§51. Роль хімії в житті суспільства

Вивчаючи хімію впродовж року ми багато говорили про роль хімії в житті суспільства. Сьогодні ми звернемо увагу на два ще дуже важливі аспекти.

Значення хімії у розв’язанні енергетичної проблеми

Існування сучасної цивілізації залежить від багатьох джерел енергії. Щодня завдяки паливним корисним копалинам ми збираємося на роботу, готуємо їжу, освітлюємо, обігріваємо чи охолоджуємо помешкання. В міру розвитку науки та техніки збільшується обсяг добування та переробки корисних копалин. За даними ООН людство використало впродовж 1970-2000 років стільки палива, скільки за всю попередню історію цивілізації. Традиційні джерела енергії вичерпуються. Крім того, їх використання створює чимало проблем. Цілком очевидно, що нам потрібно шукати інші – чисті, надійні джерела енергії. Вчені пропонують такі нетрадиційні форми енергії, як:

1. Теплова енергія океану

Світовий океан площею 1/3 земної поверхні містить запаси енергії. Це, по-перше, енергія сонячного випромінення, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських течій (1018 кДж), хвиль прибою, різниці температури різних шарів води, й, по-друге, енергія тяжіння Місяця й Сонця, що викликає морські припливи й відпливи. Енергія хвилі прямопропорційна квадрату її висоти. Хвиля метрової висоти забезпечує від 25 до З0 кВт енергії. Одна з перших хвильових електростанцій потужністю 350 кВт успішно діє уже 25 років поблизу норвезького міста Бергена. Під час осені-зими висота хвиль на Чорному морі досягає 5-6, зрідка 10-14 м. Значний енергетичний потенціал має основна чорноморська течія. Морські електростанції, що використовують енергію припливів працюють на узбережжі Ла-Маншу. На тихоокеанському острові Науру діє електростанція потужністю 100 кВт, що використовує різницю в температурі нагрітого тропічним сонцем поверхневого шару й холодного придонного. В останні роки створені міні-ОТЕС (від англ. Ocean Thermal Energy Conversion) для перетворення теплової енергії в електричну. Нові станції потужністю сотні мегават проектуються. Ця галузь енергетики тільки зароджується.

2. Енергія сонця (геліоенергія)

Всього за три дні Сонце посилає на Землю стільки енергії, скільки її міститься в усіх відомих запасах викопного палива, а за 1 сек. – 170 млрд. Дж. Більша частина цієї енергії розсіюється або поглинається атмосферою й лише 1/3 досягає земної поверхні. Сонячна енергія, яка потрапляє на поверхню одного озера еквівалентна потужності великої електростанції.

Фотогальванічні елементи перетворюють сонячне світло на електрику

Таким методом у різних куточках нашої планети виробляють близько 500 тисяч кіловат електроенегії. Однак наразі продуктивність фотогальванічних елементів не надто висока, а електрика, яку вони виробляють, дорожча від тієї, яку отримують у результаті переробки корисних копалин.

3. Атомна енергія

Енергія, яка виділяється в процесі перетворення атомних ядер. Перший проект атомного реактора був розроблений у 1939 році французьким вченим Ж. Кюрі. Перша ланцюгова реакція була здійснена у 1942 році в США під керівництвом італійського вченого Енріко Фермі. Перший атомний реактор в Европі був побудований й працював під керівництвом І. Курчатова (1946 р.).

Атомна електростанція

У світі нараховується приблизно 430 атомних реакторів. Вони виробляють 16 відсотків усієї електроенергії. За тридцять років загальна потужність енергоблоків зросла від 5 тис. до 23 млн. кіловат. Атомна енергетика буде розвиватися, лише необхідно вжити та покращити додаткові заходи по забезпеченню безаварійної роботи.

4. Енергія вітру

Енергія вітру здавна використовується людиною. Відомо, що вітряки мололи зерно у Персії ще за 200 років до нашої ери. Ще раніше вони застосовувались у Китаї. Колись вітер напинав вітрила кораблів, крутив жорна млинів та помпував воду. У наші часи популярність вітрової енергії в світі різко зросла. Вітряки найсучасніших конструкцій виробляють чисту, легкодоступну електроенергію. Великі здобутки у розвитку вітроенергетики має Данія, у США на каліфорнійському узбережжі, Канада, Нідерланди, Іспанія, Греція та ін. Перша вітрова електростанція потужністю 100 кВт була споруджена у Криму в 1931 р.

Вітрова електростанція

5. Геотермальна енергія

Наша планета має розжарене ядро, температура якого становить +4000ºС, яке є джерелом величезних запасів теплової енергії. Ядро землі передає тепло до поверхні безпосередньо через жерла вулканів чи у вигляді гарячої води та пари. Така енергія використовується у 58 країнах світу для обігріву будинків та виробництва електроенергії, використовують у теплицях, в басейнах, на курортах.

Геотермальний завод

В Україні найбільш перспективні райони – це Закарпаття, Крим, Прикарпаття, Харківська та Полтавська області. Енергія підземного тепла використовується для теплопостачання спортивного комплексу «Закарпаття» у м. Берегове, теплично-парникове господарство «Присивашшя», обігріву будинків евпаторійських курортів. Запаси тепла зосереджені тільки в районі Закарпатської області рівноцінні запасам кам’яного вугілля львівсько-волинсь-кого басейну.

6. Біометаногенез

Використовуючи сільськогосподарські відходи, екскременти тварин, каналізаційні й промислові стоки можна добути метан в анаеробних умовах під дією бактерій. В деяких країнах (Індія, Китай, Філіпіни) уже розроблена така енергетична програма. Ферментативним процесом, при участі бактерій інулін (запасний полісахарид топінамбура) перетворюють на спирт. Застосовуючи подібні способи Бразилія економить нафту й вирішує проблему екологічного забруднення. У Румунії біогаз використовується, як паливо для тракторів.

Значення хімії у розв’язанні екологічної проблеми

Ніхто не сумнівається у тому, що багато вчинків люди роблять з добрими намірами. Але, як це не раз засвідчила історія, ми просто недостатньо знаємо про навколишнє середовище й про те, як на природу можуть вплинути ті чи інші рішення людини. Часто це призводить до трагічних наслідків. У зв’язку з науково-технічним прогресом посилився вплив людини на природу, що спричинило різні негативні зміни. Ось деякі головні проблеми довкілля у світі:

Винищення лісів. За минуле десятиріччя швидко зросли темпи знищення лісів. Три чверті лісів помірних широт й половина тропічних лісів світу вже втрачені.

Токсичні відходи. Половина з 70 000 хімікатів, що на даний час випускає промисловість, класифікуються як токсичні. Окрім того збільшується число радіоактивних відходів, захоронених у тимчасові сховища.

Виснаження землі. Третині поверхні землі загрожує опустелення. У певних частинах Африки Сахара поширилась на 350 кілометрів лише за останні 20 років. Це вже загрожує життю мільйонів людей.

Брак води. Близько двох мільярдів чоловік живуть у районах, де постійно не вистачає води. Висихання тисяч криниць через зменшення рівня водоносного шару, від якого залежні багато людей, лише посилює цю нестачу.

Загроза зникнення видів тварин й рослин. Хоч ці цифри не зовсім точні, таки вчені підраховують, що від 500000 до 1000000 видів тварин, рослин та комах зникнуть у найближчі роки.

Забруднення повітряного басейну. Міське населення щодня вдихає небезпечні для здоров’я частинки кіптяви та отруйні гази. Швидкий зріст міст за минуле десятиріччя, безперечно, лише погіршив цю проблему. Більш того, 24 мільярди тонн вуглекислого газу щорічно викидається в атмосферу й існує небезпека, що цей «парниковий газ» спричинить глобальне потепління на землі.

20 тонн макулатури зберігають від вирубування гектар лісу. 3 1 т макулатури можна виготовити 750 кг паперу або 25 тис. шкільних зошитів.
Сталь виплавлена з металолому у 15-20 разів дешевша за виплавлену з руди.
Кожну четверту тонну кольорових металів виробляють з металолому й відходів.

Для допитливих

♦ На початку XX століття Ф. А. Цандер запропонував використовувати в космічному кораблі крила із таких сплавів як дюраль й електрон. Оскільки за межами атмосфери крила не потрібні, то можна використати їх як пальне, приготувавши попередньо до згоряння. При горінні берилію виділяється велика кількість енергії, тому конструктори космічної техніки вважають за можливе використовувати його як компонент високоенергетичного палива. Запропоновано виготовляти з берилію паливні резервуари ракетних систем: коли пальне витратиться, замість нього можна використовувати й тару.

♦ Згідно легенди, Архімед, перебуваючи на березі знищив римський флот під Сиракузами у 212 році до нашої ери за допомогою сонця й полірованих щитів грецьких воїнів. У середині XVIII століття французький природодослідник Ж. Бюффон за допомогою дзеркала міг в сонячний день запалити дерево на віддалі 68 м. Пізніше у Франції було виготовлено дзеркало у фокусі якого за 16 сек. можна було розплавити чавунний стержень. В Англії виготовили спеціальне скло, за допомогою якого чавун плавився за 3 секунди, а граніт – за хвилину.