Химия: поиск более эффективной энергетики нового типа

Реферат по химии, 11 класс.

Автор: Ярослав Д, 11 класс, Редькинская школа.

Сегодня перед учеными стоит важная задача — раскрыть все возможности химии в создании инновационных материалов для различных отраслей: энергетики, машиностроения, фармацевтики, медицины, экологии и т.д. А также создать новую эффективную энергетику на основе возобновляемых ресурсов.

Так как большинство традиционных электростанций и источников теплоснабжения выделяют энергию из невозобновляемых ресурсов, вопросы добычи, переработки и доставки топлива чрезвычайно важны в энергетике. Важна выработка новых методов переработки ресурсов и поиск возможностей использования того, что сегодня является отходами. Здесь нам может помочь химия.

По сути, новые методы собирают отходы, стоимость которых невелика по сравнению с традиционными энергоресурсами, и утилизируют их путем сжигания с выработкой полезной электрической и тепловой энергии, тем самым освобождая огромные территории, загрязненные отходами углеобогащения, а также полигоны, заполненные горючими жидкостями для утилизации.

Энергетика нового типа и каталитическая химия

Катализация распространена в природе (большинство процессов, происходящих в живых организмах, являются каталитическими) и широко используется в технике (в нефтепереработке и нефтехимии, в производстве серной кислоты, аммиака, азотной кислоты и др.: большая часть всех промышленных реакций — каталитические).

Одно из современных направлений в каталитической химии — поиск более эффективной энергетики нового типа. Подобные исследования идут во многих странах мира, в том числе большое внимание развитию этого направления уделяют российские ученые. 

Сегодня можно выделить три научно-исследовательских проекта. Они рассчитаны на 2016-2018 гг. 

Первый из них — «Разработка каталитического генератора высокочистого водорода для автономного зарядного устройства на основе топливных элементов». Перспективными источниками водорода для компактных топливных элементов считаются генераторы водорода на основе каталитического гидролиза боргидрида натрия. Главный элемент конструкции такого генератора— каталитический реактор.

Второй проект— «Разработка научных основ жпдкофазной каталитической переработки лигнинов в ценные химические продукты и компоненты моторных топлив». Лигноцеллюлозная
биомасса (древесные и сельскохозяйственные отходы) — единственная реальная альтернатива ископаемым видам сырья. Один из трех основных компонентов биомассы — лигнин — имеет, в отличие от гемицеллюлоз и целлюлозы, наиболее сложное химическое строение и наименее востребован из всех целлюлозно-бумажных и гидролизных производств. Разработка новых каталитических методов переработки лигнинов позволит решить проблему существующих производств и откроет перспективы создании интегрированных энерго- и ресурсосберегающих технологий экологически чистой переработки сырья в топливо и компоненты топлива.

Такие разработки ведутся и в других странах, это мировой тренд. 

Сегодня в развитых странах мира идут работы по разработке методов использования растительного сырья для производства топлива и химических продуктов.

Третий проект — «Разработка и исследование нанокомпозитных структурированных катализаторов и каталитических мембран на основе ячеистых материалов из аморфного углерода».  В рамках проекта удалось получить новые структурированные теплопроводные ячеистые носители на основе аморфного углерода с защитными металлоксидными слоями (М-корунд).

Когда же ждать прорывных технологий?

В том и состоит главная ценность открытий, что они, как правило, непредсказуемы. В.А. Энгельгардт.

Топливо из отходов — это реально

В настоящее время ученые Томского политехнического университета (ТПУ) разрабатывают научные основы технологии применения экологически и экономически перспективного топлива из твердых и жидких отходов для котельных и тепловых электростанций (ТЭС).

Органоводоугольное топпиво состоит из трех основных компонентов: уголь или влажные отходы углеобогащения, горючая жидкость (например, отработавшие масла) и вода, причем можно использовать стоки промышленных предприятий.

Такое топливо, получившее название «органоводоугольное», состоит из трех основных компонентов: низкосортных углей или отходов углеобогащения, различных отработавших индустриальных масел или отходов нефтепереработки, а также воды. 

Подобные топливные композиции дешевле энергетического угля. 

Угольный компонент использует низкосортные угли, например бурые различных марок, или влажные отходы углеобогащения, которые в настоящее время нигде не используются, а просто складируются на огромных территориях в окрестностях обогатительных фабрик. Обычно на долю угольного компонента в составе топлива приходится от 40 до 60%.

Второй ингредиент — горючая жидкость. Она используется в небольшом количестве от 10 до 20%. для повышения теплового эффекта процесса горения топлива. Используются горючие жидкие отходы, например отработавшие свой ресурс масла — моторные, трансмиссионные, трансформаторные, турбинные, которые нуждаются в утилизации.

И третье, что необходимо для создания органоводоугольного топлива — вода, причем ее качество непринципиально. Приоритетны различные стоки промышленных предприятий, в которых могут содержаться горючие компоненты, повышающие эффективность топлива. Массовое содержание воды варьируется от 30 до 40%.

Их применение на практике позволит решить ряд проблем, наиболее важные из которых — снижение концентрации антропогенных выбросов угольных котельных и ТЭС, а также эффективная утилизация не востребованных до настоящего  времени промышленных отходов. 

Выводы

Выводы об эффективности того или иного вида нового топлива нужно делать на основании комплексного анализа, который позволяет оценивать эффективность того или иного состава по экономическим, экологическим и техническим характеристикам.

Список использованной литературы:

Татьяна Калинина: Химия нефти и газа. Изд. Проспект, 2017 г.

Константин Карпов: Технологическое прогнозирование развития производств нефтегазохимического комплекса. Изд. Лань, 2017 г.

Вадим Копытов: Газификация конденсированных топлив. Вчера. Сегодня. Завтра... Изд. Инфра-Инженерия, 2018 г.

Журнал "В мире науки" (Scientific American) № 8/9, 2017.

Журнал "В мире науки" (Scientific American) № 10, 2017.

Журнал "В мире науки" (Scientific American) № 11, 2017.

Википедия, свободная энциклопедия.