Справочники. Словари. Энциклопедии

 Энциклопедический словарь юного техника

История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Издавна в качестве основных источников энергии — энергетических ресурсов, или энергоресурсов,— использовались дрова, торф, древесный уголь, вода, ветер. Первобытный человек, сжигая в костре сучья, хворост, обломки деревьев, мох, добывал таким образом тепло (или тепловую энергию) для приготовления еды и обогрева жилища. Уже в древнем мире люди использовали тепло для изготовления из меди, бронзы, железа и других металлов предметов быта, инструментов, орудий труда,   различных   приспособлений,   оружия.

С древнейших времен известны также уголь и нефть — вещества, дающие при сжигании большое количество теплоты. Использовались также некоторые виды сланцев как природного, так и искусственного происхождения. Но только те из них, которые при сжигании выделяют значительное количество теплоты, широко распространены в природе, добываются промышленным способом, получили название — топливо. Такими веществами являются нефть и нефтепродукты (например, керосин, бензин, мазут, дизельное топливо), уголь, природный горючий газ, древесина и растительные отходы (солома, лузга и т. п.), а также торф, горючие сланцы. В наше время слово «топливо» часто применяют к веществам, используемым в ядерных реакторах на атомных электростанциях,— ядерное топливо, в ракетных двигателях — ракетное топливо.

Свойства топлива зависят главным образом от его химического состава. Основным элементом любого топлива природного (органического) происхождения является углерод (содержание его составляет от 30 до 85% массы топлива). В состав топлива в различных пропорциях входят также водород, кислород, азот, сера, зола, вода.

Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющейся при полном сгорании топлива. Теплота измеряется в джоулях. Например, при сжигании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 МДж/кг. Каменный уголь позволяет получать теплоты до 22 МДж/кг, а бензин — 44 МДж/кг.

Другой важнейшей характеристикой топлива является его жаропроизводительность, оцениваемая значением максимальной температуры, какую теоретически можно получить при полном сгорании топлива в воздухе. Так, при сгорании дров максимальная температура не превышает 1600°С, каменный уголь дает 2050°С, а бензин —2100° С.

Практически все добываемое топливо сжигается, лишь около 10% нефти и газа используется  в  качестве  сырья  химической   промышленностью. Наибольшее количество топлива расходуется на тепловых электростанциях, в различного рода тепловых двигателях, на технологические нужды (например, при выплавке металла, для нагрева заготовок в кузнечных и прокатных цехах), а также на отопление жилых, общественных и производственных помещений.

При сжигании топлива образуются продукты сгорания (сажа, оксиды серы и азота, диоксид углерода), которые обычно через дымовые трубы выбрасываются в атмосферу. Ежегодно таким образом в атмосферу попадают сотни миллионов тонн различных, зачастую вредных, веществ. Для защиты окружающей среды от загрязнения ее продуктами сгорания топлива используют различные фильтры и другие устройства, улавливающие или разлагающие вредные выбросы, разрабатываются и применяются способы сжигания топлива, исключающие образование таких веществ. Охрана природы стала одной из важнейших задач человечества  (см. Очистка отходящих газов).

Основной недостаток природного топлива — его крайне медленная восполняемость. Существующие ныне запасы образовались десятки и сотни миллионов лет назад. В то же время добыча   топлива   непрерывно   увеличивается.

Ограниченные ресурсы газа и нефти и, значит, повышение их стоимости в большой мере стали причиной того, что в 70-х гг. XX в. в ряде капиталистических стран наступил «топливный голод»— острая нехватка топливных энергоресурсов, выразившаяся в так называемом энергетическом кризисе.

Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам — в отличие от топлива они непрерывно возобновляются. Однако и здесь есть ограничения, связанные главным образом с экономичностью использования водной энергии. Дело в том, что гидроэлектростанцию не построишь где угодно. Для этого необходимы определенные природные условия. Каждая река имеет гидроэнергетический потенциал, но не на каждой реке строительство гидроэлектростанции оправдано с экономической точки, зрения.

Вот почему важнейшей проблемой энергетики в 70-х гг. стала проблема изыскания новых запасов энергетических ресурсов и освоения новых источников энергии, в частности ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего тепла Земли (см. Ядерная энергетика, Гелиоэнергетика, Геотермическая электростанция).

Одним из перспективных энергоресурсов является водород. Его выделяют из обыкновенной воды, он хорошо хранится и транспортируется в  трех видах:   газообразном,  жидком  и твердом (химически «связанном»). Большое количество i аза выгодно хранить в огромных подземных хранилищах, жидкость в резервуарах. Чтобы жидкий водород не испарялся (его температура кипения — 252°С), оболочку резервуара снаружи покрывают хорошей тепловой изоляцией. Одного резервуара, например, емкостью 3500 м3 хватило бы для снабжения энергией в течение целого года небольшого города с 20-тысячным населением. Перспективный способ хранения водорода основан на способности водорода образовывать химические соединения с некоторыми металлами. При небольшом давлении металлы, словно губка, впитывают в себя водород А чтобы получить его обратно, их слегка подогревают. Такие способы хранения водорода давно применяют в лабораториях и в промышленности.

Но как получать водород в больших количествах? Вдали от населенных пунктов на берегу моря можно построить мощные атомные, а в будущем термоядерные реакторы. При этом энергия атома пойдет не только для производства электрической энергии, но и на разложение воды. Получаемые водород и кислород направят по трубам к потребителям, где искусственное горючее в газообразном, в жидком или в твердом виде будет распределяться на автомобили, самолеты, тепловые электростанции. По одному водородопроводу, например, диаметром 900 мм можно передавать энергопоток мощностью свыше 12 000 МВт. Для передачи такого же энергопотока по электрическим проводам потребовался бы десяток современных линий электропередачи напряжением 500 кВ.

Переход на водородное топливо имеет и еще одну  привлекательную  сторону.   Если   каменный уголь, нефть, природный газ расходуются безвозвратно, то водород может участвовать в круговороте энергии сколько угодно: сгорая, он превращается в водяной пар, затем в воду. Кстати, крупные потребители водородного топлива кроме тепловой энергии смогут получать много пресной воды. Тот же водородопровод способен напоить водой целый город. Что же мешает уже сейчас заменить природное топливо на водород? Высокая стоимость его производства из воды.