Прикладная химия

Рыскалиева Роза

Таким образом, вклад химии в удовлетворение основных потребностей людей и повышение жизненного уровня весьма велик. Грамотно использовать достижения химической науки и научить этому других – одна из главных задача курса «Прикладная химия».

ХИМИЗАЦИЯ ЭНЕРГЕТИКИ

«Никакой вид энергии не обходится так дорого, как ее недостаток» – это высказывание индийского ученого не звучало так актуально, как в наши дни, когда человечество, не считаясь с огромными финансовыми расходами, прилагает все усилия к поиску новых путей получения энергии. Проблемы, связанные с происхождением, экономичностью, техническим освоением и способами использования различных источников энергии,

были и будут неотъемлемой частью жизни на нашей планете. Прямо или косвенно с ними сталкивается каждый житель Земли. Понимание принципов производства и потребления энергии составляет необходимую предпосылку для успешного решения приобретающих все большую остроту проблем современности и в еще большей степени – ближайшего будущего.

Не сходят со страниц газет и журналов статьи об энергетическом кризисе. Из-за нефти возникают войны, расцветают и беднеют государства, сменяются правительства. Разрабатываются гигантские энергетические программы, осуществление которых требует громадных усилий и огромных материальных затрат. Уровень материальной, а, в конечном счете, и духовной культуры людей находится в прямой зависимости от количества энергии, имеющейся в их распоряжении. Чтобы добывать руду, выплавить из нее металл, построить дом, сделать любую вещь, необходимо израсходовать энергию. А потребности человека все растут, и людей становится больше.

Понятие «энергетика» включает в себя методы получения и использования различных видов энергии для нужд человеческого общества. Энергетика или топливно-энергетический комплекс – одна из основ развития современного общества; эффективность решения социальных, экономических и технических задач в значительной мере определяется выработкой энергии и масштабностью энергоресурсов. Энерговооруженность – показатель цивилизации страны. В конце прошлого столетия потребление энергии в расчете на одного человека в год в разных странах было следующим: США – 3000 кВт/ч; Япония – 2700 кВт/ч; Германия – 1500 кВт/ч; СНГ – 400 кВт/ч.

Развитие энергетики может отразить прогресс всего человечества:

• 5000 лет до н.э. – 100 % мускульной энергии;

• 2000 лет до н.э. – 70 % мускульной энергии, 25 % животные, 5 % древесина;

• 1500 г. – 70 % древесины, 20 % тягловые животные, 10 % мускульная энергия;

• 1910 г. – по 16 % тягловые животные и древесина, 65 % уголь, 3 % нефть;

• 1935 г. – 13 % животные, 7 % древесина, 55 % уголь, 15 % нефть, по 5 % газ и вода;

• 1972 г. – 10 % древесина, 32 % уголь, 34 % нефть, 18 % газ, 6 % атомная энергия;

• 1990 г. – 1 % древесина, 20 % уголь, 33 % нефть, 30 % газ, 16 % атомная энергия.

Таким образом, развитие человечества не что иное, как постоянный труд по овладению энергией, которая во все времена определяла мощь и уровень развития общества. Для устойчивого развития необходимы устойчивые энергоресурсы. Но дело в том, что те ресурсы, от которых зависит человек, к таковым не относятся. Кроме этого, энергетика оказывает существенное влияние на окружающую среду, являясь источником различных видов загрязнения воздуха, воды, земной поверхности и недр, а также основным потребителем минерального топлива, определяющим уровень его добычи. Вопросы взаимодействия энергетики и природной среды настолько сложны, что возникла необходимость появления новой области науки – экоэнергетики.

Можно перечислить много видов энергии. Первоисточником большинства из них служит солнечная радиация. Солнце ежесекундно направляет на Землю энергию, равную 16,76•10³ кДж, половина которой, проходя через атмосферу, достигает поверхности Земли. Часть поглощаемой атмосферой и гидросферой энергии затрачивается на круговорот воды в природе или превращается в энергию ветра, волн, океанических течений. Часть энергии, воспринимаемая верхним слоем литосферы, расходуется на накопление

теплоты и поверхностной энергии пород, приводящей к их разрушению, иногда до мелкодисперсного состояния (песок, глина). Большая часть солнечной энергии расходуется на фотосинтез и создание живого вещества.

К энергии, непосредственно не связанной с солнечной радиацией, относят тепловую энергию земных недр; энергию океанических и морских приливов; тепловую энергию, получаемую при сжигании биологических (древесина) и геохимических (торф, уголь, газ, нефть) «аккумуляторов солнечной энергии», электроэнергию, атомную энергию и энергию некоторых химических процессов (например, энергия взрыва, используемую в горном производстве).

Все способы получения энергии по характеру используемых ресурсов делятся на две группы. К первой группе относятся способы, использующие невозобновляемые источники энергии (горючие ископаемые, ядерное топливо). Во вторую группу входят способы, основанные на применении возобновляемых энергоресурсов (солнечной радиации, энергии ветра, воды).

Большинство промышленно развитых стран до 90 % своего энергопроизводства обеспечивают за счет гидроресурсов, полезных ископаемых и ядерного топлива. Следовательно, энергетика опирается на невозобновляемые ресурсы, то есть рано или поздно появится угроза истощения запасов. Поэтому возникает вопрос о поисках новых, более эффективных путей обеспечения человечества энергией, не связанных с исчерпаемыми ресурсами. Экоэнергетика – это наука о последствиях воздействия современных способов получения, хранения, передачи и использования энергии на окружающую среду, а также о возможных путях развития энергетики в направлении экологически чистых, эффективных способов получения, хранения, передачи и использования энергии.

ТОПЛИВНАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Основными потребителями энергоресурсов являются промышленность, энергетика и транспорт. Энерговооруженность общества растет в основном за счет роста производства электроэнергии. Главный недостаток электроэнергии в том, что, несмотря на чистоту ее конечного потребления, использование первичных энергоресурсов для ее выработки неблагоприятно сказывается на окружающей среде. Известно много способов ее получения, но основной остается реакция горения. Наибольшее количество электроэнергии (около 70 %) вырабатывается при сжигании угля, нефти и природного газа, которые называют ископаемым топливом. Хотя эти ископаемые и образовались в результате биологических процессов (за счет растительных и животных остатков, в результате дегазации глубоких недр Земли), всякое пополнение их запасов по мере использования исключено по двум причинам:

• условия на Земле изменились так, что значительного накопления органического вещества уже не происходит;

• человечество потребляет горючие ископаемые со скоростью, намного превышающей необходимую для их образования.

Таким образом, запасы ископаемого топлива ограничены. Многие страны уже испытывают «энергетический кризис».

Состав топлива можно представить следующей обобщенной формулой:

C + H + O + N + S + W + Z = 100%

где соответствующими символами обозначены углерод, водород, кислород, азот и сера; W – содержание влаги; Z – содержание золы. Количественное соотношение элементов в топливе различно и зависит не только от типа, но и от места его залегания. Но в любом случае основная доля (в среднем до 80 %) приходится на углерод. Поэтому именно этот компонент определяет теплотворную способность топлива: С + О₂– > СО₂ + 393,5 кДж/моль. Основным продуктом горения топлива является углекислый газ СО₂, огромные количества которого выбрасываются в атмосферу заводами, теплоэлектростанциями (ТЭС), транспортом. Последствием этого является «парниковый эффект».