6.4. Химические процессы и энергетика

Развитие экономики, благосостояние народа непосредственно зависят от количества производимой и потребляемой энергии. Еще в недавнем прошлом во многих странах основным источником энергии был уголь, однако с течением времени добыча нефти возрастала, и к середине XX в. потребление нефти и угля сравнялось. Трехкратное увеличение населения в XX в. сопровождалось приблизительно десятикратным увеличением потребления всех видов энергии.

Значительная доля энергии, производимой во всем мире, является продуктом химического процесса – сжигания нефти, природного газа и угля. В превращении световой и тепловой энергии в электрическую химические процессы также неизбежны. Химические технологии лежат в основе создания высококачественных теплоносителей и термостойких материалов для современных энергетических установок. Все это означает, что прогресс в энергетике зависит от усилий не только энергетиков, но и химиков.

К одной из первых энергетических установок относится паровая машина, созданная английским изобретателем Джеймсом Уаттом (1736–1819 гг.). Тепловая энергия в ней превращалась в механическую работу. С паровой машиной долгое время конкурировало водяное колесо. Позднее, к середине IX в., были изобретены гальванические элементы – первый источник электрического тока. В поисках более эффективных источников тока для телеграфной связи немецкий электротехник Вернер Сименс (1816–1892 гг.) в 1866 г. изобрел динамо-машину – первый генератор тока, с которого и началась новая эпоха исследований электромагнитных явлений и многочисленных применений электрического тока. Электроэнергия в те времена производилась в небольших количествах и была слишком дорогой. Для сравнения можно отметить, что алюминий и магний, полученные электрохимическим путем в середине прошлого века, стоили дороже золота и платины. С модернизацией генератора электрического тока стала вырабатываться более дешевая энергия, что послужило мощным импульсом для развития химической промышленности.

При превращении электрической энергии в тепловую была достигнута температура примерно до 3500°С, что не удавалось сделать ранее никакими другими способами. Это позволило реализовать методы восстановления металлов и получить таким образом многие из них в чистом виде, а также синтезировать не существующие в природных условиях соединения металлов с углеродом – карбиды. Применение электроэнергии на химических заводах позволило в крупных промышленных масштабах осуществлять электрохимическое разложение вещества. Так постепенно открывались новые пути развития разных отраслей химической промышленности, производящей многообразные синтетические неорганические вещества. В настоящее время химическая промышленность – одна из самых энергоемких отраслей индустрии.

Например, для производства 1 т карбида кальция или хлора требуется не менее 3,5 тыс кВт электроэнергии. Расход электроэнергии на производство алюминия и магния составляет 14–18 кВт на 1 т. В общих затратах на производство многих видов промышленной продукции на долю электроэнергии приходится 18–25%. Для карбида кальция затраты на энергию составляют почти половину его себестоимости, для поливинилхлорида и полиэтилена 35–50%, для ацетальдегида – даже 45–70%. С каждой тонной азотного удобрения в землю «закапываются» почти 14000 кВт энергии.

Быстрое развитие химической промышленности и материального производства в целом требует не только роста выработки электроэнергии, но все более рационального ее использования.