, διαθέσιμη ενέργεια, εσέργεια, …

Θερμοδυναμικός Ορισμός Εξέργειας

Page 13: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Η αντίθεση δημιουργεί ένταση, την προϋπόθεση για την παραγωγή σύγκρουσης / έργου / χρόνου

Η εξάλειψη της αντίθεσης (contrast) αποδυναμώνει την

σύνθεση

ΚΑΤΑΣΤΑΣΗ ΘΕΡΜΟΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΙΣΟΡΡΟΠΙΑΣ

Β = 0,

Δυνατότητα παραγωγής έργου = 0

Οι δομές διασκόρπισης καταναλώνουν

εισερχόμενη εξέργεια για να

διατηρούν «ζωντανές» τις αντιθέσεις τους, ώστε να είναι σε

θέση να παράγουν έργο.

Στην βιομηχανία δαπανάμε

εξέργεια για να διατηρούμε τους

αντιδραστήρες σε συνθήκες

κατάλληλες (σε υψηλή αντίθεση

με το περιβάλλον) για την παραγωγή

του προϊόντος (έργο)

Η εξέργεια επομένως αποτελεί

το ιδανικό μέτρο σύγκρισης διεργασιών

συνδυάζοντας την απόδοση με την

οικολογία

“The Dead State”

Οι εντασιακές ιδιότητες του συστήματος καθορίζονται από

το περιβάλλον του

Ένας Κόσμος Αντιθέσεων

Page 14: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Ενέργεια Εξέργεια

Είναι κίνηση ή δυνατότητα για κίνηση

Είναι διατηρήσιμη σε όλες τις διεργασίες

Μεγαλύτερη από το μηδέν

Ανεξάρτητη από το περιβάλλον

Εκφράζει την ποσότητα

Είναι έργο ή δυνατότητα για έργο (έργο = οργανωμένη κίνηση)

Είναι διατηρήσιμη μόνο σε αντιστερπτές διεργασίες

Μηδενίζεται στην θερμοδυναμική ισορροπία

Εξαρτάται από το περιβάλλον

Εκφράζει την ποιότητα

Εν + έργον : το έργο στο εσωτερικό Εκ + έργον : το έργο στο εξωτερικό

Μορφή ενέργειας

Δυναμική 100%Κινητική 100%Ηλεκτρική 100%Μαγνητική 100%Πυρηνική 99%Ηλιακή ακτινοβολία 95%Χημική 95%Ατμός (θερμική + κινητική) 60%Θερμική ακτινοβολία 5%Θερμική ακτινοβολία γής 0%

Δείκτης ποιότητας (εξέργεια)

Διαθέσιμο ποσοστό για έργο (σε ιδεατές συνθήκες)

H μη-οργανωμένες μορφές ενέργειας δεν μπορούν να μετατραπούν ΠΟΤΕ 100% σε έργο.

Η μέγιστη απόδοση που μπορεί να επιτευχθεί εξαρτάται από το σχέση φορέα ενέργειας-περιβάλλον

Order

Disorder

Vs

Wmax = B = Q (Τ – Το)/Τ

Η ποιότητα της ενέργειας συνδέεται με το μέγεθος τον αλλαγών που μπορεί να

επιφέρει σε ένα σύστημα

Page 15: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

1. Μετατροπή χημικής σε θερμική (αδιαβατική καύση πετρελαίου Τ ≈ 2150 C, λιγνίτη Τ ≈ 2200 C, φυσικού αερίου Τ ≈ 2000 C)

2. Μετατροπή θερμικής σε κινητική + θερμική (ατμός Τ ≈ 80 C)

3. Μετατροπή κινητικής σε ηλεκτρική

4. Απόρριψη θερμότητας στο περιβάλλον1

2 3

4

Μέγιστη απώλεια εξέργειας συμβαίνει από το 1 στο 2 και όχι εκεί όπου συμβαίνει η μέγιστη απώλεια

ενέργειας (4)

Βελτιστοποίηση διεργασίας: Παραγωγή ατμού με διαφορετικό τρόπο (π.χ.

συγκέντρωση ηλιακής ακτινοβολίας) ή αλλαγή διεργασίας με απευθείας μετατροπή χημικής σε ηλεκτρική ενέργεια - fuel cells

Το ισοζύγιο ενέργειας δεν περιέχει πληροφορίες για το μέγιστο δυνατό έργο που μπορεί να παραχθεί από μια πηγή ενέργειας ή για το έργο που χάνεται σε

κάθε μετατροπή ενέργειας

Ισοζύγιο Ενέργειας και Εξέργειας

Page 16: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Εξέργεια Ύλης (Χημική Εξέργεια)

0 0 0i i ii

B T T S p p V n 0ύ i i ii

B n

0, , , lni i i ip T x p T RT a Χημικό δυναμικό i συστατικού στο σύστημα

Χημικό δυναμικό i συστατικού στο περιβάλλον

0 00 0

0 0

ln i iύ i i i

i i i

cB n RT

c

Συγκέντρωση i συστατικού στο σύστημα

Συγκέντρωση i συστατικού στο περιβάλλον

Η εξέργεια μιας ποσότητας ενός υλικού είναι η ποσότητα

εξέργειας που απαιτείται για την σύνθεση αυτού του υλικού από το περιβάλλον με αντιστρεπτές

διεργασίες

Μορφή ύλης

Ύλη καλά δομημένη (π.χ. άνθρακας ως διαμάντι) 100%Ύλη ως καταναλωτικό αγαθό (π.χ. καθαρός χρυσός, μόλυβδος) 100%Ύλη ως μίγμα υλικών (π.χ. ατσάλι, κράματα, πλαστικά) ≈ 90%Πλούσια κοιτάσματα 50-80%Μετάλλευμα ≈ 50%Φτωχά κοιτάσματα 20-50%Ορυκτά διαλυμένα στο νερό ή στο έδαφος ≈ 0%

Δείκτης ποιότητας (εξέργεια)

00 lnύ i i i

i

B n b RT x Πρότυπη χημική εξέργεια του i

Page 17: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

a x yaA xX yY A X Y Στοιχεία Χημική ένωση

0 0298.15 , 1T K p bar Συνθήκες αναφοράς (0ref)

Πρότυπες Συνθήκες (0) 0, 1T p bar

0 0, a x yreac Yn Xt fo Ai GG

(αυθαίρετος θερμοδυναμικός ορισμός–τα στοιχεία δεν δημιουργούνται / καταστρέφονται σε χημικές αντιδράσεις)

0 0 0

a x yreaction A X Y i ii

b b v b

Για σταθερή πίεση και θερμοκρασία0 0reaction reactionG b

0, ,0

00, a x ya x y f A Xref A X Y

iY ref iivT bGb

Πρότυπη ελεύθερη ενέργεια σχηματισμού κατά Gibbs

Πρότυπη εξέργεια χημικής ένωσης

Πρότυπη εξέργεια στοιχείων

Υποθετική Αντίδραση

Τα στοιχεία δεν είναι σε ισορροπία με το περιβάλλον (π.χ. δεν συναντώνται σε στοιχειακή μορφή )

Πρότυπη Χημική Εξέργεια

Σε χημική ισορροπία με το περιβάλλον θα μπορούσαμε να θεωρήσουμε εκείνες τις χημικές μορφές των στοιχείων, που συναντώνται πιο συχνά στη φύση (π.χ. Η2 στο Η2Ο)

00, , 0,a x yreaction A X Y i f i

i

G T p T v p T , 0, 0f i p T

00 0ib T

Κατάσταση/Ένωση Αναφοράς Στοιχείου στο περιβάλλον

Η εξέργεια στοιχειοθετεί μια νέα κλίμακα αναφοράς, βασισμένη στο περιβάλλον

Page 18: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

2

2

00 ln 3.97kJ/molo

Oatm

Pb RT

P

Εξέργεια Ύλης (Χημική Εξέργεια)

Ορίζεται σαν κατάσταση αναφοράς ενός στοιχείου στο περιβάλλον, η ένωση του στοιχείου που είναι πιο κοινή σε αυτό, και στη συγκέντρωση περιβάλλοντος ορίζεται η εξέργεια αυτής της ένωσης μηδέν, bk = 0

Οξυγόνο (Ο)

Εξέργεια Κατάστασης ΑναφοράςΣτοιχείο Κατάσταση Αναφοράς

Ο2(g) (ατμόσφαιρα) 20.4% της ατμόσφαιρας

Συγκέντρωση

Σίδηρος (Fe) Fe2Ο3(s) (φλοιός γης)

00 lnk kb RT x

Γραμμομοριακό κλάσμα στη λιθόσφαιρα 7.7 x 10-4

2 3

0 40 ln 7.7 10

17.75kJ/mol

Fe Ob RT

( ) 2( ) 2 3( )2 3 2s g sFe O Fe O 2 3 2

0 0 0 02 3 2 3 2Fe O f Fe Ob G Fe O b b

0 377.8kJ/molFeb

( ) 2( ) 3 4( )3 2s g sFe O Fe O 3 4 2

0 0 0 03 4 3 2Fe O f Fe Ob G Fe O b b 3 4

0 128.9kJ/molFe Ob

2 3 3 4( ) 23 2 0.5ss gFe O Fe O O 3 4 2 3 2

0 0 0 00.5 3 0.5Fe O r Fe O Ob G b b

( ) 2( ) ( )0.5s g sFe O FeO 0 134.06kJ/molFeOb

Εξέργεια που απαιτείται για να παραχθεί μεταλλικός Fe από Fe2O3 του «μεταλλεύματος» της λιθόσφαιρα με αντιστρεπτές διεργασίες

0 0 0,

1 oi ref f ref k k

ki

b b G v bv

2

0 0 0 00.5FeO f Fe Ob G FeO b b

00 lnk k kb b RT x

Page 19: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Εξέργεια Ύλης (Χημική Εξέργεια)

0 377.8 /Feb kJ mol

2 3

0 17.75 /Fe Ob kJ mol

3 4

0 128.9 /Fe Ob kJ mol

0 134.06 /FeOb kJ mol

Α.Ο.: +3

Α.Ο.: +2, +3

Α.Ο.: +2

Α.Ο.: 0

Ποι

ότητ

α ύ

λης

σε

οξει

δωτι

κό π

εριβ

άλλ

ον

Εξέ

ργε

ια (

Β)

2 3

0, 742.2 /f Fe OG kJ mol

3 4

0, 1015.4 /f Fe OG kJ mol

0, 245.7 /f FeOG kJ mol

0, 0.0 /f FeG kJ mol

Η παραγωγή μεταλλικού Fe από αιματίτη απαιτεί την κατανάλωση 369 kJ/mol Fe ή 6605 kJ/kg Fe εξέργειας

Η ιδεατή παραγωγή μεταλλικού Fe από (καθαρό) αιματίτη με αντιστρεπτές διεργασίες θα απαιτούσε μετατροπή ενέργειας 6605 kJ ανά kg Fe

Η παραγωγή ατσαλιού σήμερα καταναλώνει περίπου 15000 kJ/kg Fe εξέργειας

Η χημική εξέργεια ποσοτικοποιεί την «χημική» ποιότητα της ύλης σε σχέση

πάντα με το περιβάλλον μας

Η ελεύθερη ενέργεια κατά Gibbs δεν προσφέρεται για συγκρίσεις

της αξίας της ύλης

Page 20: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

bel

Page 21: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Κατανάλωση Φυσικών Πόρων

Ένα υλικό είναι τόσο χρήσιμο όσο μεγαλύτερη εξέργεια/ πληροφορία/ χαμηλότερη εντροπία έχει από το

περιβάλλον

Η βιομηχανική διεργασία ελέγχεται από δύο οριακές συνθήκες: την

οικονομία και την θερμοδυναμική.

Φυσική Διεργασία Βιομηχανική Διεργασία

Εξάντληση Φυσικών Πόρων

Καταστροφή Περιβάλλοντος (αλλαγή ιδιοτήτων)

Ατμόσφαιρα

Λιθόσφαιρα

Βιόσφαιρα

Υδρόσφαιρα

Λιθόσφαιρα

Ατμόσφαιρα, Υδρόσφαιρα

«Κοινωνιόσφαιρα»

Μια κοινωνία που καταναλώνει την εξέργεια των φυσικών της πόρων γρηγορότερα από ότι

αυτή αναπληρώνεται είναι καταδικασμένη!

Page 22: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Αειφόρος Ανάπτυξη: Μονάδες που χρησιμοποιούν ανανεώσιμες πηγές ενέργειας

με τέτοιο τρόπο ώστε το σύνολο της καταναλωθείσας

εξέργειας από μη ανανεώσιμες πηγές να αναπληρώνεται μέσα στο κύκλο ζωής της μονάδας

Αειφόρος Ανάπτυξη: η ικανοποίηση των αναγκών

του παρόντος χωρίς την υποθήκευση της ικανότητας

ικανοποίησης των αναγκών του μέλλοντος

Εξεγερτική Ανάλυση Κύκλου Ζωής (Life Cycle Exergetic Analysis)

π.χ. λιγνίτης, πετρέλαιο,…

Χρήση ανανεώσιμων πηγών ενέργειας

«δωρεάν» εισερχόμενη εξέργεια

π.χ. ηλεκτρική ενέργεια

Page 23: Ισοζυγία Εξέργειας – Λογιστική 2 ου  Θερμοδυναμικού Νόμου

Το ισοζύγιο εξέργειας παρέχει πληροφορίες για τις δυνατότητες βελτίωσης μιας θερμοδυναμικής διεργασίας

Η εξεργειακή απόδοση μιας διεργασίας είναι δείκτης του βαθμού «ατέλειάς» της

Η εξέργεια ενός προϊόντος/ παραπροϊόντος μπορεί να χρησιμεύσει και σαν μια προσέγγιση της «απόλυτης» αξίας αυτού του προϊόντος (αξία βάση της «χρησιμότητάς» του και όχι βάση της ζήτησής του)

Η συνολική εξεργειακή κατανάλωση μη-ανανεώσιμων φυσικών πόρων για την παραγωγή ενός προϊόντος είναι μέτρο του οικολογικού του κόστους

Ι Σ Ο Ζ Υ Γ Ι Ο Ε Ξ Ε Ρ Γ Ε Ι Α Σ

Σήμερα ήδη γίνεται αποτίμηση αγαθών και υπηρεσιών βάση της ποσότητας CO2 που απελευθερώνεται στην ατμόσφαιρα κατά την παραγωγή και λειτουργία τους

Σημαντικός -πλέον- ατμοσφαιρικός ρύπος

Δείκτης κατανάλωσης μη-ανανεώσιμων πηγών ενέργειας (καύση Η/C)

1productex

input

Bn

B

0loss input outputB B B

,product by productB B