Αξιοποίηση του άνθρακα ως πηγής ενέργειας Άνθρακα αντικαστα το ξύλον ως την κύρια πηγή ενέργειας στις Ηνωμένες Πολιτείες από τη δεκαετία του 1890. Ο πρωτος σταθμος με καύση άνθρακα, παραγωγης ατμου κτίσθηκε το 1882, μετέτρεψε την γεννήτρια σε παραγωγή ηλεκτρισμού. Το 1884, ο Charles Parsons ανέπτυξε την πιο αποτελεσματική υψηλής ταχύτητας ατμοστρόβιλο. Από το 1920, κονιοποιημένος άνθρακας αυξησε την ικανοτητα και μείωσε τον αέρα που απαιτείται για την καύση. Του 1940 κλίβανος κυκλώνα που χρησιμοποιούνται κατωτερης ποιότητας άνθρακες παράγοντας λιγότερα τέφρα. Πρόσφατα η χημική τεχνολογία έχει αναπτυχθεί από την καύση των καρβουνόσκονη (υπόλειμμα από το ανθρακωρυχείο) για την παραγωγή ενέργειας και τη μείωση των περιβαλλοντικών φορτίων.

Πετρελαίου εξερεύνησης και παραγωγής Το 1901 ανακαλύφθηκε τεράστια πηγη του πετρελαίου στο Spindletop στο Τέξας και την εμφάνιση του αυτοκινήτου που κινητε με πετρελαίο, ξεπεράσε τον άνθρακα ως κύρια πηγή καυσίμου από το 1951. Η χημική τεχνολογία της διύλισης του αργού πετρελαίου να διαχωριστούν σε διάφορα κλάσματα χημική του βελτιώνονται συνεχώς, αρχίζοντας από απλά ατμοσφαιρικής απόσταξης και εξελίσσεται σε κενό (μειωμένη πίεση), απόσταξης θερμικής πυρόλυσης με τη χρήση των καταλυτών. Για το κύριο αργού διαδικασία ανάκτησης του πετρελαίου, η χημεία είναι πιο εμφανής σε bits γεωτρήσεων με διαμάντι, λάσπες γεωτρήσεων, και το πετρέλαιο-από-σχιστόλιθου εξαγωγή, χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό των χημικών ουσιών και ατμού. Η δευτερεύουσα διαδικασία ανάκτησης περιλαμβάνουν, την άντληση φυσικού αερίου υψηλής πίεσης (διοξείδιο του άνθρακα) ή του νερού λύσεις στη γη.

Πυρηνική ενέργεια Ο πρώτος πυρηνικός αντιδραστήρας αναπτύχθηκε το 1942 για στρατιωτική χρήση. Η εφαρμογή της πυρηνικής τεχνολογίας για ειρηνικούς σκοπούς, συμπεριλαμβανομένης της παραγωγής ηλεκτρικής ενέργειας, ξεκίνησε το 1951 με τα άτομα Προέδρου Αϊζενχάουερ για την Ειρήνη. Η χημεία έχει παιξει πρωταγωνιστικό ρόλο από τότε, που παράγουν τα ραδιενεργά υλικά που χρησιμοποιούνται ως καύσιμο στους αντιδραστήρες, οι ράβδοι ελέγχου αντιδραστήρα που ρυθμίζουν τη ροή των νετρονίων από την ραδιενεργό διάσπαση, την επανεπεξεργασία χρησιμοποιημένων ράβδων καυσίμου, τη διαχείριση των αποβλήτων, την προστασία του περιβάλλοντος, και την ελαχιστοποίηση των τις βλαβερές συνέπειες της έκθεσης σε ακτινοβολία. Άτομα για την ειρήνη, όχι πόλεμος

Εναλλακτικές πηγές ενέργειας Πράσινη μεθόδους για την παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας, όπως η αιολική, υδροηλεκτρική και γεωθερμική, αντιστοιχούν σε λιγότερο από ένα τοις εκατό της συνολικής παραγωγής ενέργειας στον κόσμο, αλλά παίζουν όλο και σημαντικότερο ρόλο, όπως καθορίζονται από την οικονομία και τη διαθεσιμότητα. Μέσω της χημείας, ηλιακούς συλλέκτες και για τις δύο θερμικής και φωτοβολταϊκής γενιάς, ελαφρύ έλικες ινών άνθρακα για την αιολική παραγωγή, τσιμεντο και μεταλικες τουρμπίνες για υδροηλεκτρικών σταθμών και, υλικό ανθεκτικό στη διάβρωση για την αξιοποίηση γεωθερμικών πηγών όλα έχουν αναπτυχθεί.

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.1. Πηγές ενέργειας

Charles Parsons

Ατμοστρόβιλος Parsons (1907)

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.2. Ηλεκτρική Αποθήκευση Ενέργειας και φορητές πηγές ενέργειας

Μιας χρήσης μονοστηλών μπαταριων Ηλεκτρική αποθήκευση ενέργειας αναπτύχθηκε από τον Alessandro Volta στα τέλη του 1700, και η χημεία έχει συμβάλει στην μετέπειτα βελτιώσεις στην ισχύ της μπαταρίας. Το 1890 του άνθρακα-ψευδαργύρου ξηρή μπαταρία κυττάρων βελτιωθούν σχεδιασμού «υγρή-κυττάρων» του προγενέστερου Leclanché. Ήταν εμπορικη παράγογηι για χρήση σε φακούς και είναι ακόμα σε χρήση σήμερα. Το 1949, μια νέα πάστα αλκαλικό για την παραδοσιακή μπαταρία με βελτιωμένη διάρκεια ζωής και δυνατότητα για ελαχιστοποίηση των διαστάσεων. Αυτή η αλκαλική μπαταρία βρήκε γρήγορα πολλές εφαρμογές σε φορητές ηλεκτρονικές συσκευές και κάμερες. Από τότε, νεότερα μοντέλα μπαταριών που χρησιμοποιούν οξείδιο του αργύρου, οξείδιο του υδραργύρου, ή λίθιο.

Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες The 1859 επαναφορτιζομενη μπαταρια μολύβδου-οξέος, ήταν πρώιμο εμπορικο παράδειγμα χρησιμοποιώντας μια ελεγχόμενη χημική αντίδραση για την παραγωγή ηλεκτρισμού. Βελτιωμένη μετά το 1881 και συνεχώς αυξημένη, δεδομένου ότι, η μπαταρία μολύβδου-οξέος εξακολουθεί να είναι η κυρίαρχη μορφή της μπαταρίας που χρησιμοποιούνται σε αυτοκίνητα και φορτηγά. Η επαναφορτιζομενη μπαταρια, νικελιο καδμιο, πρωτοχτίστηκε το 1899, ήταν πάρα πολύ ακριβη για να ανταγωνιστεί εμπορικά. Οι σύγχρονες εξελίξεις επικεντρώθηκε λιθίου. Μετά από μια αποτυχημένη προσπάθεια να χρησιμοποιήσουν μέταλλο λίθιο στη δεκαετία του 1980, μπαταρίες ιόντων λιθίου είναι πλέον κοινός τόπος, βρίσκοντας εφαρμογές σε κινητά τηλέφωνα και φορητούς υπολογιστές.

Άνθρακα-ψευδαργύρου ξηρή μπαταρία

Επαναφορτιζόμενες μπαταρίες

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.3. Υλικά για αυτοκινητόδρομους και γέφυρες

Σκυρόδεμα (Τσιμεντο)Στις ΗΠΑ η μαζική διακρατική κατασκευη έργων της δεκαετίας του 1950 εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό τη δύναμη και τη μακροζωία του σκυροδέματος(τσιμεντου) για δρόμους και γέφυρες. Τσιμέντο, χρησιμοπειτε για πρωτη φορα στο Portland, το 1824 με κατοχυρωμενο δίπλωμα ευρεσιτεχνίας, όπως ενισχυμενο σκυρόδεμα(μπετον αρμε), από τον Γάλλο Joseph Monier το 1877, αργή-ρυθμίζει λόγω ενός πολύπλοκου χημική αντίδραση κατά την οποία η πάστα τσιμέντο γεμίζει τα κενά μεταξύ των σωματιδίων και των άλλων ενισχύσεων. Η αντοχή της και η δύναμή της εξαρτάται από προσεκτικό έλεγχο της διαδικασίας παρασκευής τσιμέντου. Προσθήκη διαφορετικων χημικων ουσίων με το αρχικο μειγμα σκυροδέματος(τσιμεντο) μπορεί να μειώσει την συρρίκνωση και να βελτίωση την αντοχή στη διάβρωση.

Άσφαλτος Άσφαλτος είναι ένα δημοφιλές υλικό οδοποιίας λόγω του κόστους του και τα πλεονεκτήματα των επιδόσεων. Φυσική άσφαλτος ανακαλύφθηκε το1595, αλλά δεν ήταν δεμένη με λιθανθρακόπισσα και χρησιμοποιείτο για να στρωνουν δρόμους έως το1902. Άσφαλτος, το στερεα ή ημι-στερεά, υπολείμματα της διαδικασίας διύλισης πετρελαίου, γρηγορα αντικαταστισε τη φυσική άσφαλτο, για την ασφαλτόστρωση οδών. Πρόσφατα, όμως, πολυμερη συνθετικά έχουν προστεθεί για τη βελτίωση των επιδόσεων και αντοχή. Superpave (ένα αρκτικόλεξο για το Superior Performing Ασφάλτου Οδοστρωμάτων) είναι η πιο πρόσφατη τεχνική για την παραγωγή ανώτερη ασφάλτου που μπορεί να αντέξει τα βαριά φορτία και δυσμενείς καιρικές συνθήκες.

Μέταλλα και κράματα Ο χάλυβας έχει γίνει το κύριο οικοδομικό υλικό για γέφυρες, λόγω του ελαφρου βάρους, η δύναμή του, την αντοχή, την ευκολία συντήρησης και κατασκευής, το χαμηλό κόστος ανέγερσης, και αντοχή σε φυσικές καταστροφές όπως σεισμούς. Νέα χάλυβες υψηλών επιδόσεων εισήγωνται στη δεκαετία του 1990 έχοντας ανώτερη δύναμη και αντοχή στη διάβρωση. Μια άλλη τεχνολογία για την προστασία της χαλυβουργίας στην κατασκευή γέφυρας είναι μια διαδικασία γνωστή ως metalizing, στις οποίες τα αργίλιο ή ψευδάργυρο ψεκάζεται πάνω σε μια καθαρισμένη επιφάνεια του χάλυβα για να προστατευσουν την επιφανεια για 30-χρόνια.

Συντήρησης και επισκευής Η οδική υποδομή πρέπει να διατηρηθεί χωρίς σημαντική επιδείνωση σε όλους τους τύπους καιρού και σε ένα μακρύ χρονικό διάστημα. Καινοτομίες στον τομέα των κατασκευών και τα υλικά συντήρησης έχουν επιτρέψει μεγαλύτερα διαστήματα μεταξύ των ανακατασκευή των δρόμων. Στεγανοποιητικά για σκυρόδεμα, άσφαλτο, και χάλυβα είναι σημαντικό να παρατείνουν τη ζωή του δρόμου. Άλλα χημικά και πολυμερή υλικά λειτουργούν ως πρόσθετα συνδετικό υλικό για την ενίσχυση των επιδόσεων των οδοστρώματα ασφάλτου. Για παράδειγμα, από στυρόλιο-βουταδιένιο-στυρόλιο αποτελέσματα σε λιγότερο rutting και ρωγμές.

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.4. Petrolchemical καύσιμα

Πρόσθετα καυσίμου Πρωτοι κινητήρες αυτοκινήτων «χτύπησε», όταν χρησιμοποιειτο κακής ποιότητας βενζίνη. Το 1921, τετρααιθυλιούχος μόλυβδος προστέθηκε στη βενζίνης να κάνουν τους κινητήρες να λειτουργούν πιο ομαλά και ήσυχα. Μέχρι το 1926, ένας βαθμός οκτανίων εισήχθη για τη μέτρηση της ποιότητας της βενζίνης (ανοχή συμπίεση). Η χρήση των προσθέτων μολύβδου διακόπηκε το 1970 λόγω των περιβαλλοντικών ανησυχιών. Σήμερα, μικρή ποσότητα των χημικών ουσιών (αλκοόλες, αιθέρες) προστίθονται στην βενζίνη να βελτιωθεί ο βαθμός οκτανίων, τη βελτίωση των επιδόσεων της βενζίνης (αδρανοποιητές μετάλλων), καθώς και τη μείωση της τριβής του κινητήρα και τη φθορά να επεκτείνει τη ζωή του κινητήρα (απορρυπαντικά). Εποχικα χημικά πρόσθετα που χρησιμοποιούνται σε ορισμένους τομείς για τις γεωγραφικές ανησυχίες, όπως η προσθήκη μεθανόλης για την πρόληψη των καυσίμων πάγωμα γραμμή.

Η παραγωγή βενζίνης από αργό πετρέλαιο Για τη βελτίωση της ανάκτησης της βενζίνης από το αργό πετρέλαιο, τα διυλιστήρια αρχικα χρησιμοποιείουσαν θερμότητα για να σπάσει τα μεγαλύτερα μόρια, τα βαρέα κλάσματα πετρελαίου στα μικρότεραπου βρισκονται στη βενζίνη, χρησιμοποιώντας μια διαδικασία που ονομάζεται θερμική πυρόλυση (1913). Διοτι από τις υψηλές θερμοκρασίες σχηματίζονται και ανεπιθύμητα παραπροϊόντα, μια διαδικασία απόσταξης κενού που λειτουργούν σε χαμηλότερες θερμοκρασίες ήταν σε χρήση μέχρι το 1928. Η χρήση του αδρανούς καταλύτη (καταλυτικής πυρόλυσης) αντι υψηλές θερμοκρασίες για την επίτευξη πυρόλυση, αναπτύχθηκε από τον Eugene Houdry το 1936, εισήχθη στο εμπόριο το 1937, και γρήγορα ανεπτιξε τη διαδικασία διύλισης βενζίνης.

Καταλυτικοί μετατροπείς Καταλυτικοι μετατροπείς εισήχθησαν σε δυο σταδια το 1975 για τον έλεγχο του μονοξειδίου του άνθρακα και των εκπομπών υδρογονανθράκων. Σύντομα, το ένα τρίτο στάδιο, προστέθηκε για να καθαρίσουν τα οξείδια του αζώτου από την εξάτμιση. Οι καταλυτικοί μετατροπείς λειτουργουν προκαλώντας μια σειρά από χημικές αντιδράσεις να εμφανιστούν γύρω από το μέταλλο, συνήθως καταλύτης η πλατίνα. Τα οξείδια του αζώτου μετατρέπονται σε άζωτο και οξυγόνουχα αέρια, μονοξείδιο του άνθρακα μετατρέπεται σε διοξείδιο του άνθρακα, και οι άκαυστοι υδρογονανθράκες μετατρέπονται σε διοξείδιο του νερού και του άνθρακα.

Τρεια στάδια καταλυτικουό μετατροπέα

Διυλιστήριο πετρελαίου

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.5. Αυτοκίνητα οχήματα

Προηγμένα υλικά για το σχεδιασμό, την άνεση και την ασφάλεια Το αυτοκίνητο του 21ου αιώνα δεν μοιάζει καθόλου με τα πρωτα στο σχεδιασμό, την άνεση και την ασφάλεια των επιβατών. Υψηλής έντασης προβολείς εκκένωσης επιτρέπει τη μέγιστη δυνατή νυχτερινό φως. Η διάβρωσης έχει μειωθεί δραστικά με ειδικα υλικα καλύψεων. Χημικα ψυκτικά κυκλοφορούν σε ένα σύστημα κλειστού περιβάλλοντος. Γυαλι ασφαλειας για το αυτοκίνητο ίας εισήχθη το 1914. Σήμερα, ειδικό γυαλί απο παλτό πολυμερή μειώνει το βάρος και εξωτερικους θόρυβους, και προστατεύουν από το εκτυφλωτικό φως και την υπεριώδη ακτινοβολία. Καινοτομίκες ασφαλειες περιλαμβάνουν πολυμερών ινών στις ζώνες ασφαλείας (με τη δεκαετία του 1960) και οι αερόσακοι (με το 1996).

Προηγμένα υλικά για το σχεδιασμό, την άνεση και την ασφάλεια Το αυτοκίνητο του 21ου αιώνα δεν μοιάζει καθόλου με τα πρωτα στο σχεδιασμό, την άνεση και την ασφάλεια των επιβατών. Υψηλής έντασης προβολείς εκκένωσης επιτρέπει τη μέγιστη δυνατή νυχτερινό φως. Η διάβρωσης έχει μειωθεί δραστικά με ειδικα υλικα καλύψεων. Χημικα ψυκτικά κυκλοφορούν σε ένα σύστημα κλειστού περιβάλλοντος. Γυαλι ασφαλειας για το αυτοκίνητο ίας εισήχθη το 1914. Σήμερα, ειδικό γυαλί απο παλτό πολυμερή μειώνει το βάρος και εξωτερικους θόρυβους, και προστατεύουν από το εκτυφλωτικό φως και την υπεριώδη ακτινοβολία. Καινοτομίκες ασφαλειες περιλαμβάνουν πολυμερών ινών στις ζώνες ασφαλείας (με τη δεκαετία του 1960) και οι αερόσακοι (με το 1996).

Polypropilene ίνες

Τεχνολογια Ελαστικων Φυσικά προϊόντα από καουτσούκ εμφανίστηκαν στις αρχές της δεκαετίας του 1800, αλλά δεν ηταν πρακτικα λόγω οτι ηταν της μαλακα και ευθραυστα σε θερμό ή ψυχρό καιρό. Ένας Αμερικανός εφευρέτης Charles Goodyear ανέπτυξε τη διαδικασία βουλκανισμού για το φυσικό καουτσούκ το 1839, συνδέοντας ακόρεστα δεσμούς με το θείο. Αυτή η βασική διαδικασία εξακολουθεί να χρησιμοποιείται με επιπλέον χημικους accelerants και σταθεροποιητές. Μέχρι το 1945, συνθετικό καουτσούκ είχε την εμπορική παραγωγή. Καθώς η ζήτηση ελαστικών αυξήθηκε, και άλλες βελτιώσεις τέθηκαν σε εφαρμογή, συμπεριλαμβανης της σαμπρέλας για να αντικαταστήσει συμπαγή ελαστικά επίσωτρα, την ενίσχυση με φυσικό ή συνθετικό ύφασμα καλώδιο για τη δύναμη, προστίθενται υλικά για μειωμένη φθορά και την ενδεχόμενη ντεμπούτο του tubeless ελαστικά.

I. ΕΝΕΡΓΕΙΑΣ ΚΑΙ ΜΕΤΑΦΟΡΩΝ

I.6. Αεροναυτική

Αερόστατα θερμού αέρα Από το 1783, όταν ο πρώτος άνθρωπος πέταξε σε ένα μπαλόνι που προωθείται με το ζεστό αέρα αυξάνεται από μια ανοικτή φλόγα, οι καινοτομίες σε αερόστατα θερμού αέρα έχουν επαναστατική. Ο θερμος αέρας αντικαταστάθηκε γρήγορα από υδρογόνο, που ήταν ευκολότερο να ελεγχθεί. Τα αεροστατα θερμού αέρα έχει γίνει ένα δημοφιλές άθλημα, για περισσότερους από 5000 πιλότους αερόστατων στις Ηνωμένες Πολιτείες. Η Χημεία έχει συμβάλει για φθηνά και ανθεκτικά στη θερμότητα ύφασμα νάιλον και το υγρό προπάνιο τεχνολογία που χρησιμοποιείται για προώθηση.

Ήλιο Αν και τα μπαλόνια που φουσκονουν με υδρογονον, όπως το περίφημο Hindenburg (1937), είχε άκαμπτες δομές, η αναφλεξιμότητα του υδρογόνου θέτει πάντα σε κίνδυνο την ασφάλεια. Το 1905, δύο χημικοί ανακάλυψαν φυσικό αεριο ἡλιο σε μια πηγη αέριου στο Κάνσας, και αυτό το σπάνιο στοιχείο ήταν ξαφνικά άφθονον. Κατά τη διάρκεια του Πρώτου Παγκοσμίου Πολέμου, με χημικη τεχνολογία εξάγεται, αποθηκεύονται και αποστέλλονται μεγάλες ποσότητες ηλίου, και το ήλιο-γεμισμένη blimps στο Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο, συνοδευουν με ασφάλεια πλοίων, στρατευμάτων και την προμήθεια σε υποβρύχια. Στη δεκαετία του 1950, το ήλιο χρησιμοποιήθηκε ως ατμόσφαιρα συγκόλλησης κατά την κατασκευή πυραύλων και ως προωθητικό αέριο το οποίο προώθησε τα καυσίμα του πυραύλου προς τις μηχανές.

Πύραυλος καύσιμα Από τις πρώτες δικιμαστικες ρουκέτες τη δεκαετία του 1920, στους δορυφόρους επικοινωνίας της δεκαετίας του 1950, που αφορούν την επαναχρησιμοποιήσιμη Διαστημικό Λεωφορείο της δεκαετίας του 1980, η ανθρώπινη επέκταση στο διάστημα είναι ένα καταπληκτικό επίτευγμα μηχανικής. Η επιτυχια στο διαστημικό ταξίδι εξαρτάται από πυραύλους που διαθέτουν τις υψηλές ώθισης ταχύτητα για να ξεπεραστεί η μαγνιτικη δύναμη της Γης. Ο πρώτος πύραυλος ξεκίνησε το 1926 χρησιμοποιώντας ένα υγρό καύσιμο της βενζίνης και του υγρού οξειδωτικου οξυγόνου. Στη συνέχεια, διαφορετικά καύσιμα και οξειδωτικά έχουν χρησιμοποιηθεί είτε σε στερεά ή υγρή μορφή. Το Space Shuttle χρησιμοποιεί υγρό υδρογόνο ως καύσιμο, αλλά οι μηχανές εκτόξευσης χρησιμοποιούν στερεά καύσιμα αλουμινίου και υπερχλωρικό αμμώνιο ως οξειδωτικό / συνδετικό υλικό

Οικοδομικά υλικά για τα αεροσκάφη και πυραύλους Δεδομένου ότι ο σχεδιασμός των αεροσκαφών έχει εξελιχθεί από ξύλο και ύφασμα σε εξελιγμένα τεχνολογικά υλικά, η χημικη τεχνολογία έχει παράσχει υλικά που πληρούν τις απαιτήσεις του σχεδιασμού. Μεταλλικά κράματα, χρήση αλουμινίου και τιτανίου, έχουν αναπτυχθεί για να παρέχει αντοχή, μικρό βάρος, υψηλή θερμοκρασία σταθερότητα και αντοχή στη διάβρωση για τα αεροσκάφη. Η ρουκετες έχουν ειδικές απαιτήσεις υλικού, λόγω των ακραίων συνθηκών υπό τις οποίες λειτουργούν. Ένα παράδειγμα είναι η τοποθετισης ειδικων πλακιδίων σε στρατηγικές τοποθεσίες που προστατεύει το διαστημικό λεωφορείο (1980) από τις υψηλές θερμοκρασίες στην επανεισόδου στην ατμόσφαιρα. Μετά ένα εξωτικό ζιρκονίου σύνθετο υλικό δοκιμάστηκε, το τελικό σχέδιο κεραμιδιών χρησιμοποιούνται ίνες πυρίτιο που προέρχεται από κοινή άμμο.

Η καταστροφή του Χίντενμπουργκ (1937)