Читать книгу Қолданбалы химия - Роза Рыскалиева - Страница 5

Энергия көздерінің бұл тобына қайта орнына келетін энергошикізаттарды (күн радиациясы, жел, су энергиясы) қолдануға негізделген көздер жатады.

КҮН ЭНЕРГЕТИКАСЫ. Күн энергиясы – бұл Күн планетасындағы термоядролық реакциялар нәтижесінде түзілген сәулеленудің кинетикалық энергиясы. Күн энергиясын қайта қалпына келетін энергошикізат түріне жатқызады. Оның толық қуатын астрономиялық санмен – 4∙10¹⁴ млрд кВт сипаттайды. Құрғақ жердің әрбір шаршы метріне шамамен 0,16 кВт энергия жұмсалады. Жер бетінің барлығына түсетін күн энергиясының мөлшері 10⁵ млрд кВт құрайды, бұл барлық белгілі энергия түрлері өндірісінен 20 мың есе артық.

Табиғи экожүйелерде күн энергиясының тек 1 % ғана жапырақтармен сіңіріледі және фотосинтезде пайдаланылады. Ол органикалық заттың потенциалдық энергиясы түрінде жинақталады. Олардың ыдырауы нәтижесінде экожүйенің барлық қалған компоненттерінің энергетикалық қажеттілігі қанағаттандырылады. Күн энергиясының шамамен осындай пайызы біздің тұрмысымыздың және өнеркәсіптік, транспорттық қажеттілігімізді қамтамасыз етуге жеткілікті екені есептелген. Сонымен қатар, біз оны қолдансақ та, қолданбасақ та Жердің энергетикалық балансына және биосфера күйіне бұл әсер етпейді. Қазіргі таңда Күн сәулесінен түсетін энергияны практикалық пайдаланылуы оңай электр энергиясына айналдыру мәселесі туындап отыр. Сонымен қатар түнде және бұлтты күндері энергиямен қамтамасыз ету үшін күн энергиясын үнемдеп жұмсай білу қажет. Қазір күн сәулесінің энергиясы негізінен өнеркәсіпте, ауыл шаруашылығында және коммуналды шаруашылық қажеттіліктері үшін төмен потенциалды жылу энергиясын (100⁰С дейін) алу үшін қолданылады. Бұлар әртүрлі су және ауа жылытқыштары, жылыжайлар, кептіргіштер, су бүріккіштері және т.б. Жарық сәулелерін Жерге жеткен кезде жинақтап, оны тікелей пайдалануға болады. Бұл күн энергиясын тікелей пайдалану деп аталады. Қазіргі уақытта кең тараған бірнеше әдістер бар.

1. Фотогальваникалық элементтер (ФГ) немесе фотоэлектрлік түрлендіргіштер. Күндегі фотондар ағыны қос қабатты жартылай өткізгіштің (мысалы, кремнийдің) жоғарғы бөлігіне түседі. Фотондар электрондарды қоздырады да, олар әртүрлі типтегі кремнийдің арасындағы бөлік беттеріне жылжиды. Бұл кезде бөліктің жоғарғы бетінде электрондардың артық мөлшері орын алады, сондықтан мұнда потенциалдар айырымы түзіледі. Мұндай потенциалдар айырымы шамамен 0,8 В құрайды. Көбірек потенциал алу үшін кремнийлі элементтердің неғұрлым көбірек бөлігін сатылай байланыстыру керек. Кремнийлі элементтердің ауданын арттыру арқылы қалаған көлемді ток алуға болады. Бұл жағдайда кремнийдің Si (немесе германийдің Ge) жартылай өткізгіштік қасиеті пайдаланылады. Жартылай өткізгіш – электрлік кернеулігі кедергі өткізгіштер мен электрлі оқшаулағыштардың (диэлектрликтердің) мәндерінің арасындағы аралық мәнді көрсетеді. n-типіндегі (электронды) жартылай өткізгіштер кристалдық торларында артық электрондары бар, сондықтан оларда тиімді теріс заряды бар. р-типіндегі (тесікті) жартылай өткізгіштердің кристалдық торларында «электронды тесіктері», яғни тиімді оң зарядтары бар. р-типіндегі кремнийлі пластинкалармен өткен электрондар екі пластинканың арасындағы біріккен жерінде тоқтайды. Бұл біріккен жер n-р-ауысуыдеп аталады. Кері бағытта жылжыған электрондар р-типі қабатындағы «тесіктерді» толтыру үшін осы жерден өтеді. Энергияны қайта өңдеудің фотогальваникалық әдісін пайдаланғанда экономикалық жағынан қиыншылықтар туындайды. Мұндай қиыншылықтарға сапасы бізге қажетті кремнийді алу жатады. SiО₂ (кремнезем) Жерде кең тараған заттардың бірі болып табылады. Алайда химиялық таза кремний алу үшін өте көп мөлшердегі кремнийден қажетті материалды бөліп алу үшін қалпына келтіру сатысын жүзеге асыру қажет. Онда туындайтын қиыншылықтар мынадай:

· ФГЭ үшін тазалығы өте жоғары материал алу қажет. Фотондармен қозған электрондар қоспа атомдарымен соқтығысқанда энергиясын жоғалтады: бұл кезде олар өткізгіштік аймағында иеленген жоғары энергиясын жоғалтады да аз энергиямен тағы да заттың валентті аймағына түсіп (егер бұл жартылай өткізгіш болса) ары қарай диффузияға қатыспайды. Нәтижесінде олар кремнийдің екі түрінің арасындағы беттік бөлігіне жетпейді және потенциалдар айырмасын құруға қатыспайды.

· Кремнийді монокристалл түрінде немесе монокристалдығының мәні жоғары материал түрінде алу қажет. Көптеген материалдар поликристалды болғандықтан, яғни жеке кристалдардың көп санынан тұратындықтан, қозған электрондар бір кристалдан екіншісіне жылжып жүреді және кристалдардың қырларына соқтығысқанда қатерсізденеді. Осыған орай электрондардың азырақ бөлігі ғана бөлік бетіне жетеді және потенциалдар айырмасын құруға қатысады. Тек кремнийдің таза монокристалдарының ғана кернеулері жоғары болады. Сондықтан да Күн энергиясын пайдаланудың бұл әдісі экономикалық жағынан тиімсіз деп есептелінеді. Алайда атом энергетикасымен салыстырғанда күн энергиясын қайта өңдеу толығымен «таза» болып табылады.

2. ФГ әдісіне қарағанда айналы гелиоконцентрат әдісі қарапайым. Құрылғы Күннің бұрылысына қарай жылжитын айналар қатарынан тұратын жүйені құрайды. Бұл қозғалыстың мақсаты бір күн аралығында Күнді бақылау болып табылады, бұл кезде белгілі бір қатаң ретпен орнатылған айналар фокусы бар күн энергиясын жинайды. Осы уақытта Күнге бағытталған айналар тұрған алаң айналар қатарынан ондаған метр биіктікте мұнарада орнатылған су қайнатқышының бір бөлігі болып есептеледі. Су қайнатқышы жұмыс сұйықтығымен, мысалы сумен немесе төмен температуралы аммиак тәрізді сұйықтықпен толтырылады. Су қайнатқышы қарапайым жылу машинасына ұқсас жұмыс істейді.

3. Күн коллекторы. Күн энергиясын тікелей пайдалану жылыту үшін, ыстық сумен қамтамасыз ету үшін өте тиімді. Жазық коллектор болса жеткілікті. Коллекторлардың көптеген түрлері бар, алайда олардың барлығының беті қара, ал оның үстінде әйнектен немесе түссіз пластмассадан тұратын «терезе» бар. Бұл беттік қабат жарық энергиясын сіңіреді де, оны жылу энергиясына айналдырады, ал «терезе» жылудың кеңістікке тарауына жол бермейді. Жылыту үшін ауаны терезе мен қара беттің ортасынан жібереді, ал суды – беттік қабаттың арасымен құбырлармен жібереді. Күн энергиясын жинақтау және оны жылу энергиясына айналдыруға жұмсалатын шығын өте аз.

4. Күн бұлақтары. Жасанды су қоймалары тұздықтармен (аса тұздалған су) жартылай толған, ал оның үстінде тұщы су бар. Тұзды судың тығыздығы жоғары келеді, сондықтан ол түбінде қалады және жоғарғы қабатпен тіптен араласпайды. Күн сәулелері тұщы су арқылы өтіп, тұзды сумен жылуға айнала сіңіріледі. Жоғарғы қабат төменгі қабаттың салқындауына мүмкіндік бермей оқшаулағыш қызметін атқарады. Тұздың ыстық қабаты құбырлар арқылы бөлмені жылытады.

Күн энергиясын қайта өңдеудің аталған құрылғыларының барлығының кемшілігі ретінде олардың осындай қуатта жұмыс істейтін ЖЭС салыстырғанда үш есе үлкен аймақты қажет ететіндігін және олардың тұтынушылардан алшақ емес болуын (80 км шамасында) атауға болады.

Күн энергиясы су айналымын, ауа циркуляциясын және биосфераның органикалық затының жинақталуын қамтамасыз етеді. Күн энергиясының қайта өңделген әртүрлі формаларының барлығы Күннің түсетін сәулесімен толығымен байланысты болады. Бұл энергошикізаттарды пайдаланғанда күн энергиясын жанама қолдану болады.

БИОЭНЕРГЕТИКА. Биоэнергетика – биомассаны энергия көзі ретінде қолдану. Биомасса – фотосинтез нәтижесінде түзілген кез келген органика болып табылады. Оның энергетикалық пайдаланылуы – отын түрінде тікелей қолданылуы немесе оның әр түрлеріне қайта өңделуі. Мұнда бірнеше әдістері бар.

1. Тікелей жағу – ағаштарды пеште жағу. Биомассаны пайдаланудың бұл ең қарапайым, алайда экологиялық жағынан ең лас түрі, себебі бұл жағдайда атмосфера ластанады және орман экожүйесі жойылады.

2. Бензоспиртті алу. Қант қызылшасынан көлік жанармайын алудың кең ауқымды өндірісін бастаған бірінші мемлекет Бразилия болды:

С₆Н₁₂О₆ (глюкоза) → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂

Алайда бұл отын түрінің де кемшіліктері бар. Біріншіден, алғашқы өнім ретінде тағамдық өнімдер (қант қызылшасы, дәндік дақылдар) қолданылады. Екіншіден, қоршаған ортаның ластануы жүреді. Спирттің жануы – экологиялық тұрғыдан таза үдеріс, алайда оның өндірісі қайта айдауда басқа отындарды (мысалы көмір) көп мөлшерде қолдануы салдарынан «лас» деп есептеледі. Сондықтан спирт өте қымбат өнім болып табылады.

3. Биогаз алу (биометаногенез). Анаэробты жағдайларда бактериялардың органикалық заттармен қоректенуі биогаздың бөлінуі арқылы жүреді, оның 2/3 бөлігі метаннан СН₄ тұрады. Бактериялар биометаногенез үдерісін үш сатыда жүзеге асырады.

Бірінші сатыда күрделі органикалық қосылыстардың пропион, май және сүт қышқылдарына дейін еруі және гидролизі жүреді:

Н₃С – СН₂ – СООН – пропион қышқылы

С_хН_уОz → Н₃С – СН₂ – СН₂ – СООН – май қышқылы (R – COOH)

Н₃С – СН(ОН) – СООН – сүт қышқылы

Екінші сатыда – ацидогенез – сіркеқышқылды бактериялар әсерінен жүреді:

R – COOH → H₃C – COOH + CO₂ + H₂

Үшінші сатыда – метаногенез – метанобактериялар әсерінен жүреді:

СО₂ + Н₂ → СН₄ + Н₂О

Биогаз негізінен метаннан СН₄ (65 %) және көмірқышқыл газынан СО₂ (30 %) тұрады. Оның жылу сыйымдылығы 23000 кДж/м³ құрайды.

Қатаң анаэробты жағдайда метанды ароматты қосылыстардан алуға болады. Бұл үдеріс сонымен қатар ағынды суларды детоксикациялауда және қалдықтарды кәдеге жаратуда пайдаланылады. Табиғатта осы жолмен кейбір биоцидтердің биотрансформациясы жүруі мүмкін:

4С₆Н₅СООН + 24Н₂О → 12СН₃СООН + 4НСООН + 8Н₂

12СН₃СООН → 12СН₄ + 12СО₂

4НСООН → 4СО₂ + 4Н₄

2СО₂ + 12Н₂ → 3СН₄ + 6Н₂О

Жалпы теңдеуі: 4С₆Н₅СООН + 12Н₂О → 15СН₄ + 13СО₂.

Ауылшаруашылығы қалдықтарын және жануарлардың қаңқаларын, сонымен қатар экологиялық жағынан өте маңызды канализациялық және өнеркәсіптік ағындарды пайдалана отырып, арнайы реакторларда– дайджестерлерде метан түрінде СН₄ отынның біраз мөлшерін алуға болады. Кейбір елдерде (Үндістан, Қытай, Филиппин) биогаз өндірісіне бағытталған ұлттық энергетикалық бағдарламалар жасалған. Ал Қытайда көптеген фермерлер қиды арнайы ашытады, одан алынған биогаз шаруашылықтың энергетикалық қажеттілігін толығымен қанағаттандыруға жеткілікті болады. Қорыта келе, энергия көзі ретінде биогазды қолданудың мүмкіншілігі орасан зор екені байқалады.

ГИДРОЭНЕРГЕТИКА. Гидроэнергетикалық құрылғыларда электр энергиясын өндіру қоршаған ортаны ластамайды. Планетамыздың толық есептелген гидроресурстары 1000 трлн кВт/сағат деп бағаланады. Гидроэлектрстанциялардың (ГЭС) көмегімен алынатын гидроресурстар шамамен 30 есе аз. Мамандардың бағалауы бойынша планетаның барлық өзендерінің потенциалын толық пайдаланғанның өзінде гидроэнергетика адамзат қауымын электр энергиясымен тек 25 % ғана қамтамасыз ете алады. Бұрынғы ССРО территориясында әлемдік гидроресурстарының 12 % бар, оларды пайдалану тиімділігі 20 % құрайды. Дамыған елдерде гидроресурстарды пайдалану тиімділігі жоғары: Канадада – 50 %, Жапонияда 62, Швецияда және Италияда – 74, Францияда және Швейцарияда – 90, АҚШ-та – 44 % құрайды.

Гидроэнергетикалық құрылғылардың (ГЭҚ) 3 түрі бар:

1. Гидроэлектр станциялары (ГЭС) өзен энергиясын қолданады. ГЭС электр энергиясын алу үшін пайдаланылатын ең қарапайым құрылғыны сипаттайды. ГЭС пайдалы әсер коэффициентінің (ПӘК) өте жоғары мәні тән (93 %), ал ЖЭС-ының ПӘК – 40 % құрайды. ГЭС өзінің қуатын оңай өзгертетін және жан жақты құрылғы болып табылады. АЭС немесе ЖЭС-мен салыстырғанда оларда агрегаттарды тоқтату немесе жүргізу оңай, әрі олардың қуаттылығын өзгерту жылдамдығы үшін шектеулер жоқ. Сондықтан ГЭС-ның арзан энергия көзі ретінде маңызы зор.

ГЭС-ның қоршаған ортаға кері әсері төмендегідей:

· ауылшаруашылығы және орман шаруашылығын жүргізуге ыңғайлы әрі құнарлылығы жоғары жер бөліктерін су басады. Су басқан құнарлы топырақ суды биогенді элементтермен байытады, ал ол эвтрофикация үдерісінің дамуының және су сапасының бірден төмендеуіне әкеледі;

· бөгеттің болуы балықтардың уылдырық шашуына кедергі тудырады, бұл жағдай балық қорына кері әсерін тигізеді;

· сонымен қатар кері әсерге жер асты сулары режимінің бұзылуы, климаттың локалді өзгерісі, булану нәтижесінде су азаюының артуын жатқызуға болады;

· ірі су қоймаларын құру оған жақын орналасқан аудандарда сейсмикалық белсенділіктің пайда болуы мен артуына әсер етуі мүмкін.

2. Гидроаккумуляциялау станциялары (ГАЭС) жасанды су қоймалары мен көл энергиясын жинау мен пайдалану мүмкіндігі бар. Мұндай станцияларда олардың өздерінде арнайы жинақталған гидравликалық энергияны пайдаланады. Олар екі құрылғыны: құбырлы және сорғымен құрылғыны біріктіреді. Сорғы құрылғысы арнайы бассейнге өзеннен су жинауға мүмкіндік береді. Ол үшін энергия жұмсалады. Белгіленген уақытта су бассейннен станцияда тұрған құбырлар арқылы үлкен қысыммен жіберіледі, яғни белгілі бір энергетикалық қуаттылық алынады. ГАЭС пайдалы әсер коэффициенті – 70-80 % құрайды. ГАЭС құру энергия пайдаланудың жоғарылығымен байланысты. Электр энергиясы әсіресе таңертеңгі және кешкі уақыттарда шексіз жұмсалуда. Осындай уақыттарда ГАЭС қолданылады. Түнгі уақытта олар АЭС мен ЖЭС-ларының энергиясын пайдаланып, бассейнге су жинайды және энергия өорын жасақтайды. ГАЭС кемшіліктері ГЭС кемшіліктерімен бірдей.

3. Тасыма су электростанциялары (ТСЭС) теңіздер мен мұхиттар суының көтерілуі мен қайту энергиясын пайдаланады. Теңіздер мен мұхиттардың энергиясын пайдаланады. Теңіз суының көтерілуі мен қайтуы – Жерге (оның сулы бетіне) айдың (ең бастысы) және күннің тартылысы, сонымен қатар Жер-Ай және Жер-Күн жүйесінің айналуы нәтижесінде түзілген ортадан тепкіш күш әсерінің салдары. Судың көтерілуі мен қайтуы тәулігіне екі рет жүзеге асады. Су деңгейінің минимальды төмендеуінің (аз су) үстінде судың максимальды көтерілуі (толық су) ашық мұхитта 1 м құрайды. Дегенмен жағалау көрінісі сызығына, сонымен қатар географиялық енділігіне, құрлыққа жақын теңіз тереңдігіне және басқа факторларға байланысты судың көтерілу шамасы біршама үлкен болуы мүмкін. Кейбір жерлерде судың көтерілу және қайтуы кезінде теңіз деңгейінің айырмашылығы 18 м-ге дейін (мысалы, Атлант мұхитының жағасы) жетеді. Бірақ мұндай жерлер Жер бетінде аз. Көтерілу толқыны үздіксіз өзгеріп тұратындықтан, (толқын бірде жағалауға шығады, бірде кері кетеді), соған байланысты станцияның күші және қуаты да өзгереді. Қуаты 240 мың кВт алғашқы ТСЭС 1967 жылы Францияда Рона өзенінің Ла-Манш өзеніне құйылатын жерінде салынды. Өзеннің сағасы ұзындығы 700 м бөгетпен қоршалды. Бөгет үстінде су көтерілгенде бір жағына қарай және су қайтқанда кері қарай айналатын «қайтымды» гидроагрегаттар орнатылған. Ронадағы ТСЭС салудың бағасы қуаты сондай кәдімгі өзен ГЭС құнынан 2,5 есе асып кетті.

ТСЭС негізгі кемшілігі – олардың күні түні жұмыс істейтіндігі, оның қуаты судың толқынына байланысты.

ЖЕЛ ЭНЕРГЕТИКАСЫ. Жел – Жер бетіне қарағанда ауа қозғалысы. Жердің беткі қабатының әр жерлерінің қаралығы әр түрлі. Сондықтан Жердің әртүрлі бөліктері күн радиациясы әсерінен әртүрлі температураға дейін жылынады. Яғни, атмосфераның төменгі қататтары да біркелкі қызбайды. Осыған байланысты бірдей биіктікте ауаның қысымы бірдей болмайды. Атмосферада қысым горизонтальді таралады. Бұл ауаның көп мөлшерінің жылжуына әкеледі де, жел пайда болады. Ерте заманнан бері үй жануарлары мен су энергиясымен қатар, жел де (жел диірмендері) қолданылып келеді. Қазіргі уақытта жел турбиналары қолданылады. Жел турбиналарының қалағының ауданы неғұрлым үлкен болса, соғұрлым ол энергия алуға мүмкіндік береді. Қалағының өрісі шамамен 17 м және қуаты 100кВт өлшемі бойынша үлкен емес жел турбиналары кешенін пайдалану өте тиімді. 50-ден бірнеше мыңға дейінгі осындай қондырғыларды жел электростанцияларына (ЖЭС) біріктіреді. Мысалы, Калифорнияда жалпы қуаты 1500 МВт болатын 17 мың жел турбинасы бар ЖЭС жарты АЭС ауыстырады. Мұндай құрылғының бағасы ватт қа есептегенде 1,25$ құраса, ал ЖЭС және АЭС үшін шығындар 3 және 5$ құрайды.

Қоршаған ортаға ЖЭС кері әсері төмендегідей:

1. Ондаған мың жел дөңгелектері мен мұнараларын дайындау үшін алюминий немесе әйнек пластиктері өндірісін арттыру қажет, ал бұл өте лас өндіріске жатады;

2. Қуаттылығы 250 кВт болатын бір құрылғының жұмысынан күші 50-80дБ болатын шу шығады;

3. Жел дөңгелектерінен қауіпті инфрадыбысты толқындар шығады, ол ағзаға кері әсер тигізеді, ЖЭС орналасқан және оған жақын аймақтарда адамдар мен жануарлардың өміріне қауіп төнеді;

4. Күшті радиокедергілер туындайды;

5. Ұшып келетін құстардың қозғалыс траекториясы бұзылады, құстардың дәстүрлі мекені жойылады;

6. Жел энергиясын кең көлемде пайдалануға байланысты оның жайылуы мүмкін; «жел тармақтары» өзгереді, яғни ЖЭС салынған жерде ғана емес, сонымен қатар одан алыс жатқан жақтарда да климаттық тепе-теңдіктің, ылғал мен жылудың тасымалдануының бұзылуы мүмкін;

7. Желдік құрылғыларды орналастыруға үлкен аймақ қажет болады.

Жел энергиясын пайдаланудың қиыншылығы оның күші жағынан да, бағыты жағынан да тұрақсыздығында болып табылады.

ГЕОТЕРМАЛДІ ЭНЕРГЕТИКА. Жер қыртысында табиғи радиоактивті заттардың ыдырауы нәтижесінде тұрақты түрде энергияның босауы жүреді. Сондықтан біздің планетамыздың ішкі бөлігі балқыған таулы жыныс болып табылады, ол уақыт өте келе сыртқа қарай вулкан атқылауы түрінде шығады. Жер қыртысының жылуы сондықтан да геотермалді энергия деп аталады. Ол мәңгілік, әрі таусылмайды. Геотермалді энергияны ыстық таулы жыныстар жер асты суларымен жанасқан жерлерде де пайдаланылуы мүмкін. Буды өте қызған сулы деңгейжиектен ұңғыма бұрғылау арқылы өндіруге болады және оның көмегімен турбогенераторларды қозғалысқа келтіруге болады. 90 жылдардың аяғына таман геотермалді энергиямен жұмыс істейтін құрылғылардың жалпы қуаты шамамен 5000 МВт құрады. Жалпы алғанда, геожылуэлектр станциялары (ГЕОЖЭС) әлемнің электр станцияларының жалпы қуатының шамамен 0,1 % өндіреді.

Геотермалді энергияны кең көлемде қолдану барысында біршама қиындықтар туындайды. Жер бетіне шығарылатын ыстық бу мен судың құрамында көптеген тұздар мен ластаушы заттар, оның ішінде күкірт қосылыстарының жоғары концентрациясы болады. Бұл қоспалар құбырлар мен басқа да құрал-жабдықтардың тез жемірілуіне әкеледі, ал соңында қоршаған ортаға түскенде ауа мен суды ластайды. Суды айдағанда микро жер сілкіністері орын алады. Жуырда ғана геожылуэлектр станцияларының жылу станцияларына қарағанда радиоактивті радон мен оның ыдырау өнімдеріне байланысты неғұрлым радиоактивті екені анықталды.

Барлық белгілі радиация көздерінің ішінен радон ең қауіпті болып есептелінеді. Тұрғындардың жердегі радиация көздерінен алатын жылдық сәулелену дозасымен салыстырғанда 3/4 бөлігін радон құрайды. Одан басқа, геотермалді сулары бар жерлер өте аз және олардың көпшілігі тұтынушылардан алшақ орналасқан.

СУТЕКТІ ЭНЕРГЕТИКА. Қазбалық отындарды жағу нәтижесінде қоршаған ортаның ластануын төмендету мақсатында 70-ші жылдары алғаш рет оларды сутекпен ауыстыру тиімді екені туралы ой туындады. Сутекті «болашақтың отыны» деп жиі айта бастады. Бұл жеңіл тұтанатын газ, оны тұрмыста табиғи газдың орнына қолдануға болады. Ол автокөлік жанармайы ретінде қызмет атқарады. Сутектің жылу сыйымдылығы – 120000 кДж/кг болады. Экологиялық көзқарас бойынша сутекті қолдану таза деп есептелінеді, себебі оның жануының жалғыз өнімі су Н₂О болып табылады. Осылайша атмосфераның ластануына жол берілмейді. Сутек Жерде ең көп тараған элемент, алайда ол бос күйінде кездеспейді, себебі суға дейін тотығып кетеді. Бұл оны жанармай отыны ретінде қолданудағы жалғыз кедергі болып табылады. Яғни Н₂ синтездеудің жолдары көп болса да, оны алудың тиімді әдістері қажет болып табылады. Олардың ішіндегі ең қарапайымы – қышқылдар мен негіздердің сулы ерітінділерінің металдармен әрекеттесуі:

Zn + 2HCl → ZnCL2 + H2;

Zn + 2NaOH → Na2ZnO2 + H2

Органикалық шикізаттан Н₂ алудың үш әдісіне назар аударуға болады:

1. Табиғи газдың негізгі компоненті болып табылатын метанның СН₄ булы конверсиясы:

СН₄ + Н₂О → СО + 3Н₂ – 50 ккал

СО + Н₂О → СО₂ + Н₂ + 10 ккал

Жалпы теңдеуі: СН₄ + 2Н₂О → СО₂ + 4Н₂ – 40 ккал

2. Неғұрлым жетілдірілген варианты – метанның СН₄ параоттекті конверсиясы:

2СН₄ + О₂ → 2СО + 4Н₂ + 16 ккал

СН₄ + Н₂О → СО + 3Н₂ – 50 ккал

Жалпы теңдеуі: 7СН₄ + 3О₂ + Н₂О → 7СО + 15Н₂ – 34 ккал

Теңдеулердің екі вариантынан да алғашқы шикізат ретінде бағалы табиғи газдың көп мөлшерін жұмсау керек екені көрініп тұр.

3. Көмірді газға айналдыру:

2С + О₂ → 2СО + 55 ккал;

С + Н₂О → СО + Н₂ – 30 ккал

Көрсетілген екі реакцияны комбинациялау арқылы «сулы газ» деп аталатын сутек пен улы газдың қоспасын алуға болады. Соңғы жылдары көмір мен судан сутек алу жолы неғұрлым тиімді әдістердің бірі деп есептелінеді. Алайда көмір – шектеулі шикізат.

Мамандардың айтуынша, 800-900⁰С-де темір оксидтерін тотықсыздандыру үшін сулы газды қолдану тиімді болып табылады:

2Fe₃O₄ + CO + H₂ → 6FeO + H₂O + CO₂ – 22 ккал

FeO-ны ары қарай су буымен 600-700 ⁰С-де қайта өңдейді. Су буының конденсациясынан кейін таза Н₂ алуға болады:

3FeO + Н₂О → Fe3O4 + Н₂ + 16 ккал

Мұнда үдерістің үнемділігінің артуы соңғы реакцияның экзотермиялық болуына байланысты бөлінген жылудың белгілі бір мөлшерін төменгі реакцияға сай темір оксидінің тотықсыздануы орын алатын су газын қыздыруға қажет температураға жеткізуге пайдалануға мүмкіндік береді.

Сутек алудың ең қарапайым, әрі таза әдісі су молекуласын тікелей сутек пен оттекке ыдырататын электролиз әдісі болуы керек еді. Алайда бұл үдерістің өзіне көп электр энергиясы жұмсалады және экономикалық жағынан тиімсіз болып отыр.

Судың термолизі (термоыдырау) де рентабелділігі төмен үдеріс болып табылады, себебі 2000⁰С температурада сутектің шығымы 1 % ғана құрайды. Алайда термолиздің орнына сутекті бірнеше сатыда алатын тікелей термохимиялық цикл ұсынылды.

Циклдің бірі Mark – 1: 2CuBr₂ + 4H₂O → 2Cu(OH)₂ + 4HBr (730⁰C);

4HBr + Cu₂O → 2CuBr₂ + H₂O + H₂ (100⁰C);

2CuBr₂ + 2Cu(OH)₂ → 2CuO + 2CuBr₂ + 2H₂O (100⁰C);

2CuO → Cu2O + 1/2O2 (100⁰C).

Сутек энергетикасының қоршаған ортаға кері әсері төмендегідей:

· сутек ауада жанғанда, азоттың тотығуына жеткілікті температура туындайды. Сондықтан да жану өнімдерінің арасында судан басқа азот оксидтерінің NхО_у шамалы мөлшерлері болады;

· сутектің табиғи қосылыстарынан оны өндіру энергия сақталу заңына сәйкес сутекті тотықтыруда алынатын сондай энергияны қажет етеді (нақты жағдайда артығырақ). Яғни, экологиялық таза емес бастапқы энергияның эквивалентті мөлшерін жұмсау қажет. Осыған сай ластану бір аймақтан (сутекті тұтынады) келесі аймаққа (сутекті алады) тасымалданады;

· тығыздықтың төмендігі, жарылыс қауіптілігі, диффузиялық қозғалысының жоғарылығы сутекпен жұмыс жасауда жаңа материалдар мен технологияларды талап етеді, ал олардың экологиялық жағынан таза болуына күмән бар;

· тағы бір мәселе – бұл сутекті бір шерге шоғырлау. Кез келген басқа энергия тасымалдағыш сияқты, сутектің шығыны да бірқалыпты болмайды. Осыған орай оны бір жерге шрғырлау үшін алдын ала құрылғы жасау қажет. Бүгінгі күнде интерметалдық аккумуляторлар (сирек элементтер негізіндегі үшкомпонентті құймалар) ең озығы болып табылады. Сондықтан сирек элементтер өндірісін дамыту қажет, алайда бұл қоршаған ортаны қорғау тұрғысынан қауіп тудыруы мүмкін.

Қорыта келе, дәстүрлі емес қайта қалпына келетін энергия көздерін пайдалану энергетикалық мәселені шешуге септігін тигізуі мүмкін..

Неміс ғалымдары энергияның балама көздерінің дүниежүзілік техникалық потенциалы жылына қанша болатынын есептеген (шартты отынның млрд. тоннасы):

биомасса – 5,6;

су энергиясы – 2,8;

жел энергиясы – 2,8;

геотермальды энергия – 1,9;

құйылу энергиясы – 0,9;

Күн энергиясы – 6,3;

барлығы – шартты отын 20,3 млрд. тонна.

Бәрәншілік энергияны салыстыру үшін 9 млрд. тонна шартты отын пайдаланылады.

Бақылау сұрақтары

1. Энергетика мәселелері және олардың туындау себептері?

2. Энергетикалық мәселелерді шешуде химияның алатын ролі қандай?

3. Энергия шикізаттарының жіктелуі.

4. Дәстүрлі отын түрлері, олардың сипаттамалары.

5. Мұнайды қайта өңдеудің негізгі өнімдері.

6. Синтетикалық отын дамуының перспективалары.

7. Энергетиканың қоршаған ортаға әсері.

8. Жылу бөлетін элементтер дегеніміз не, олар қайда қолданылады?

9. Ядролық энергетика мәселелері.

10. Балама энергия көздері және олардың сипаттамалары.

11. Пайдаланылуында химиялық үрдістері басым баламалы энергия көздері қандай?

12. Сутек алудың қандай әдістерін білесіздер?

13. Биогаз дегеніміз не? Оны алу жолдары қандай?