Тема: Рольхимии в решении сырьевой, продовольственной, энергетической и экологическойпроблем
1. Введение.
В наши дни,когда человеческое развитие достигло высот, такие проблемы, как экология,продовольствие, энергия заставляют задуматься о будующем.
Как мнекажется, эта тема наиболее актуальна сейчас и поэтому я выбрал её.
Энергия — «двигатель» развития человечества. Поэтому проблема сырья, какосновного источника энергии должна решаться в первую очередь. В основе еёрешения лежит рациональное использование природных ископаемых, вторичнаяпереработка, использование побочных продуктов производства, таких какуглеводороды, CO, SO2,NOx,… Эти жемероприятия, на мой взгляд, будут способствовать улучшениюэкологическойобстановки на нашей планете.
Для решенияэтих проблем химия объединяется с биологией, геологией, физикой, кибернетикой,и другими науками.С помощью этого объединения, во главе с химией, можно решить,на мой взгляд, практически все эти проблемы. Начну, как я уже говорил, с самойважной проблемы — проблемы сырья.
2.Химия в решении сырьевой проблемы.
С начала XVIв. из недр Земли было извлечено 50 млрд.т углерода, 2 млрд.т железа, 20 млн тмеди, 20 тыс. т золота.За последние 30 лет цветных и редких металлов добытобольше, чем за всю предыдущую историю.
Превращениесырья в более ценные химические вещества, создание из них материалов, нужныхчеловеку, является главной целью любого химического производства. Потребность вних удваивается каждые 11 лет.Переработка сырья химическими способами требуетот 10 до 20 млрд. т в год основного окислителя — кислорода, кроме того, 2.5млрд. т угля как топлива и столько же нефти. Из этих примеров видно, какихмасштабов достигло потребление сырья промышленными предприятиями.
Сегодняпонятно всем, что кладовая Земли не бездонна.И если необходимые (необходимоеиспользуется, а остальное идёт в отходы !) и легко доступные (доступное сегодня!) полезные ископаемые извлекать так же, как и это делалось и в начале века,то они быстро иссякнут. Конечно, мы знаем, что ничто из ничего не возникает ине исчезает бесследно, т. е. использованные вещества, материалы, отслужив свойвек, разлагаются, распадаются, но ведь химические элементы, из которых онисостоят, рассеиваются в биосфере. Задача состоят в том, чтобы устранить этипотери.
Какие же путирешения сырьевой проблемы намечены на данном этапе научно-техническогопрогресса и в перспективе?
Длясохранения природных ресурсов у человечества в будущем есть только один выход:замкнуть цикл обмена веществ, перейдя от технологии геохимически открытойсистемы к технологии геохимически замкнутого цикла. Живая природа — это«безотходное производство». Отходы какого-то вида жизнедеятельности вприроде экосистеме утилизируется либо в ней самой, либо в связанных с нейсистемах. Лишь какое-то количество веществ (главным образом,минерализированных), для которых в данный момент нет потребления,«складируются» в виде известняка, торфа, угля, растворённых вприродных водах солей и т. д.,
участвуя лишь вгеологическом круговороте веществ.
Химизацияпроизводства по технологии замкнутого цикла позволяет использовать всевещества, изымаемые из природы, по различным направлениям.Иллюстрацией можетслужить один из самых старых примеров — коксохимическое производство, прикотором из каменного угля получают кокс, горючий газ и другие продукты сухойперегонки. В настоящие время такая же задача ставится в отношении переработкидругих видов сырья, например леса.
Нефть изСеверного моря давно является сырьём для промышленности европейских стран.Ведутсяразработки шельфов Северной Америки. Сейчас начата добыча серы со днаМексиканского залива.В России работают старейшие шельфовые месторождения нефтии газа на Каспии.
В рамках общей задачи освоения и рационального использования Мирового океана химикиведут поиски путей извлечения из морской воды ценных элементов.Общие запасынекоторых из них в океане оцениваются следующими значениями (в т): фтора — 2*1012, иода -93*109,
цинка — 16*109, олова, свинца, ртути — 50*106, золота — 6*106.
Поверхностныезалежи полезных ископаемых стремительно вырабатываются, угольные комбайны всёглубже и глубже вгрызаются в пласты, бурение в поисках нефти и газа ведётсяуже на отметке 15 км. Современные шахты Донбасса имеют глубину 800 — 1500 м.
В содружествес химией и другими науками развивается новая отрасль знаний о методах исредствах бесшахтной добычи сырья и о создании искусственных месторождений — геотехнология.В чём же её новизна? К подземному пласту, содержащему, например,уран, цинк, или другие металлы, через пробуренную скважину подводитсяхимический растворитель или окислитель. Под землёй происходит химико-физическийпроцесс растворения, и насыщенная ценными компонентами жидкость выкачиваетсяна поверхность, где и перерабатывается химическими методами.Такой способподземного выщелачивания позволяет резко увеличить эффективность эксплуатацииминеральных ресурсов.
Современнаянаука считает весьма перспективным применение микроорганизмов.Новая отрасль — биометаллургия — базируется на закономерностях биохимических процессов. Приэтом не требуется сложное оборудование, столь необходимое для пирометаллургии,расходуется меньше энергии. Метод использования микроорганизмов давно ужеприменяется в России, США, Канаде, Австралии для восстановления серебра, меди,никеля, свинца, урана и цинка.
Микроорганизмы с немалым успехом трудятся и в горнодобывающей промышленности,косвенно помогая ускорить и обезопасить подземные выработки угля.Накапливающийся газ метан в угольных шахтах, смешиваясь с воздухом, образует взрывоопаснуюсмесь. На вентиляцию забоев расходуется огромное количество электроэнергии. Ноне всегда даже мощные установки успевают удалить опасные скопления метана.Теперь на некоторых шахтах через пробуренные скважины в забои к пластам угляподводят метаноокисляющие бактерии в виде заранее приготовленной суспензии.Бактерии поглощают до 60% метана, освобождают от него пласт ещё до начала егоразработки.
Химикисоздают новые материал, основываясь на знаниях физико-химических свойствприродных вещесттв и геохимических закономерностей их образования и строения.
Нарастаетдефицит углеводородного сырья, а поэтому проблема использования нефти, угля игазаа в качестве сырья, а не топлива имеет сегодня первостепенную задачу.Современному человеку трудно представить, что почти 200 лет тому назад нефтьиспользовали лишь как смазку для колёс повозок, как лекарство и горючие длясветильников. Потребление нефти сегодня составляет более 4 млрд.т, а в 2000г.будет потреблятся 6-7 млрд. т. Нефтеперерабатывающие предприятия производятнепредельные и ароматические углеводороды (этилен, толуол, ксилол) и газовыесмеси оксида углерода (II) с водородом. Из них синтезируют десятки тысяч другихполезных материалов. Из природного газа получают ацетилен, муравьиный альдегид,метанол, сажу, сероуглерод, водород, синильную кислоту и др. Уголь служитисточником органических веществ. Возможно, что в дальнейшем все углеводородноесырьё пойдёт на синтез разнообразных материалов. Топливом же будет служитьядерное горючее или какой-либо другой вид топлива.Это одно из решений сырьевойи энергетической проблем.
3.Продовольственная проблема и химия.
Населениенашей планеты растёт. По прогнозам ООН к 2000г. оно составит около 6,5 млрд.человек и будет, естественно, увеличиваться в последующие десятилетия. Этозначит, что уже сейчас необходимо задуматься над тем, как обеспечить населениеЗемли питанием в предвидимом будущем.Расчёты учёных приводят к выводу, чтопроблема будет решена, если за ближайшие 40 — 50 лет мировое производствопродуктов питания возрастёт в 3 — 4 раза.Подобный прирост может бытьосуществлён только в том случае, если произойдёт «зелёная революция»- резкий подъём сельского хозяйства, прежде всего в развивающихся странах, на базевнедрения всех достижений современной науки, в том числе химии.
Есть лиоснования верить в возможность такой «зелёной революции»? Учёныеотвечают на этот вопрос определённо: да, можно. Модернизированное сельскоехозяйство с помощью своих могучих союзниц — химии и биологии — без труда можетпрокормить более 6,5 млрд. человек.
В решениипродовольственной проблемы в глобальном масштабе основной акцент делается наувеличение производства растительной и животной пищи естественногопроисхождения. Увеличение же объёма производства пищи естественногопроизводства, по мнению специалистов, будет в ближайшем будующем достигаться засчёт создания благоприятных условий для размножения и роста растений иживотных. Сюда относится в первую очередь применение удобрений, а затем стимуляторовроста, искусственных кормов для сельскохозяйственных животных, средств защитырастений и животных, введение в практику питания новых продуктов, добытых вокеане, и т. д.
Начнём судобрений.Без них немыслимо современное сельское хозяйство. Один из главныхэлементов вводимых в почву в составе минеральных удобрений, — азот. Есливодород, кислород, углерод доставляются растениям с водой и углекислым газам,то азот, без которого невозможен синтез аминокислот и, следовательно, белка,поступает в растения через корневую сиёстему в виде нитратов и иона аммония,которых обычно в почве не хватает. Поэтому производство азотных удобрений — этоодна из мощнейших отраслей химической промышленности сегодняшнего дня.Бо'льшуюих часть получают из аммиака, который в свою очередь синтезируют из водорода иазота в присутствии катализаторов при температуре от 400 до 500оС и высоком давлении — от 20до 30 МПа: 3Н2+N2 ó2NH3 -112кДж.
Пока,однако, сельскому хозяйству требуются огромные количества азотных удобрений:аммиака и производимых из него сульфата, карбоната и нитрата аммония, а такжемочевины.Аммиак - это самое концентрированное азотное удобрение (содержитболее 80% азота). В настоящие время он является одним из главных продуктовбольшой химии. В 1980 г.во всём мире было полученно 100 млн. т азота в видеаммиака.
По содержанию азота следующим за аммиаком удобрением является мочевина (NH2)2CO.Исходными веществами для её синтезаявляются аммиак и углекислый газ.Последний представляет собой побочный продуктпри конверсии метана из водяного газа.Поэтому современное производство аммиакаи мочевины комплексное, на «входе» которого — метан, азот и кослородатмосферы, а так же вода, а на «выходе» — аммиак и мочевина.Внастоящие время 85 — 90% всей получаемой в мире мочевины идёт на производствоудобрений.
В ближайшиедесятилетия должен произойти не только резкий количественный рост, но икачественные изменения в характере производимых удобрений.
Большиепотери урожая связанны с вредителями и болезнями сельскохозяйственных растений.Гибнет примерно одна треть урожая. Если отказаться от применения химическихсредств защиты растений, то эта доля удвоится.Для 3 тыс. видов культурныхрастений известно около 30 тыс. возбудителей болезней! Из них более 25 тыс. — грибы, около 600 — нематоды (черви), более 200 — бактерии, около 300 — вирусы.
В результатезаболеваний растений люди теряют 10 — 15% урожая ещё до того, как он собран.Совместное же воздействие болезней, вредителей и сорняков отнимают от урожая от 25 до 40%. Цифра не малая, но и это ещё не всё. От 5 до 25% продукциисельского хозяйства теряется пр перевозке и хранении. В результате суммарныепотери урожая, до того как он попадёт к потребителю, составляют в разныхстранах около 40 до 50%.Есть над чем призадуматься специалистам по борьбе свредителями и болезнями сельскохозяйственных культур.
С 1947 по1980 г. потребление пестицидов1 вразных странах возросло в 10 — 20 раз.
Отказаться отпестицидов сейчас невозможно. Более того их применение постоянно растёт. Ноиспользовать пестициды, как и другие токсичные вещества, да ещё стольраспространённые, следует очень осторожно: с водой и пищей они могут попасть ворганизм человека и о том, что некоторые из них накапливаются в организме, аэто увеличивает их токсическое действие. Их рассеивание в природе можетоказывать отрицательное действие на природные экосистемы. И это ставит передхимиками сложные задачи. Первая из них — разработка методов контроля содержанияпестицидов в пище. Вторая задача — усовершенствование пестицидов. Практикатребует от химиков создания таких пестицидов, которые не вымывались бы с полейв реки и другие природные экосистемы, вообще не оказывали бы вредноговоздействия на окружающую среду. Кроме насекомых, значительную часть урожаяуничтожают или портят бактерии, вирусы, грибы. Работа по созданию современныххимических средств защиты от них ещё только развёртывается, это делобудущего.Здесь предоставляют прекрасные возможности для творческой деятельности химиков. Так, сейчас во многих лабораториях мира получаютсистемные фунгициды, т.е. средства борьбы с грибковыми заболеваниями растений.
1 пестициды (отлат.«пестис» — зараза, чума и «цидос» — убивать) — средстваборьбы с вредными организмами, насекомыми (инсектициды),
грибами (фунгициды),растениями (гербициды) и др.
Одной изглавных составных частей общей проблемы обеспечения пищей растущего населенияземного шара является проблема полноценного белка в пище.Растительный белок,как правило, содержит лишь очень небольшое количество аминокислот, в том чмслетак называемых незаменимых (аргинин, валин, лизин и др.), т.е. таких, которыене синтезируюся в организме человека или синтезируются со скоростью,недостаточной для потребностей жизнидеятельности организма. Значит, они должныпоступать в достаточном количестве с пищей, содержащей все нужные аминокислоты.Такой пищей может быть животный белок.
Вживотноводстве приобретают всё большее значение искусственные, производимые наспециальных заводах корма. Для увеличения массы домашний скот должен вдостаточном количестве снабжаться сырьём. Это может быть растительныйбелок, рыбная мука и т. д. Однако при расширении масштабов животноводства иувеличении спроса на его продукцию этих источников белка может не хватать,поэтому химики совместно с биологами давно уже начали искать пути замены такихкормов. Одним из хороших заменителей оказалась мочевина (NH2)2CO.
Другой путьобеспечения сельскохозяйственных животных полноценными белками основан на егомокробиологическом синтезе с использованием дрожжей и бактерий.
Получениебиомассы путём миккробиологического синтеза — это основа индустриальногопроизводства пищи в будущем. Сырьём могут служить самые разнообразные вещества, в том числе растительные отходы. Так как микробиологический синтез осуществляется на заводах, производство белка таким способом не требует нибольших пахотных площадей замли, ни благоприятных погодных условий. Оно идётравномерно и непрерывно, поддаётся механизации и автоматизации.
Покаполучаемая биомасса применяется лишь как корм для животных. Чтобы использоватьеё в качестве пищи для людей, необходимо решить ряд проблем. Главная из них — тщательная проверка такого продукта на безвредность, отсутствие побочныхпоследствий длительного употребления. Необходимо исследовать усвояемость разныхвидов «одноклеточных» белков, так как содержание в них аминокислотещё не говорит о свойстве хорошо перевариваться в пищеварительном трактечеловека. Известно, например, что белок высших грибов (а дрожжи — их родственники)плохо усваивается человеком, а свободные аминокислоты в значительной мере«перехватываютя» в пищеварительном тракте живущими там бактериями.
Кромемикробиологического синтеза белков, методами биотехнологии в настоящее времяполучают витамины, антибиотики, гормональные препараты, энзимы, некоторыебиополимеры, инсектициды, красители для пищевых продуктов и т.д.
4.Химия в решении проблемы обеспечения энергией.
Вся историяразвития цивилизации — поиск источников энергии. Это весьма актуально исегодня. Ведь энергия — это возможность дальнейшего развития индустрии,получение устойчивых урожаев, благоустройство городов и оказание помощи природев залечивании ран, нанесённых ей цивилизацией. Поэтому решение энергетическойпроблемы требует глобальных усилий. Свой немалый вклад делает химия каксвязующее звено между современным естествознанием и современной техникой .
Но вближайшие десятилетие энергетики ещё не сбросят со счетов ни дерево, ни уголь,ни нефть, ни газ.И в то же время они должны усиленно разрабатывать новыеспособы производства энергии.
В течение 80лет одни основные источники энергии сменялись другими: дерево заменили науголь, уголь — на нефть, нефть — на газ, углеводородное топливо — на ядерное. Кначалу 80-х годов в мире около 70% потребности в энергии удволетворялось засчёт нефти и природного газа, 25% — каменного и бурого угля и лишь около 5% — других источников энергии.
Сейчаснаиболее крупными потребителями органического топлива являются промышленность итепловые электростанции. Из всего используемого топлива около 20% идёт напроизводство электроэнергии, 30% — на получение так называемойнизкопотенциальной теплоты (отопление помещений, горячая вода и т.д.), 30% — на автономный транспорт (авиация, морской и автотранспорт). Около 20% топливапотребляет химическая и металлургическая промышленность.
В векнаучно-технического прогресса проблема нехватки энергетических ресурсовособенно обострилась, так как растущая техника требует всё больше и больше«питания» в виде электроэнергии, органического топлива и пр. Но комуже решать эту проблему как не самому НТП. И для этого есть все данные сегодня ив перспективе.
Посколькусреди видов горючего наиболее дефицитным является жидкое, во многих странахвыделены крупные средства для создания рентабельной технологии переработки угляв жидкое (а также газообразное) топливо. В этой области сотрудничают учёныеРоссии и Германии. Суть современного процесса переработки угля в синтез-газзаключается в следующем. В плазменный генератор подаётся смесь водяного пара икислорода, которая разогревается до 3000оС. А затем в раскалённый газовый факел поступаетугольная пыль, и в результате химической реакции образуется смесь оксидауглерода (II) и водорода, т.е. синтез-газ. Из него получают метанол: CO+2H2ðСH3OH.
Метанол можетзаменить бензин в двигателях внутреннего сгорания. В плане решенияэкологической проблемы он выгодно отличается от нефти, газа, угля, но, ксожалению, теплота его скорания в 2 раза ниже, чем у бензина, и, кроме того, онагрессивен по отношению к некоторым металлам, пластическим массам.
Историяразвития нефтяной индустрии короче, чем угольной. Хотя нефть использовалась сантичных времён для освещения и как топливо, неудержимые темпы роста её добычии использования тесно связаны с созданием авто- и авиатранспорта. Начиная с1854 г. простой перегонкой нефти стали получать керосин. Низкокипящие фракциине использовалисяь. В 1913 г. американец У. Бартон разработал термический крекинг-процесс,который дал возможность не только производить до 50% бензина из нефти, но иосуществлять гидрогенизацию ненасыщенных углеводородов, образующихся во времякрекинга. Например, в 1928 г. по крекинг-процессу из 195 млн. м3 нефти было полученно 62 млн.м3 бензина,18 млн.м3 керосина, 7 млн.м 3 смазочныхмасел, остальное — газойль, мазут, парафин, асфальт и др.
А нельзя либензин заменить газом? Впервые исседования по применению сжатого природного газав транспорте велись в 30-х годах, а в 50-х на дорогах только нашей страны было20000 автомобилей, работающих на таком горючем. Появившийся дешёвый бензиноказался вне конкуренции. Но в связи с повышение цен на нефтипродукты учёныеснова обратились к стаым проектам: бензин можно заменить сжиженой пропан-бутановойсмесью, которую хранят при обычной температуре. Она дешевле бензина, менеетоксична, продлевает срок службы двигателя. Но вся беда в том, что природныезапасы газа также небезграничны, как и нефти.
В«Таинственном острове», опубликованном в 1874 г., Жюль Верн говорит отом, что уголь и другие ископаемые будут заменены новым топливом — водой,состоящей из водорода и кислорода, которые и станут неиссякаемыми источникамитеплоты и света. Обнаружил горючесть водорода Я.ван Гельмонт. Это свойство делаетводород основным претендентом на звание топлива будущего. При его сгорании вчистом кислороде достигается температура до 2800оС. Такое пламя легко плавит кварц ибольшинство металлов. Теплота сгорания водорода в кислороде равна 142650кДж/кг.
Химическоепроизводство сейчас основной поставщик водорода, но бесперспективный, так какцена сырья, а им чаще всего являются углеводороды, неумолимо растёт. Электролизнаиболее прямой метод получения чистого водорода. Конкурентоспособностьэлектролиза определяется наличием дешёвой электроэнергии. Существует ещёмножество разработанных технических предложений получения водорода, нонаибольшие надежды возлагаются на энергию ядерных электростанций.
Если сравнитьэнергию, полученную химическим путём, с энергией, полученной от эквивалентнигоколичества вещества в ходе цепных реакций деления тяжёлых элементов (плутония,урана). Энергия сгорания 1 г древесины достаточна для того, чтобы электрическаялампочка в 100 Вт горела 1 мин, а энергии сгорания 1 г угля хватит для двухтаких лампочек. Для освещения в течение часа города с 60 000 жителей хватитэнергии 1г урана-235. Энергия, заключается в 1 г тяжелого водорода — компонентатоплива реакции термоядерного синтеза, в 7,5 раза больше, чем в 1 г урана-235.На год работы АЭС мощностью 1 млн.кВт необходимо 30 — 50 т уранового топлива,а для теплоэлектростанции такой же мощности требуется 1,6 млн.т мазута или 2,5млн.т угля.
Сейчас ядерная энергетика развивается по пути широкого внедрения реакторов на быстрыхнейтронах. В таких реакторах используется уран, обогащённый изотопом235U ( не менее чем на 20%),а замедлителя нейтронов не требуется. Ядерная реакция — деление 235U — высвобождает нейтроны,которые вступают в реакцию с 238U:
238U+ 1n ð239U+g
92 0 92
Изотоп урана,являющийся продуктом этой реакции, быстро распадается (Т1/2= 23 с), превращаясь визотоп нептуния (Т1/2=50 ч), а тот, в свою очередь, в изотоп плутония:
239 239 0 —
92U ð 93 Np+ 1 e
239 239 0 -
93Np ð 94Pu +1e
239Pu гораздоболее стабильный изотоп, чем два его предшественника. Его, как и некоторыедругие изотопы плутония, образующиеся в реакторе, можно использовать в качествеядерного горючего, в том числе в реакторах на быстрых нейтронах.
В настоящеевремя ядерная энергетика и реакторостроение — это мощная индустрия с большимобъёмом капиталовложений. Для многих стран она важная статья экспорта. Для реакторов и вспомогательного оборудования требуются особые материалы, в томчисле высокой частоты. Задача химиков, металлургов и других специалистов — создание таких материалов. Над обогащением урана тоже работают химики ипредставители других смежных профессий.
Сейчас передатомной энергетикой стоит задача вытеснить органическое топливо не только изсферы производства электроэнергии, но так же из теплоснабжения и в какой-томере из металлургической и химической промышленности путём создания реакторовэнерготехнологического значения.
АЭС вперспективе найдут ещё одно применение — для производства водорода. Частьполученного водорода будут потреблятся химической промышленностью, другая частьпослужит для питания газотурбинных установок, включаемых при пиковых нагрузках.
Важнейшийвоспроизводимый источник энергии на планете — энергия Солнца. Роль химиков восвоении этой энергии — это и создание материалов для солнечных батарей ипреобразователей, и разработка способов консервации энергии, в том числетермохимических способов её накопления в виде горючего с высокой калорийностью,например водорода, а также разработка солевых систем — накопителей энергии.
Ядерная исолнечная энергетика тесно смыкаются с водородной энергетикой, под которойпонимают использование водородного горючего, например не транспорте.
Наряду сгигантскими электростанциями существуют и автономные химические источники тока,преобразующие энергию химических реакций непосредственно в электрическую. Врешении этого вопроса химии принадлежит главная роль. В 1780 г. итальянскийврач Л. Гальвани, наблюдая сокращение отрезанной лапки лягушки послеприкосновения к ней проволочками из разных металлов, решил, что в мышцах имеется электричество, и назвал его " животным электричестволм". А.Вольта, продолжая опыт своего соотечественника, предположил, что источникомэлектричества является не тело животного: электрический ток возникает отсоприкосновения разных металлических проволочек.«Предком» современныхгальванических элементов можно считать «электрический столб»,созданный А.Вольтой в 1800 г. Это изобретение похоже на слоёный пирог изнескольких пар металлических пластин: одна пластина из цинка, вторая — из меди,уложенные друг на друга, а между ними помещена войлочная прокладка, пропитаннаяразбавленной серной кислотой. До изобретения в Германии В. Сименсом в 1867г.динамо-машины гальванические элементы были единственным источникомэлектрического тока. В наши дни, когда автономные источники энергиипонадобились авиации, подводному флоту, ракетной технике, электронике, вниманиеучёных снова обращено к ним.
Я рассказалдалеко не о всех направлениях решения энергетической проблемы учёными мира, атолько об основных. В каждой стране она имеет свои особенности:социально-экономические и географические условия, обеспеченность природнымибогатствами, уровень развития науки и техники.
5.Экологическая проблема и пути её решения.
Научно-технический прогресс, дающий человеку много благ, одновременно оказываети отрицательное влияние на окружающую природу. В результате сжигания топлива идругих промышленных процессов за последние 100 лет в атмосферу выделено около400 млрд. т оксида углерода (IV); его концентрация в атмосфере возросла на 18%.За год в атмосферу выбрасывается более 200 млн.т оксида углерода (II), более 50млн.т оксидов азота. Один лишь авиалайнер за 8 ч полёта потребляет 50 — 70 ткислорода, т.е. то количество, которое вырабатывает за то же время 25 -50 тыс.га леса. Если содержание оксида углерода (IV) в атмосфере удвоится, то за счёт«парникового эффекта» средняя температура земной поверхности повыситсяна 4оС.
В промышленноразвитых стран на одного жителя ежегодно в атмосферу попадает до 150 -200 кгпыли, золы и других промышленных выбросов. За сутки промышленность мирасбрасывает более 100 млн. м3 сточныхвод.
Мощнымисточником загрязнения атмосферы являются все виды транспорта, работающие натепловых двигателях. Выбрасываемые ими вещества в целом идентичны газообразнымотходам промышленного происхождения. С выхлопными газами автомобилей в воздухпопадают оксиды углерода, азота, серы, альдегиды, несгоревшие углеводороды, атакже продукты, содержащие хлор, бор, фосфор и свинец. Загрязняют атмосферудизельные двигатели автомобильного, водного и железнодорожного транспорта.
В крупныхгородах — Лондоне, Лос-Анжелесе, Чикаго, Токио, Милане и других — бывает густойтуман, смог, токсичный от наличия в нём ядовитых выхлопных автомобильных газов.Смог появляется в следствие фотохимических реакций оксидов азота, несгоревшихуглеводородов с озоном. hn
NO2+O2 óO3+NO.
В загрязнениеатмосферы вносит немалый вклад воздушный транспорт. Двигатели самолётоввыбрасывают альдегиды, 3,4-бензпирен, бензол и его гомологи.
Вредноевоздействие на гидросферу оказывают продукты нефтихимических предприятий, сыраянефть, перевозимая танкерами. Исследования Атлантического океана и шельфовыхвод Европы и Северной Америки показывают, что уровень загрязнения в открытомокеане в 2 — 3 раза меньше, чем в прибрежных водах, где плёнка из нефтидержится более продолжительное время. 1 т нефти способна покрыть тонкой плёнкойповерхность водного массива площадью 1200га.
Кроме того,в различных отраслях промышленности используется громадное количество новыхсоединений, отсутствующих в природе. Ежегодно их синтезируется в мире более 250тыс., из них около 300 находят промышленное применение и могут попасть вокружающую среду. По данным Всемирной организации здравоохранения, средихимических соединений, используемых в промышленном масштабе, примерно 40 тыс.вредны для человека. Процесс загрязнения окружающей среды несвойственной ейвеществами, раньше носивший локальный характер, в последнее время принялглобальные масштабы. Особенно загрязнение среды такими несвойственными биосфереэлементами, как свинец, ртуть, кадмий. Мощность техногенного воздействия наживую природу достигла такой величины, что возникла опасность необратимыхизменений за счёт нарушения слагавшихся в течение миллионов лет природныхдинамических равновесий. Даже загрязнение среды такими характерными для природныхкруговоротов веществами, как нитраты, соли аммония, фосфаты, достигло назначительных участках земной поверхности концентраций, при которых природныемеханизмы оказываются недостаточными для плавного включения этих веществ вкруговорот. В результате, например, во многих крупных водоёмах земного шарапроизошло резкое изменение в экосистемах, что привело к большому обеднениювидами живых организмов.
Какой жевыход видит наука, в частности химия, из создавшегося экологического кризиса?Ведь химизация промышленного и сельского хозяйства не означает разрушения всегоживого, а, наоборот, предлагает пути решения проблем современности.Прежде всегоэто создание технологий, по которым большая часть природных ресурсов,вовлекаемых в хозяйственный оборот, должна будет преобразовываться в полезнуюпродукцию. Ту часть, которую на современном уровне развития науки и техникинельзя использовать, необходимо обезвредить. Уже сегодня промышленные объектыимеют очистные сооружения для сточных вод, газо- и пылеулавливающие устройства,внедряются замкнутые системы водоснабжения, малоотходные технологическиесистемы.
Для очисткивоздуха и жидкостей от вредных примесей химики-технологи применяютабсорбционные, адсорбционные и каталитические методы.При абсорбации вредныхвеществ происходит их растворение во всём объёме поглотителя или химическоевзаимодействие в абсорбационной жидкости ( чаще всего в воде) с реагентом.Процесс адсорбации основан на способности некоторых мелкопористых веществ (уголь, силикагель) поглощать растворённые или газообразные вещества своейповерхностью.Например, если в камеру, где образуется нежелательный оксид серы(IV), ввести известняк, негашёную известь или доломит CaCO3sMgCO3, топроизойдёт реакция:
2CaO+2SO2+O2=2CaSO4
Cульфаткальция находит применение в сернокислотном производстве и строительстве.
Известняк, авернее, раствор карбоната кальция для улавливания оксида серы (IV) применяетсяна ТЭС. К сожалению, это не решает экологической проблемы полностью, так какобразуются отходы в виде сульфита кальция, идущего просто в отвал. Кроме того,затраты на строительство сероулавливающих установок ныне действующих ТЭСсоставляют 50% стоимости всей станции.
Большоевнимание химики-технологи уделяют производству таких новых химических средствзащиты растений, которые полностью разлагаются в течение нескольких недель, ато и часов после их внесения на поля. Синтетические моющие средства,производимые в нашей стране, в сточных водах разрушаются биологическим путём добезвредных продуктов.
Экологическойхимией разрабатываются отдельные промышленные производства по схеме биоценозов,в которых виды живых организмов связаны между собой так, что не происходит«выпадения» из круговорота химических элементов или веществ: отходыодного предприятия служат сырьём для другого. Создаются системы комплексногопроизводства путём территориального и функционального объединения производств,использующих разные стороны используемого сырья.
В решенииэкологической проблемы химики работают в тесном сотрудничестве с биологами,физиками, географами, применяя математическое моделирование и кибернетику.
5.1.Экологическая обстановка Ростовской области.
Рассмотримэкологическую обстановку нашего города и области.
По даннымнаблюдений за загрзнением атмосферного воздуха, проводимых центром погидрометеорологии и мониторингу окружающей среды Севкавгидромета, в некоторыхгородах области уровень загрязнения атмосферного воздуха значителен и по многимвеществам превышает предельно допустимые нормы.
Из 87воздухо-охранных мероприятий, предусмотренных к выполнению в 1996 г., областнойэкологической программой выполнено в полном объёме 36 мероприятий, в стадиивыполнения 19, по 32 мероприятиям работы не проводились из-за отсутствияфинансирования.
Настроительство и реконструкцию газопылеочистных установок (ГОУ), газификациюТЭЦ, ГРЭС, котельных было израсходовано 20,7 млрд.руб.
Выполненыемероприятия позволили сократить выбросы в атмосферу на 9,97 тыс. тонн. Спадпроизводства на многих предприятиях привёл к уменьшению выбросов на 48,7 тыс.тонн.
Уровеньзагрязнения атмосферного воздуха оценивается как очень высокий и формируется,в первую очередь, под влиянием больших концентраций формальдегида, бенз(а)пирена,пыли и сажи. В городе основным загрязнителем атмосферного воздуха являетсяавтотранспорт, выбросы которого составляют 88,2% от общего объёма.Вследствиеэтого в районах где находятся магистрали с интенсивным движениемавтотранспорта, отмечаются повышенное загрязнение воздуха оксидами азота,углерода, углеводородами. Выбросы от автотранспорта увеличились по сравнению с1995 годом на 16,573 тыс тонн в связи с увеличением количества автомобилейпочти на 30000 единиц. Наиболее загрязнёнными остаётся центральный район городана пересечении транспортных автомагистралей (ул. Красноармейской и пр.Будённовского, пр. Театрального и ул. М. Горького).
В 1996году электростанциями Ростовской области выработано 20,506 млрд. кВтч, что на13% меньше, чем в 1995 году, тепловой энергии 5645,9 тыс. Гкал. От всехпредприятий этой отрасли в атмосферный воздух поступило 230,421 тыс тоннразличных загрязняющих веществ (зола, диоксид серы, оксиды азота и др.).
Загрязнение атмосферного воздуха отраслями народного хозяйства.
В 1996 годуна обоих предприятиях чёрной металлургии: АО «Сулинский металлургическийзавод» и АО «Таганрогский металлургический завод» продолжаетсяспад производства под влиянием экономического кризиса. За истекший год этимидвумя объединениями выброшено в атмосферу 11,3 тыс тонн вредных веществ. Мероприятия по снижению выбросов загрязняющих веществ, предусмотренныхобластной экологической программой, выполняются медленно из-за тяжёлогофинансового положения.
В областиодно предприятие цветной металлургии, АО «Новочеркасский электродныйзавод». Общий выброс загрязняющих веществ в атмосферу в 1996 году составил6,34 тыс. тонн, что на 1,87 тыс тонн больше, чем в 1994 году.
Представителями химической и нефтехимической промышленности в области являютсяшесть предприятий. Основные загрязнители: АО «Волгодонский химическийзавод», АО «Эмпилс», Новочеркасский завод синтетическихпродуктов и Каменское АО «Химволокно». Общий выброс загрязняющихвеществ в 1996 году составил 2,37 тыс. тонн. По сравнению с 1994 годомвыбросы уменьшились на 2,7 тыс. тонн, в основном, за счёт сокращенияпроизводства.
В 1996 годуна территории области добыча угля составила 18 млн. тонн и в сравнении с 1994годом уменьшилась на 1,48 млн. тонн (8%). Основными загрязнителями атмосферного воздуха в угледобывающих районах: шахты, обогатительные фабрики,заводы угольного машиностроения, а также обслуживающие автотранспортныепредприятия АО «Ростовуголь».
Основнымиисточниками загрязнения атмосферы на машиностроительных предприятиях являются:литейное производство, сварочные и окрасочные цеха, цеха механической итермической обработки. В 1996 году выбросы вредных веществ от предприятиймашиностроения составили 5,727 тыс. тонн, в сравнении с 1994 годом уменьшилисьна 2,544 тыс. тонн (44,4%). Наиболее распространённые загрязняющие вещества,характерные для машиностроительных заводов: твёрдые, оксид углерода, диоксидсеры, оксиды азота, различные растворители.
6. Заключение.
Химия всотрудничестве с биологией внедряют в сельское хозяйство новые технологии,позволяющие уничтожать, как сорные растения, так и получать повышенные урожаи.Это немаловажно, так как прирост населения Земли стремительно растёт, а следовательнопроблема продовольствия и энергии займёт ведущее место. Использование атомнойэнергии позволяет отказаться от природного угля и нефти. Вследствие этогоснижаются выбросы продуктов их горения, которые возможно привели бы к «парниковому эффекту „на Земле. Казалось бы, то ничтожно малое (посравнению с углем и нефтью) количество топлива для АЭС должно быть безопасным,но дело далеко не так, ярким примером может служит авария на ЧАЭС.
Помоему,любой способ извлечения энергии ( в любом виде) из недр Земли представляетсобой совокупность положительных и отрицательных черт, и как мне кажется,преобладают далеко не положительные.На мой взгляд, существует только одинпрактически безопасный способ добычи энергии: активное использование энергииСолнца и ветра, исключая использование энергии вод Мирового Океана.
П Л А Н :
1. Введение.
2. Химия врешении сырьевой проблемы.
3.Продовольственная проблема и химия.
4. Химия врешении проблемы обеспечения энергией.
5.Экологическая проблема и пути её решения.
5.1.Экологическаяобстановка Ростовской области.
6.Заключение.
Список использованной литературы:
1.“Химия инаучно-технический прогресс» И.Н.Семёнов, А.С. Максимов
А.А.Макареня.
2.«Природныересурсы земли и охрана окружающейсреды»
Н.С.Подобедов.
3. «Химиявокруг нас» Ю.Н.Кукушин.
4.Государственный доклад " О состоянии окружающей природнойсреды Ростовской области".