Häkä ja hiilen palaminen

Kun vappuna tuijotin avotakkaa, mielessä alkoi pyöriä, mitä hiilen palamisessa oikeasti tapahtuu. Miten häkä oikeastaan syntyy? Koska pellin oikeasti voi laittaa kiinni? Ja kuinka kiinni?

Verkosta löytyy oikeastaan kaksi koulukuntaa. Toiset eivät uskalla laittaa peltiä kiinni ennen kuin kaikki mahdollinen palava on palanut pois. Toiset laittavat pellin mahdollisimman pian kiinni, ettei lämpö mene karkuun. Kukaan ei tunnu oikeasti tietävän, miksi joskus tulee häkää – vaikka moni ihminen kuolee siihen joka vuosi.

Pikainen selvitys paljasti, että lähes kaikki, mitä olen mielestäni tiennyt häästä on väärin.

Tässä vaiheessa vakava varoitus on paikallaan: en oikeasti ole selvittänyt tätä asiaa perusteellisesti ja tulen itsekin opiskelemaan asiaa enemmän tulevaisuudessa. Älkää uskoko mitään, mitä seuraavassa kirjoitan. Häkä on tappavaa, älkää tehkö sillä kokeita.

Hiilen palaminen.

Käsittelen tässä vain hiilen palamista. Puu palaa hiileksi lähinnä kaasuuntumalla metaaniksi ja tuon metaanin palamisella, mutta tässä käsitellään vain sitä vaihetta, kun jäljellä on hehkuvia hiiliä.

Selväjärkisin kuvaus hiilen polttamisesta löytyi yllättäen Kiinan muinaista tekniikkaa käsittelevästä kirjasta [1]. Toisaalta, se ei ole yllättävää, koska hiilen poltto on tekniikka, joka kiinalaisilla on todella hallussa tuhansien vuosien takaa.

Ennen kuin käydään läpi kuvassa oleva hiilen palaminen, käydään läpi pari usein väärin ymmärrettyä faktaa:

  • Hiilien palamisessa syntyy häkää tai ainakin hiilidioksidia. Peltiä ei todellakaan kannata pistää täysin kiinni.
  • Itse asiassa peltiä ei saakaan kiinni. Määräysten mukaan pellissä on aina jätetty vähintään 3% auki kulmaa viistämällä tai poraamalla siihen reikä.[2] Tämä on ns. häkäpelti. Verkossa liikkuu tietoja, että ”pullotalokautena” olisi tehty paljon takkoja, joissa tuota reikää ei ole tehty.
  • Häkä on ilmaa kevyempää eli se on katon rajassa (minä olen pienenä oppinut, että häkä olisi ilmaa painavampaa ja pikemminkin lattialla)
  • Noin puolet puun lämpöenergiasta on hiilessä [1].

Tähän liittyy vielä fakta, jonka olen mielestäni ymmärtänyt oheisen kuvan avulla: häkää syntyy vaikka happea olisi yllin kyllin. Ratkaisevaa on, että hiilidioksidi ei pääse kertymään hehkuvien hiilien joukkoon.

Kuvasta näemme, että normaali hiilen palaminen tuottaa hiilidioksidia (”hehkumalla palaminen”). Koska happea on aina ilmassa kaksittain, palamisessa ei voi syntyä suoraan häkää! Häkä syntyy vasta vaiheessa kaksi: hehkuvat hiilet saavat hiilidioksidin pelkistymään eli menettämään yhden happiatomin yhtymällä vielä yhden hiilen kanssa, jolloin tuloksena on kaksi häkämolekyyliä. Tämä vaatii paljon energiaa, eli se ei tapahdu muuten kuin hehkuvien hiilien kanssa.

Häkämolekyylin vaarallisuuskin perustuu siihen, että se on epävakaa molekyyli ja se hyvin aktiivisesti yrittää yhdistyä muihin molekyyleihin. Siksi häkä katoaa luonnossa nopeasti, jos suinkin mahdollista. Takassa tämä tapahtuu kahdella tavalla. Ensimmäinen tapa on se, että häkä palaa sinisellä liekillä. Silloin häkämolekyyli yhtyy uudelleen happeen ja kaksi häkämolekyyliä muodostaa kaksi hiilidioksidimolekyyliä. Toinen tapa on se, että hehkuvassa hiilessä tapahtunut pelkistysreaktio tapahtuu uudelleen toisin päin, kun kaksi häkämolekyyliä törmää toisiinsa. Tällöin ilmassa olevasta häkäkaasusta syntyy kiinteä hiilimolekyyli. Tätä sanomme noeksi.

Noen muodostuminen tarkoittaa sitä, että lämpöä palaa takaisin hiileksi vääriin paikkoihin aiheuttaen ilmaan epäterveellisiä hiukkasia tai nokipalon vaaroja piipun sisäpinnalle. Siksi hään palaminen pitäisi tapahtua riittävässä hapessa. Sinisellä liekillä palaminen on ainoa toivottava vaihtoehto, jos häkää on muodostunut. Tämä on myös ainoa vaihtoehto, jossa häkään varastoitunut huomattava energiamäärä(*) saadaan käyttöön oikeassa paikassa.

Eli jos olen ymmärtänyt kaikki oikein, niin hiilen palamisessa

  • Hapen puute ei aiheuta häkää. Jos ilmassa ei ole happea, palamista ei tapahdu. Jos ilmassa on happea, aina syntyy ensin hiilidioksidia.
  • Häkää syntyy vain, jos hiilen hehkuessa ei ole tarpeeksi ilmavirtaa siirtämään hiilidioksidia mahdollisimman nopeasti pois hehkuvien hiilien läheisyydestä. Ilmavirta voi olla vaikka argon-kaasua, happea siinä ei tarvitse olla.
  • Sitten, jos hiilidioksidin tuuletus epäonnistuu, syntyy häkää ja vasta sitten hapen puute estää hään palamisen (sininen liekki), jolloin sitä pääsee ilmaan. Avotakassa tämä lienee melko epätodennäköistä, mutta voinee tapahtua esim. kiinni olevassa leivinuunissa.
  • Noki on merkki siitä, että häkä ei ole palanut riittävässä hapessa
Puun varsinaisessa palamisessa syntyy häkää hapenpuutteen seurauksena, mutta sitä en ole tässä tarkastellut.
Puunpolton hapensaanti kannattaa varmistaa aivan kuin ennenkin olet ajatellut. Tosin syy onkin suurelta osin toinen, kuin minkä ainakin itse olin aiemmin kuvitellut: hiilidioksidin pitäminen irti hehkuvista hiilistä.

(*) Jos kaksi moolia hiiltä muuttuu hiilidioksidiksi, se tuottaa 786 kJ energiaa. Hiilimonoksidiksi pelkistyminen vaatii kuitenkin energiaa niin paljon, että kahden hiilimoolin energiantuotto on vain 222 kJ, jos se tuottaa kaksi moolia häkää. Vasta sinisellä liekillä palaminen vapauttaa tuon erotuksen takaisin.

[1] Science and Civilisation in China, Volume 5, sivu 62
[2] http://www.pelastustoimi.fi/neuvontapalvelu/3378

PS. Kuvan saa minulta myös Inkscape-SVG-muodossa ja sitä saa käyttää vapaasti.

Lämmitysöljyn hinta nousi hieman, sähköllä lämmitys jopa 30% halvempaa

ABC:n vertailuöljynhinta nousi maanantaina 30.4. takaisin viikon takaiselle tasolle 1,166 e/l (oli viikon 1,162 e/l). Muutos ei ole iso.

Tarkastin samalla muiden valmistajien hinnat 1.5.2012. Keskiarvo on yhä 1,12 e/l, mutta toimittajien järjestys hieman vaihtuu. Hinnat ovat halvimmalle laadulle 1000 litran erässä.

  • HOK/ABC 1,166 e/l – bonus 5% = 1,108 e/l
  • Teboil 1,109 e/l
  • ST1 1,115 e/l
  • Neste 1,137 e/l
  • Shell (Lämpöpuisto) 1,137 e/l

Tällä öljyn hinnalla lämmitys maksaa saman verran kuin suora sähkölämmitys pörssisähkön hinnalla 5,9 c/kWh. Sähkön hinta ei ole ollut tällä tasolla pitkään aikaan. Pörssisähkö tulee tällä hetkellä 23% öljyä halvemmaksi lämmityksessä ja yösähkö jopa 30% halvemmaksi.

Tarkemmat laskelmat Lämmitysöljy-sivulla

Enhanced by Zemanta

Toukokuun hintaennuste: 3,5 c/kWh

Sähkön hintaennuste toukokuulle on 3,5 c/kWh.

Historiasta sähkön hintaa on yleensä melko hyvin ennustanut kaksi lukua, joista jotka kumpikin ovat 3,5 c/kWh.

Kaavionpiirto-ohjelmana vaihteeksi gnumeric.

Ensimmäinen luku on vuoden 2004 – 2011 toukokuun hintojen keskiarvo. Se on 3,5 c/kWh. Viimeisinä vuosina hinta on ollut hieman korkeampi, mutta tänä vuonna hinta on ollut kautta linjan alempana eli juuri tuon keskiarvon tasolla.

Toinen luku on se, että vuosina 2004-2011 toukokuun hinta on ollut keskimäärin 5% huhtikuun hintaa matalampi. Tuollakin tavalla laskien toukokuun sähkön hinta on 3,5 c/kWh.

Tämän vuoden kuukausihinnat ovat myös olleet lähellä vuoden 2009 hintoja. Vuoden 2009 toukokuun sähkön hinta oli 3,3 c/kWh.

Kuukauden ensimmäinen päivä on vappu, jonka hinta on jo tiedossa. Vapun hinta 2,3 c/kWh tuntuu kestämättömän alhaiselta jopa viikonloppuhinnaksi. Emme siis vedä vielä siitä johtopäätöksiä.

Kuukauden aikana sekä Olkiluoto 1 että Olkiluoto 2 tulevat olemaan huollossa. Tämä aiheuttaa lieviä nostopaineita hintaan.

Kaikki siirtokapasiteetti Ruotsista on käytettävissä koko kuukauden. Ruotsissa ja Norjassa on vesivoimakapasiteettia yllin kyllin. Samoin Saksassa on aurinkolämpökapasiteettia nyt todella paljon, ja se riittää aiheuttamaan kesällä vielä enemmän häiriöitä myös Suomen hintoihin – alaspäin – ja juuri kalliiseen aikaan 14.00 – 17.00. Satunnaisesti myös Tanskan tuulivoimalat tuottavat liikaa sähköä, jolloin sekin näkyy koko Pohjoismaissa.

Tällä hetkellä voimme olla melko luottavaisia, että sähkön hinta säilyy myös toukokuussa viime vuosiin verrattuna alhaisena.

Huhtikuun lopullinen hinta: 3,648 c/kWh

Sähkön hinta violetilla,
Ennuste mustalla

Joudun syömään eiliset pyhät sanani: sähkö on maanantaina niin halpaa, että hinta putosi kahdella tuhannesosalla 3,6 c/kWh puolelle: 3,648 c/kWh. Maanantai on kevyesti kuukauden halvin arkipäivä hinnan ollessa 2,9 c/kWh. Kuukauden toiseksi halvimmat arkipäivät olivat 26. – 27. päivä, jolloin hinta oli 3,5 c/kWh. Ero on siis huima 0,6 c/kWh. Ehkä vappuaattoa ei pitäisi laskea arkipäiväksi, mutta sähkönkulutusmielessä sen pitäisi olla melko normaali arkipäivä. Vaikuttaa siis, että sähkön hinta on laskussa.

Sähkön hinta on siis vielä kolme tuhannesosaa halvempi kuin viime kuussa (3,651 c/kWh). Sähkö oli kuukaudessa halvempaa viimeksi joulukuussa, mutta sitä edellinen kerta oli niinkin kaukana kuin syksyllä 2009.

Muista Pohjoismaista Norjan kuukausihinta oli 3,0 c/kWh. Ruotsin kuukausihinta on Skoonea lukuunottamatta 3,1 c/kWh ja Skoonessa 3,4 c/kWh. Tanskassa hinta on 3,5 – 3,6 c/kWh – jopa Kööpenhamina oli jonkin verran Suomea halvempi. Ainoastaan Viro oli kaksi sadasosaa Suomea kalliimpi: 3,67 c/kWh.

Niiden Ruotsin osien, joihin Suomesta on siirtoyhteys, kummankin hinta oli 0,5 c/kWh halvempi kuin Suomessa.

Ennusteen virhe oli pahimmillaan 10%, 0,4 c/kWh. Perjantaina 13.4. ja siitä viikko eteenpäin hinta nousi jyrkästi ilman, että tiedän sille vieläkään mitään syytä. Siksi ennuste noina päivinä hieman joutui hakemaan oikeaa tasoa.

Ennuste oli yli 5% väärässä vain kuutena päivänä. Lähes puolet kuukaudesta virhe oli alle 2%.

5% tarkkuus saavutettiin lopullisesti 20. päivä. 2% tarkkuus 23. päivä.

Suhteellisen lämmityksen hintamittarit on päivitetty sivun alalaidassa uusimmalle sähkön hinnalle.

Kuukauden hinta varma 3,7 c/kWh, sunnuntain sähkön hinta kuukauden alhaisin

Sunnuntain sähkön hinta laskee vielä 0,6 c/kWh lauantain hinnasta, joka jo oli kuukauden matalin. Sunnuntain hinta on vain 2,25 c/kWh.

Kuukauden hinta tulee olemaan nyt varmasti 3,7 c/kWh (maanantain hinnalla 3-6 c/kWh). Todennäköisimmin hinta tulee olemaan 3,67 c/kWh.

Sunnuntain hinta on sama kaikissa Pohjoismaissa ja Virossa Jyllantia lukuunottamatta – missä sähkö on vielä hieman halvempaa! Ilmeisesti Saksasta oletetaan tulevan kello 13-15 (Saksan aikaa) niin paljon aurinkoenergiaa, että Jyllannin hinta on noina tunteina vain puolet siitä, mitä muualla Pohjoismaissa. Muuten Jyllanti on sähkön tuoja.

Päivän sitaattirikos

T&T-lehdessä oli mielenkiintoinen artikkeli uudesta akkutyypistä. Toimittajalla kuitenkin pääsi hauska lipsahdus:

”Tuuli- ja aurinkovoimaloiden sähköä voitaisiin kerätä varastoon erityisesti yöllä”.

Tuo aurinkovoimala on kuitenkin jo korjattu pois ja asiallisesti kirjattu korjaus artikkelin loppuun.

http://www.tekniikkatalous.fi/energia/nestemainen+akku+tekee+uusiutuvan+energian+varastoinnista+edullista/a803383