Сторінка
5

Хімія та вирішення сировинного та енергетичного дефіциту

В наш час хімічна промисловість – найбільш енергоємна галузь індустрії. Наприклад, для виготовлення 1 т. карбіду кальцію чи хлору необхідно не менше 3500кВт енергії, на виробництво алюмінію і магнію 14-18 тис.кВт на 1 т. В сумарних витратах на виробництво промислової продукції витрачається електроенергії 18-25%. З кожною тонною азотних добрив в землю «закопується» 14тис.кВт!

Із всього сказаного стає зрозумілим, яке колосальне значення має енергетика для хімії. Швидкий розвиток матеріального виробництва вимагає відповідного росту вироблення енергії, але одночасно її більш раціонального використання.

Змагання видів енергії.

Джерелом енергії на нашій планеті є Сонце, вода, горючі корисні копалини, тепло земної кори, вітер. В середині ХХ ст. ці природні джерела доповнились розщепленням атомних ядер. Хімічна енергія горючих матеріалів задовольнятиме потреби в енергії ще дуже довго.

Вода не впливає суттєво на світовий енергетичний баланс. Тим не менш вона є ідеальним джерелом дешевої енергії для різних великих виробництв, наприклад, для добування алюмінію, сталі, карбідів металів, їдкого натру, рідких металів і т.д.

Родоначальником всіх відомих нам видів енергії, включаючи і ядерну є Сонце. Що секундно воно випромінює в світовий простір 2,86х1033кВт. Земля одержує лише 2х10-7 цього потоку енергії, але навіть такою крихітною долею енергії небесне світило забезпечує всі різноманітні форми життя на планеті. За 3доби Земля одержує від Сонця таку кількість енергії, яка могла б звільнитись при спалюванні всіх запасів вугілля, газу, нафти і деревини. Звідси стає зрозуміло, що Сонце могло б задовольнити любі мислимі потреби людей в енергії, якби тільки знать, як її реалізувати.

Розроблені в наш час геліоустановки відносяться до області «малої енергетики». Для хіміків і фізиків безсумнівний інтерес в ньому що деякі сонячні печі можна використати для вивчення поведінки різних речовин при температурі 38000С. Вони мають ту перевагу, що гаряча зона має більшу протяжність і що можна одержати розплав максимальної хімічної чистоти.

Трудність використання сонячної енергії полягає у виборі перетворювача енергії. В наш час використовується напівпровідникові фотоелементи із кремнієвих пластинок, дія яких основана на фотоефекті. Ефективність перетворення сонячної енергії в електричну складає поки всього 15%, але є підстави, що її можна буде підвищити до 30-40%. Суми капіталовкладень на 1Квт електроенергії, яку виробляють сонячні електростанції, все ще в 1000 разів більші, ніж звичайні гідроелектростанції.

З часом навіть саму дешеву можливість використання сонячної енергії можна буде реалізувати тільки тоді, коли оволодіємо процесами фотосинтезу.

Надзвичайним енергоносієм є водень. Із усіх речовин він має найбільшу густину енергії яка дорівнює 33кВт(кг) густина енергії вуглецю – 9,1кВт(кг), він може прямим шляхом виробляти електричну енергію в паливних елементах. В зв’язку з цим уже обговорюються проекти магістральних водневих ліній, як одного з варіантів ліній електропередач майбутнього.

Запаси тепла в десятикілометровому шарі земної кори перевищують теплотворну здатність всіх горючих речовин нашої планети в 5тис.раз. Лише в Ісландії і Росії використовуються геотермальні джерела, але лише для обігрівання. Але їх можна застосовувати також для виробництво електроенергії, а також на дослідних установках хімічних виробництв.

Основна тенденція в зміні структури енергетичного балансу – це, без сумніву, все більше використання атомної енергії. Всього1 кг U – 235 виділяє при розщепленні 24млн.кВт, що відповідає теплотворній здатності майже 3тис.т. кам’яного вугілля, тобто 1кг урану дає майже в 3млн.раз більше енергії, ніж 1кг кам’яного вугілля і в 7млн. раз більше, ніж 1кг бурого вугілля. Уже після 1980р. ядерне паливо забезпечує суттєву долю загальної потреби в електроенергії, і перш за все в електроенергії. В майбутньому атомні електростанції будуть вироблять 90% електроенергії. Розвиток ядерної енергетики вплине позитивно на розвиток хімічної промисловості.

Уже в 80-ті роки ХХст. Завдяки помірній вартості енергії атомних електростанцій значно розширився цілий ряд енергоємних електрохімічних виробництв особливо електролітичних процесів добування металів і основних хімічних продуктів. Крім того, тепло ядерних реакторів теж може бути утилізоване на потреби хімічної промисловості.

В протилежність карбоновмісним носіям енергії, які є дуже важливою сировиною для хімічної промисловості, уран можна використати лише для виробництва енергії. Оскільки цей елемент легко розщеплюється в звичайних реакторах а його запаси на суші доступні, то приблизно через 100 років U – 235 будуть вичерпані. Тому з 80-тих років здійснюється розщеплення швидкими нейтронами U – 238, Тh – 232. Ці елементи стабільні, але в реакторах-розмножувачах вони перетворюються в U – 233 і Рu -239 з виділенням колосальної енергії. Виявлена цікава перспектива розширеного виробництва ядерного палива що дозволить підняти його корисні запаси в 120 раз(без врахування урану, що є в морській воді).

Таким чином, людство зможе забезпечити свої потреби в енергії за рахунок атомної енергії на протязі декількох тисячоліть.

А якщо повернутись до геотермальних вод, то їх загальний світовий запас складає 700млн.м3. Якщо теплову енергію всього лише 10% цієї кількості перетворити в електроенергію, то її вистачить на 4 млрд. років.

На планеті вже є геотермальні електростанції і будуються нові. Їх потужність до кінця 1980р. досягла 3800МВт.

Розумна господарська політика країн у відношенні до енергії і палива вимагає включити односторонність при використанні енергоресурсів. Необхідно планувати раціональну розробку всіх джерел енергії, що є в країні. Це забезпечить стабільне і ефективне забезпечення енергією всіх галузей матеріального виробництва не тільки наш час, а й у віддаленому майбутньому.

Слід пам’ятати, що хімічна промисловість – це єдність хімії, технології, енергетики, апаратобудівництва, матеріаловедення, науки управління. Запровадження любого хімічного процесу, який забезпечить навіть 100% вихід продукту і високий ККД неможна здійснити без необхідної апаратури, без видобутку необхідної сировини, підводу енергії, без утилізації відходів. Кожна із стадій виробництва важлива, і всі разом вони складають нерозривне ціле.