Прикладная химия полностью

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. В недрах Земли в результате распада природных радиоактивные веществ идет постоянное высвобождение энергии. Поэтому внутренняя часть нашей планеты представляет собой расплавленную горную породу, которая время от времени вырывается наружу в виде вулканических извержений. Тепло земных недр и называется геотермальной энергией. Она практически неисчерпаема и вечна. Геотермальную энергию можно использовать и в тех местах, где с горячими горными породами соприкасаются грунтовые воды. Пар можно добывать, пробурив скважину от перегретых водоносных горизонтов, и с его помощью привести в движение турбогенераторы. К концу 90х годов общая мощность установок, работающих на геотермальной энергии, составляло около 5000 МВт. В общей сложности геотеплоэлектростанции (ГЕОТЭС) вырабатывают около 0,1 % от суммарной мощности электростанций мира.

На пути крупномасштабного использования геотермальной энергии есть проблемы. Горячие пар и вода, выносимые на поверхность Земли, содержат высокие концентрации солей и др. загрязнителей, в частности соединений серы. Эти примеси вызывают быструю коррозию турбин и др. оборудования, а выбрасываясь в конечном итоге в ОС, загрязняют воздух и воду. При закачивании воды фиксируются микроземлетрясения. Недавно обнаружилось, что ГЕОТЭС гораздо более радиоактивны, чем ТЭС в основном за счет радиоактивного радона и продуктов его распада. Установлено, что из всех естественных источников радиации радон является наиболее опасным. Он ответственен за 3/4 индивидуальной эффективной годовой дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и 1/2 дозы от всех естественных источников радиации. Кроме этого, мест с геотермальными водами невелико и многие из них расположены далеко от потребителя.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. В 70-е годы впервые возникла идея о том, что для уменьшения загрязнения ОС в результате сжигания ископаемых топлив целесообразна замена их на Н₂. О водороде стали все чаще говорить как о «топливе будущего». Это легко воспламеняющийся газ, который можно использовать в быту вместо природного; Н₂ может служить автомобильным горючим. Теплотворная способность водорода Н₂ – 120000 кДж/кг. Использование водорода гораздо чище с экологической точки зрения, так как единственным продуктом горения является вода Н₂О. Таким образом, значительно сократилось бы загрязнение атмосферы. Водород самый распространенный элемент на Земле, но он практически не встречается в свободном виде, так как окисляется до воды. Это единственная серьезная преграда на пути крупномасштабного использования водорода в качестве горючего топлива. Следовательно, нужны перспективные методы его получения, хотя способов синтеза Н₂ много. Простейшие из них – взаимодействие водных растворов кислот и оснований с металлами:

Заслуживают внимания три варианта получения Н₂ из органического сырья:

1. паровая конверсия метана СН₄, являющегося главным компонентом природного газа:

СН₄ + Н₂О -> СО + 3Н₂ – 50 ккал

СО + Н₂О -> СО₂ + Н₂ + 10 ккал

СН₄ + 2Н₂О -> СО₂ + 4Н₂ – 40 ккал – суммарное уравнение.

2. паракислородная конверсия метана СН₄ – более совершенный вариант:

2СН₄ + О₂ -> 2СО + 4Н₂ + 16 ккал

СН₄ + Н₂О -> СО + 3Н₂ – 50 ккал

7СН₄ + 3О₂ + Н₂О -> 7СО + 15Н₂ – 34 ккал – суммарное уравнение.

Как следует из уравнений, в обоих вариантах требуется затрата больших количеств дефицитного природного газа как исходного сырья.

3. газификация угля: 2С + О₂ -> 2СО + 55 ккал; С + Н₂О -> СО + Н₂ – 30 ккал. Комбинацией этих двух реакций можно получить смесь водорода и угарного газа, называемого «водяным газом». В последнее время метод получения водорода из воды и угля считается одним из наиболее перспективных. Но уголь – ограниченный ресурс.

Очень перспективным, по мнению специалистов, является вариант использования водяного газа для восстановления окислов железа при 800-900⁰С: 2Fe3O4 + CO + H2 -> 6FeO + H2O + CO2 – 22 ккал с последующей обработкой FeO водяным паром при 600-700⁰С. После конденсации паров воды можно получить чистый Н₂: 3FeO + Н₂О -> Fe3O4 + Н₂ + 16 ккал. Экономичность процесса здесь возрастает из-за того, что последняя реакция экзотермична и позволяет некоторое количество выделяющегося тепла использовать для нагрева водяного газа до температуры, при которых в соответствии с последней реакцией имеет место восстановления оксидов железа.

Казалось бы, самым простым и чистым способом получения водорода должен быть электролизный способ, непосредственно расщепляющий молекулу воду на водород и кислород. Но этот процесс сам требует много электроэнергии и экономически пока еще остается невыгодным.