燃焼プロセスとは何ですか？
簡単に言えば、燃焼とは燃えることを意味します。 燃焼プロセスを行うには、化学連鎖反応を開始するために燃料、酸素、および着火熱源が必要です。 たとえば、キャンプファイヤーでは、木材が燃料であり、周囲の空気が酸素を供給し、マッチまたはライターが火を発火させます。 これらの要素のいずれかを増やすと、火災の強度が高まりますが、それらのいずれかを削除すると、プロセスが停止します。 たとえば、キャンプファイヤーが水や汚れで窒息した場合、酸素は熱と燃料に到達できなくなり、消えます。
燃料
燃料は、燃焼プロセス中に燃焼する物質です。 すべての燃料には化学ポテンシャルエネルギーが含まれています。 これは、化学反応中に放出されるエネルギー量です。 物質が燃焼するときに放出するエネルギーの量は、燃焼熱と呼ばれます。 各燃料には特定のエネルギー密度、または物質1キログラム（kg）あたりに生成されるエネルギーのメガジュール（MJ）があります。 たとえば、メタンのエネルギー密度は55.5 MJ / kgであり、硫黄よりも多くのエネルギーを9.16 MJ / kgで供給できることを意味します。
多種多様な物質を燃料として使用できますが、炭化水素は最も一般的なものの一部です。 これらには、ほんの数例を挙げると、メタン、プロパン、ガソリン、ジェット燃料が含まれます。 石炭や天然ガスを含むすべての化石燃料は炭化水素です。 燃料として一般的に使用される他の物質には、水素、アルコール、木材などのバイオ燃料が含まれます。
燃焼中、燃料は熱と排気に変わります。 たとえば、ガソリンが燃えると、水（蒸気）、二酸化炭素、窒素、一酸化炭素などの要素が生成されます。 燃焼は微粒子を放出することもあります。微粒子は、空中に浮かぶ小さな粒子です。 化石燃料や木材の燃焼から放出されるものは、しばしば大気汚染の一因となります。 排気は、ロケットを空中に押し出す推力を提供するなど、有益な目的に使用できます。 ほとんどの排気は、燃焼プロセスが生成する熱のために気体の形をしていますが、液体または固体の形でもあります。
酸素
燃焼プロセスで燃料を燃焼させるには、酸素も必要です。 最も一般的なソースは空気であり、約21％の酸素が含まれています。 多くの場合、酸化剤または酸化剤として知られている他のソースには、過酸化水素、硝酸カリウムなどがあります。 酸化剤が燃料に導入されると、酸素を放出し、火が燃える速度を上げることができます。
燃料のように、酸素は非常に一般的ですが、ガスの形である必要はありません。 たとえば、固体ロケットでは、固体酸化剤が燃料と混合されて推進薬が生成され、点火すると燃焼してロケットを前方に推進します。 スペースシャトルや他の宇宙船は、燃焼プロセスの一部として液体酸素を使用します。
火に十分な酸素がない場合、完全に燃えません。 この不完全燃焼により、一酸化炭素、炭素（すす）、および空気を汚染する他の微粒子が生成されます。 暖炉や家の炉での不完全燃焼は、有毒ガスを放出し、非常に危険です。
熱
熱または着火が燃焼プロセスを開始します。 何かが燃えたときにも熱が発生するため、プロセスが開始されると、化学連鎖反応の進行を維持するために追加の熱は必ずしも必要ではありません。 化学プロセスを引き起こす最初の火花は、炎、摩擦、または太陽の熱によっても提供されます。
自然発火の場合、発酵または酸化は、火災を引き起こすのに十分な熱を発生させる可能性があります。 たとえば、堆肥の山では、バクテリアが有機化合物を分解し始め、燃焼を引き起こすのに十分な熱と酸素を作り出します。 自然発火性物質と呼ばれるいくつかの材料は、空気や水にさらされると発火します。 リンとプルトニウムは2つの例です。 これらの材料が燃料源に出会うと、消火するのが非常に難しい火を起こすことがあります。
燃焼プロセスの制御
燃焼には3つの部分すべてが必要であるため、それらのいずれかを増減するとプロセスに影響します。 たとえば、酸化剤を使用して火に追加する酸素の量を増やすと、火の燃焼が速くなります。 燃料源を取り除いたり減らしたりすると、燃料の消費量が減ったり消滅したりします。
燃焼プロセスを停止するには、次の3つの基本的な方法があります。
- 燃料を取り去り、
- 酸素を除去し、
- および/または熱を奪います。
燃焼は、炎を作り出す化学連鎖反応を停止することでも停止できます。 これは、マグネシウムなどの特定の金属が燃える場合に特に重要です。火に水を加えても火が強くなるからです。 そのような場合、ドライケミカルまたはハロメタンを使用して反応を停止します。
これらのうちどれが火を止めるのが最善の方法かは、火の種類と大きさによって異なります。 たとえば、家の火災では、消防士は水または泡を使用して酸素が燃料に到達するのを防ぎ、温度を下げます。 森林や山火事で水を使用することはできますが、その地域からブラシや枯れた植物を取り除くことで、火のために新しい燃料を取り除くことは、しばしばそれを止める重要な部分です。