§ 18. Значение химии в решении энергетической проблемы

Обеспеченность энергией является важнейшим условием социально-экономического развития любой страны, ее про­мышленности, транспорта, сельского хозяйства, сфер культу­ры и быта.

Особенно много энергии потребляет химическая промыш­ленность. Энергия затрачивается на проведение эндотерми­ческих процессов, на транспортировку материалов, дробление и измельчение твердых веществ, фильтрацию, сжатие газов и др. Значительного расхода энергии требуют производства карбида кальция, фосфора, аммиака, полиэтилена, изопрена, стирола и др. Химические производства вместе с нефтехи­мическими являются самыми энергоемкими отраслями инду­стрии. Выпуская около 7 % промышленной продукции, они

потребляют в пределах 13—20 % энергии, расходуемой всей промышленностью.

Источниками же энергии чаще всего служат традиционные мевозобновляемые природные ресурсы — уголь, нефть, при­родный газ, торф, сланцы. В последнее время они быстро истощаются. Особенно ускоренными темпами уменьшаются запасы нефти и природного газа, а ведь они ограничены и невосполнимы. Не удивительно, что это порождает энерге­тическую проблему.

В различных странах энергетическую проблему решают по-разному, но везде в ее решение значительный вклад вносит химия. Так, химики считают, что и в будущем (примерно еще лет 25—30) нефть сохранит свою лидирующую позицию. Только ее вклад в энергоресурсы заметно сократится и будет компенсироваться возросшим вкладом угля, газа, водородной энергетики, ядерного горючего, энергии Солнца, энергии зем­ных глубин и других видов возобновляемой энергии, включая биоэнергетику.

Уже сегодня химики заботятся о максимальном и комп­лексном энерготехнологическом использовании топливных ресурсов — уменьшении потерь теплоты в окружающую сре­ду, вторичном использовании теплоты, максимальном исполь­зовании местных топливных ресурсов и др.

Разработаны химические методы извлечения вязкой нефти (содержащей высокомолекулярные углеводороды), значитель­ная часть которой остается в подземных кладовых. Для уве­личения выхода нефти в воду, которая закачивается в пласт, добавляют поверхностно-активные вещества. Их молекулы располагаются на границе нефть—вода, что увеличивает по­движность нефти.

В будущем восполнение топливных ресурсов связывают с рациональной переработкой угля. Например, измельченный уголь смешивается с нефтью, на полученную пасту действуют водородом под давлением. При этом образуется смесь угле­водородов. На получение 1 т искусственного бензина расхо­дуется около 1 т угля и 1500 м водорода. Пока что искусст­венный бензин дороже получаемого из нефти, но важна прин­ципиальная возможность его получения.

Весьма перспективной представляется водородная энерге­тика, предусматривающая сжигание водорода, при котором нет вредных выбросов. Следовательно, это экологически чис­тая энергетика. Однако для ее развития необходимо решить ряд задач, связанных со снижением себестоимости водорода, созданием надежных средств его хранения и транспортировки. Если эти задачи будут решены, водород станет широко ис­пользоваться в авиации, водном и наземном транспорте, про­мышленном и сельскохозяйственном производствах.

Неисчерпаемые возможности таит ядерная энергетика. Ее развитие для производства электроэнергии и теплоты позволит освободить значительное количество органического топлива. Здесь перед химиками стоит задача создать комплексные тех-нрлогические системы покрытия энергетических расходов при осуществлении эндотермических реакций с помощью ядерной энергии.

Большие надежды возлагаются на использование солнеч­ной радиации (гелиоэнергетика). В Крыму работают солнеч­ные батареи, фото гальванические элементы которых преобра­зуют солнечный свет в электричество. Для опреснения воды и отопления жилищ широко используются солнечные термоус­тановки, преобразующие солнечную энергию в теплоту. Сол­нечные батареи уже давно применяются в навигационных сооружениях и на космических кораблях. В отличие от ядер­ной стоимость энергии, получаемой с помощью солнечных батарей, постоянно снижается.

Для изготовления солнечных батарей основным полупро­водниковым материалом служит кремний и его соединения. В настоящее время химики работают над созданием новых материалов — преобразователей энергии. Это могут быть раз­личные системы солей как накопителей энергии. Дальнейшие успехи гелиоэнергетики зависят от предложенных химиками материалов для преобразования энергии.

В новом тысячелетии прирост производства электро­энергии будет происходить за счет развития солнечной энергетики, а также метанового брожения бытовых отходов и других нетрадиционных источников получения энергии.

Задания для самоконтроля

110. Чем вызвано появление энергетической проблемы и обо­ стрение ее в последние годы?

111. Покажите на конкретных примерах значение химии в ре­ шении энергетической проблемы.

112. В Крыму работает солнечная электростанция мощностью 500 кВт. Сколько 100-ваттных электрических лампочек можно под­ ключить к этой электростанции?

113*. Гелиоустановка позволяет с помощью алюминиевых зер­кал, отражающих солнечную энергию, получать горячую воду, водя­ной пар и электроэнергию. Какую конструкцию гелиоустановки предложили бы вы?