Багато промислово розвинені країни змушені ввозити сировину. Наприклад, в США близько 1/3 потреб в Марганці, хромі, кобальті, олово і 90% потреби в алюмінієвому сировину задовольняються за рахунок імпорту. Все більша кількість свинцю, цинку і вольфраму, залізної руди і міді в цій країні також стає предметом імпорту.
Запаси сировини, що добуваються з допомогою сучасних технічних засобів у всьому світі, швидко вичерпуються. Ресурси Землі хоча і дуже великі, але обмежені, тому людське суспільство не зможе довго розвиватися на основі традиційних методів видобутку сировини. Хімічні елементи в природі, як вони інтенсивно б не експлуатувалися, не знищуються, а переходять в інші сполуки, мало придатні для економічного обороту.
Вирішальну роль в збереженні природних ресурсів повинні зіграти не тільки нові способи видобутку, але і новітні хімічні технології, які дозволять застосовувати більш доступне і дешеве сировину з незвичайним елементним складом. Можна навести не один приклад, коли нові хімічні технології рятували від кризи промислове виробництво. Так було з виробництвом скла. Содова технологія, запропонована в 1789 р направила в нове русло виробництво скла у Франції, для якого застосовувалося раніше калиевое сировину, що виробляється з деревини, що призвело до майже повного винищення лісових масивів у Франції.
Більше 80% світових сировинних ресурсів і палива споживаються в наш час тільки 1/3 частиною населення Землі. Потреба в сировині дуже швидко зростає не тільки в країнах, що розвиваються, але і в промислово розвинених країнах. Таку зростаючу потребу можуть задовольнити:
· Розробка нових родовищ, у тому числі і морських шельфів, і видобуток сировини, що міститься в морській воді;
· Освоєння бідних родовищ;
· Заміна дефіцитного сировини.
Дуже перспективний для видобутку морський шельф, що знаходиться на глибині до 200 м. Підводні континенти, загальна площа яких надзвичайно велика, в найближчому майбутньому стануть джерелом багатьох видів сировини.
В надрах Землі міститься досить велика кількість металів, але їх частка в тих з'єднаннях, з яких вони можуть бути вилучені для промислових цілей, вельми обмежена. При сучасних масштабах видобутку, за попередніми оцінками, основні запаси таких металів, як свинець, мідь, золото, цинк, олово, срібло і уран, вже в найближчі десятиліття можуть бути вичерпані. У той же час залізо, марганець, хром, нікель, молібден, кобальт і алюміній видобуватимуться в достатній кількості навіть в середині XXI ст.
Найнеобхідніше, важливе і широко спожите з усього металевого сировини - залізо - четвертий за поширеністю в земній корі елемент. Його загальні запаси становлять близько 12 блн т. Надійно розвідані і використовуються світові запаси складають лише приблизно 100 млрд. Т. Найбільшими запасами залізних руд розташовують Росія (приблизно 40% всіх руд), Австралія, Канада, США і Бразилія. В одній тільки Курської магнітної аномалії зосереджено близько 30 млрд. Т залізняку, т. Е. Майже 1/3 світових запасів.
Мідь - другий по практичної значущості метал. Щорічна потреба міді - 50 млн. Т. Якщо врахувати, що запаси міді в відомих родовищах становлять 210-250 млн. Т, а всього може бути видобуто 1-2 млрд. Т, то можна припустити, що в найближчому майбутньому запаси міді будуть вичерпані . Близько 37% родовищ міді знаходиться в Чилі.
Мідь як електропровідний матеріал може бути замінена легким металом - алюмінієм, що займає третє місце за поширеністю в земній корі. Хоча в цілому запаси алюмінію великі - близько 8,8% маси земної кори, проте тільки 0,008% цієї маси міститься в боксити, світові запаси яких оцінюються в 6 млрд. Т. Приблизно 1/3 таких запасів зосереджена в Австралії. При щорічному виробництві алюмінію 15-30 млн. Т і темпах його зростання до 9% запасів бокситів вистачить надовго. Проте в даний час розробляються методи промислового витягу алюмінію з повсюдно поширених і практично невичерпних порід: глини, алюмосилікатів вулканічних порід, що містять до 10% алюмінію.
Запаси іншого найважливішого легкого металу - магнію - досить великі - близько 2,1% маси земної кори. З урахуванням сьогоднішніх потреб запасів магнію вистачить на довгий час.
У повсякденному житті відносно рідко зустрічаються такі метали, як титан, неодим, літій, рубідій, европий, тантал та інші, але в природі вони не такі вже й рідкісні. Наприклад, природні запаси рубідію приблизно в 45 разів більше, ніж свинцю. Слово «рідкісний» часто означає, що той чи інший метал видобувається в відносно невеликих кількостях, так як відомі дуже невеликі придатні для рентабельної розробки його родовища. Названі метали - перспективні матеріали для нової техніки.
Титан - коррозионностойкий матеріал. Іноді його вважають гідним суперником алюмінію і сталі. Застосування титану в хімічній промисловості за останні десятиліття різко зросла. Тантал - необхідний компонент особливо міцних кислотно-і термостійких сплавів. Платина, паладій і родій широко застосовуються в якості каталізаторів. Істотна частина родію і паладію витягується з радіоактивних відходів. Таким же способом можна отримати телур-99 - дуже цінний матеріал для виробництва надпровідників і запобігання корозії металів і сплавів. Наприклад, при досить незначній концентрації (до 0,1 мг / л) теллура залізні вироби не іржавіють ні в водних, ні в сольових розчинах навіть при підвищеній температурі.
Передбачається, що для видобутку сировини деяких металів вже в найближчому майбутньому істотно зросте обсяг робіт під водою - на морському шельфі. На глибині менше 130 м знаходяться збагачені морські відкладення, що містять благородні і важкі метали: олово, золото, платину, залізо, вольфрам, хром і ін. Наприклад, залізні і марганцеві тихоокеанські конкреції містять в середньому близько 25% марганцю і заліза, а нікель, мідь, кобальт і титан в концентраціях складають 1,5-3,5%. Загальні запаси даних конкрецій - понад 1500 млрд. Т, при щорічному поповненні в 10 млн. Т.
У морських водах Землі розчинені близько 4,5 млрд. Т урану, приблизно по 3 млрд. Т марганцю, ванадію і нікелю, 6 млрд. Т золота (близько 1 т на кожного жителя планети!). Однак концентрація їх порівняно мала. Проте, якщо в майбутньому промислове опріснення морської води буде вироблятися у великих масштабах, то відходи солей, збагачені в 3-4 рази, можуть стати сировиною, цілком придатним для вилучення містяться в ньому металів.
Якщо метали становлять практичний інтерес переважно в елементному стані, то неметали - сірка, фосфор, азот, кисень, хлор та ін. - цінні в утворених ними з'єднаннях. Незважаючи на зростаючий попит на різні хімічні продукти, величезні запаси неметалевої сировини цілком достатні для забезпечення хімічної промисловості протягом відносно тривалого періоду часу.
Крім елементної сірки і сірчаної руди - піриту (FeS2), широко застосовується для виробництва сірки, багато що містять сірку мінерали зустрічаються у великих кількостях і в багатьох місцях земної поверхні. До рентабельною можна віднести видобуток і переробку гіпсу (CaSO4 · 2Н2 О), ангідриту (CaSO4) і кізериту (MgSO4 · H2 0). У перспективі баланс сірки буде збережений в результаті переробки газів, що відходять сірчистих виробництв, кількість сірки в яких істотно перевищує потреби промисловості.
Доступні для розробки сучасними засобами фосфорні родовища містять близько 60 млрд. Т фосфорного сировини Р2 ПРО5. Близько 2/3 промислової фосфорної продукції припадає на країни колишнього СРСР і США.
Один з найважливіших видів неметалічної сировини - азот. Він входить до складу білків, широко застосовується для виробництва добрив та інших промислових продуктів. Хоча в земній корі частка азоту порівняно мала (близько 0,03%) і його витрати відносно великі, проблема виснаження навряд чи виникне, оскільки навколишня атмосфера містить близько 78% азоту.
Не менш важливим хімічним сировиною є кисень. Багато хімічних реакцій - процеси окислення - протікають при прямому чи непрямому участю цього елементу. Кисень - це найпоширеніший елемент. Його частка в земній корі становить приблизно 47%. Однак значна частина кисню пов'язана у вигляді різного роду оксидів, в тому числі і продуктів згоряння. Атмосферний кисень становить лише близько 0,013% загальної кількості. Цього достатньо для повного перетворення в оксид вуглецю органічної маси вуглецю, яка приблизно в 1650 разів перевершує нині існуючу. Запаси кисню постійно оновлюються завдяки процесам життєдіяльності рослин. Наприклад, 1 га лісу поставляє близько 60 т кисню на рік. Кисень поповнюється і при ультрафіолетовому розщепленні парів води в атмосфері.
Зі збільшенням обсягу виробництва соляної кислоти і вінілхлориду потреба в наступному неметалічному сировину - хлор - постійно зростає. Запаси хлорного сировини цілком достатні. Величезна кількість хлору є в соляних покладах і в морській воді, 1 т якої містить 30 кг солі NaCl.
Все більшого практичного значення для розвитку суспільства набувають штучні будівельні матеріали: гіпс, цемент, бетон і ін. Необхідна для таких матеріалів сировину (пісок, гравій, щебінь, глина, галька, вапняк, доломіт) мається на порівняно великих кількостях повсюдно. Проблема полягає не в кількості сировини, а в його територіальному розташуванні.
Для виробництва більшості хімічних продуктів потрібна вода. Вона служить розчинником, теплоносієм і вихідною сировиною для отримання кисню і водню. Хімічна промисловість при 25% -му загальному споживанні води промисловими підприємствами займає друге місце після енергетики.
Які ж водні ресурси нашої планети? Океани, моря, річки, озера і лід покривають близько 75% поверхні Землі. Якщо все кількість води, за деякими оцінками становить 1386 млн. М 3. рівномірно розподілити по поверхні земної кулі, то товщина шару води виявиться рівною приблизно 2700 м. На частку ж прісної води в такій водяній масі припадає лише 2,5%. Витрачається лише невелика частина прісної води, що здійснює безперервний кругообіг в природі. У той же час водні ресурси нерівномірно розподілені, і частина їх знаходиться в непридатному для безпосереднього споживання стані через великий вміст мінеральних солей (що визначається природними умовами) і через високий ступінь забруднення. Тому водопостачання населення пов'язане з проблемами транспортування, очищення і збереження чистоти природних вод.
Вуглець за поширеністю в природі займає тринадцяте місце. На його частку припадає 0,087% маси земної кори, або 20 000 блн т, з яких близько 99,5% міститься в карбонатних породах (карбонатах кальцію і магнію); 0,47% становить діоксид вуглецю в атмосфері і в воді, 0,02% припадає на вугілля, нафту і газ і 0,01% - на біосферу.
Раціональне використання запасів вуглецю можливе при виконанні таких умов:
- хімічні технології повинні забезпечити синтез різноманітних необхідних соедіненійізлюбого наявного вуглецевої сировини;
- для хімічної промисловості слід застосовувати величезні запаси повсюдно зустрічаються карбонатів;
- для енергетики не доцільно витрачати вуглець, пов'язаний в органічні копалини з'єднання.
Насправді і енергетика, і хімічна промисловість інтенсивно споживають горючі копалини - в основному вугілля, нафта і газ. Причому отримання вуглеводнів з нафти і газу економічно набагато вигідніше, ніж з вугілля. Продуктивність праці в нафтохімії приблизно в 12-16 разів вище, ніж в хімії карбонатів.
Швидкими темпами зростає споживання природного газу. Він використовується для виробництва електроенергії, і побутових потреб, а також як сировина для промислового виробництва ацетилену, формальдегіду, метанолу, синильної кислоти, водню і т. П. Загальні ресурси природного газу оцінюються в розмірі 120 000 млрд. М 3. з них на території Росії виявлено близько 80 000 млрд. м 3. При споживанні 1500 млрдм 3 в рік природного газу, як вважають деякі вчені, вистачить приблизно на 80 років. За іншими оцінками, виснаження природного газу відчули набагато раніше.
На зміну нафти і природного газу прийде вугілля, і лідируюче місце займають хімія вугілля. В останні десятиліття розробляються ефективні методи переробки вугілля. Зокрема, запропонований спосіб ефективного виробництва моторного палива з вугілля, що поєднує енергетичні й хімічні установки. Запаси вугілля величезні, але обмежені.
Чого ж слід очікувати після виснаження багатих ресурсів природного газу, нафти та вугілля? Ймовірно більшу увагу буде приділятися хімії карбонатів. Хімічні перетворення карбонатів стануть енергетично прийнятними. Вже намітилися шляхи зменшення витрат енергії при їх переробці. На стадії розробки знаходиться каталітичний метод перетворення вуглекислого газу СО повітря в прості органічні сполуки без високих температур і тиску. Не слід забувати про 2 блн т вуглецю, накопиченого в біосфері. Рослинний світ Землі можна розглядати як безперервно працюють хімічні фабрики, які споживають енергію Сонця. При розумному господарюванні їх продукції може вистачити на тривалий період часу. У зв'язку з цим фотосинтез як найважливіший природний процес повинен стати об'єктом пильної уваги все більшої маси населення планети.
Корисні сировинні запаси Землі при сучасних темпах їх споживання швидко виснажуються. Одночасно накопичується величезна кількість відходів промислових підприємств, міст і численних населених пунктів. Одна з головних завдань сучасних промислових і господарських підприємств - включити відходи в промисловий цикл, що, природно, буде сприяти збереженню природних ресурсів.
Серед різноманіття вторинної сировини метали посідають перше місце по споживанню. За рахунок них покривається істотна частка потреб промисловості. Для різних цілей використовується трохи більше половини рослинної маси - деревини. Гілки, пні, листя дерев залишаються в лісі, а тирса, стружка найчастіше складають відходи деревообробної промисловості. У виробництві целюлози лише 1/4 загальної біомаси дерев переходить в кінцевий продукт, при цьому втрачається велика кількість дуже цінних ароматичних сполук. У зв'язку з цим одна з найважливіших завдань споживачів деревини - більш ефективна переробка біомас. Деревина служить сировиною не тільки для паперової промисловості, а й для виробництва будівельних та столярних пиломатеріалів, білкової маси, активованого вугілля, безлічі медикаментів і т. П. Але все-таки відносно велика маса деревини йде на виробництво паперу та картону. Відпрацьовано технологію переробки використаного паперу і картону, і їх утилізація особливо важлива: 50 тис. Т макулатури економлять 120 тис. М 3 деревини і тим самим зберігають 500 га лісу. На жаль, таким цінною вторинною сировинним матеріалом часто нехтують.
Вагомий сировинний потенціал представляють зола і шлаки, що залишаються після спалювання вугілля. Лише незначна кількість таких відходів знаходять застосування, в той час як на їх ліквідацію витрачаються великі кошти. Певну частину золи, наприклад, можна було б використовувати в якості наповнювача цементу. Так, 1,3 т золи бурого вугілля, витягнутої з димових газів, замінює 1 т цементу. Крім того, така зола містить 5-30% окису заліза, близько 30% вапна і помітну кількість коксованого залишкового вугілля. Залізна руда, вапно і кокс - це головні сировинні компоненти для металургії. Отже, велике практичне значення має витяг заліза і силікатних будівельних матеріалів з зольного і шлакового вторинної сировини.
З нафтових відходів в господарський цикл повертається 25-35%, хоча рівень повторного їх застосування може бути набагато вище.
В даний час випускаються великі обсяги пластмасової продукції. Однак не всі види пластмас піддаються утилізації. Якщо полістирол, полівінілхлорид і інші пластмаси успішно повертаються в промисловість (з них виготовляють різного роду покриття) то поліуретан і різні штучні волокна набагато важче піддаються переробці.
Збір і переробка вторинної сировини, звичайно, вимагають цілком певних капіталовкладень, але слід пам'ятати, що застосування деяких видів вторинної сировини обходиться все-таки дешевше, ніж переробка первинної сировини, т. Е. Сировини, накопиченого протягом тривалого часу в надрах Землі. Утилізація вторинної сировини, т. Е. Забезпечення нового життя старим речам, предметам і виробам, - зовсім не ознака бідності, а свідоцтво, перш за все, розумного господарювання в державному масштабі.