Методичні рекомендації

З початку XVI ст. з надр Землі було вилучено 50 млрд. т вуглецю, 2 млрд. т заліза, 20 млн т міді, 20 тис. т золота. За останні 30 років кольорових і рідкісних металів видобуто більше, ніж за всю попередню історію. 

Переробка сировини хімічними способами вимагає від 10 до 20 млрд. т на рік основного окисника - кисню, крім того, 2.5 млрд. т вугілля як палива і стільки ж нафти. Сьогодні зрозуміло всім, що комора Землі не бездонна. Хімізація виробництва дозволяє використовувати усі речовини, вилучені з природи, за різними направленнями. Наприклад – коксохімічне виробництво, при якому з кам'яного вугілля отримують кокс, горючий газ і інші продукти сухої перегонки,або інших видів сировини, наприклад лісу. Нафта з Північного моря давно є сировиною для промисловості європейських країн. Ведуться розробки шельфів Північної Америки. Зараз розпочато видобуток сірки з дна Мексиканської заливу. В Росії працюють найстаріші шельфові родовища нафти і газу на Каспії. У рамках загальної задачі освоєння та раціонального використання Світового океану хіміки ведуть пошуки шляхів вилучення з морської води цінних елементів. Загальні запаси деяких з них в океані оцінюються такими значеннями в т фтору - 21012, йоду -93109, цинку - 16109, олова, свинцю, ртуті - 50106, золота - 6106. Поверхневі поклади корисних копалин стрімко виробляються, вугільні комбайни НД глибше і глибше вгризаються в пласти, буріння в пошуках нафти і газу ведеться вже на позначці 15 км. Сучасні шахти Донбасу мають глибину 800 - 1500 м. У співдружності з хімією і іншими науками розвивається нова галузь знань про методи і засоби безшахтного видобутку сировини і про створення штучних родовищ - геотехнологія.

Перспективним є застосування мікроорганізмів для відновлення срібла, міді, нікелю, свинцю, урану і цинку.

Мікроорганізми з чималим успіхом працюють і в гірничодобувній промисловості, побічно допомагаючи прискорити і убезпечити підземні вироблення вугілля.     Наростає дефіцит вуглеводневої сировини, а тому проблема використання нафти, вугілля і газу як сировини, а не палива має сьогодні першорядну задачу.  Споживання нафти сьогодні становить більше 4 млрд. т, а в 2000р. буде використовуватись 6-7 млрд. т. Нафтопереробні підприємства виробляють ненасичені та ароматичні вуглеводні (етилен, толуол, ксилол) і газові суміші оксиду вуглецю (II) з воднем. З них синтезують десятки тисяч інших корисних матеріалів. З природного газу отримують ацетилен, мурашиний альдегід, метанол, сажу, сірковуглець, водень, синильну кислоту та ін. Вугілля служить джерелом органічних речовин. Можливо, що надалі все вуглеводневу сировину піде на синтез різноманітних матеріалів. Паливом же буде служити ядерне пальне чи який-небудь інший вид топлива. Це одне з рішень сировинної та енергетичної проблем.

Населення нашої планети росте. За прогнозами ООН до 2000р. воно складе близько 6,5 млрд. чоловік і буде, природно, збільшуватися в наступні десятиліття. Це означає, що вже зараз необхідно замислитися над тим, як забезпечити населення Землі харчуванням в майбутньому. Розрахунки вчених призводять до висновку, що проблема буде вирішена, якщо за найближчі 40 - 50 років світове виробництво продуктів харчування зросте в 3 - 4 рази. Подібний приріст може бути здійснений тільки в тому випадку, якщо відбудеться "зелена революція" - різкий підйом сільського господарства, насамперед у країнах, що розвиваються, на базі впровадження всіх досягнень сучасної науки, у тому числі хімії:

1)застосування добрив,

2) стимуляторів росту,

3) штучних кормів для сільськогосподарських тварин,

4)засобів захисту рослин і тварин, в

5)ведення в практику харчування нових продуктів, здобутих в океані, і т. д.

6) збільшення виробництва рослинної і тваринної їжі природного походження.

  Вся історія розвитку цивілізації - пошук джерел енергії.   Протягом 80 років одні основні джерела енергії змінювалися іншими: дерево замінили на вугілля, вугілля - на нафту, нафта - на газ, вуглеводневе паливо - на ядерне. До початку 80-х років у світі близько 70% потреби в енергії задовольнялось за рахунок нафти і природного газу, 25% - кам'яного і бурого вугілля і лише близько 5% - інших джерел енергії.

    Метанол може замінити бензин в двигунах внутрішнього згоряння. У плані розв'язання екологічної проблеми він вигідно відрізняється від нафти, газу, вугілля, але, на жаль, теплота його згорання в 2 рази нижче, ніж у бензину, і, крім того, він агресивний по відношенню до деяких металів, пластичних мас. Перспективним є використання палива на основі водню. Виявив горючість водню Я. ван Гельмонт. Ця властивість робить водень основним претендентом на звання палива майбутнього. При його згорянні в чистому кисні досягається температура до 2800оС. Таке полум'я легко плавить кварц і більшість металів. Теплота згоряння водню в кисні дорівнює 142650 кДж / кг.

Хімічне виробництво зараз основний постачальник водню, але безперспективний, оскільки ціна сировини, а їм найчастіше є вуглеводні, невблаганно зростає. Електроліз найбільш прямий метод отримання чистого водню. Існує ще безліч розроблених технічних пропозицій отримання водню, але найбільші надії покладаються на енергію ядерних електростанцій.

Якщо порівняти енергію, отриману хімічним шляхом, з енергією, отриманою від еквівалентного кількості речовини в ході ланцюгових реакцій розподілу важких елементів (плутонію, урану). Енергія згоряння 1 г деревини достатня для того, щоб електрична лампочка в 100 Вт горіла 1 хв, а енергії згоряння 1 г вугілля вистачить для двох таких лампочок. Для висвітлення протягом години міста з 60 000 жителів вистачить енергії 1г урану-235. Енергія, полягає в 1 г важкого водню - компонента палива реакції термоядерного синтезу, у 7,5 рази більше, ніж в 1 г урану-235. На рік роботи АЕС потужністю 1 млн.кВт необхідно 30 - 50 т уранового палива, а для теплоелектростанції такої ж потужності потрібно 1,6 млн. т мазуту чи 2,5 млн. т вугілля. В даний час ядерна енергетика і реакторобудування - це потужна індустрія з великим обсягом капіталовкладень.   Зараз перед атомною енергетикою стоїть завдання витіснити органічне паливо не тільки зі сфери виробництва електроенергії, але так само з теплопостачання і в якійсь мірі з металургійної та хімічної промисловості шляхом створення реакторів енерготехнологічного значення.    АЕС у перспективі знайдуть ще одне застосування - для виробництва водню. Частина отриманого водню будуть використовуватись хімічною промисловістю, інша частина стане для харчування газотурбінних установок, що включаються при пікових навантаженнях.

Найважливіший відтворений джерело енергії на планеті - енергія Сонця. Роль хіміків в освоєнні цієї енергії - це і створення матеріалів для сонячних батарей і перетворювачів, і розробка способів консервації енергії, у тому числі термохімічних способів її нагромадження у вигляді пального з високою калорійністю, наприклад водню, а також розробка сольових систем - накопичувачів енергії.   

Питання 2.Основні напрямки хімізації суспільного виробництва.