Kémia és energiaellátása az emberiség

Mr. Zaika doktora Kémia

Mennyi üzemanyag maradt a földön?

Virágzó iparág a XX században a kereslet több energiát felülírás. Szénbányászat, az olaj és a földgáz, majd volt egyre növekvő ütemben. Miután ezek az energiaforrások tűnt kimeríthetetlen. Azonban az új betétek kérdésévé válik egyre nehezebbé válik: a szén, olaj, gáz kellett menni egyre távolabb az északi és keleti, törekszenek mélyebbre a föld gyomrában, és az értéke mindet nőtt.

A 1973. 1974 olaj válság tört ki. Drasztikusan emelte az olaj ára. Ennek fő oka az volt, politikailag motivált. De vonzza fokozott figyelem, a válság miatt neki is vita a kilátások energia alapanyag-termelés. Ennek során az állítólagos, hogy az olaj és a gáz tartalékok a világon már csak néhány évtizede: olaj - körülbelül 80 milliárd tonna, gáz - mintegy 65 billió köbméterrel.

Ahhoz, hogy értékelni ezeket a számokat, azt látjuk, hogy a világ éves olajfogyasztás ma mintegy 3 milliárd tonna, gáz - mintegy 2 milliárd köbméter.

Ezek a megállapítások (túl pesszimista, mint látni fogjuk) volt pozitív következményei. A szlogen a nap volt a legnagyobb megtakarítás az energiaforrásokat. A tudósok és a mérnökök már több figyelmet a fejlődő kevésbé energiaigényes termelési folyamatok, hoztunk létre, és továbbra is, hogy több üzemanyag-takarékos motorok (autók, repülőgépek, stb), keresik az új energiaforrások és módjait azok fejlődését. A lista ilyen forrás - pala, olajhomok, fa, tőzeg, mezőgazdasági maradványok.

Nézzük a példa kedvéért a zöldség nyers energia. Legfőbb előnye, hogy ez egy megújuló energiaforrás. Minden évben a bolygónkon zöld biomassza növekszik 117 milliárd tonna (száraz tömeg), beleértve a 80 milliárd tonna erdőkben, 18 milliárd tonna a szavannán és a sztyeppék, 9 milliárd tonna megművelt területeken, amennyire a sivatagban , tundra és mocsarak. Energy által birtokolt, hogy biomassza mennyisége, 1,75 10 21 joule, ami megfelel körülbelül 40 milliárd tonna olajat. Az általános növényi biomassza tartalékok a világon több mint 1800 milliárd tonna, ami megegyezik a 640 milliárd tonna olajat.

Amikor az olajválság véget ért, a szakértők nekiláttak újraértékelése. Nyugodt és kényelmes reflexió, üzemanyag kiszámítása készletek a világ, pontosabban a tudósok egyetértenek abban, hogy az olajtartalékok a világ valójában nagyobb, mint úgy nézett ki a közép-70-es évek: mintegy 200 milliárd tonna, amelyből a cég bizonyított tartalékok - mintegy 110 milliárd tonna. Ezért a térfogata világ olajtermelése hamarosan a jelenlegi szint (mintegy három milliárd tonna évente) és kismértékben emelkedett. És ha ez a korábbi, a válság idején, azt hitték, hogy a maximális olajtermelés lesz 80 éve, akkor csökkenni kezd, és 2080-ra a világ nem lesz csepp olajat, most kép rajzolódik ki a fény a örömtelibb. Szerint anyagok nemzetközi konferencia KEMRON (Hága, 1984), a maximális olajtermelés fog származni 10 éves a jövő század, és ez idő alatt fog 25 százalékkal több, mint ma, de a 2120. 2130 olajtartalékok kimerülnek teljesen.

Úgy véljük, hogy az olaj hosszú ideig marad a fő energiaforrás. A termelés, persze, lesz annál bonyolultabb. Már egyharmada az összes olaj a tengerfenékből nyert, és hogy ez a módszer érvényesül, de ez drága és egyre drágább. Ha húsz évvel ezelőtt a technika lehetővé teszi, hogy kivonat olaj a tengerbe mélysége 200 méter, majd tíz évvel ezelőtt ez a szám megduplázódott, és most lehetőség van arra, hogy fúrni alatti olajkutak, hogy a mélysége két kilométerre.

Még optimistább előrejelzések földgáz, mint azok, amelyek kaptak a 70-es. Általános tartalékai most úgy egyenlő 250 billió köbméterre teszik, és szilárdan feltárt - 80. 90000000000000 köbméter. A maximális gázmennyiség valószínűleg elő 2040 - kétszer annyi, mint ma. Akkor fog csökkenni, de még a 2150 évben, a szakértők úgy vélik, a gáz fogják előállítani a méret 15. 20 százaléka a jelenlegi termelést.

Olaj szénből

Szén - megbízható energiaforrás, de sajnos nem a legkényelmesebb. A folyékony üzemanyag a technológiailag kevésbé szennyező végül megszoktam, és alkalmazkodni a különböző ágai mérnöki, például szinte az összes üzemanyag mennyiségét fogyasztott ma a fejlett országokban a közlekedés, kőolajból származó.

Egy ilyen összehasonlítás energiaforrások régóta vezető tudósok az ötlet, hogy a módszereket feldolgozó szén folyékony tüzelőanyagok, olaj-egyenérték.

Itt az egyik legintenzívebben kidolgozott módszerek ma. Jelenlétében oxigénnel és vízgőzzel éget szén. Gáz keveréke hidrogén és szén-oxidok. Továbbá, a jelenléte a katalizátor-komponensek a keverék lép egy hidrogénezési reakciót. Az eredmény egy metil-alkohol (metanol röviden vegyészek hivatkozni rá; megjegyzem, hogy ez a negyedik térfogata a világ termelésének és ezért nagyon fontos a termék of Organic Chemistry). Metanolból is megkapja a valós ásványolaj helyettesítő tüzelőanyag - szénhidrogén keveréket, amely hasonló a jellemzőit high-grade fűtőolaj. Ez megköveteli bizonyos átrendeződést molekulák metanol a katalizátoron. Ennek során a kiigazítás során melléktermékként kapott sok vizet. Meg kell elválasztani a kapott üzemanyag. Ez a kérdés nem könnyű, de elvileg már megoldott, de oly módon, hogy az eredményül kapott olajat helyettesítő még mindig nagyon drága. Meg kell keresni olcsóbb megoldásokat és ezzel egyidejűleg munka hatékonyságának javítása és a tartósság, katalizátorok, a hozam növelése célzott termékek és így tovább. A probléma nem csak technológiai, hanem a tudományos igénylő aktív részvételét vegyészek. Meg kell tudni, hogy jobb a szén szerkezetében, a természet a meglévő kémiai kötéseket, a reakcióképesség. Mindez lehetővé teszi, hogy kiválassza a legjobb katalizátor és közvetlen választ az optimális útvonalat.

Az utóbbi években nagy lépéseket széngázosítási és a termelés a folyékony üzemanyag, amelyet a tudósok a moszkvai intézet a fosszilis tüzelőanyagok. A világ elismert használnak az ilyen folyamatok szelektív zeolit ​​katalizátorok a fejlesztés, amely jelentősen hozzájárult a akadémikus HM Minachev dolgozó Intézet Szerves Kémia a Szovjetunióban. A társaság „Mobil Oil” kerül zeolit ​​katalizátorok kiváló minőségű üzemanyag, amely nem érhető el más módon. A 1000 tonna metanol szénhidrogénekkel előállított 438 kg és 562 kg vizet. A végén, ez lehet beszerezni, és magas oktánszámú benzin, kerozin, és a dízel üzemanyag.

Ismert és közvetlen szén cseppfolyósítási eljárás, ahol először előállítjuk szuszpenziót zúzott szén egy hozzáadásával olajat ezután magas hőmérsékleten és nyomáson a katalizátor jelenlétében (és egyes kiviteli alakokban a folyamat - sőt, a hidrogén).

Ebben a tekintetben, a tudósok fejlődött annyira, hogy már félüzemi végrehajtási ezt a folyamatot. Ők építették az USA-ban, Németországban és Ausztráliában (együttműködésben a japán cégek). Azonban még nincs életképes szén cseppfolyósító üzem közvetlenül. Erre utal a nyereségesség lenne az a tény, hogy egy ilyen növény lenne elegendő az energia és a hidrogén, ami szükséges a befejező szénhidrogén molekulák a kívánt mérete és szerkezete. Ez megköveteli, hogy a folyadék hozam nem kevesebb, mint 50 százalék. Egy másik fontos és mégis megoldatlan probléma - a reakciótermékek elválasztása nem reagált szén és hamu is világos, hogyan kell használni a részletes eljárás során keletkezett.

Nagyobb figyelmet kell fordítani pala és olajhomok, mint a jövő energiaforrása Elegendő lenne az emberiség jó ezer évvel a fejlesztés agyagpala vezető helyét a világban viszi hazánkat alapelveit megszerzésének értékes termékek olajpala (nem csak az energetikai, hanem a petrolkémia és szerves szintézis ) megállapított munkájának észt kutatók és tudósok a leningrádi Institute of Technology.

üzemanyag ültetvény

A folyékony tüzelőanyagok, olajcsere, persze, akkor ne csak a szén holland kémikus S. de Witt azt bizonyítja, hogy nagyon sikeres eredményeket elérni, ha vesszük alapul bizonyos típusú trópusi növények. A gyakorlati kísérletek, még mindig sikerült az év több mint egy köbméter pótlék olaj hektáronként elvetett ilyen növények. Azonban a tudósok úgy vélik, hogy a biotechnológia javítja a „hozam” olaj ültetvények két vagy három alkalommal.

Ha ilyen kísérletek szempontjából kell általánosítás, akkor várható, hogy a jövőben több tízezer hektár kis értékű földterület és erdő forrásaivá válnak a folyékony tüzelőanyagok.

Feldolgozása zöld biomassza tüzelőanyagok elgázosítás fa és fermentációs cukrok. Ahogy az várható terméknek adott esetben arra, csak szénhidrogének. És más ismert szerves anyagok, amelyek az energia tulajdonságok közel vannak az olaj: észterek, ketonok vagy alkoholok (metanol, etanol, butanol). Alkoholok van egy nagyon magas oktánszámú, amely alapvető cél a fejlesztés magas színvonalú üzemanyag helyettesítésére.

Az erjesztés cukornád hulladék csak 1981-ben, 4,2 millió liter etanolt állítottak elő Brazíliában. Ebben az üzemanyag autóbusz működik az összes nagy brazil városban, Sao Paulo és Rio de Janeiro, valamint számos, az autók az egész országban. Számú amerikai egyesült államokbeli etanol előállított hulladék kukorica. A Fülöp-szigeteken a kókuszolaj keverve gázolaj. Az 1982. 1983 évben ez fogja megmenteni az országot 2,2 százaléka gázolaj.

Számos országban a mezőgazdasági hulladékból előállított metán, amelyet aztán üzemanyagként használt. A Fülöp-szigeteki Luzon szigetétől a kazán működik, kellékek forró víz száz házat egész évben.

A kilátások a gyakorlati fejlődés ezen kísérleti fejlesztés egyenetlen. Metanol lehet beszerezni minden nyersanyag szén- és hidrogénatomokat tartalmazó, - a szén, fa, földgáz, olajpala, tőzeg és a kőolaj-finomító hulladék. Etanol üzemanyagként hasonló jellemzőit metanol, de drágább, mert a termelés több energiaigényes. Butanol - üzemanyag nagyobb teljesítményt, de a nehezebb gyártani. Melyik ezek a folyamatok kapja a legmagasabb elismerést a jövőben, az idő fogja megmondani.

Másik előnye, dió

Ki elsajátította ilyen források, amelyek a legutóbbi időkig nem voltak tekinthetők energiaforrások. Ennek során ment „alternatív alternatívák” - re mandulahéjat őszibarack gödrök. És nem is sikertelenül. „San Daymond grovers of California” termel 4,5 megawatt villamos az égő dióhéj - mellékterméke a feldolgozásuk. Így az év folyamán megtakarítás 11.000 tonna olaj. Amint azt az egyik cég vezetői „dió kiváló és nem szennyező üzemanyag, amely nem tartalmaz ként és gyárt nagyon kevés hamu.” A cég „Imotek beépítése” termel 8,5 MW villamos égő mandulahéjat, őszibarack gödrök és lecsepegtetjük.

Tovább az alternatív energiaforrások - a háztartási hulladékba. A világ több mint 100 millió tonna ilyen hulladék égett kemencékben energetikai hasznosítás. Ez, persze, elhanyagolható mennyiség összehasonlítva a szemetet, hogy még mindig megengedi, ami komoly veszélyt jelent a környezetre. Nem biztonságos, ugyanakkor egyszerű és égetés: a jelenlegi szinten a tisztítás a kipufogógázok nem veszítik el káros hatásokat. Jelenleg vegyészek sok országban dolgozik, hogy javítsa a szűrőket, amelyek elnyelik a káros anyagokat a gázból. A gáz-halmazállapotú termékek égő törmeléket el kell távolítani a korom, hidrogén-klorid, nitrogén-oxidok, kén-dioxid, stb Ami a csapdázási módszerek lettek kifejlesztve. A kérdés csak az, hogy hogyan tegyék megfizethető, megbízható, hosszú távú futás.

Különös figyelmet fordítanak a pirolízis (hőbomlás) szemetet belőle, és lolucheniyu gáz-halmazállapotú tüzelőanyagot. Bár nincs nagy sikerrel, mivel a készítmény a háztartási hulladék heterogén, és ezért nehéz kiválasztani, és állítsa be az optimális pirolízis üzemmódban. Továbbá számos törmelék szennyeződésektől. Azt javasoljuk, hogy osztja meg a leginkább tűzveszélyes összetevőket - papír, karton, műanyag - és tömöríti őket brikett. Az ilyen brikettek fűtőértékét összehasonlítható barnaszén.

Szakértők úgy vélik, hogy a javított feldolgozási hulladék (mind az energia- és nyersanyag) csak akkor engedi Nyugat-Európában, hogy elérjék az éves megtakarítás körülbelül $ 14 milliárd. Szétválasztása a hulladék kerüljön sor már a házban: az egyik a tartályban kell az élelmiszer-hulladék lerakó, más - papír, stb Ez az út magában foglalja a nagy figyelmet a lakosság tekintetében a környezetvédelem és a megtakarítás a nyersanyagok és az energia.

Meleg lakások fűtés nélkül

A napsugárzás ma tartja az erőviszonyok mérnökök ugyanabban a helyzetben, mint az olaj a közepén a múlt században, amikor a szén uralta a tőzeg és a fa.

Ma azonban a termelt áramot a nap, öntött vékony sugárban az energia áramlását az igényeinek emberiség. Szilíciumlapkákon átalakítani napfényt elektromos árammá. Szakértők úgy vélik, hogy 2060-ra a részesedése a napenergia meghaladja az 50 százaléka a globális energiapiacon.

A tetejét a Himalája napelemek feltölteni a nikkel-kadmium elemek hegymászók. A sivatag Egyiptom, etetnek öntözés szivattyúk, és a távoli területeken Ausztrália - villanypásztor juhok. A lakások a japán gazdálkodók meleg vízzel, és így áramütést. Napkohó vízmelegítésre volna gyökeret a közép-ázsiai köztársaságok az ország.

Egészen a közelmúltig, köszönhetően a magas költségek napelemeket használunk sem térben, sem azokon a területeken, távol távvezetékek vagy bizonyos típusú termékeknél, ahol az energia költségei minimálisak. Most az ára ezeknek az elemeknek gyorsan csökken az elmúlt 10 évben, azt csökkent 3,5-szerese. Ez érdeme vegyészek, akik új módszereket fejlesztettek előállítására szilícium napelemek.

Tipikusan, napelemek készült egykristály szilícium rúd termesztett a laboratóriumban. Ők vannak osztva kis lemezek, amelyeket azután összegyűjtjük a panel. Most már egyre több figyelmet fordítanak a polikristályos és amorf szilícium. Ő alakú fólia vastagsága 1 mikrométer. Hatékonyság amorf szilícium elemek 6. 10 százalék, és egyetlen kristály - 12. 16 százalék, de az első sokkal olcsóbb, mivel nem igényel létrehozását nagy tisztaságú anyag.

Valószínű, hogy a lakások és ipari épületek, nem kell annyi hőt a közeljövőben, mint ma. Ki fejlődik új építőanyag, célja, hogy a 50 százalékos hőenergia megtakarítás épületek fűtésére. A legfontosabb tulajdonsága az új anyag, hogy hiányzik a napfény, de megtartja a hőt. A falak, az épület, borított átlátszó panelekkel készült ez az anyag, napenergia melegíti. Ez nem fordított a hőteljesítmény zajlik. Way felhalmozott hőenergiát csak nyitott be az épületbe. Még a hideg nap lesz a kínálat jelentős részét a szükséges hőt az épület fűtésére.

A cikk foglalkozik csak néhány kérdést az ellátás emberiség energiával. Ne gondoljuk, hogy a vegyészek nem vesznek részt a fejlesztés mások nem említett energiaforrások. Például a nukleáris energia kezd kialakulni a tórium. Itt kell segíteni radiochemists. Az állam a víz a tározókban, vízenergia köszönhetik eredetű - tárgyát hydrochemists gond. Röviden, a vegyészek is jelentősen hozzájárult, hogy a végrehajtás a energia programot az emberiség.

Tudomány és Élet. 1986. №3.