Химия и снабдяването с енергия на човечеството

Г-н Zaika, доктор на химия

Колко гориво е останало в земята?

Процъфтяваща индустрия в XX век изискват повече енергия за презаписване. Въгледобивът, петрол и природен газ, а след това е все по-голям темп. След като тези източници на енергия като че ли неизчерпаеми. Въпреки това, разработването на нови депозити се превръща във въпрос на все по-трудно, защото въглища, нефт, газ трябваше да отиде далеч и по-на север и изток, се стремят по-дълбоко в недрата на земята, както и стойността на всички тях се увеличава.

В 1973. 1974 петролна криза избухна. Драматично вдигна цените на петрола. Основната причина са политически мотивирани. Но привличането повишено внимание, кризата е довела до него също дискусия за перспективите за производство на енергия, суровини. В хода на тяхното предполагаемо че нефт и природен газ в света има само няколко десетилетия: петрола - около 80 милиарда тона, газ - около 65 трилиона кубически метра.

За да се оценят тези цифри, ние отбелязваме, че годишното световно потребление на петрол днес е около 3.0 милиарда т, газови - около 2 милиарда кубически метра.

Тези констатации (твърде песимистични, както ще видим по-долу) са имали своите положителни последици. Мотото на деня беше максимално спестяване на енергийни ресурси. Учени и инженери са обръща повече внимание на разработването на по-малко производствени процеси енергоемки, са създали и продължават да се създадат повече гориво-ефективни двигатели (автомобили, самолети и т.н.), които търсят нови източници на енергия и начини за тяхното развитие. Списъкът на тези източници - шисти, петролни пясъци, дърво, торф, селскостопански отпадъци.

Нека в името на пример в зеленчукова сурова енергия. Основното му предимство е, че е възобновяем източник на енергия. Всяка година на нашата планета зелена биомаса расте със 117 милиарда тона (сухо тегло), в това число 80 милиарда тона в гори, 18 милиарда тона в саваната и степ, 9 милиарда тона в обработваеми полета, колкото в пустините , тундра и блата. Енергийна обладан от тази сума на биомаса, е 1,75 10 21 джаула, което е еквивалентно на около 40 милиарда тона петрол. Общите резерви растителна биомаса в света има повече от 1800 милиарда тона, еквивалент на 640 милиарда тона петрол.

Когато петролната криза свърши, експертите, определени за преоценка. Спокойно и спокойно размисъл, изчисляването на запасите на горива в света по-точно, учените се съгласиха, че петролните запаси в света, е всъщност по-големи, отколкото изглеждаше в средата на 70-те години: около 200 милиарда тона, от които една фирма на доказани резерви - около 110 милиард тона. Поради това, обемът на производството на петрол в световен мащаб може скоро да бъде на сегашното ниво (около 3,00 милиарда тон годишно) и дори леко се увеличава. И ако по-рано, по време на кризата, се е смятало, че максимално производството на петрол ще бъде в последните 80 години, а след това ще започне да намалява, а до 2080 г. в света няма да има капка масло, сега е картината в светлината на по-приятна. Според материали на Международната конференция KEMRON (Хага, 1984), максимално производство на петрол ще дойдат от 10-те години на следващия век, а през това време тя ще произвежда 25 на сто повече, отколкото днес, но до 2120. 2130 петролни резерви ще бъдат изчерпани напълно.

Смята се, че маслото за дълго време ще остане основен източник на енергия. Продукцията му е, разбира се, ще бъде още по-сложно. Вече една трета от цялото масло, извлечено от морското дъно, както и че този метод ще надделее, но това е скъпо и все по-скъпи. Ако преди двадесет години техниката дава възможност за извличане на нефт в морето на дълбочина от 200 метра, преди десет години, тази цифра се е удвоил, а сега е възможно да се разкрият подводни нефтени кладенци с дълбочина от два километра.

Дори и по-оптимистични прогнози за природен газ в сравнение с тези, които са били дадени в 70-те години. Общи резерви сега се считат за равни на 250 трилиона кубични метра, и твърдо проучени - 80. 90000000000000 кубически метра. Максималният размер на газ е вероятно да бъдат произведени през 2040 г. - две пъти повече, отколкото днес. След това тя ще намалее, но дори и в 2150 година, тъй като експерти смятат, газ ще се произвежда в размер на 15. 20 на сто от тока на изхода.

Масло от въглища

Въглища - надежден източник на енергия, но за съжаление, не е най-удобно. Течното гориво е най-технологично по-малко замърсяващи накрая свикнах и да се адаптират в различни клонове на техниката, например, почти всички на разхода на гориво и днес в развитите страни в областта на транспорта, извлечени от петрол.

Такова сравнение на енергийни източници от дълго време е довело учените до идеята да предостави методи за преработка на въглища в течни горива, нефтен еквивалент.

Тук е един от най-интензивно, разработени методи днес. В присъствието на кислород и водна пара изгаряне на въглища. Газ е смес от водородни и въглеродни оксиди. Освен това, присъствието на катализаторни компоненти на сместа влиза в реакция на хидрогениране. Резултатът е метилов алкохол (метанол, както накратко химици се отнасят до това, имайте предвид, между другото, че е четвъртото обема на световното производство и следователно много важно продукт на Organic Chemistry). От метанол може също да получава гориво заместител реалната петролев - смес от въглеводороди, която е подобна на характеристиките му с масло висока степен на гориво. Това изисква някои прегрупиране на молекули на метанол на катализатора. В хода на регулиране като страничен продукт, получен много вода. Трябва да се отделя от получената гориво. Този въпрос не е лесно, но по принцип вече е решен, макар и по такъв начин, че получената масло заместител е все още много скъпи. Ние трябва да се търсят по-евтини начини и в същото време работа за подобряване на ефективността и дълготрайността на катализатори, увеличаване на добива на целеви продукти и така нататък. Проблемът не е само технологично, но и научно, което изисква активното участие на химиците. Необходимо е по-добре да знаем структурата на въглища, естеството на съществуващите химични връзки, в зависимост от реактивността. Всичко това ще ви позволи да изберете най-добрите катализатори и директен отговор на оптималните пътища.

През последните години голям напредък в газификацията на въглища и производство на течно гориво, направени от учени от Московския институт за изкопаеми горива. В света са признати се използват в такива процеси селективни зеолитни катализатори в развитието на което допринася значително за ЗМ на Академик Minachev работи в Института по органична химия на СССР. Компанията "Mobil Oil" се качва на зеолит катализатори с високо качество на горивото, които не могат да бъдат получени по друг начин. От 1000 тона метанол с въглеводороди, получени 438 кг и 562 кг вода. В крайна сметка, това може да се получи и високооктанов бензин, керосин и дизелово гориво.

Известен и процес директно втечняване на въглища, където първият получаване на суспензия от натрошен въглища с добавянето на масло след това при високи температури и налягания в присъствието на катализатор (и в някои варианти на процеса - и дори водород).

Във връзка с това, учените са напреднали толкова много, че вече има пилотен завод за прилагане на този процес. Те са построени в САЩ, Германия и Австралия (в сътрудничество с японски фирми). Въпреки това, все още не е жизнеспособен втечняване на въглища растение директно. Индикация за рентабилността ще бъде фактът, че такъв завод ще бъде достатъчно енергия и водород, което е необходимо за завършване на въглеводородни молекули до желания размер и структура. Това означава, че добивът течност не е по-малко от 50%. Друг важен и все още нерешен проблем - разделянето на реакционните продукти от нереагирал въглища и пепел е ясно как да се използва широка отпадъци процес.

По-голямо внимание трябва да се обърне шисти и петролни пясъци и бъдещите енергийни източници В крайна сметка, ще им бъда достатъчно човечеството до добри хиляда години в развитието на шистов водещо място в света заема страната ни основните принципи на получаване на ценни продукти от нефтени шисти (не само за енергия, но и за нефтохимията и органичния синтез ) определи работата на естонски учени и учени от Ленинград институт по технологии.

плантация гориво

За течни горива, подмяна на масло, разбира се, можете да използвате не само въглища холандски химик С. де Вит доказва, че постигнатите много добри резултати, ако се вземе като база за някои видове тропически растения. В практически експерименти, все пак успя да се за годината, на малко повече от кубичен метър ерзац масло на хектар засят такива растения. Въпреки това, учените смятат, че биотехнологиите ще подобри "добив" на петролните насаждения в два или три пъти.

Ако такива експерименти се разглеждат от гледна точка на обобщение, може да се очаква, че в бъдеще много десетки хиляди хектара земи с ниска стойност и гори станат източници на течни горива.

Обработка на зелен биомаса в горива е газификация дървен материал и ферментация на захари. Както се очакваше продукт евентуално се има предвид, само въглеводороди. И други известни органични вещества, които в своите енергийни свойства, близки до тези на масло: естери, кетони или алкохоли (метанол, етанол, бутанол). Алкохоли имат много висока октаново число, което е основна цел в развитието на заместители на горива с високо качество.

Ферментация на захар от захарна тръстика отпадъци само през 1981 г., 4,2 милиона литра етанол се получават в Бразилия. В това гориво автобуси вървят всички по-големи градове на Бразилия Сао Пауло и Рио де Жанейро, както и много от колите в цялата страна. U.S. етанол получено от отпадъци царевица. В кокоса Филипини масло се смесва с дизелово гориво. През 1982 година 1983 година това ще спести на държавата 2,2 процента от дизелово гориво.

В някои страни от селскостопански отпадъци получава метан, който след това се използва като гориво. На Philippine остров Лузон като котли строителство, доставки топла вода на сто къщи през цялата година.

Перспективи за практическото развитие на тези експериментални разработки неравномерно. Метанолът може да бъде получен от всяка суровина, съдържаща въглерод и водород, - от въглища, дървен материал, природен газ, нефт шисти, торф и рафиниране масло отпадъци. Етанол като гориво е близка по своите характеристики до метанол, но по-скъпо, тъй като тяхното производство е по-енергоемко. Бутанол - гориво с по-висока производителност, но е по-трудно да се произвеждат. Кои от тези процеси ще получи най-високото отличие в бъдеще, времето ще покаже.

Друго предимство на орехи

Кой усвоили тези ресурси, които доскоро не са били разглеждани като източници на енергия. В хода отиде "алтернативни алтернативи" - от бадемови черупки на праскова ями. И не без успех. "Сан Daymond grovers на Калифорния" произвежда 4,5 мегавата електроенергия от изгарянето на орех черупка - вторичен продукт от преработката им,. По този начин, в хода на спасяването 11,000 тона петрол на година. Както бе посочено от един от шефовете на фирмата ", орехи осигурява отличен и не замърсява околната среда гориво, тя не съдържа сяра и произвежда много малко пепел." Фирмата "Imotek Включването" произвежда 8,5 MW на електроенергия чрез изгаряне бадемови черупки, праскова ями и източване.

Други алтернативни енергийни източници - битови отпадъци. В света над 100 милиона тона такива отпадъци се изгарят в пещи с оползотворяване на енергията. Това, разбира се, незначително количество в сравнение с боклука, който все още се депонират, което представлява значителна опасност за околната среда. Не е сигурно, обаче, и просто изгаряне: сегашното ниво на почистване на отработените газове не губят своята вредност. В момента, химици в много страни работят за подобряване на филтрите, които поглъщат вредни вещества от газовете. На газообразните продукти на горене отломки, необходимо за отстраняване на саждите, хлороводород, азотни оксиди, серен диоксид и т.н. Що се отнася до методите за ловуване с капани, те са разработени. Единственият въпрос е как да ги направи по-достъпни, надеждни, дълго бягане.

Особено внимание се дава на пиролиза (разлагане) на отпадъци от него и lolucheniyu газово гориво. Въпреки че няма голям успех, тъй като съставът на битовите отпадъци е разнородна и затова е трудно да се настройва и оптимален режим на пиролиза. Освен това, в много отломки замърсители. Предлага се да се разпредели от него най-запалими компоненти - хартия, картон, пластмаси - и ги компресира в брикети. Такива брикети от калоричност сравнима с кафяви въглища.

Експерти смятат, че подобрената обработка на отпадъци (както в енергия и суровини) ще позволи само Западна Европа да постигне годишни икономии от $ 14 млрд. Отделянето на отпадъци следва да се проведе вече в къщата: един в контейнерите трябва да се изхвърлят хранителни отпадъци, в други - хартия и т.н. Този път е свързана с голяма информираност на населението по отношение на опазването на околната среда и спестяване на суровини и енергия.

Топли домове без отопление

Слънчевата радиация днес държи баланса на енергетиците в същото положение като маслото в средата на миналия век, когато е бил доминиран от въглища и торф дърво.

Въпреки това, днес на тока, произведен от слънцето, излива тънка струя в потока на енергия за нуждите на човечеството. Силициеви пластини превръщат слънчевата светлина в електричество. Експерти смятат, че до 2060 г. делът на слънчевата енергия може да надвишава 50 на сто от световния енергиен пазар.

На върховете на слънчевите панели Хималаите зарежда никел-кадмиеви батерии катерачи. В пустините на Египет, те се хранят с помпи за напояване, и по-отдалечени райони на Австралия - електрическа ограда за овце. В домовете на японските фермери са топла вода и даде на токови удари. Solar пещ за подгряване на вода са взели корен в републиките на страната от Централна Азия.

Доскоро се дължи на високата цена на соларни клетки се използва в космоса или в райони, отдалечени от електропроводи или в специфични видове продукти, при които разходите за енергия са минимални. Сега цената на тези елементи бързо намалява през последните 10 години, е намалял със 3,5 пъти. Това заслуги химици, които са разработени нови методи за производство на силициеви соларни клетки.

Обикновено, слънчеви клетки от единичен кристал силиций прът отглеждат в лабораторията. Те се разделят на малки плаки, които след това се събират в панел. Сега все повече и повече внимание се обръща на поликристални и аморфен силиций. Той оформена с дебелина на слоя от 1 микрометър. Ефективност аморфни силициеви елементи е 6. 10%, както и един кристал - 12. 16%, но първата е много по-евтино, тъй като те не се нуждаят от създаване на материал с високо чистота.

Много е вероятно, че нашите апартаменти и промишлени сгради не се нуждаят от толкова топлина, в близко бъдеще, както е днес. Кой се развива нов строителен материал, предназначен да осигури 50 процента от спестяванията на топлинната енергия в отопление на сгради. Най-важното свойство на новия материал е, че той пропуска слънчевата светлина, но запазва топлината. Стените на сградата, покрити с прозрачни панели от този материал, нагрява от слънчева енергия. Тя не се обърне топлинната мощност се извършва. натрупаната Way топлинна енергия е отворен само в сградата. Дори и в студена слънцето ще осигури значителна част от топлината, необходима за отопление на сградата.

В статията се занимава само с няколко въпроса за доставките на човечеството с енергия. Не бива да мислим, че химиците не са въвлечени в развитието на други, които не са посочени източници на енергия. Например, ядрена енергия започва да се развива торий. Тук имаме нужда от помощ radiochemists. Състоянието на водата в язовирите, водноелектрическа дължа техния произход - предмет hydrochemists притеснения. С една дума, химиците дадоха значителен принос за изпълнението на програмата за енергийна на човечеството.

Наука и живот. 1986 №3.