aprovizionare Chimie și energie a omenirii

Dl Zaika, doctor în chimie

Cât de mult combustibil este lăsat în țară?

Prosperă industria în secolul XX cer mai multă energie suprascriere. extracția cărbunelui, petrolului și gazelor naturale, și apoi a fost ritm tot mai alert. Odată ce aceste surse de energie păreau inepuizabile. Cu toate acestea, dezvoltarea de noi depozite devine o chestiune de a deveni mai dificil: pentru cărbune, petrol, gaze naturale a trebuit să meargă mai departe și mai departe spre nord și est, aspiră mai adânc în măruntaiele pământului, și valoarea ei toate au crescut.

În 1973. Criza petrolului 1974 a erupt. a ridicat prețurile petrolului dramatic. Principalul motiv au fost motivate politic. Dar, atrăgând atenția sporită, criza a dus la el, de asemenea, discuții cu privire la perspectivele de producere a materiilor prime energetice. În cursul pretinsei lor că rezervele de petrol și gaze din lume există doar câteva decenii: petrol - aproximativ 80 de miliarde de tone, gaz - aproximativ 65 de trilioane de metri cubi.

Pentru a aprecia aceste cifre, observăm că consumul anual de petrol lumea de astăzi este de aproximativ 3 miliarde de tone, gaz - aproximativ 2 miliarde de metri cubi.

Aceste constatări (prea pesimist, după cum vom vedea mai jos) a avut consecințe pozitive. Sloganul zilei a fost economisirea maximă a resurselor energetice. Oamenii de știință și inginerii au fost acordând mai multă atenție la dezvoltarea proceselor de producție mai puțin consumatoare de energie, au creat și continuă să creeze motoare mai eficiente din punct de combustibil (automobile, avioane, etc), sunt în căutarea de noi surse de energie și a căilor de dezvoltare a acestora. Lista acestor surse - șist, nisipuri petroliere, lemn, turbă, reziduuri agricole.

Să ne de dragul de exemplu, în energie prime de origine vegetală. Avantajul său principal este că aceasta este o sursă de energie regenerabilă. In fiecare an, pe planeta noastră biomasă verde crește cu 117 de miliarde de tone (greutate uscată), inclusiv 80 de miliarde de tone în păduri, 18 miliarde de tone in savana si stepa, 9 miliarde de tone în domenii cultivate, la fel de mult în deșert , tundră și turbării. Energia posedat de acea cantitate de biomasă, este de 1,75 10 21 jouli, echivalentul a aproximativ 40 de miliarde de tone de petrol. În general, rezervele de biomasă de plante din lume sunt mai mult de 1800 de miliarde de tone, echivalentul a 640 de miliarde de tone de petrol.

În cazul în care criza de petrol a fost de peste, experții stabilit cu privire la re-evaluare. reflecție calm și pe îndelete, calcularea stocurilor de combustibil din lume, mai precis, oamenii de stiinta au fost de acord că rezervele de petrol din lume este de fapt mai mare decât părea la mijlocul anilor '70: aproximativ 200 de miliarde de tone, din care o firmă de rezerve dovedite - aproximativ 110 miliarde de tone. Prin urmare, volumul producției mondiale de petrol ar putea fi în curând la nivelul actual (aproximativ trei miliarde de tone pe an) și chiar au crescut ușor. Și dacă mai devreme, în timpul crizei, se credea că producția maximă de petrol va fi în 80 de ani, atunci va începe să scadă, și de 2080 în lume nu va fi nici o picătură de ulei, acum imagine apare în lumina mai plăcut. Conform materialelor Conferinței de la KEMRON International (Haga, 1984), producția maximă de petrol va veni de la 10 ani ai secolului următor, iar în acest timp se va produce 25 de procente mai mult decât în ​​prezent, dar la 2120. 2130 rezervele de petrol vor fi epuizate complet.

Se crede că uleiul pentru o lungă perioadă de timp va rămâne principala sursă de energie. Producția sa este, desigur, va fi cu atât mai complicată. Deja, o treime din toate uleiul extras de pe fundul mării, și că această metodă va prevala, dar este scump si obtinerea mai scumpe. Dacă acum douăzeci de ani tehnica face posibilă extragerea uleiului din mare, la o adâncime de 200 de metri, acum de zece ani, această cifră sa dublat, iar acum este posibila forarea sondelor de petrol subacvatice la o adâncime de doi kilometri.

Chiar și proiecții mai optimiste pentru gaze naturale, în comparație cu cele care au fost date în anii '70. General rezervele sale sunt acum considerate egale cu 250 de mii de miliarde de metri cubi, iar ferm explorat - 80. 90000000000000 metri cubi. Cantitatea maximă de gaz este probabil să fie produse în 2040 - de două ori mai mult decât în ​​prezent. Apoi va scădea, dar chiar și în 2150 ani, după cum cred experții, gazul va fi produs în mărimea 15. 20 la sută din producția curentă.

Ulei din cărbune

Cărbune - o sursă sigură de energie, dar, din păcate, nu cel mai convenabil. Combustibilul lichid este cel mai tehnologic mai puțin poluante în cele din urmă sa obișnuit cu el și să se adapteze în diferite ramuri ale ingineriei, de exemplu, aproape toată cantitatea de combustibil consumat astăzi în țările dezvoltate în domeniul transporturilor, derivate din petrol.

O astfel de comparație a surselor de energie a condus mult timp oamenii de știință la ideea de a furniza metode de prelucrare a cărbunelui pentru combustibili lichizi, echivalent petrol.

Aici este una dintre metodele cele mai intens dezvoltate astăzi. În prezența oxigenului și a vaporilor de apă arde cărbune. Gazul este un amestec de hidrogen și oxizi de carbon. Mai mult, prezența componentelor catalitice ale amestecului intră într-o reacție de hidrogenare. Rezultatul este un alcool metilic (metanol ca chimiștii scurt se referă la ea, nota în treacăt că este al patrulea volum din producția mondială și, prin urmare, un produs foarte important de Chimie Organică). Din metanol poate primi, de asemenea, combustibil substitut real de petrol - amestec de hidrocarburi, care este similar în caracteristicile sale, cu păcură de grad înalt. Acest lucru necesită o rearanjare a moleculelor de metanol pe catalizator. În cursul ajustării ca produs secundar obținut multă apă. Acesta trebuie să fie separat de combustibilul rezultat. Această întrebare nu este ușor, dar, în principiu, a fost deja rezolvată, deși în așa fel încât rezultă substitutul de petrol este încă foarte scump. Trebuie să căutăm modalități mai ieftine și în același timp activitatea pe îmbunătățirea eficienței și a durabilității catalizatorilor, crește randamentul produselor țintă și așa mai departe. Problema nu este numai tehnologic, ci și științifice, care necesită participarea activă a chimiști. Este necesar să se cunoască mai bine structura de cărbune, natura legăturilor sale chimice existente, reactivitatea acesteia. Toate acestea vor permite să selecteze cei mai buni catalizatori și pe răspunsul direct al căilor optime.

În ultimii ani, mari progrese în gazeificarea cărbunelui și producția de combustibil lichid efectuate de oamenii de stiinta de la Institutul din Moscova de combustibili fosili. În lume au fost recunoscute sunt utilizate în astfel de procese catalizatori zeoliți selectivi în dezvoltarea, care a contribuit în mod semnificativ la HM academicianului Minachev lucrează la Institutul de Chimie Organică al URSS. Compania „Mobil Oil“ devine pe catalizatori zeolitici de combustibil de înaltă calitate, care nu pot fi obținute prin alte mijloace. Din cele 1000 de tone de metanol cu ​​hidrocarburi a produs 438 kg și 562 kg de apă. În final, se poate obține și cu cifră octanică ridicată pe benzină, kerosen și motorină.

Cunoscută și procesul de lichefiere a cărbunelui directe unde prepararea primei suspensii de cărbune zdrobit cu un adaos de ulei este apoi la temperaturi și presiuni ridicate în prezența unui catalizator (și, în unele variante de realizare ale procedeului - și chiar hidrogen).

În acest sens, oamenii de știință au progresat atât de mult încât există deja instalație pilot de punere în aplicare acest proces. Acestea sunt construite în Statele Unite ale Americii, Germania, și Australia (în cooperare cu firme japoneze). Cu toate acestea, încă nici o centrală pe cărbune lichefierea viabil în mod direct. O indicație a rentabilității ar fi faptul că o astfel de instalație ar fi suficientă energie și hidrogen, care este necesară pentru finisarea moleculelor de hidrocarburi cu mărimea și structura dorită. Acest lucru presupune că randamentul lichid nu a fost mai mic de 50 de procente. O altă problemă importantă și încă nerezolvate - separarea produșilor de reacție din cărbune nereacționat și cenușă este, de asemenea, neclar modul de utilizare a deșeurilor extinse de proces.

O mai mare atenție trebuie acordată șisturi și petrol nisipuri ca surse de energie în viitor La urma urmei, lor ar fi de ajuns omenirea la bună mie de ani în dezvoltarea de șist lider loc în lume ia țara noastră principiile fundamentale de obținere a produselor valoroase din șisturi bituminoase (nu numai pentru energie, ci și pentru petrochimiei și sinteză organică ) a stabilit activitatea de oameni de știință estoni și oameni de știință de la Institutul de tehnologie din Leningrad.

plantație de combustibil

Pentru combustibilii lichizi, înlocuirea uleiului, desigur, puteți utiliza nu numai cărbune olandez chimist S. de Witt dovedește că rezultate foarte de succes realizate, dacă luăm ca bază pentru anumite tipuri de plante tropicale. In experimentele practice, totuși a reușit să obțină pentru anul doar peste un metru cub de ulei de surogate pe hectar semănate astfel de plante. Cu toate acestea, oamenii de știință cred că biotehnologia va îmbunătăți „producția“ de plantații de ulei în două sau de trei ori.

În cazul în care astfel de experimente sunt luate în considerare în ceea ce privește generalizare, se poate anticipa că, în viitor, mai multe zeci de mii de hectare de teren cu valoare redusă și pădurile devin surse de combustibili lichizi.

Prelucrarea biomasei verzi în combustibili este lemn de gazeificare și fermentarea zaharurilor. Ca produs așteptat opțional avut în vedere numai hidrocarburi. Și alte substanțe organice cunoscute, care în proprietățile lor energetice apropiate de cele ale uleiului: esteri, cetone sau alcooli (metanol, etanol, butanol). Alcoolii au un număr foarte mare octanică, care este un obiectiv esențial în dezvoltarea de înlocuitori de combustibil de înaltă calitate.

Fermentarea de zahăr din trestie de deșeuri numai în 1981, 4,2 milioane de litri de etanol au fost produse în Brazilia. În acest autobuze de combustibil care rulează toate orașele importante din Brazilia Sao Paulo și Rio de Janeiro, precum și multe dintre mașinile din întreaga țară. U.S. etanol preparat din porumb deșeuri. În nucă de cocos Filipine ulei amestecat cu combustibil diesel. În 1982. 1983 de ani acest lucru va salva țara de 2,2 procente de combustibil diesel.

Într-un număr de țări din deșeuri obținute metan agricol, care este apoi utilizat drept combustibil. Pe insula filipineza Luzon ca lucrari de cazangerie, aprovizionarea cu apă caldă la o sută de case pe tot parcursul anului.

Perspectivele de dezvoltare practică a acestor dezvoltare experimentală inegală. Metanolul poate fi obținut din orice materie primă care conține carbon și hidrogen, - din cărbune, lemn, gaze naturale, șisturi bituminoase, turbă și deșeuri de rafinare a petrolului. Etanolul drept combustibil este similar în caracteristicile sale metanol, dar mai scumpe, deoarece producția lor este mult mai mari consumatoare de energie. Butanol - combustibil cu o performanță mai mare, dar ei mai greu de fabricat. Care dintre aceste procese vor primi cea mai mare recunoaștere în viitor, timpul va spune.

Un alt avantaj de nuci

Cine a stăpânit astfel de resurse, care până de curând nu au fost considerate ca surse de energie. În cursul a mers „alternative alternative“ - din coji de migdale la gropi de piersici. Și nu fără succes. „San Daymond grovers din California“ produce 4,5 megawați de energie electrică prin arderea coajă de nuci - un produs secundar de prelucrare a acestora. Astfel, în cursul de economisire a 11.000 de tone de petrol an. După cum sa menționat de către unul dintre directorii companiei, „nuci oferă un excelent și de combustibil nepoluant, nu conține sulf și produce foarte puțin de cenușă.“ Firma „Imotek Incorporarea“ produce 8,5 MW de energie electrică prin ardere coji de migdale, gropi de piersici și de scurgere.

Alte surse alternative de energie - deșeuri menajere. Lumea de peste 100 de milioane de tone de astfel de deșeuri sunt arse în cuptoare cu recuperare de energie. Aceasta, desigur, cantitate neglijabilă în comparație cu gunoiul care este încă depozitata, ceea ce reprezintă un pericol considerabil pentru mediu. Nu este sigur, cu toate acestea, și simplu de incinerare: nivelul actual de curățare a gazelor de eșapament nu își pierd nocivitatea. În prezent, chimiști în multe țări sunt de lucru pentru a îmbunătăți filtrele care absorb substanțele nocive din gazele. Dintre produsele gazoase ale arderii resturilor necesare pentru a îndepărta funinginea, acidul clorhidric gazos, oxizi de azot, dioxid de sulf, etc. În ceea ce privește metodele de vânătoare cu capcane, acestea au fost dezvoltate. Singura întrebare este cum să le facă mai accesibile, fiabile, de lungă durată.

O atenție deosebită se acordă piroliza (descompunere termică) de gunoi de la ea și lolucheniyu combustibil gazos. Deși nu există nici un mare succes, deoarece compoziția deșeurilor menajere este eterogen, și este, prin urmare, dificil de a selecta și ajusta modul optim de piroliză. Mai mult, în multe contaminanți moloz. Se propune alocarea de la ea componentele cele mai inflamabile - hârtie, carton, materiale plastice - și le comprimă în brichete. Aceste brichete cu valoare calorică comparabilă cu cărbune brun.

Experții sunt de părere că prelucrarea îmbunătățită a deșeurilor (atât în ​​energie și materii prime) va permite doar Europa de Vest pentru a realiza economii anuale de aproximativ 14 miliarde de $. Separarea deșeurilor trebuie să aibă loc deja în casă: unul din containerele trebuie să arunce deșeuri alimentare, în alte - hârtie, etc. Această cale implică o conștientizare ridicată a populației în ceea ce privește protecția mediului și economisirea de materii prime și energie.

Case calde fără încălzire

Radiația solară astăzi ține balanța de ingineri de putere în aceeași poziție ca și uleiul în mijlocul secolului trecut, când cărbunele a fost dominat de turbă și de lemn.

Cu toate acestea, astăzi curentul produs de soare, a turnat un flux subțire în fluxul de energie pentru nevoile omenirii. plachete de siliciu transforma lumina solara in electricitate. Experții cred că până în 2060 ponderea energiei solare va depăși 50 la sută din piața globală a energiei.

Pe partea de sus a panourilor solare Himalaya încărcați bateriile cu nichel-cadmiu alpiniști. În deserturile din Egipt, se hrănesc pompe de irigare, precum și în zone izolate din Australia - gard electric pentru oi. În casele de agricultori japonezi sunt apă caldă și să dea șocuri electrice. cuptor solar pentru încălzirea apei au prins rădăcini în republicile din Asia Centrală ale țării.

Până de curând, din cauza costului ridicat al celulelor solare sunt utilizate fie în spațiu sau în zone îndepărtate de liniile electrice sau în anumite tipuri de produse în cazul în care costurile energetice sunt minime. Acum, prețul acestor elemente scade rapid în ultimii 10 de ani, acesta a scăzut de 3,5 ori. Acest chimiști merit care au dezvoltat noi metode de a produce celule solare cu siliciu.

De obicei, celulele solare realizate din tijă singur cristal de siliciu cultivate in laborator. Acestea sunt împărțite în plăci mici, care sunt apoi colectate într-un panou. Acum, mai mult și mai multă atenție este acordată policristalin și siliciu amorf. El în formă de grosimea filmului de 1 micrometru. elemente de siliciu amorf de eficiență este de 6. 10 la sută, și un singur cristal - 12. 16 la suta, dar primul este mult mai ieftin, deoarece acestea nu necesită crearea unui material de înaltă puritate.

Este probabil ca apartamentele noastre și clădiri industriale nu au nevoie la fel de mult de căldură în viitorul apropiat, așa cum este astăzi. Cine dezvolta noi materiale de construcție, concepute pentru a oferi 50 la suta din economiile de energie termică în clădiri de încălzire. Cea mai importantă proprietate a noului material este că trece aproape de lumina soarelui, dar reține căldura. Pereții clădirii, acoperite cu panouri transparente realizate din acest material, încălzită cu energie solară. Nu se inverseze producția de căldură are loc. energia termică acumulată Calea este deschisă doar în clădire. Chiar și în soarele rece va furniza o parte semnificativă din căldura necesară pentru a încălzi clădirea.

Articolul se ocupă cu doar câteva întrebări ale omenirii cu alimentare cu energie. Noi nu ar trebui să credem că chimiști nu sunt implicați în dezvoltarea altora, surse de energie care nu sunt menționate. De exemplu, energia nucleară începe să se dezvolte toriu. Aici avem nevoie de ajutor radiochemists. Starea apei în lacurile de acumulare, hidroenergia datorează originea lor - subiectul hydrochemists griji. Pe scurt, chimisti a avut o contribuție semnificativă la punerea în aplicare a programului energetic al omenirii.

Știință și Viață. 1986. №3.