Потрібні заходи з пошуку екологічно бездоганних і практично невичерпних джерел енергії. Однією з таких заходів є використання сонячної енергії. Близько половини сонячної енергії розсіюється і поглинається атмосферою і близько 10% затримується в капельножидкими і пилових хмарах. Що залишається частка дійшла до поверхні Землі сонячної енергії виявляється в десятки разів перевищує гранично допустимий виробництво термоядерної енергії.
Виникає запитання хімічного перетворення сонячної енергії, тобто задача акумулювання сонячної енергії, орієнтуючись на той досвід, яким користується природа, а саме фотосинтез.
Є сенс поставити задачу штучного великомасштабного отримання на основі перетворення сонячної енергії такого хімічного палива, яким є водень із води:
Аналогічна кількість електроенергії потрібно також і для електролітичного розкладання води. Як же, однак, справляється з залученням в фотосинтез води зелений лист? Виявляється, що його фотокаталізатори діють за принципом електролітичного розкладання води. Розробляються нині штучні молекулярні фото каталітичні системи все більше наближаються до природних фотосинтезуючим об'єктів не тільки за принципом їх дії, а й по самій організації систем. Широкомасштабне перетворення сонячної енергії в енергію хімічних палив поставлено на чергу дня. При цьому треба мати на увазі, що водень є висококалорійним та екологічно чистим паливом. Він зручний і для стаціонарної, і для транспортної енергетики. Безперечно, - це універсальне паливо енергетики майбутнього.
4.3 Хімія екстремальних станів
На відміну від каталітичної хімії, особливістю якої є хімічна активізація молекул реагенту, тобто розслаблення вихідних хімічних зв'язків при взаємодії з їх каталізатором, хімія екстремальних станів характеризується енергетичної активацією реагенту, тобто подачею енергії ззовні для повного розриву вихідних зв'язків.
До хімії екстремальних станів відносяться плазмохімія і радіаційна хімія (хімія високих енергій).
У плазмохимических процесах швидкість перерозподілу хімічних зв'язків між реагують молекулами досягає оптимуму, заданого природою: тривалість елементарних актів хімічних перетворень наближається в ньому до 10-13 сек. при майже повній відсутності оборотності реакції, тоді як у всіх сучасних заводських реакторах така швидкість через оборотності знижується в тисячі і мільйони разів. Тому плазмохімічні процеси виключно високопродуктивні.
Метановий плазмотрон з продуктивністю 75 тонн ацетилену на добу має довжину всього 65 см і діаметр 15 см. По суті, замінює цілий завод. При цьому метан в ньому при температурі 3000-3500 градусів за одну десятитисячний частки секунди перетворюється на 80% в ацетилен.
В даний час розроблені способи зв'язування атмосферного азоту за допомогою плазмохімічного синтезу оксидів азоту, що може бути економніше аміачного методу з енергетичних витрат.
Створюється плазмохімічноїтехнологія виробництва дрібнодисперсних порошків - основної сировини для порошкової металургії.
Плазмохимія дозволяє отримати такі матеріали, які до сих пір взагалі не були відомі людині, наприклад, металлобетонная, де в якості сполучного використовуються сталь, чавун, алюміній. Плазмова технологія дозволяє шляхом оплавлення частинок гірської породи створити міцне зчеплення цієї породи з металом, завдяки чому отримується металлобетонная міцніше звичайного на стиск в 10 і на розтягнення в 100 разів.
У Росії розроблені плазмохімічні процеси перетворення вугілля в рідке паливо, що усувають застосування високих тисків і викиди сірки і золи.
Радіаційна хімія. Початок її було покладено опроміненням поліетилену з метою надання йому великий міцності. Найбільш важливими процесами радіаційно-хімічної технології є полімеризація, вулканізація, виробництво композиційних матеріалів, в тому числі композицій на деревній основі, закріплення лаків і інших криють матеріалів на поверхні дерева і металу, отримання полимербетонов шляхом просочення звичайного бетону тим чи іншим мономером з подальшим опроміненням.
Принципово новою і важливою областю хімії екстремальних станів є високотемпературний синтез (СВС) тугоплавких і керамічних матеріалів.
Він заснований на реакції горіння одного металу в іншому або металу в азоті, вуглеці, кремнії. Метод СВС - це результат розвитку теплової теорії процесів горіння і вибуху в твердих тілах. Він передбачає свого роду горіння, наприклад, порошку титану в порошку бору з утворенням боридів ТiВ і ТiВ2 або порошку цирконію в порошку кремнію з освіту силіцидів цирконію ZrSi, ZrSi2. Методом СВС отримані сотні тугоплавких сполук чудової якості.
Характерною особливістю методу СВС є простота технологічних установок, виключно велика вигода в витратах енергії. За оцінкою американських фахівців, СВС - технологія є найвищим досягненням російських вчених з Інституту хімічної фізики Російської Академії наук.
Ваша точка зору?
1. Охарактеризуйте роль каталізу в різних галузях хімії.
2. Розкрийте роль успіхів фізики, хімії, біології в рішенні проблем енергетики сьогодення і майбутнього.
3. Що таке хімія екстремальних станів?
1. На третьому рівні розвитку хімічних знань - вчення про хімічні процеси - хімія стає наукою про процеси та механізми зміни речовин.
2. Каталозі - могутнє посередництво «третіх тіл» в здійсненні хімічних процесів, здатне творити чудеса в хімії.
3. Азотобактер (в бульбах бобових рослин) діє за принципом каталітичного зв'язування вільного азоту за допомогою металоорганічних каталізаторів.
4. Каталізатори дозволили ввести дешеві вуглеводні нафти як сировини для органічного синтезу і отримувати з них синтетичні каучуки, пластмаси, оліфу, лаки, миючі засоби і т.д.
5. Цеолітові каталізатори володіють широко розвиненою поверхнею і вибірковістю дії.
6. До перспективних галузей каталітичної хімії відносяться: металокомплексні, міжфазовий, мембранний каталіз і каталіз речовинами, подібними ферментам.
7. Водень є висококалорійним та екологічно чистим паливом.
8. У плазмохимических процесах швидкість перерозподілу хімічних зв'язків між реагують молекулами досягає оптимуму, заданого природою.
9. високотемпературний синтез тугоплавких і керамічних матеріалів заснований на реакції горіння одного металу в іншому металі, металу в азоті, вуглеці або кремнії, що представляє собою принципово нову область хімії екстремальних станів.