شیمی و انرژی. منابع انرژی مدرن انرژی صنایع شیمیایی انرژی شیمیایی

صنعت شیمیایی روسیه از نظر حجم تولید در رتبه یازدهم جهان قرار دارد. سهم این صنعت از کل تولیدات صنعتی کشور 6 درصد است. شرکت های شیمیایی با تمرکز 7 درصد از دارایی های ثابت (مقام پنجم پس از مهندسی مکانیک، صنایع سوخت، انرژی و متالورژی)، 8 درصد از ارزش صادرات صنعتی و 7 درصد از درآمدهای مالیاتی را به بودجه تامین می کنند. شرکت های مجتمع شیمیایی تامین کننده مواد اولیه، محصولات واسطه ای، مواد مختلف (پلاستیک، الیاف شیمیایی، لاستیک، لاک و رنگ، رنگ، کود معدنی و غیره) برای کلیه صنایع بوده و می توانند تاثیر بسزایی در مقیاس داشته باشند. ، جهت و کارایی توسعه آنها.

صنعت شیمیایی روسیه امروز

تحولات از آغاز اصلاحات بازار به طور قابل توجهی ساختار تولید مواد شیمیایی را بر اساس نوع مالکیت تغییر داده است: تا به امروز، مجتمع شیمیایی دارای کوچکترین گروه از شرکت های باقی مانده در مالکیت دولتی است. در نتیجه خصوصی سازی، کنترل سهام بخش قابل توجهی از شرکت های شیمیایی به دست سرمایه گذاران خارجی رسید. اینها عمدتاً شرکت های نفت و گاز هستند.

همانطور که کارشناسان صنعت می گویند، صنایع شیمیایی روسیه نیاز به یک جهش کیفی دارد، در غیر این صورت کاملا غیررقابتی می شود. از جمله عوامل اصلی مانع توسعه صنعت، مشکلاتی است که برای صنعت ما استاندارد است. اولاً ، این فرسودگی دارایی ها است - تجهیزات فن آوری نصب شده در شرکت های روسی بسیار عقب تر از نیازهای مدرن هستند (عمر بخش قابل توجهی از آن 20 سال یا بیشتر است ، درجه فرسودگی و پارگی دارایی های ثابت است. حدود 46 درصد مشکلات دیگر عدم تطابق بین ساختار تولید مجتمع شیمیایی روسیه و روندهای مدرن در صنایع شیمیایی کشورهای توسعه یافته و همچنین این واقعیت است که اساس تولید مجتمع شیمیایی روسیه محصولاتی با درجه فرآوری پایین است. مواد اولیه اولیه

اگر در مورد اهداف استراتژیک صنعت صحبت کنیم، آنگاه تجهیز فنی و نوسازی موجود و ایجاد امکانات جدید تولیدی مقرون به صرفه و سازگار با محیط زیست، توسعه پتانسیل صادرات و بازار داخلی محصولات شیمیایی و توسعه منابع، مواد خام و تامین سوخت و انرژی برای مجتمع شیمیایی. از جمله وظایف دیگر، کارشناسان توسعه سازمانی و ساختاری مجتمع شیمیایی را در جهت افزایش بازده محصولات با فناوری پیشرفته و همچنین افزایش کارایی تحقیق و توسعه و فعالیت های نوآورانه شرکت ها در صنایع شیمیایی روسیه نام می برند.

این مهمتر از آن است که در دوره 2020 و تا 2030، بر اساس تجزیه و تحلیل انجام شده توسط متخصصان وزارت صنعت و تجارت، صنعت شیمیایی روسیه با وظیفه تامین تقاضا برای مواد جدید با فناوری پیشرفته روبرو خواهد شد. از مهندسی مکانیک، کشتی سازی، پزشکی، ساخت هلیکوپتر، و ساخت هواپیما، مهندسی نیرو.

توسعه در بخش‌های فضا، هوانوردی و انرژی هسته‌ای نیز به مواد شیمیایی جدید، مواد کامپوزیتی، مواد آب‌بندی، مواد عایق صدا، سیم‌ها و کابل‌های برق و پوشش‌ها نیاز دارد. تقاضاهای بالا در مورد خواص فنی محصولات مانند استحکام بالا، مقاومت در برابر تشعشع، مقاومت در برابر خوردگی، مقاومت در برابر دماهای بالا و پایین و همچنین مقاومت در برابر پیری مواد افزایش خواهد یافت.

به عنوان مثال، پلیمرها اکنون پس از فلزات به عنوان مواد اولیه برای تولید قطعات خودرو، جایگاه دوم را در صنعت خودروسازی جهانی به خود اختصاص داده اند. در روسیه، کمبود و محدوده برند محدود انواع پلاستیک های تولید شده وجود دارد که مانعی جدی برای افزایش طیف قطعات خودروی تولید شده ایجاد می کند.

سهم کامپوزیت های پلیمری در حجم کل مصالح ساختمانی در روسیه نیز بسیار کم است. اگر مواد "سنتی" عمدتا در مهندسی عمران استفاده می شود، پس در بخش هایی مانند ساخت پل ها، راه آهن، تونل های راه آهن و غیره، کامپوزیت های پلیمری چشم انداز قابل توجهی در روسیه دارند.

بنابراین، همانطور که کارشناسان می گویند، ایجاد تولید پلیمرهای لازم در روسیه می تواند به بخش مهمی از جایگزینی واردات تبدیل شود. در عین حال، استفاده از محصولات شیمیایی در ساخت و ساز به طور مداوم در حال گسترش است: اینها شامل مواد عایق و افزودنی های جدید در مواد ساختاری، مواد عایق، پوشش هایی که برق را از نور خورشید تولید می کنند، و سطوح جاده که امکان اندازه گیری جریان ترافیک را فراهم می کند و غیره است.

محصولات شیمیایی جدیدی نیز در بازار ظاهر می‌شوند: پلاستیک‌هایی با چرخه عمر طولانی، موادی با قابلیت خود تشخیصی و خودسازگاری، الیاف با فناوری پیشرفته نسل جدید، لاستیک‌های اکو خود ترمیم‌شونده و نانومواد «هوشمند» که تغییر شکل می‌دهند. درخواست کاربر کارشناسان در مورد پلیمرهایی با عملکرد غشاهای فعال که می توانند مولکول ها را مرتب کنند، در مورد پلیمرهای آمورف که می توانند پوشش های آسیب دیده را بازسازی کنند، در مورد سوخت های قطب شمال که در سیاست فعلی روسیه بسیار مهم هستند و غیره صحبت می کنند.

بسیاری از کارشناسان همچنین افزایش بیشتر اهمیت مواد بیولوژیکی را پیش بینی می کنند. در میان مدت، تولید انبوه محصولات شیمیایی از منابع تجدیدپذیر (شیمی "سفید") انتظار می رود: سوخت های زیستی، محصولات از پلیمرهای زیست تخریب پذیر، حسگرهای زیستی و تراشه های زیستی. بر اساس برآوردهای اولیه کارشناسان، بازار بیوپلیمرها (پلیمرهای ساخته شده از منابع تجدیدپذیر) سالانه 8 تا 10 درصد رشد خواهد کرد و تا سال 2020 سهم آنها در کل بازار پلیمرها 25 تا 30 درصد خواهد بود.

همه اینها، به گفته مقامات وزارت صنعت و تجارت، می تواند در روسیه تولید شود - در صورتی که سرمایه گذاری های لازم در صنایع شیمیایی داخلی انجام شود.

انرژی و شیمی

اگر در مورد ارتباط بین شیمی و انرژی صحبت کنیم، آنها بسیار نزدیک هستند: صنایع شیمیایی انرژی زیادی مصرف می کند. انرژی صرف فرآیندهای گرماگیر، حمل و نقل مواد، خرد کردن و آسیاب کردن مواد جامد، فیلتر کردن، فشرده سازی گازها و غیره می شود مناطق انرژی بر صنعت هستند. آنها با تولید تقریباً 7 درصد از محصولات صنعتی، بین 13 تا 20 درصد انرژی مورد استفاده کل صنعت را مصرف می کنند.

با این حال، دستاوردهای شیمی برای بخش انرژی نیز مفید است. در حال حاضر، شیمیدانان در حال کار بر روی موضوعات حداکثر و جامع استفاده از انرژی-فناوری از منابع سوخت - کاهش تلفات حرارتی به محیط زیست، بازیافت گرما، به حداکثر رساندن استفاده از منابع سوخت محلی و غیره هستند.

به عنوان مثال، بسیاری از کشورها در حال توسعه یک فناوری مقرون به صرفه برای پردازش زغال سنگ به سوخت مایع (و همچنین گاز) هستند. شیمیدانان روسی نیز روی این مشکل کار می کنند. ماهیت فرآیند مدرن پردازش زغال سنگ به گاز سنتز به شرح زیر است. مخلوطی از بخار آب و اکسیژن به ژنراتور پلاسما عرضه می شود. سپس غبار زغال سنگ وارد مشعل گاز داغ می شود و در نتیجه یک واکنش شیمیایی مخلوطی از مونوکسید کربن و هیدروژن به وجود می آید، یعنی گاز سنتز. متانول از آن تولید می شود که می تواند جایگزین بنزین در موتورهای احتراق داخلی شود و از نظر اثرات زیست محیطی با نفت، گاز و زغال سنگ مقایسه مطلوبی دارد.

روسیه همچنین روش های شیمیایی برای حذف روغن بایندر (حاوی هیدروکربن های با وزن مولکولی بالا) توسعه داده است که بخش قابل توجهی از آن در چاله های لجن باقی می ماند. برای افزایش بازده روغن، سورفکتانت‌ها به آبی که به سازندها تزریق می‌شود، اضافه می‌شوند که مولکول‌های آن‌ها در فصل مشترک روغن و آب قرار می‌گیرند، که تحرک روغن را افزایش می‌دهد.

انرژی هیدروژن که بر اساس احتراق هیدروژن است و در طی آن هیچ انتشار مضری تولید نمی شود، بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد. با این حال، برای توسعه آن لازم است تعدادی از مشکلات مربوط به کاهش هزینه هیدروژن و ایجاد وسایل قابل اعتماد برای ذخیره و حمل و نقل آن حل شود. اگر این مشکلات قابل حل باشند، هیدروژن به طور گسترده در حمل و نقل هوایی، حمل و نقل آبی و زمینی، تولید صنعتی و کشاورزی استفاده می شود. دانشمندان روسی از نزدیک با همکاران اروپایی خود در مورد این مسائل کار می کنند.

یکی از زمینه های کلیدی حل مشکلات مربوط به پردازش مقرون به صرفه نفت با ویسکوزیته بالا و همچنین باقی مانده های سنگین از پالایشگاه های نفت است. عمق پالایش نفت در کشورهای اتحادیه اروپا حداقل 85 درصد است و این مقدار در دوره پیش بینی افزایش خواهد یافت. در شرکت های مجتمع پالایش نفت روسیه، مجموعه ای از فرآیندهای ثانویه مورد نیاز برای پردازش بخش های سنگین نفت در بیشتر موارد وجود ندارد و عمق پردازش حدود 70٪ است. افزایش این شاخص به شما این امکان را می دهد که سود بیشتری دریافت کنید و کارایی استفاده از مواد اولیه ثانویه را افزایش دهید.

در حال حاضر، موسسه سنتز پتروشیمی آکادمی علوم روسیه، همراه با موسسه نفت گروزنی (GrozNII)، یک فناوری اساساً جدید برای آماده سازی هیدروژنه تار بر روی کاتالیزورهای اندازه نانو ایجاد کرده است که پس از آن امکان استفاده از آن وجود دارد. فرآیندهای مرسوم بسیار کارآمد کراکینگ کاتالیستی یا هیدروکراکینگ تقطیر خلاء، یعنی روش های سنتی پالایش عمیق نفت. در عین حال، پیچیدگی پالایش نفت شامل استخراج منطقی اجزای ارزشمند از نفت (روغن‌ها، پارافین‌های مایع و جامد، اسیدهای نفتنوئیک و غیره) و پردازش بهینه محصولاتی است که قبلاً استفاده از آنها دشوار بود، مانند نور. گازها، آسفالت و شن و ماسه. ماهیت بدون ضایعات پالایش نفت که به دلیل افزایش تأثیر منفی فعالیت های انسانی بر محیط زیست بسیار حاد شده است، شامل پردازش کامل تمام بخش های نفتی با حداکثر استخراج اجزای مفید است: استفاده از فناوری ها، کاتالیزورها و معرف ها حذف می شود. تشکیل گازهای گلخانه ای و زباله های مضر.

علاوه بر این، شیمی گاز یکی از جالب‌ترین حوزه‌ها برای روسیه باقی می‌ماند که برای تبدیل گاز طبیعی به محصولات مایع به فناوری‌های ساده و مقرون‌به‌صرفه نیاز دارد که برای عملیات مستقیم در مناطق تولید گاز، از جمله در مناطق قطبی و دریا طراحی شده است. تاقچه.

با کمک صنایع شیمیایی، روسیه می تواند سهم بازار خود را نه تنها از منابع اولیه انرژی، بلکه در بازار بسیار سودآورتر محصولات شیمیایی گران قیمت و سوخت موتورهای سازگار با محیط زیست به طور قابل توجهی گسترش دهد. در این زمینه است که روسیه بیشترین شانس را برای ورود به بازار فناوری پیشرفته در سال های آینده دارد. گذار بازار جهانی به سوخت‌های بنزین و گازوئیل با سولفور بسیار کم که بر بهبود محیط زیست تأثیر می‌گذارد، رویداد مهمی است که تعداد زیادی از پیوندها در مکانیسم‌های اقتصادی و دولتی را در بر می‌گیرد. این انتقال با توسعه فناوری‌هایی برای تصفیه عمیق و فوق‌عمیق بخش‌های مایع و همچنین توسعه فرآیندهای جدید برای تصفیه و فرآوری گازهای پالایشگاهی و تکنولوژیکی همراه است. در اینجا شیمیدانان روسی نیز می توانند سهم خود را داشته باشند.

صنعت شیمیایی روسیه به ویژه با صنعت انرژی در زمینه انرژی هسته ای تعامل نزدیک دارد. علاوه بر این، ما نه تنها در مورد تولید عناصر سوخت، بلکه در مورد پروژه های عجیب و غریب تر صحبت می کنیم. به عنوان مثال، برای نیروگاه های هسته ای است که در آینده کاربرد دیگری پیدا خواهند کرد - برای تولید هیدروژن. بخشی از هیدروژن تولید شده توسط صنایع شیمیایی مصرف می شود و بخشی دیگر برای نیرو دادن به واحدهای توربین گازی روشن در بارهای اوج مصرف می شود.

نانومواد و بیوکاتالیز

کارشناسان توسعه فن آوری های جدید و ابزارهای دفع زباله های رادیواکتیو را به عنوان فناوری های امیدوارکننده در صنایع شیمیایی می دانند. طراحی مولکولی، جنبه‌های شیمیایی انرژی، مانند ایجاد منابع جدید شیمیایی، توسعه فناوری‌های تولید سوخت از مواد خام غیر نفتی و تجدیدپذیر، مواد و مواد پرانرژی و غیره.

در نانوشیمی، «پیشرفته‌ترین» حوزه‌ها شامل نانوکاتالیز، تولید نانومواد برای دریافت، پردازش و انتقال اطلاعات، رسانه‌های حافظه مولکولی و توسعه نانومدولاتورها است.

انتظار می رود از فناوری های بیوکاتالیستی برای تولید پلیمرهای زیست تخریب پذیر و رسانای الکتریکی استفاده شود. پلیمرهای با وزن مولکولی بالا برای افزایش بازیافت روغن و تصفیه آب؛ پوشش های ضد خوردگی و ضد الکتریسیته ساکن برای سازه های فلزی که از نظر کارایی نسبت به پوشش های رنگ و لاک برتر هستند. حسگرهای زیستی و تراشه‌های زیستی که از اصول ادراک و تشخیص بیولوژیکی بسیار خاص برای استفاده در پزشکی، صنعت هوافضا و تولید تجهیزات کامپیوتری استفاده می‌کنند. همچنین می‌توانید به روش جدیدی برای جداسازی و خالص‌سازی مخلوط‌های شیمیایی، تهیه و اعمال پوشش‌های پودری، نمک‌زدایی آب، تصفیه آب و خاک از جمله از فلزات سنگین و رادیونوکلئیدها اشاره کنید.

همانطور که کارشناسان می گویند، توسعه نانو و بیوتکنولوژی منجر به ظهور نسل جدیدی از محصولات با خواص پیشرفته می شود که به نوبه خود منجر به استفاده جدید از آنها در بسیاری از صنایع از جمله بخش انرژی خواهد شد. به عنوان مثال، اینها مواد جدید برای ذخیره هیدروژن، غشاهای بهبود یافته برای آب شیرین کن و تصفیه خانه های فاضلاب، پوشش های خود ترمیم شونده و غیره هستند.

بنابراین، در شرایط مدرن، صنعت انرژی به طور فزاینده ای به آخرین فناوری های شیمیایی نیاز دارد و تولید کنندگان روسی نیز به این تقاضا پاسخ می دهند.

– از محصولات جدید تولیدی خود در صنایع شیمیایی که در بخش انرژی استفاده می شود بگویید. چه محصولاتی بیشتر مورد تقاضای مشتریان است؟

ماریا زایتسوا، مدیر بخش انرژی هسته ای NPP VMP-Neva LLC: - هلدینگ تحقیق و تولید VMP در توسعه، تولید و اجرای پوشش هایی برای محافظت طولانی مدت از فلز و بتن تخصص دارد.

مواد ضد خوردگی و ضد حریق تولید شده و همچنین کفپوش های پلیمری دارای ویژگی های فنی و عملکردی بالایی هستند که از طریق رنگدانه های بسیار موثر، پلیمرهای شیمیایی و مقاوم در برابر آب و هوا، پرکننده های ویژه و افزودنی های کمکی به دست می آیند. ما بیش از 17 سال است که در بخش انرژی کار می کنیم. امروز ما توجه متخصصان صنعت را به یک ماده جالب جدید جلب می کنیم که قبلاً تجربه مثبت استفاده در نیروگاه های هسته ای دارد. مینای دندان VINIKOR® EP-1155D برای محافظت از ناحیه دسترسی کنترل شده، از جمله واحد راکتور طراحی شده است. این تنها ماده ای در روسیه است که آزمایش های شبیه سازی شده را در شرایط عملیاتی عادی یک واحد راکتور گذرانده است. تا به امروز، آزمایش ها توانایی پوشش را برای عملکرد بدون از دست دادن پارامترهای حفاظتی به مدت 50 سال تایید کرده اند. همه اینها به ما این امکان را می دهد که این مواد را به طراحان و خدمات عملیاتی ایستگاه ها، کارخانه های پردازش زباله هسته ای و تأسیسات ذخیره سازی، در هر جایی که نیازهای Rosatom برای ایمنی تأسیسات وجود دارد، ارائه دهیم. یکی دیگر از مواد برای تاسیسات مهندسی انرژی و هیدرولیک ISOLEP®-hydro Primer-Emel است. برای محافظت از سازه های فلزی واقع در منطقه زیر آب و در منطقه مرطوب شدن متغیر استفاده می شود. آزمایش های کامل را در برج خنک کننده یک نیروگاه هسته ای با موفقیت پشت سر گذاشت.

نیروگاه های هسته ای زیردریایی های ایالات متحده از بسیاری از عناصر شیمیایی و ترکیبات آلی مصنوعی استفاده می کنند. در میان آنها سوخت هسته ای به شکل اورانیوم غنی شده با ایزوتوپ شکافت پذیر است. گرافیت، آب سنگین یا بریلیم که به عنوان بازتابنده نوترون برای کاهش نشت آنها از هسته راکتور استفاده می شود. بور، کادمیوم و هافنیوم که بخشی از میله های کنترل و حفاظت هستند. سرب که در حفاظت اولیه راکتور به همراه بتن استفاده می شود. زیرکونیوم آلیاژ شده با قلع، که به عنوان یک ماده ساختاری برای پوسته عناصر سوختی عمل می کند. رزین های تبادل کاتیونی و تبادل آنیونی که برای بارگیری فیلترهای تبادل یونی استفاده می شود، که در آنها خنک کننده اولیه نصب - آب بسیار تصفیه شده - از ذرات حل شده و معلق در آن آزاد می شود.

شیمی همچنین نقش مهمی در تضمین عملکرد سیستم های مختلف زیردریایی ایفا می کند، به عنوان مثال، سیستم هیدرولیک، که مستقیماً با کنترل نیروگاه مرتبط است. شیمیدانان آمریکایی برای مدت طولانی برای ایجاد سیالات کاری برای این سیستم کار کرده اند که قادر به کار در فشار بالا (تا 210 اتمسفر)، ایمن و غیر سمی هستند. گزارش شده است که برای محافظت از خطوط لوله و اتصالات سیستم هیدرولیک در برابر خوردگی هنگام غرق شدن با آب دریا، کرومات سدیم به سیال کار اضافه می شود.

انواع مواد مصنوعی - فوم پلی استایرن، لاستیک مصنوعی، پلی وینیل کلرید و غیره به طور گسترده ای در قایق ها برای کاهش سر و صدای مکانیسم ها و افزایش مقاومت در برابر انفجار و پوشش های عایق صدا، ضربه گیرها، درج های عایق صدا در خطوط لوله استفاده می شود. و آویزهای میرایی صدا از چنین موادی ساخته می شوند.

انباشته‌کننده‌های انرژی شیمیایی، به‌عنوان مثال به شکل انباشته‌کننده‌های فشار پودر، شروع به استفاده (اگرچه هنوز به صورت تجربی) برای تصفیه اضطراری مخازن بالاست اصلی دارند. بارهای سوخت جامد در زیردریایی های موشکی ایالات متحده و برای پشتیبانی از پرتاب زیر آب موشک های پولاریس استفاده می شود. هنگامی که چنین شارژی در حضور آب شیرین سوزانده می شود، مخلوط بخار و گاز در یک ژنراتور ویژه تشکیل می شود که موشک را از لوله پرتاب خارج می کند.

منابع انرژی صرفا شیمیایی بر روی برخی از انواع اژدرهای در حال خدمت و توسعه در خارج از کشور استفاده می شود. بنابراین، موتور اژدر بخار-گاز پرسرعت آمریکایی Mk16 با الکل، آب و پراکسید هیدروژن کار می کند. اژدر Mk48 در حال توسعه، همانطور که در مطبوعات گزارش شده است، دارای یک توربین گازی است که عملکرد آن با یک بار سوخت جامد تضمین می شود. برخی از اژدرهای جت آزمایشی مجهز به نیروگاه هایی هستند که با سوختی کار می کنند که با آب واکنش نشان می دهد.

در سال های اخیر، اغلب در مورد نوع جدیدی از "تک موتور" برای زیردریایی ها صحبت شده است که بر اساس آخرین پیشرفت های شیمی، به ویژه در استفاده از به اصطلاح سلول های سوختی به عنوان منبع انرژی است. آنها در فصل ویژه ای از این کتاب به تفصیل بیشتر مورد بحث قرار گرفته اند. در حال حاضر، ما فقط به این نکته اشاره می کنیم که در هر یک از این عناصر یک واکنش الکتروشیمیایی رخ می دهد، برعکس الکترولیز. بنابراین، در طول الکترولیز آب، اکسیژن و هیدروژن در الکترودها آزاد می شود. در یک پیل سوختی، اکسیژن به کاتد و هیدروژن به آند می رسد و جریان گرفته شده از الکترودها به شبکه ای خارج از عنصر می رود، جایی که می توان از آن برای به حرکت درآوردن موتورهای ملخ زیردریایی استفاده کرد. به عبارت دیگر، در یک پیل سوختی، انرژی شیمیایی به طور مستقیم به انرژی الکتریکی بدون دماهای بالا متوسط ​​تبدیل می شود، مانند یک زنجیره نیروگاه معمولی: دیگ بخار - توربین - ژنراتور الکتریکی.

مواد الکترود موجود در پیل های سوختی می تواند شامل نیکل، نقره و پلاتین باشد. از آمونیاک مایع، روغن، هیدروژن مایع و متیل الکل می توان به عنوان سوخت استفاده کرد. معمولاً از اکسیژن مایع به عنوان یک عامل اکسید کننده استفاده می شود. الکترولیت می تواند محلولی از هیدروکسید پتاسیم باشد. یکی از پروژه‌های پیل سوختی زیردریایی آلمان غربی استفاده از پراکسید هیدروژن با غلظت بالا را پیشنهاد می‌کند که وقتی تجزیه می‌شود، هم سوخت (هیدروژن) و هم اکسیدکننده (اکسیژن) تولید می‌کند.

یک نیروگاه با سلول های سوختی، اگر در قایق ها استفاده شود، نیاز به دیزل ژنراتور و باتری را از بین می برد. همچنین عملکرد بی صدا موتورهای اصلی، عدم وجود لرزش و راندمان بالا - حدود 60 تا 80 درصد با وزن واحد امیدوارکننده تا 35 کیلوگرم در هر کیلووات را تضمین می کند. بر اساس محاسبات کارشناسان خارجی، هزینه های ساخت زیردریایی با پیل سوختی می تواند دو تا سه برابر کمتر از هزینه های ساخت زیردریایی هسته ای باشد.

مطبوعات گزارش دادند که کار در ایالات متحده برای ایجاد یک نمونه اولیه زمینی از یک نیروگاه قایق با سلول های سوختی در حال انجام است. در سال 1964، آزمایش چنین نصبی بر روی زیردریایی تحقیقاتی بسیار کوچک Star-1 آغاز شد، قدرت موتور ملخ آن تنها 0.75 کیلووات است. به گفته مجله Schiff und Hafen، یک کارخانه آزمایشی با سلول های سوختی نیز در سوئد ایجاد شده است.

اکثر کارشناسان خارجی بر این باورند که توان نیروگاه های از این نوع بیش از 100 کیلووات نخواهد بود و زمان کار مداوم آنها 1000 ساعت است. بنابراین، منطقی ترین استفاده از پیل های سوختی در زیردریایی های بسیار کوچک و کوچک برای اهداف تحقیقاتی یا خرابکاری و شناسایی با استقلال حدود یک ماه است.

ایجاد سلول های سوختی تمام موارد کاربرد دستاوردهای الکتروشیمی در کاربردهای زیر آب را تمام نمی کند. بنابراین، زیردریایی‌های هسته‌ای ایالات متحده از باتری‌های قلیایی نیکل کادمیوم استفاده می‌کنند که با شارژ شدن، به جای هیدروژن، اکسیژن آزاد می‌کنند. برخی از زیردریایی های دیزلی در این کشور به جای باتری های اسیدی از باتری های قلیایی نقره-روی استفاده می کنند که چگالی انرژی آنها سه برابر بیشتر است.

ویژگی های باتری های نقره-روی یکبار مصرف برای اژدرهای الکتریکی زیردریایی حتی بالاتر است. در حالت خشک (بدون الکترولیت) می توان آنها را برای سالها بدون نیاز به مراقبت نگهداری کرد. و آماده کردن آنها به معنای واقعی کلمه یک ثانیه طول می کشد، و باتری ها را می توان به مدت 24 ساعت شارژ نگه داشت. ابعاد و وزن چنین باتری هایی پنج برابر کمتر از باتری های سرب (اسید) معادل است. برخی از انواع اژدرهایی که با زیردریایی های آمریکایی در خدمت هستند دارای باتری هایی با صفحات منیزیم و کلرید نقره هستند که بر روی آب دریا کار می کنند و همچنین عملکرد بالایی دارند.

انرژی صنایع شیمیایییکی از جایگاه های اصلی صنعت مدرن را به خود اختصاص داده است. بدون مشارکت او، انجام فرآیندهای تکنولوژیکی غیرممکن خواهد بود. انرژی تا حد زیادی به تضمین زندگی انسان کمک می کند.

انرژی انواع مختلفی دارد:

• برقی؛


• حرارتی؛


• هسته ای و گرما هسته ای؛


• سبک؛


• مغناطیسی؛


• شیمیایی؛


• مکانیکی.

مطلقاً تمام تولیدات شیمیایی انرژی مصرف می کند. فرآیندهای صنعتی شامل استفاده یا گردش انرژی است. انرژی الکتریکی برای فرآیندهای الکتروشیمیایی، الکتروترمال و الکترومغناطیسی استفاده می شود. اینها الکترولیز، ذوب، گرمایش، سنتز هستند. برای فرآیندهای آسیاب، اختلاط، عملکرد کمپرسورها و فن ها از تبدیل انرژی الکتریکی به انرژی مکانیکی استفاده می شود.

انرژی حرارتی برای انجام فرآیندهای فیزیکی که با گرما، ذوب، تقطیر، خشک کردن، یعنی واکنش های شیمیایی همراه نیستند، استفاده می شود. انرژی شیمیایی در دستگاه های گالوانیکی استفاده می شود و در آنجا به انرژی الکتریکی تبدیل می شود. انرژی نور برای انجام واکنش های فتوشیمیایی استفاده می شود.

پایه سوخت انرژی برای صنایع شیمیایی

که در صنعت انرژی صنایع شیمیاییسوخت های فسیلی و مشتقات آنها منبع اصلی انرژی مصرفی است. شدت انرژی تولید با مصرف انرژی در هر واحد از محصولات تولیدی تعیین می شود.
انرژی شامل استخراج منابع انرژی (نفت، گاز، زغال سنگ، شیل) و پردازش آنها و همچنین انواع خاصی از حمل و نقل است. اینها شامل خطوط لوله نفت، خطوط لوله گاز، خطوط برق و خطوط لوله محصولات است.

بخش انرژی سوخت همچنین پایه مواد خام برای صنایع پتروشیمی و شیمیایی است. تمام محصولات آن تحت عملیات حرارتی قرار می گیرند تا اجزای جداگانه جدا شوند (به عنوان مثال، کک از زغال سنگ، اتان، اتیلن، بوتان، پروپان از نفت و گاز). فقط از گاز طبیعی به شکل خالص برای تولید محصولات شیمیایی مانند آمونیاک و متیل الکل استفاده می شود.

بخش انرژی به صورت پویا و سریع در حال توسعه است و باعث توسعه پیشرفت علمی و فناوری می شود. تقاضا برای استفاده از منابع انرژی روز به روز در حال رشد است و از این رو جستجو برای ذخایر و ایجاد تاسیسات جدید تولید جزء اولویت‌های این صنعت است. با این حال، این منطقه منجر به مشکلات متعددی در اقتصاد، سیاست، جغرافیا و اکولوژی می شود که ماهیت جهانی دارند.

در حال توسعه ترین بخش های انرژی، نفت و پالایش نفت و همچنین صنایع گاز هستند. استخراج منابع طبیعی جایگاه قابل توجهی در جهان دارد و ذخایر آنها گاهی موجب درگیری بین دولت ها می شود. نفت یک حامل مهم انرژی است پس از فرآوری آن، بسیاری از محصولات لازم برای فعالیت های انسانی به دست می آید. لیست آنها شامل نفت سفید، بنزین، انواع مختلف سوخت و روغن های نفتی، نفت کوره، قطران و غیره است. نیاز به صنعت پالایش نفت با توسعه حمل و نقل و هوانوردی برای تامین سوخت آن پدید آمد. صنعت گاز پیشرفته ترین و امیدوارکننده ترین حوزه است. گاز طبیعی ماده اولیه اصلی تولید مواد شیمیایی است و کاربردهای آن بسیار متفاوت است.

نمایشگاه شیمی در پاییز آخرین فناوری ها و پیشرفت های این حوزه را در حجم و مقیاس بزرگ ارائه می دهد. انرژی صنایع شیمیایی. در این نمایشگاه تولیدکنندگان و مصرف کنندگان نه تنها می توانند با محصول و مجموعه آن آشنا شوند، بلکه وارد معاملات جدید شده و با شرکای داخلی و خارجی ارتباط برقرار می کنند. همانطور که کارشناسان خاطرنشان می کنند، "شیمی" تأثیر زیادی در توسعه و ترویج فناوری های جدید دارد. علاوه بر این، نه تنها روش ها و دستاوردهای جدید در علم و فناوری، بلکه تجهیزات حفاظتی شخصی و جمعی در محل کار را برجسته می کند.

این نمایشگاه که توسط نمایشگاه Expocentre سازماندهی شده است، از سال 1965 در مسکو برگزار می شود. و متخصصان Expocentre امکان برگزاری چنین رویدادهایی را در بالاترین سطح فراهم می کنند. به همین دلیل است که بارها و بارها از سوی برگزارکنندگان داخلی و خارجی به عنوان محل برگزاری چنین رویدادهایی انتخاب می شود.

ششمین مسابقه بین المللی پروژه های علمی و آموزشی

"انرژی آینده"

کار مسابقه

نقش شیمی در بخش انرژی: تهیه آب غیر معدنی شیمیایی

روش تبادل یونی برای نیروگاه های هسته ای

موسسه آموزشی شهرداری سالن ورزشی شماره 3 به نام.
، 10 کلاس "الف".

رهبران:

دستیار آزمایشگاه در کارگاه شیمیایی KNPP

– معلم فیزیک در سالن ورزشی شماره 3 موسسه آموزشی شهرداری

شماره تلفن های تماس:

حاشیه نویسی

نیروگاه کالینین بزرگترین مصرف کننده آب در منطقه Udomelsky است.

این مقاله اطلاعاتی در مورد الزامات کیفیت آب شرب و مدار ارائه می دهد. جداول مقایسه ای و هیستوگرام شاخص های شیمیایی آب شرب، دریاچه و مدار دوم ارائه شده است. شرح مختصری از نتایج بازدید از ایستگاه آبگیری و کارگاه شیمیایی نیروگاه کالینین ارائه شده است. شرح مختصری از تئوری تبادل یونی و شرحی از طرح های اساسی تصفیه آب شیمیایی و کارخانه نمک زدایی بلوک نیز ارائه شده است. شرح نظری مختصری از اصل تصفیه آب از آلودگی رادیواکتیو - تصفیه آب ویژه - نیز ارائه شده است.

این کار به افزایش انگیزه برای مطالعه شیمی و فیزیک کمک می کند و فناوری های شیمیایی مورد استفاده در بخش انرژی را با استفاده از نمونه NPP کالینین معرفی می کند.

1. مقدمه 3

2. بررسی ادبیات تهیه آب با استفاده از روش 4

تبادل یونی

2.1. اصل بهره برداری از نیروگاه های هسته ای با راکتورهای VVER-1000 نوع 4

2.2. الزامات آب مورد استفاده برای

نیازهای فناوری در NPP 5

2.3. شاخص های شیمیایی کیفیت آب های طبیعی و کانتور. 5

2.4. نظریه تبادل یونی 6

2.5. چرخه کاری رزین تبادل یونی 9

2.6 ویژگی های استفاده از مواد تبادل یونی 10

3. مطالعه موردی 11

3.1.بازدید از ایستگاه آبگیری 11

3.2. بازدید از NPP کالینین 13

3.3.شرح مفهوم تصفیه آب شیمیایی 15

3.4.توضیح نمودار مدار

بلوک کارخانه نمک زدایی 18

3.5.توضیح نظری اصل عملیات

تصفیه آب ویژه 20

4. نتیجه گیری 20

5. مراجع 22

1. معرفی

1.1. هدف کار:

آشنایی با تکنولوژی تهیه آب نیروگاه های هسته ای با استفاده از روش تبادل یونی و مقایسه کیفیت آب: برای نیازهای فناورانه نیروگاه های هسته ای، آب شرب و دریاچه.

1.2. اهداف شغلی:

1. مطالعه الزامات آب مورد استفاده برای نیازهای تکنولوژیکی در یک نیروگاه هسته ای مدرن با استفاده از مثال NPP کالینین.

2. با تئوری روش تبادل یونی آشنا شوید،

3. از ایستگاه آبگیری در Udomlya بازدید کنید و با ترکیب شیمیایی آب آشامیدنی و آب دریاچه آشنا شوید.

4. مقایسه شاخص های تجزیه شیمیایی آب آشامیدنی و آب مدار دوم یک نیروگاه هسته ای.

5. از فروشگاه شیمیایی نیروگاه کالینین بازدید کنید و با موارد زیر آشنا شوید:

¾ با فرآیند آماده سازی آب در تصفیه آب شیمیایی؛

¾ با فرآیند تصفیه آب در کارخانه نمک زدایی بلوک؛

¾ از آزمایشگاه سریع مدار دوم بازدید کنید.

¾ از نظر تئوری با کار تصفیه آب ویژه آشنا شوید.

6. نتیجه گیری در مورد اهمیت تبادل یونی در آماده سازی آب.

1.3. ارتباط

استراتژی انرژی روسیه تقریباً دوبرابر کردن تولید برق از سال 2000 تا 2020 را پیش بینی می کند. با رشد غالب انرژی هسته ای: سهم نسبی تولید برق در نیروگاه های هسته ای در این دوره باید از 16 درصد به 22 درصد افزایش یابد.

تجهیزات NPP مانند هیچ مورد دیگری مشمول الزامات ایمنی، قابلیت اطمینان و کارایی عملیاتی نیستند.

یکی از مهم ترین عوامل موثر بر عملکرد مطمئن و ایمن نیروگاه های هسته ای، رعایت رژیم شیمی آب و حفظ شاخص های کیفیت آب در سطح استانداردهای تعیین شده است.

رژیم شیمی آب یک نیروگاه هسته ای باید به گونه ای سازماندهی شود که از یکپارچگی موانع (پوشش سوخت، مرزهای مدار خنک کننده، نرده های مهر و موم شده، سیستم های ایمنی محلی سازی) در مسیر انتشار احتمالی مواد رادیواکتیو به محیط زیست اطمینان حاصل شود. . اثر خورنده مایع خنک کننده و سایر رسانه های کاری بر روی تجهیزات و خطوط لوله سیستم های NPP نباید منجر به نقض محدودیت ها و شرایط عملکرد ایمن آن شود. رژیم شیمی آب باید حداقل میزان رسوب را بر روی سطوح انتقال حرارت تجهیزات و خطوط لوله تضمین کند، زیرا این امر منجر به بدتر شدن خواص انتقال حرارت تجهیزات و در نتیجه کاهش طول عمر تجهیزات می شود. .

2. بررسی ادبیات تهیه آب با استفاده از روش تبادل یونی

2.1. اصل عملیات نیروگاه های هسته ای با راکتورهای نوع VVER-1000

اصل کار اکثر نیروگاه های هسته ای موجود مبتنی بر استفاده از گرمای آزاد شده در هنگام شکافتن هسته 235U تحت تأثیر نوترون ها است. در هسته راکتور، تحت تأثیر نوترون ها، هسته 235U تقسیم می شود، انرژی آزاد می شود و خنک کننده - آب گرم می شود.

سوخت هسته ای انرژی حرارتی را به خنک کننده مدار اولیه که آب تحت فشار بالا (16 مگاپاسکال) است، در خروجی راکتور، دمای آب 3200 است. سپس انرژی حرارتی به آب مدار ثانویه منتقل می شود. هیچ تماس مستقیمی بین مایع خنک کننده و آب مدار ثانویه وجود ندارد. مایع خنک کننده در یک حلقه بسته گردش می کند: راکتور - مولد بخار - پمپ گردش اصلی - راکتور. چهار مدار از این قبیل وجود دارد. در مولد بخار، خنک کننده مدار اولیه، آب مدار ثانویه را تا زمان تشکیل بخار گرم می کند. بخار وارد توربین می شود که در اثر این بخار می چرخد. چنین بخاری سیال کار نامیده می شود. توربین مستقیماً به یک ژنراتور الکتریکی متصل است که انرژی الکتریکی تولید می کند. سپس بخار خروجی با فشار کم وارد کندانسور می شود و در آنجا به دلیل خنک شدن توسط آب دریاچه متراکم می شود. سپس تمیز کردن اضافی و بازگشت به مولد بخار. و بنابراین چرخه تکرار می شود: تبخیر، تراکم، تبخیر.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image002_125.gif" width="408" height="336">

برنج. 1. نمودار فناوری یک نیروگاه هسته ای دو مداره:

1 - راکتور؛ 2 - توربو ژنراتور 3 - خازن 4 – پمپ تغذیه 5 – مولد بخار 6- پمپ سیرکولاسیون اصلی.

2.2. الزامات آب مورد استفاده برای نیازهای فناوری در نیروگاه های هسته ای

با افزایش پارامترهای بخار و آب، تاثیر رژیم های شیمیایی آب افزایش یافته است. این منجر به افزایش بارهای حرارتی ویژه سطوح گرمایشی شد. در این شرایط حتی رسوبات جزئی روی سطوح داخلی لوله ها باعث گرم شدن بیش از حد و تخریب فلز می شود. پارامترهای بخار بالا (فشار و دما) توانایی انحلال آن را در برابر ناخالصی های موجود در آب تغذیه افزایش می دهد. در نتیجه شدت رانش مسیر جریان توربین افزایش می یابد که می تواند منجر به کاهش راندمان واحدها و در برخی موارد محدودیت توان آنها و کاهش عمر مفید تجهیزات شود.

رفع نواقص در رژیم های شیمیایی آب نه تنها در صورت تخلفاتی که وضعیت اضطراری ایجاد می کند، بلکه در صورت انحرافات به ظاهر جزئی از هنجارها ضروری است. به عنوان مثال، از تجربه عملیاتی چنین است که:

§ رسوبات نمک ها و محصولات خوردگی بر روی تیغه های سیلندر پرفشار توربین های 300 مگاواتی به میزان 1 کیلوگرم باعث افزایش فشار در مرحله کنترل توربین به میزان 0.5 - 1 MPa (5 - 10 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) می شود. ) و منجر به کاهش 5 تا 10 مگاوات قدرت توربین می شود.

§ رسوب محصولات خوردگی بر روی سطوح داخلی و خارجی لوله های بخاری فشار قوی به مقدار 300-500 گرم بر متر مربع، دمای گرمایش آب تغذیه را 2-30 درجه سانتیگراد کاهش می دهد و کارایی دستگاه را بدتر می کند.

§ رسوبات در مسیر بخار آب بلوک ها باعث افزایش مقاومت هیدرولیکی و تلفات انرژی آن برای پمپاژ آب و بخار می شود. افزایش مقاومت مسیر بلوک 300 مگاواتی به میزان 1 مگاوات (10 کیلوگرم بر سانتی متر مربع) منجر به مصرف بیش از حد 3 میلیون کیلووات ساعت برق در سال می شود.

برای برآوردن الزامات شیمی آب در نیروگاه های هسته ای، از سیستم های زیر استفاده می شود:

§ تصفیه آب شیمیایی؛

§ سیستم تراکم و گاز زدایی؛

§ کارخانه نمک زدایی بلوک;

§ نصب پردازش اصلاحی محیط کار مدارهای اول و دوم.

§ هواگیرها;

§ سیستم تصفیه مولد بخار؛

§ تصفیه خانه تصفیه آب مولد بخار (تصفیه آب ویژه).

§ سیستم پاکسازی مدار اولیه.

2.3. شاخص های شیمیایی کیفیت آب های طبیعی و کانتور

خنک کننده آب برای پر کردن مدارهای انرژی و پر کردن آنها از آب های طبیعی در انواع مختلف تصفیه خانه ها تهیه می شود و معمولاً حاوی همان ناخالصی هایی است که آب طبیعی را مشخص می کند اما در غلظت های بسیار پایین تر (با چندین مرتبه بزرگی).

شاخص های اصلی کیفیت آب شامل موارد زیر است.

محتوای مواد درشت (معلق) , موجود در آبهای مدار - به شکل لجن متشکل از ترکیبات کم محلول مانند CaCO3 , CaSO4، Mg(OH)2، ذرات محصولات خوردگی مواد ساختاری (Fe3O4، Fe2O3 و غیره) که محتوای آنها با فیلتر کردن از طریق فیلتر کاغذی با خشک کردن در C یا روش غیر مستقیم بر اساس شفافیت آب تعیین می شود.

شوری - غلظت کل کاتیون ها و آنیون ها در آب که از ترکیب یونی کل محاسبه شده و بر حسب میلی گرم بر کیلوگرم بیان می شود. برای توصیف و کنترل آبها و میعانات با محتوای نمک کم در غیاب گازهای محلول CO2 و NH3، اغلب از نشانگر استفاده می شود. رسانایی الکتریکی . میعانات با محتوای نمک حدود 0.5 میلی گرم بر کیلوگرم دارای رسانایی الکتریکی ویژه 1 µS/cm است.

سختی عمومی آب - غلظت کل کلسیم ( سختی کلسیم) و منیزیم ( منیزیم سختی) برحسب واحدهای معادل میلی گرم در کیلوگرم یا میکروگرم معادل بر کیلوگرم بیان می شود:

ZhO = ZhSa + ZhMg

اکسید شدن آب با مصرف یک عامل اکسید کننده قوی (معمولا KMnO4)، مورد نیاز برای اکسیداسیون ناخالصی های آلی در آب در شرایط استاندارد بیان می شود و بر حسب میلی گرم در هر کیلوگرم KMnO4 یا O2، معادل مصرف پرمنگنات پتاسیم اندازه گیری می شود.

نشانگر غلظت هیدروژن یون ها (pH) آب واکنش آب (اسیدی، قلیایی، خنثی) را مشخص می کند و برای همه انواع تصفیه و استفاده آب در نظر گرفته می شود.

رسانایی الکتریکی (χ) با تحرک یونها در محلولی که در میدان الکتریکی قرار می گیرد تعیین می شود. برای آب خالص مقدار آن 0.04 µS/cm، برای میعانات توربین نمک‌زدایی χ = 0.1 µS/cm (میکروسیمنس بر سانتی‌متر) است.

2.4. نظریه تبادل یونی

آماده سازی آب برای پر کردن مدارهای نیروگاه های هسته ای و جبران تلفات در آنها با استفاده از آب نمک زدایی تهیه شده به روش نمک زدایی شیمیایی در دو یا سه مرحله آب کم معدنی اولیه (Nitrogen" href="/text/category/azot/) انجام می شود. " rel="bookmark">نیتروژن N و بسیاری از عناصر دیگر. زغال سنگ عملاً در آب نامحلول است، اما در تماس با اکسیژن محلول در آب، اکسیداسیون آهسته رخ می دهد و منجر به تشکیل گروه های اکسید شده مختلف در سطح زغال سنگ می شود. به طور معمول به پایه زغال سنگ متصل می شوند، این پایه بدون تغییر را با حرف R تعیین می کنند، سپس ساختار چنین ماده ای را می توان با فرمول ROH یا RCOOH توصیف کرد، بسته به اینکه کدام گروه اکسید شده هیدروکسیل OH یا کربوکسیل COOH تشکیل می شود. بر روی سطح آن در طول اکسیداسیون این گروه ها قادر به تفکیک هستند، به عنوان مثال در فرآیندهای آبی رخ می دهد.

RCOOH = RCOO - + H+.

اگر کاتیون ها، به عنوان مثال کلسیم، در آب وجود داشته باشند، فرآیندهای تبادل کاتیونی ممکن می شود:

2RCOOH+Ca2+ = (RCOO)2Ca +2 H+.

در این حالت یون های کلسیم روی کربن ثابت می شوند و مقداری معادل یون هیدروژن وارد محلول می شود. تبادل همچنین می تواند برای یون های دیگر مانند یون های سدیم، آهن، مس و غیره انجام شود.

2.4.2. مبدل های کاتیونی و مبدل های آنیونی.

تمام موادی که قادر به تبادل کاتیون هستند، مبدل کاتیونی نامیده می شوند. موادی که قادر به تبادل آنیون هستند، مبدل های آنیونی نامیده می شوند. آنها گروه های تبادل یونی دیگری دارند، معمولاً NH2 یا NH که NH2OH را با آب تشکیل می دهند.

مبدل های کاتیونی قادر به مبادله یون های دارای بار مثبت (کاتیون ها) با محلول هستند. فرآیند تبادل کاتیون ها بین یک مبدل کاتیونی که در آب غوطه ور می شود تا تصفیه شود و این آب را کاتیونیزه می گویند. مبدل های آنیونی قادر به تبادل یون های دارای بار منفی با الکترولیت هستند. فرآیند تبادل آنیون بین مبدل آنیون و آب تصفیه شده آنیونیزاسیون نامیده می شود.

در شکل شکل 2 به صورت شماتیک ساختار دانه های رزین تبادل یونی را نشان می دهد. دانه ای که عملاً در آب نامحلول است، توسط دانه های تفکیک شده احاطه شده است - دارای بار مثبت برای مبدل کاتیونی (شکل 2، a) و بار منفی برای مبدل آنیونی (شکل 2، b). در دانه خود مبدل یونی، به دلیل جدا شدن یون ها، بار منفی برای مبدل کاتیونی و بار مثبت برای مبدل آنیون ایجاد می شود.

برنج. 2. نمودار ساختمان دانه های یونیتی.

آ) – کاتیونیت؛ ب) - مبدل آنیون؛ 1- قاب مبدل یونی چند اتمی جامد. 2 - یونهای ساکن گروههای فعال مرتبط با چارچوب (یونهای تشکیل دهنده پتانسیل). 3- یون های متحرک محدود گروه های فعال با قابلیت تبادل (کنتریون ها).

اکثر مواد تبادل یونی که در حال حاضر مورد استفاده قرار می گیرند به دسته رزین های مصنوعی تعلق دارند. مولکول های آنها از هزاران و گاهی ده ها هزار اتم به هم پیوسته تشکیل شده است. مواد تبادل یونی نوعی الکترولیت جامد هستند. بسته به ماهیت گروه های فعال مبدل یونی، یون های متحرک و قابل تعویض آن می توانند بار مثبت یا منفی داشته باشند. وقتی کاتیون مثبت و متحرک یون هیدروژن H+ باشد، چنین مبدل کاتیونی اساساً یک اسید چند ظرفیتی است، درست همانطور که یک مبدل آنیونی با یک یون هیدروکسیل OH قابل تعویض - یک باز چند ظرفیتی است.

تحرک یون‌هایی که قابلیت تبادل دارند با فواصلی محدود می‌شود که در آن ارتباط متقابل آنها با یون‌های بی‌حرکت بار مخالف روی سطح مبدل یونی از بین نمی‌رود. این فضای محدود در اطراف مولکول های مبدل یونی که در آن یون های متحرک و قابل تعویض وجود دارد، جو یونی مبدل یونی نامیده می شود.

ظرفیت تبادل مبدل های یونی به تعداد گروه های فعال روی سطح دانه های مبدل یونی بستگی دارد. سطح مبدل یونی نیز سطح فرورفتگی ها، منافذ، کانال ها و ... می باشد بنابراین ترجیحاً مبدل های یونی با ساختار متخلخل وجود دارد. اندازه دانه مبدل های یونی داخلی و خارجی با کسری از 0.3 تا 1.5 میلی متر با قطر دانه متوسط ​​0.5-0.7 میلی متر و ضریب ناهمگنی حدود 2.0-2.5 مشخص می شود.

مبدل‌های یونی وجود دارد که تقریباً تمام گروه‌های عاملی موجود در ترکیب آنها یا فقط درصد کمی از آنها تحت تفکیک قرار می‌گیرند، که براساس آن بین مبدل‌های کاتیونی بسیار اسیدی - قادر به جذب کاتیون‌ها (سدیم سدیم، منیزیم Mg2+ و غیره) تمایز قائل می‌شوند. ) و ضعیف اسیدی – قادر به جذب کاتیون های سختی (منیزیم Mg2+، کلسیم Ca2+). تقسیم به دو گروه مبدل های آنیونی مشابه است: قویا بازی - قادر به جذب اسیدهای قوی و ضعیف (به عنوان مثال، کربن، سیلیکون، و غیره). و ضعیف بازی - قادر به جذب مبدل های آنیونی اسیدهای قوی (و غیره) است.

2.5. چرخه وظیفه رزین تبادل یونی

لایه مبدل یونی (رزین تبادل یونی) در طول حرکت آب تصفیه شده در طول فرآیند تبادل یونی را می توان به سه ناحیه تقسیم کرد.

منطقه اول، منطقه مبدل یونی تخلیه شده است، زیرا تمام یون های متقابل واقع در آن برای تبادل یون های آب تصفیه شده استفاده می شود. در این منطقه، تبادل انتخابی بین یون‌های آب در حال تصفیه ادامه می‌یابد، یعنی متحرک‌ترین یون‌های موجود در آب، یون‌های متحرک کمتری را از مبدل یونی جابجا می‌کنند (شکل 3).

منطقه دوم منطقه تبادل مفید نامیده می شود. اینجاست که تبادل مفید ضد یون های مبدل یونی با یون های آب تصفیه شده آغاز و پایان می یابد. در این ناحیه، فرکانس تبادل یون های آب تصفیه شده برای یون های متقابل مبدل یونی بر فرکانس تبادل معکوس یون های آب تصفیه شده و یون های جذب شده توسط مبدل یونی غالب است.

ناحیه سوم ناحیه مبدل یونی بیکار یا تازه است. آبی که از این لایه مبدل یونی عبور می کند، تنها حاوی یون های متقابل مبدل یونی است و بنابراین نه ترکیب آن و نه ترکیب مبدل یونی تغییر نمی کند.

همانطور که فیلتر کار می کند، منطقه اول - منطقه مبدل یونی تخلیه شده - افزایش می یابد و به دلیل کاهش ناحیه مبدل یونی تازه 3، ناحیه کار 2 مجبور به سقوط می شود و در نهایت از حد پایین فیلتر فراتر می رود. بارگذاری. در اینجا ارتفاع ناحیه سوم صفر است. غلظت کمترین جذب یون در فیلتر ظاهر می شود و شروع به افزایش می کند و کار مفید فیلتر تبادل یونی به پایان می رسد.

فناوری فرآیند بازسازی

فرآیند بازسازی فیلترهای تبادل یونی شامل سه عملیات اصلی است:

شل شدن لایه رزین تبادل یونی (شستشوی شل)؛

عبور یک محلول معرف کار از طریق آن با سرعت معین.

شستشوی مبدل یونی از محصولات بازسازی شده

شستشوی شل کننده.

در حین کار فیلترها، محصولات تخریب تدریجی و سنگ زنی مبدل های یونی همیشه تشکیل می شوند که باید به طور دوره ای حذف شوند. این امر با استفاده از شستشوهای شل کننده به دست می آید.

رعایت شرایط شستشو بسیار مهم است، که باید از حذف کامل تری قطعات گرد و غبار کوچک مواد تبادل یونی از فیلتر اطمینان حاصل کند. علاوه بر این، شستشوی شل، فشردگی مواد را از بین می برد، که مانع از تماس محلول بازسازی با دانه های رزین تبادل یونی می شود.

شل شدن توسط جریان آب از پایین به بالا با سرعتی انجام می شود که تضمین می کند کل جرم مواد تبادل یونی به حالت تعلیق در می آیند. وقتی آب خروجی از فیلتر شفاف شد، شل شدن متوقف می شود.

راه حل بازسازی را کنار بگذارید.

بازسازی و شستشوی مبدل یونی از محصولات بازسازی معمولاً با همان سرعت انجام می شود. در این حالت، عبور معرف ها هم در امتداد جریان آب تصفیه شده - در یک جریان رو به جلو و هم در جهت مخالف حرکت آب تصفیه شده - در یک جریان متضاد، بسته به فناوری اتخاذ شده امکان پذیر است.

هنگامی که محلول های احیا از طریق آنها عبور می کنند، یون های جذب شده توسط مبدل یونی با یون های محلول بازسازی (حاوی یون H+ یا OH -) جایگزین می شوند. در این حالت مبدل های یونی به شکل یونی اصلی خود تبدیل می شوند.

دو نوع بازسازی وجود دارد: داخلی و خارجی. بازسازی از راه دور در فیلترهای ترکیبی در یک کارخانه آب شیرین کن بلوکی برای جلوگیری از ورود آب بازسازی به مدار ثانویه استفاده می شود.

شستشوی بقایای محصول بازسازی شده

آخرین عملیات چرخه بازسازی - شستشو - با هدف حذف بقایای محصولات بازسازی از آن است.

شستشوی لایه فیلتر با رسیدن به شاخص های کیفی خاصی از آب شستشو متوقف می شود. فیلتر آماده استفاده است.

این فرآیندها امکان استفاده مکرر از مبدل یونی را فراهم می کند.

2.6. ویژگی های استفاده از مواد تبادل یونی در نیروگاه های هسته ای

حذف رادیونوکلئیدها از آب توسط تبادل یونی بر این اساس است که بسیاری از رادیونوکلئیدها به صورت یون یا کلوئید در آب هستند که در تماس با مبدل یونی نیز توسط مواد فیلتر جذب می شوند، اما جذب فیزیکی در آب است. طبیعت ظرفیت حجمی رزین ها نسبت به کلوئیدها بسیار کمتر از یون ها است.

جذب کامل رادیونوکلئیدها توسط مبدل های یونی تحت تأثیر محتوای موجود در آب تعداد زیادی از عناصر غیرفعال است که آنالوگ های شیمیایی پرتوزا هستند.

در شرایط تشعشعات یونیزان، تنها از مبدل های یونی بسیار خالص به صورت هیدروژن و هیدروکسیل استفاده می شود (مبدل های آنیونی باز قوی و مبدل های کاتیونی اسیدی قوی). این به دلیل مقاومت ناکافی مواد تبادل یونی در برابر عمل پرتوهای یونیزان و الزامات سختگیرانه تر برای رژیم آب مدار اولیه یک نیروگاه هسته ای است.

3. مطالعه موردی

3.1. بازدید از ایستگاه آبگیری

در سال 1980 اولین مرحله از ایستگاه آبگیری در شهر Udomlya به بهره برداری رسید. وظیفه اصلی استخراج و آماده سازی آب برای نیازهای مصرف کننده است. آب از چاه های آرتزین برای تصفیه پمپ می شود که شامل هوادهی و فیلتراسیون است. سپس آب کلر می شود و در اختیار مصرف کنندگان قرار می گیرد.

در 14 دسامبر 2007، گردشی به ایستگاه آبگیری به منظور آشنایی با فرآیندهای: آماده سازی آب، تعیین شاخص های اصلی کیفیت آب شرب و آب دریاچه انجام شد.

تعیین pH محلول ها با استفاده از PH متر در ایستگاه آبگیری.

آماده سازی نمونه ها برای تعیین آهن با استفاده از فتوکلریمتر KFK-3.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image018_6.jpg" width="275" height="214 src=">

تعیین کلریدها با تیتراسیون معکوس.

تعیین نمک های سختی

داده های به دست آمده در طی تحقیقات مشترک با کارکنان آب مصرفی در جداول ارائه شده است.

جدول 1. مقایسه شاخص های کیفی دریاچه (با استفاده از مثال دریاچه کوبیچا) و آب آشامیدنی.

فهرست مطالب	واحد	آب دریاچه	آب آشامیدنی
دریاچه کوبیچ
کروما
کدورت
سختی
معدنی شدن

MPC * - حداکثر غلظت مجاز - توسط کیفیت آب GOST تنظیم می شود.

هیستوگرام 1. نشانگر pH دریاچه کوبیچا، آب آشامیدنی و حداکثر غلظت مجاز.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image024_26.gif" width="336" height="167 src=">

هیستوگرام 3. محتوای نمکهای سختی دریاچه کوبیچا، آب آشامیدنی و حداکثر غلظت مجاز.

25 دسامبر" href="/text/category/25_dekabrya/" rel="bookmark">25 دسامبر 2007، بازدید از نیروگاه هسته ای کالینین به منظور آشنایی با کار بخش های کارگاه شیمی انجام شد. در حین گشت و گذار از تصفیه خانه شیمیایی آب بازدید کردیم و با تکنولوژی تولید آب غیرمعدنی آشنا شدیم. کار آزمایشگاه اکسپرس مدار ثانویه و داده هایی در مورد کیفیت آب مدار ثانویه دریافت کرد.

مقایسه برخی از شاخص های شیمیایی کیفیت آب مدار ثانویه NPP کالینین و آب آشامیدنی به دست آمده در ورودی آب جالب است.

جدول 2. مشخصات مقایسه ای آب شرب و آب مدار دوم نیروگاه هسته ای.

* - داده ها نشان داده نشده است، زیرا غلظت سختی کمتر از حساسیت روش تعیین این شاخص است.

نتیجه گیری: 1. به شرح جدول 2 حداکثر غلظت مجاز آب آشامیدنی و مقادیر کنترلی آب مدار ثانویه تفاوت های قابل توجهی دارند. این به دلیل نیازهای بالاتر برای آب مورد استفاده برای نیازهای فرآیند است که برای عملکرد ایمن و قابل اطمینان تجهیزات ضروری است.

2. آب آشامیدنی به دست آمده در ورودی آب از کیفیت بالایی برخوردار است، شاخص های شیمیایی به طور قابل توجهی کمتر از حداکثر غلظت مجاز است. ناخالصی های موجود در آب آشامیدنی

3. آب مدار ثانویه با مقادیر کنترل مطابقت دارد. این امر با تصفیه آب با استفاده از روش تبادل یونی در حین تهیه آن و پس از تصفیه میعانات در کارخانه های نمک زدایی بلوک به دست می آید.

هیستوگرام 4. محتوای کلرید در آب آشامیدنی و آب مدار ثانویه NPP کالینین.

https://pandia.ru/text/77/500/images/image027_24.gif" width="362" height="205 src=">

الزامات بالا برای محتوای نمک های سختی در آب مدار ثانویه ناشی از این واقعیت است که رسوبات نمک تشکیل دهنده رسوب بر روی دیواره های مبدل های حرارتی ظاهر می شوند. این منجر به بدتر شدن انتقال حرارت، کاهش مقاومت هیدرولیکی و کاهش عمر مفید تجهیزات می شود.

هیستوگرام 6. میزان آهن در آب آشامیدنی و آب مدار ثانویه.

سیستم‌های خنک‌کننده" href="/text/category/sistemi_ohlazhdeniya/" rel="bookmark">سیستم‌های خنک‌کننده سیم‌پیچ‌های استاتور ژنراتور، مخازن الکترولیز، لباس‌های ویژه. ظرفیت تصفیه آب شیمیایی برای آب غیر معدنی = 150 متر مکعب.

شرح طرح تکنولوژیکی اصلی بخش نمک زدایی تصفیه آب شیمیایی.

آب شفاف شده پس از فیلتر پیش تصفیه مکانیکی به زنجیره ای از فیلترهای تبادل کاتیونی N عرضه می شود. در مرحله اول فیلتر مبدل کاتیونی H، که با یک مبدل کاتیونی اسیدی ضعیف بارگذاری شده است، آب از یون های سخت (Ca2+ و Mg2+) تصفیه می شود. در مرحله دوم فیلتر مبدل کاتیونی H، که با یک مبدل کاتیونی اسیدی قوی بارگذاری شده است، آب بیشتر از یون‌های سختی و یون‌های Na+ باقی‌مانده پس از مرحله اول تصفیه می‌شود.

آب تبادل کاتیونی N پس از مرحله دوم در مخازن آب نیمه نمکی فیلتر تبادل کاتیونی جمع آوری می شود.

از مخزن آب نیمه معدنی شده، پمپ ها آب را به زنجیره ای از فیلترهای OH-آنیون می فرستند. در مرحله اول فیلتر OH-آنیون، بارگیری شده با یک رزین تبادل آنیونی کم پایه، آب از آنیون های اسید قوی خالص می شود (https://pandia.ru/text/77/500/images/image010_45.gif" width=" 37" height=" 24 src=">).در فیلتر OH-آنیون مرحله 2، که با یک مبدل آنیونی بسیار بازی بارگذاری شده است، آب بیشتر از آنیون های اسیدهای قوی و آنیون های اسیدهای ضعیف باقی مانده پس از اتمام عملیات تصفیه می شود. مرحله اول (;).

آب OH-آنیونی پس از فیلتر تبادل آنیون مرحله 2 در مخزن کمکی جمع آوری می شود.

آب نمک زدایی شده از مخزن کمکی با پمپ به مرحله سوم نمک زدایی - یک فیلتر ترکیبی - ارسال می شود. فیلتر ترکیبی با مخلوطی از یک مبدل کاتیونی اسیدی قوی و یک مبدل آنیونی قوی بازی در نسبت 1:1 بارگذاری می شود. در مرحله سوم نمک زدایی، آب نمک زدایی شده بیشتر از کاتیون ها و آنیون ها به غلظت های مورد نیاز استاندارد سازمانی STP-EO تصفیه می شود. در خط لوله مشترک، آب غیر معدنی شیمیایی پس از فیلتر ترکیبی مجهز به 2 تله موازی متصل از مواد فیلتر (1 - در حال کار؛ 1 - ذخیره در صورت تعمیر اولین) آب غیر معدنی شیمیایی از مخزن برای نیازهای خود را دارد و پس از اینکه فیلتر ترکیبی به مصرف کنندگان داده شد: برای تکمیل مدار دوم به اتاق توربین. برای شارژ مجدد مدار 1 در ساختمان ویژه؛ به مدار پیش تصفیه آب شیمیایی، به انبار مواد شیمیایی، به لباسشویی ویژه، به اتاق الکترولیز، به اتاق دیگ بخار راه اندازی و ذخیره، به مخازن ذخیره آب غیر معدنی شیمیایی (V = 3000 m3).

برای افزایش قابلیت اطمینان تصفیه آب شیمیایی و ایجاد ذخیره ای از آب غیر معدنی شیمیایی، مخازن ذخیره آب غیر معدنی شیمیایی (هر کدام با حجم 3000 متر مکعب) در طراحی قسمت نمک زدایی تصفیه آب شیمیایی گنجانده شده است.

برای جلوگیری از خوردگی خطوط لوله فلزی در محلول های اسید غلیظ و رقیق، لوله کشی واحد اسید غلیظ و مسیر تامین محلول اسید احیا از میکسر به فیلترهای تبادل کاتیونی H از خطوط لوله با پوشش فلوروپلاستیک ساخته شده است.

راه اندازی" href="/text/category/vvod_v_dejstvie/" rel="bookmark">در آگوست 2007 به بهره برداری رسید، عمر مفید حدود 20 سال است، شعاع توزیع فاضلاب حدود 3 کیلومتر است.

بنابراین، می توان نتیجه گرفت که راه اندازی یک سایت دفع عمیق، امکان تخلیه فاضلاب صنعتی غیر رادیواکتیو به محیط را از بین می برد.

3.4. شرح نمودار شماتیک کارخانه نمک زدایی بلوک (تصفیه میعانات)

تصفیه میعانات در کارخانه نمک زدایی بلوک در دو مرحله انجام می شود:

مرحله اول حذف محصولات خوردگی حل نشده از مواد ساختاری با استفاده از فیلترهای الکترومغناطیسی بارگذاری شده با توپ های فولادی مغناطیسی نرم است.

مرحله دوم خالص سازی از ناخالصی های یونی محلول و مواد پراکنده کلوئیدی با استفاده از فیلترهای تبادل یونی مخلوط است.

میعانات توربین توسط پمپ های میعانات مرحله اول به یک فیلتر الکترومغناطیسی عرضه می شود، جایی که از ناخالصی های مکانیکی، عمدتاً محصولات خوردگی حل نشده مواد ساختاری پاک می شود.

پس از فیلتر الکترومغناطیسی، میعانات وارد منیفولد مکش پمپ‌های کندانس مرحله دوم می‌شود (در حالی که قسمت تبادل یونی واحد نمک‌زدایی بلوک خاموش است)، یا به یک فیلتر ترکیبی فرستاده می‌شود تا آن را از ناخالصی‌های محلول و پراکنده کلوئیدی پاک کند. .

حذف اکسیدهای آهن فرومغناطیسی و غیر مغناطیسی باقی مانده بر روی بار توپ با شستن فیلتر الکترومغناطیسی با آب غیر معدنی از پایین به بالا انجام می شود و ولتاژ روی سیم پیچ ها حذف شده و توپ ها در حالت مغناطیسی زدایی قرار می گیرند.

اگر کیفیت میعانات پشت فیلتر عملکرد ترکیبی رضایت بخش نباشد، فیلتر برای بازسازی خارج می شود و فیلتر عملیات ترکیبی پشتیبان عملیاتی می شود.

رزین مخلوطی که برای بازسازی برداشته می‌شود، مجدداً در یک فیلتر-بازسازنده بارگذاری می‌شود، جایی که به صورت هیدرولیکی به مبدل کاتیونی و مبدل آنیون تقسیم می‌شود. برای تبدیل مبدل کاتیونی و مبدل آنیونی به یک فرم کار، آنها بازسازی می شوند.

شکل 5. طرح یک کارخانه نمک زدایی بلوک.

EMF - فیلتر الکترومغناطیسی؛ FSD - فیلتر عمل ترکیبی؛ LFM - تله مواد فیلتر.

تمام آب های احیا کننده به مخازن کنترل تشعشع عرضه می شوند و پس از کنترل تشعشع، در صورت عدم تجاوز از سطوح تعیین شده، برای تصفیه آب شیمیایی به مخازن خنثی سازی پمپ می شوند.

پس از هر فیلتر با عملکرد مخلوط، فیلترها نصب می شوند - تله های مبدل یونی.

در طی بازدید از NPP کالینین، داده های زیر در مورد عملکرد کارخانه نمک زدایی بلوک به دست آمد:

100% میعانات از طریق فیلترهای الکترومغناطیسی عبور داده می شود. بنابراین، با یک فیلتر ترکیبی کار (تمیز کردن 20 درصد میعانات)، هدایت الکتریکی ویژه کاهش یافت: χ = 0.23 µS/cm - قبل از کارخانه نمک‌زدایی بلوک و χ = 0.21 µS/cm - بعد از کارخانه نمک‌زدایی بلوک. .

3.5. شرح نظری اصل عملیات تصفیه آب ویژه

فیلترهای تبادل یونی مدار اولیه معمولاً به طور مداوم کار می کنند و تقریباً 0.2 - 0.5٪ از جریان آب اصلی در مدار به آنها منتقل می شود.

آب مدار اولیه در یک تصفیه خانه ویژه آب متشکل از یک فیلتر ترکیبی تصفیه می شود. هم برای حذف محصولات خوردگی از آب راکتور و هم برای تنظیم ترکیب فیزیکی و شیمیایی آب (شاخص‌های استاندارد حفظ می‌شود). نصب یک سیستم تصفیه آب ویژه وضعیت تشعشع را بهبود می بخشد و رادیواکتیویته مایع خنک کننده را یک یا دو مرتبه کاهش می دهد.

آب گردشی مدار اولیه از پمپ سیرکولاسیون اصلی به تصفیه خانه مخصوص آب می رسد و پس از تمیز کردن به مدار باز می گردد.

در یک لایه مخلوط برای تصفیه آب های رادیواکتیو از مبدل های یونی با نسبت مبدل کاتیونی و مبدل آنیونی برابر با 1:1 یا 1:2 استفاده می شود.

مخلوط همگن مبدل های یونی (شارژ) به شما امکان می دهد آلاینده های آب را که به طور تصادفی در هنگام تمیز کردن با کیفیت پایین وارد می شوند از معرف فیلترهای تاسیسات مرتبط با پر کردن مدار و همچنین از محصولات تجزیه مواد تبادل یونی تحت تأثیر از مدار خارج کنید. از تشعشعات یونیزان و دمای بالا

در صورت تخلیه، مبدل های یونی در تصفیه خانه های آب ویژه بازسازی می شوند: مبدل کاتیونی - با اسید نیتریک (در این مورد به شکل H تبدیل می شود)، مبدل آنیون - با سود سوزآور یا هیدروکسید پتاسیم (دوباره به شکل OH منتقل می شود. ).

نتیجه

پس از مطالعه مواد در زمینه فناوری تولید انرژی در نیروگاه های هسته ای با راکتورهای نوع VVER-1000، به این نتیجه رسیدیم که یکی از مهم ترین عوامل برای عملکرد مطمئن نیروگاه های هسته ای، آب آماده با کیفیت بالا است. این امر از طریق استفاده از روش های مختلف فیزیکی و شیمیایی تصفیه آب، یعنی از طریق استفاده از تصفیه اولیه - شفاف سازی و نمک زدایی عمیق با استفاده از روش تبادل یونی به دست می آید.

بازدید از ایستگاه آبگیری، یعنی انجام آنالیزهای شیمیایی با استفاده از ابزار و تجهیزاتی که در مدرسه استفاده نمی شود، به ویژه تحت تأثیر قرار گرفتم. این امر باعث افزایش اطمینان به کیفیت آب شرب تامین شده توسط ایستگاه آبگیری برای نیازهای شهر شد. اما پارامترهای کیفی آب مورد استفاده در NPP کالینین تأثیر بیشتری گذاشت. فرآیندهای فن آوری آماده سازی آب در مغازه شیمیایی که در بازدید از NPP کالینین با آن آشنا شدیم، علاقه زیادی را برانگیخت.

آماده سازی آب با استفاده از روش تبادل یونی به شما امکان می دهد به مقادیر مورد نیاز برای عملکرد ایمن، قابل اعتماد و اقتصادی تجهیزات دست یابید. با این حال، این یک فرآیند نسبتاً گران است: هزینه 1 متر مکعب آب نمک زدایی شیمیایی 20.4 روبل و هزینه 1 متر مکعب آب آشامیدنی 6.19 روبل است. (داده های 2007).

در این راستا نیاز به استفاده اقتصادی تر از آب های نمک زدایی شیمیایی وجود دارد که برای آن از چرخه های گردش آب بسته استفاده می شود. برای حفظ پارامترهای آب مورد نیاز (حذف ناخالصی های ورودی) از تصفیه میعانات (در مدار دوم) و تصفیه آب ویژه (در مدار اولیه) استفاده می شود. وجود چرخه های بسته از تخلیه آب مدار اولیه و ثانویه به محیط جلوگیری می کند و برای فاضلاب صنعتی سیستم خنثی سازی و بازیافت وجود دارد که باعث کاهش بار انسانی می شود.

علیرغم اینکه مطالب ارائه شده در پروژه فراتر از محدوده برنامه درسی مدرسه است، آشنایی با آن انگیزه دانش آموزان دبیرستانی را برای مطالعه عمیق تر شیمی و همچنین انتخاب آگاهانه یک حرفه آینده مرتبط با انرژی هسته ای ایجاد می کند.

کتابشناسی - فهرست کتب.

1. سنینا - حالت های فن آوری نیروگاه های هسته ای با VVER: کتاب درسی برای دانشگاه ها. – م.: انتشارات MPEI، 2006. – 390 ص: ill.

2. رژیم مارتینوف نیروگاه های هسته ای. – م.: اتمیزدات، 1976. – 400 ص.

3. آب مازو با مبدل های یونی. – م.: شیمی، 1980. – 256 ص: بیمار.

4. تصفیه آب کوستریکین. – م.: انرژی‌زدات، 1981. – 304 ص: بیمار.

5. بلوک های انرژی ژگولف. – M.: Energoatomizdat, 1987. – 256 p.: ill.

6. کیفیت آب چوربانووا: کتاب درسی برای دانشکده های فنی. – م.: استروییزدات، 1977. – 135 ص: بیمار.

انشا

نقش شیمی در حل مسائل انرژی

معرفی

کل تاریخ توسعه تمدن جستجو برای منابع انرژی است. این هنوز هم امروز بسیار مرتبط است. به هر حال، انرژی فرصتی برای توسعه بیشتر صنعت، به دست آوردن برداشت های پایدار، بهبود شهرها و کمک به طبیعت برای التیام زخم های ناشی از تمدن است. بنابراین، حل مشکل انرژی نیازمند تلاش های جهانی است .

1. خاستگاه شیمی مدرن و مشکلات آن در قرن بیست و یکم

انرژی جامعه شیمی

پایان قرون وسطی با عقب نشینی تدریجی از غیبت، کاهش علاقه به کیمیاگری و گسترش دیدگاه مکانیکی از ساختار طبیعت مشخص شد.

ایاتروشیمی.

پاراسلسوس دیدگاه های کاملاً متفاوتی در مورد اهداف کیمیاگری داشت. پزشک سوئیسی فیلیپ فون هوهنهایم با این نام به انتخاب او در تاریخ ثبت شد. پاراسلسوس نیز مانند ابن سینا معتقد بود که وظیفه اصلی کیمیاگری جستجوی راه های به دست آوردن طلا نیست، بلکه تولید دارو است. او از سنت کیمیاگری این آموزه را وام گرفت که سه بخش اصلی ماده وجود دارد - جیوه، گوگرد، نمک، که با خواص فرار، اشتعال پذیری و سختی مطابقت دارد. این سه عنصر اساس جهان کلان را تشکیل می دهند و با جهان صغری که توسط روح، روح و بدن تشکیل شده است، مرتبط هستند. پاراسلسوس با حرکت به سمت تعیین علل بیماری ها استدلال کرد که تب و طاعون از گوگرد اضافی در بدن رخ می دهد، با جیوه بیش از حد فلج رخ می دهد و غیره. اصلي كه همه اياترو شيميدانان به آن پايبند بودند اين بود كه پزشكي يك موضوع شيمي است و همه چيز به توانايي پزشك در جدا كردن اصول خالص از مواد ناخالص بستگي دارد. در این طرح، تمام عملکردهای بدن به فرآیندهای شیمیایی کاهش یافت و وظیفه کیمیاگر یافتن و تهیه مواد شیمیایی برای اهداف پزشکی بود.

نمایندگان اصلی جهت یاتروشیمی یان هلمونت، یک پزشک در حرفه بودند. فرانسیس سیلویوس، که به عنوان یک پزشک از شهرت زیادی برخوردار بود و اصول «معنوی» را از آموزش ایاتروشیمی حذف کرد. آندریاس لیباوی، دکتر از روتنبورگ.

تحقیقات آنها کمک زیادی به شکل گیری شیمی به عنوان یک علم مستقل کرد.

فلسفه مکانیکی.

با کاهش تأثیر شیمی ایاتروشیمی، فیلسوفان طبیعی دوباره به آموزه های گذشتگان در مورد طبیعت روی آوردند. در قرن هفدهم به ظهور رسید. دیدگاه های اتمیستی پدیدار شد. یکی از برجسته ترین دانشمندان - نویسندگان نظریه جسمی - فیلسوف و ریاضیدان رنه دکارت بود. او نظرات خود را در سال 1637 در مقاله گفتمان روش بیان کرد. دکارت معتقد بود که تمام اجسام «از ذرات کوچک متعددی با اشکال و اندازه‌های مختلف تشکیل شده‌اند که دقیقاً به هم نمی‌چسبند و هیچ شکافی در اطراف آنها وجود ندارد. این شکاف ها خالی نیستند، بلکه با مواد نادر پر شده اند.» دکارت «ذرات کوچک» خود را اتم نمی دانست، یعنی. غیر قابل تقسیم او بر نقطه نظر تقسیم پذیری نامتناهی ماده ایستاد و وجود پوچی را انکار کرد.

یکی از برجسته ترین مخالفان دکارت، فیزیکدان و فیلسوف فرانسوی پیر گاسندی بود.

اتمیسم گاسندی اساساً بازگویی آموزه های اپیکور بود، با این حال، بر خلاف دومی، گاسندی خلقت اتم ها توسط خدا را تشخیص داد. او معتقد بود که خداوند تعداد معینی از اتم های تقسیم ناپذیر و غیرقابل نفوذ را آفریده است که همه اجسام از آنها تشکیل شده اند. بین اتم ها باید خلاء مطلق وجود داشته باشد.

در توسعه شیمی در قرن هفدهم. نقش ویژه ای متعلق به دانشمند ایرلندی رابرت بویل است. بویل اظهارات فیلسوفان باستانی را که معتقد بودند عناصر جهان را می توان به صورت نظری تثبیت کرد، نپذیرفت. این موضوع در عنوان کتاب او، شیمیدان شکاک، منعکس شده است. او که از حامیان رویکرد تجربی برای تعیین عناصر شیمیایی بود، از وجود عناصر واقعی خبر نداشت، اگرچه تقریباً یکی از آنها - فسفر - را خودش کشف کرد. بویل معمولاً با معرفی اصطلاح "تحلیل" در شیمی اعتبار دارد. او در آزمایش های خود بر روی آنالیز کیفی از شاخص های مختلفی استفاده کرد و مفهوم میل ترکیبی شیمیایی را مطرح کرد. بویل بر اساس آثار گالیله گالیله اوانجلیستا توریچلی، و همچنین اتو گوریکه، که "نیمکره های ماگدبورگ" را در سال 1654 نشان داد، پمپ هوایی را که طراحی کرد و آزمایش هایی را برای تعیین خاصیت ارتجاعی هوا با استفاده از یک لوله U شکل توصیف کرد. در نتیجه این آزمایش ها، قانون شناخته شده تناسب معکوس بین حجم و فشار هوا فرموله شد. در سال 1668، بویل عضو فعال انجمن سلطنتی لندن شد و در سال 1680 به عنوان رئیس آن انتخاب شد.

بیوشیمی. این رشته علمی که به بررسی خواص شیمیایی مواد بیولوژیکی می پردازد، ابتدا یکی از شاخه های شیمی آلی بود. این منطقه در دهه آخر قرن نوزدهم به یک منطقه مستقل تبدیل شد. در نتیجه مطالعات خواص شیمیایی مواد با منشاء گیاهی و حیوانی. یکی از اولین بیوشیمی دانان دانشمند آلمانی امیل فیشر بود. او موادی مانند کافئین، فنوباربیتال، گلوکز و بسیاری از هیدروکربن‌ها را سنتز کرد و کمک زیادی به علم آنزیم‌ها - کاتالیزورهای پروتئینی، اولین بار در سال 1878 جدا شد. شکل‌گیری بیوشیمی به عنوان یک علم با ایجاد روش‌های تحلیلی جدید تسهیل شد .

در سال 1923، شیمیدان سوئدی، تئودور سودبرگ، یک دستگاه اولتراسانتریفیوژ طراحی کرد و یک روش ته نشینی را برای تعیین وزن مولکولی درشت مولکول ها، عمدتاً پروتئین ها، توسعه داد. دستیار Svedberg، Arne Tiselius در همان سال روش الکتروفورز را ایجاد کرد - روشی پیشرفته تر برای جداسازی مولکول های غول پیکر، بر اساس تفاوت در سرعت مهاجرت مولکول های باردار در یک میدان الکتریکی. در آغاز قرن بیستم. شیمیدان روسی میخائیل سمنوویچ تسوت روشی را برای جداسازی رنگدانه های گیاهی با عبور دادن مخلوط آنها از طریق لوله ای پر از جاذب توصیف کرد. این روش کروماتوگرافی نام داشت.

در سال 1944، شیمیدان انگلیسی آرچر مارتینی ریچارد سینگ نسخه جدیدی از روش را پیشنهاد کرد: آنها لوله را با جاذب با کاغذ صافی جایگزین کردند. اینگونه بود که کروماتوگرافی کاغذی پدیدار شد - یکی از رایج ترین روش های تحلیلی در شیمی، زیست شناسی و پزشکی، که با کمک آن در اواخر دهه 1940 - اوایل دهه 1950 امکان تجزیه و تحلیل مخلوط اسیدهای آمینه حاصل از تجزیه پروتئین های مختلف وجود داشت. تعیین ترکیب پروتئین ها در نتیجه تحقیقات پر زحمت، ترتیب اسیدهای آمینه در مولکول انسولین مشخص شد و تا سال 1964 این پروتئین سنتز شد. امروزه بسیاری از هورمون ها، داروها و ویتامین ها با استفاده از روش های سنتز بیوشیمیایی به دست می آیند.

شیمی کوانتومی نیلز بور برای توضیح پایداری اتم، مفاهیم کلاسیک و کوانتومی حرکت الکترون را در مدل خود ترکیب کرد. با این حال، مصنوعی بودن چنین ارتباطی از همان ابتدا آشکار بود. توسعه نظریه کوانتومی منجر به تغییر در ایده های کلاسیک در مورد ساختار ماده، حرکت، علیت، مکان، زمان و غیره شد که به دگرگونی اساسی تصویر جهان کمک کرد.

در اواخر دهه 20 - اوایل دهه 30 قرن بیستم، ایده های اساسی جدید در مورد ساختار اتم و ماهیت پیوندهای شیمیایی بر اساس نظریه کوانتومی شکل گرفت.

پس از اینکه آلبرت انیشتین نظریه فوتون نور (1905) و استخراج قوانین آماری انتقال الکترونیکی در اتم را ایجاد کرد (1917)، مسئله موج-ذره در فیزیک حادتر شد.

اگر در قرون 18-19 بین دانشمندان مختلفی که از نظریه موج یا جسم برای توضیح پدیده های مشابه در اپتیک استفاده می کردند، اختلافاتی وجود داشت، اکنون این تناقض اساسی شده است: برخی از پدیده ها از یک موقعیت موج تفسیر می شدند و برخی دیگر از یک مکان جسمی تفسیر می شدند. یکی راه حلی برای این تناقض در سال 1924 توسط فیزیکدان فرانسوی لویی ویکتور پیر ریموند دو بروگلی پیشنهاد شد که خواص موجی را به ذره نسبت داد.

اروین شرودینگر فیزیکدان آلمانی بر اساس ایده دو بروگلی در مورد امواج ماده، در سال 1926 معادله اصلی به اصطلاح را استخراج کرد. مکانیک موج، شامل تابع موج است و به فرد اجازه می دهد تا حالت های ممکن یک سیستم کوانتومی و تغییر آنها را در زمان تعیین کند. شرودینگر یک قانون کلی برای تبدیل معادلات کلاسیک به معادلات موج ارائه کرد. در چارچوب مکانیک موج، یک اتم را می توان به عنوان یک هسته که توسط یک موج ثابت از ماده احاطه شده است نشان داد. تابع موج چگالی احتمال یافتن یک الکترون را در یک نقطه مشخص تعیین می کند.

در همان سال 1926، ورنر هایزنبرگ، فیزیکدان آلمانی دیگر، نسخه خود را از نظریه کوانتومی اتم در قالب مکانیک ماتریس، با شروع از اصل مطابقت فرموله شده توسط بور، توسعه داد.

طبق اصل مطابقت، قوانین فیزیک کوانتومی باید زمانی به قوانین کلاسیک تبدیل شوند که گسستگی کوانتومی با افزایش عدد کوانتومی به صفر گرایش پیدا کند. به طور کلی تر، اصل مطابقت را می توان به صورت زیر فرموله کرد: نظریه جدیدی که داعیه کاربرد وسیع تری نسبت به نظریه قبلی دارد، باید دومی را به عنوان یک مورد خاص شامل شود. مکانیک کوانتومی هایزنبرگ توضیح وجود حالات انرژی کوانتیزه ثابت و محاسبه سطوح انرژی سیستم های مختلف را ممکن ساخت.

فردریش هاند، رابرت ساندرسون مولیکن و جان ادوارد لنارد جونز پایه های روش مداری مولکولی را در سال 1929 ایجاد کردند. اساس MMO ایده از دست دادن کامل فردیت اتم های متحد شده در یک مولکول است. بنابراین، این مولکول از اتم ها تشکیل نشده است، بلکه یک سیستم جدید است که توسط چندین هسته اتمی و الکترون هایی که در میدان خود حرکت می کنند تشکیل شده است. هوند همچنین یک طبقه بندی مدرن از پیوندهای شیمیایی ایجاد کرد. در سال 1931 او به این نتیجه رسید که دو نوع اصلی پیوند شیمیایی وجود دارد - ساده یا ?-ارتباطات، و ?-ارتباطات اریش هوکل روش MO را به ترکیبات آلی گسترش داد و در سال 1931 قانون پایداری آروماتیک (4n+2) را فرموله کرد که مشخص می کند آیا یک ماده به سری معطر تعلق دارد یا خیر.

بنابراین، در شیمی کوانتومی، دو رویکرد متفاوت برای درک پیوندهای شیمیایی بلافاصله متمایز می شوند: روش اوربیتال های مولکولی و روش پیوندهای ظرفیت.

به لطف مکانیک کوانتومی، در دهه 30 قرن بیستم، روش تشکیل پیوند بین اتم ها تا حد زیادی روشن شده بود. علاوه بر این، در چارچوب رویکرد مکانیک کوانتومی، دکترین تناوب مندلیف تفسیر فیزیکی صحیحی دریافت کرد.

احتمالاً مهمترین مرحله در توسعه شیمی مدرن ایجاد مراکز تحقیقاتی مختلف بود که علاوه بر تحقیقات بنیادی، به تحقیقات کاربردی نیز می پرداختند.

در آغاز قرن بیستم. تعدادی از شرکت های صنعتی اولین آزمایشگاه های تحقیقاتی صنعتی را ایجاد کردند. آزمایشگاه شیمی دوپونت و آزمایشگاه بل در ایالات متحده آمریکا تاسیس شدند. پس از کشف و سنتز پنی سیلین در دهه 1940 و سپس سایر آنتی بیوتیک ها، شرکت های دارویی بزرگی به وجود آمدند که توسط شیمیدانان حرفه ای کار می کردند. کار در زمینه شیمی ترکیبات ماکرومولکولی از اهمیت عملی زیادی برخوردار بود.

یکی از بنیانگذاران آن شیمیدان آلمانی هرمان استودینگر بود که نظریه ساختار پلیمرها را توسعه داد. جستجوهای فشرده برای روش‌های تولید پلیمرهای خطی در سال 1953 منجر به سنتز پلی اتیلن و سپس پلیمرهای دیگر با خواص مطلوب شد. امروزه تولید پلیمر بزرگترین شاخه صنایع شیمیایی است.

همه پیشرفت های شیمی برای انسان مفید نبوده است. در تولید رنگ، صابون و منسوجات از اسید کلریدریک و گوگرد استفاده می شد که خطرات زیادی برای محیط زیست به همراه داشت. در قرن 21 تولید بسیاری از مواد آلی و معدنی به دلیل بازیافت مواد مصرف شده و همچنین از طریق پردازش ضایعات شیمیایی که سلامت انسان و محیط زیست را به خطر می اندازند افزایش خواهد یافت.

2. نقش شیمی در حل مسائل انرژی

کل تاریخ توسعه تمدن جستجو برای منابع انرژی است. این هنوز هم امروز بسیار مرتبط است. به هر حال، انرژی فرصتی برای توسعه بیشتر صنعت، به دست آوردن برداشت های پایدار، بهبود شهرها و کمک به طبیعت برای التیام زخم های ناشی از تمدن است. بنابراین، حل مشکل انرژی نیازمند تلاش های جهانی است. شیمی سهم قابل توجهی را به عنوان پیوندی بین علوم طبیعی مدرن و فناوری مدرن ایفا می کند.

تامین انرژی مهمترین شرط توسعه اقتصادی-اجتماعی هر کشور، صنعت، حمل و نقل، کشاورزی، فرهنگی و زندگی روزمره آن است.

اما در دهه آینده، کارگران انرژی هنوز چوب، زغال سنگ، نفت یا گاز را تخفیف نخواهند داد. و در عین حال، آنها باید به شدت راه های جدید تولید انرژی را توسعه دهند.

صنایع شیمیایی به دلیل گستردگی محصولاتی که تولید می‌کند، با همه بخش‌های اقتصاد ملی ارتباط نزدیک دارد. این منطقه از تولید با شدت مواد بالا مشخص می شود. هزینه مواد و انرژی در تولید می تواند از 2/3 تا 4/5 هزینه محصول نهایی متغیر باشد.

توسعه فناوری شیمیایی مسیر استفاده یکپارچه از مواد خام و انرژی، استفاده از فرآیندهای مستمر و بدون ضایعات با در نظر گرفتن ایمنی محیطی محیط زیست، استفاده از فشارها و دماهای بالا و پیشرفت در اتوماسیون و سایبرنتیزاسیون

صنایع شیمیایی به ویژه انرژی زیادی مصرف می کند. انرژی صرف فرآیندهای گرماگیر، انتقال مواد، خرد کردن و آسیاب کردن جامدات، فیلتر کردن، فشرده سازی گازها و غیره می شود. تولید کاربید کلسیم، فسفر، آمونیاک، پلی اتیلن، ایزوپرن، استایرن و غیره مستلزم صرف انرژی قابل توجهی است. تولید مواد شیمیایی همراه با تولید پتروشیمی از حوزه های انرژی بر این صنعت هستند. آنها با تولید تقریباً 7 درصد از محصولات صنعتی، بین 13 تا 20 درصد انرژی مورد استفاده کل صنعت را مصرف می کنند.

منابع انرژی اغلب منابع طبیعی غیر قابل تجدید سنتی هستند - زغال سنگ، نفت، گاز طبیعی، ذغال سنگ نارس، شیل. اخیراً آنها به سرعت در حال تخلیه هستند. ذخایر نفت و گاز طبیعی با سرعتی خاص در حال کاهش هستند، اما محدود و غیرقابل جبران هستند. جای تعجب نیست که این مشکل انرژی ایجاد می کند.

در طول 80 سال، برخی از منابع اصلی انرژی با دیگران جایگزین شدند: چوب با زغال سنگ، زغال سنگ با نفت، نفت با گاز، سوخت هیدروکربنی با سوخت هسته ای جایگزین شد. در آغاز دهه 80، حدود 70 درصد از تقاضای انرژی جهان از طریق نفت و گاز طبیعی، 25 درصد از طریق زغال سنگ و زغال سنگ قهوه ای و تنها حدود 5 درصد توسط سایر منابع انرژی تامین می شد.

در کشورهای مختلف، مشکل انرژی به طور متفاوتی حل می شود، با این حال، در همه جا شیمی سهم قابل توجهی در حل آن دارد. بنابراین، شیمیدانان بر این باورند که در آینده (حدود 25-30 سال دیگر) نفت موقعیت پیشرو خود را حفظ خواهد کرد. اما سهم آن در منابع انرژی به طور محسوسی کاهش می یابد و با افزایش استفاده از زغال سنگ، گاز، انرژی هیدروژن از سوخت هسته ای، انرژی خورشیدی، انرژی از اعماق زمین و انواع دیگر انرژی های تجدید پذیر از جمله انرژی زیستی جبران خواهد شد.

در حال حاضر، شیمیدانان نگران حداکثر و همه جانبه استفاده از انرژی-فناوری از منابع سوخت هستند - کاهش تلفات حرارتی برای محیط زیست، بازیافت گرما، حداکثر استفاده از منابع سوخت محلی و غیره.

از آنجایی که در بین انواع سوخت، کمیاب ترین سوخت مایع است، بسیاری از کشورها بودجه زیادی را برای ایجاد یک فناوری مقرون به صرفه برای پردازش زغال سنگ به سوخت مایع (و همچنین گاز) اختصاص داده اند. دانشمندانی از روسیه و آلمان در این زمینه همکاری می کنند. ماهیت فرآیند مدرن پردازش زغال سنگ به گاز سنتز به شرح زیر است. مخلوطی از بخار آب و اکسیژن به ژنراتور پلاسما می رسد که تا دمای 3000 درجه سانتیگراد گرم می شود. و سپس غبار زغال سنگ وارد مشعل گاز داغ می شود و در نتیجه یک واکنش شیمیایی مخلوطی از مونوکسید کربن (II) و هیدروژن تشکیل می شود. گاز سنتز متانول از آن به دست می آید: CO+2H2?СH3OH. متانول می تواند جایگزین بنزین در موتورهای احتراق داخلی شود. از نظر حل مشکلات زیست محیطی با نفت، گاز و زغال سنگ مقایسه مطلوبی دارد، اما متأسفانه حرارت احتراق آن 2 برابر کمتر از بنزین است و علاوه بر آن نسبت به برخی فلزات و پلاستیک ها تهاجمی است.

روش های شیمیایی برای حذف روغن بایندر (حاوی هیدروکربن های با وزن مولکولی بالا) توسعه یافته است که بخش قابل توجهی از آن در گودال های زیرزمینی باقی می ماند. برای افزایش بازده روغن، سورفکتانت‌ها به آبی که به سازندها تزریق می‌شود، اضافه می‌شوند که مولکول‌های آن‌ها در فصل مشترک روغن و آب قرار می‌گیرند، که تحرک روغن را افزایش می‌دهد.

تکمیل مجدد منابع سوخت در آینده با پردازش زغال سنگ پایدار ترکیب شده است. به عنوان مثال، زغال سنگ خرد شده با روغن مخلوط می شود و خمیر استخراج شده تحت فشار در معرض هیدروژن قرار می گیرد. این امر مخلوطی از هیدروکربن ها را تولید می کند. برای تولید 1 تن بنزین مصنوعی، حدود 1 تن زغال سنگ و 1500 متر هیدروژن مصرف می شود. تا کنون بنزین مصنوعی گرانتر از بنزین تولید شده از نفت است، با این حال امکان اساسی استخراج آن مهم است.

انرژی هیدروژن که بر اساس احتراق هیدروژن است و در طی آن هیچ انتشار مضری تولید نمی شود، بسیار امیدوارکننده به نظر می رسد. با این حال، برای توسعه آن، حل تعدادی از مشکلات مربوط به کاهش هزینه هیدروژن، ایجاد وسایل قابل اعتماد برای ذخیره و حمل و نقل آن و غیره ضروری است. اگر این مشکلات قابل حل باشند، هیدروژن به طور گسترده در حمل و نقل هوایی، حمل و نقل آبی و زمینی، تولید صنعتی و کشاورزی استفاده می شود.

انرژی هسته ای امکانات پایان ناپذیری را در خود جای داده است. در اینجا، شیمیدانان با وظیفه ایجاد سیستم های تکنولوژیکی پیچیده برای پوشش هزینه های انرژی که در طی واکنش های گرماگیر با استفاده از انرژی هسته ای رخ می دهد، روبرو هستند. اکنون انرژی هسته ای در مسیر معرفی گسترده راکتورهای نوترونی سریع در حال توسعه است. چنین راکتورهایی از اورانیوم غنی شده در ایزوتوپ 235U (حداقل 20 درصد) استفاده می کنند و نیازی به تعدیل کننده نوترونی ندارند.

در حال حاضر انرژی هسته ای و ساخت رآکتور یک صنعت قدرتمند با سرمایه گذاری زیاد است. برای بسیاری از کشورها این یک کالای صادراتی مهم است. راکتورها و تجهیزات کمکی به مواد خاصی از جمله فرکانس های بالا نیاز دارند. وظیفه شیمیدانان، متالورژیست ها و سایر متخصصان ایجاد چنین موادی است. شیمیدانان و نمایندگان سایر حرفه های مرتبط نیز بر روی غنی سازی اورانیوم کار می کنند.

امروزه انرژی هسته ای با وظیفه جابجایی سوخت های فسیلی نه تنها از حوزه تولید برق، بلکه از تامین گرما و تا حدودی از صنایع متالورژی و شیمیایی با ایجاد رآکتورهایی با اهمیت فناوری انرژی مواجه است.

نیروگاه های هسته ای در آینده کاربرد دیگری پیدا خواهند کرد - برای تولید هیدروژن. بخشی از هیدروژن تولید شده توسط صنایع شیمیایی مصرف می شود و بخشی دیگر برای نیرو دادن به واحدهای توربین گازی روشن در بارهای اوج مصرف می شود.

امیدهای زیادی به استفاده از تابش خورشیدی (انرژی خورشیدی) است. در کریمه پنل های خورشیدی وجود دارد که سلول های فتوولتائیک آن نور خورشید را به برق تبدیل می کند. واحدهای حرارتی خورشیدی که انرژی خورشیدی را به گرما تبدیل می کنند، به طور گسترده برای نمک زدایی آب و گرمایش خانه ها استفاده می شوند. پنل‌های خورشیدی مدت‌هاست در سازه‌های ناوبری و فضاپیماها استفاده می‌شوند. که در
برخلاف انرژی هسته ای، هزینه انرژی تولید شده با استفاده از پنل های خورشیدی به طور مداوم در حال کاهش است. برای ساخت سلول های خورشیدی، ماده نیمه هادی اصلی سیلیکون و ترکیبات سیلیکون است. اکنون شیمیدانان روی تولید مواد جدیدی کار می کنند که انرژی را تبدیل می کنند. اینها می توانند سیستم های مختلفی از نمک ها به عنوان وسایل ذخیره انرژی باشند. موفقیت های بیشتر انرژی خورشیدی به موادی بستگی دارد که شیمیدان ها برای تبدیل انرژی ارائه می دهند.

در هزاره جدید، افزایش تولید برق به دلیل توسعه انرژی خورشیدی و همچنین تخمیر متان زباله های خانگی و سایر منابع غیر سنتی تولید انرژی رخ خواهد داد.

در کنار نیروگاه های غول پیکر، منابع جریان شیمیایی مستقلی نیز وجود دارند که انرژی واکنش های شیمیایی را مستقیماً به انرژی الکتریکی تبدیل می کنند. شیمی نقش عمده ای در حل این موضوع دارد. در سال 1780، دکتر ایتالیایی L. Galvani، با مشاهده انقباض پای بریده قورباغه پس از لمس آن با سیم‌هایی از فلزات مختلف، به این نتیجه رسید که در ماهیچه‌ها برق وجود دارد و آن را «الکتریسیته حیوانی» نامید. A. Volta، در ادامه تجربه هموطن خود، پیشنهاد کرد که منبع الکتریسیته بدن حیوان نیست: جریان الکتریکی از تماس سیم های فلزی مختلف ناشی می شود. "جد" سلول های گالوانیکی مدرن را می توان "قطب الکتریکی" ایجاد شده توسط A. Volta در سال 1800 در نظر گرفت. این اختراع شبیه یک کیک لایه ای است که از چندین جفت صفحه فلزی ساخته شده است: یک صفحه از روی ساخته شده است، و صفحه دوم ساخته شده است. از مس، روی هم چیده شده و بین آنها با یک پد نمدی آغشته به اسید سولفوریک رقیق قرار داده می شود. قبل از اختراع دینام در آلمان توسط W. Siemens در سال 1867، سلول های گالوانیکی تنها منبع جریان الکتریکی بودند. امروزه که هوانوردی، ناوگان زیردریایی، موشک و وسایل الکترونیکی به منابع انرژی مستقل نیاز دارند، توجه دانشمندان دوباره به آنها جلب شده است.

نتیجه

استفاده از انرژی هسته ای امکان کنار گذاشتن زغال سنگ و نفت طبیعی را فراهم می کند. در نتیجه، انتشار محصولات احتراق کاهش می یابد، که احتمالاً می تواند منجر به "اثر گلخانه ای" در زمین شود. به نظر می رسد که مقدار ناچیز سوخت (در مقایسه با زغال سنگ و نفت) برای نیروگاه های هسته ای باید ایمن باشد، اما این یک نمونه بارز حادثه در نیروگاه هسته ای چرنوبیل است. به نظر من هر روشی برای استخراج انرژی (به هر شکلی) از روده های زمین ترکیبی از ویژگی های مثبت و منفی است و به نظر من غیر مثبت غالب است.

من در مورد تمام جهات حل مشکل انرژی توسط دانشمندان در سراسر جهان صحبت نکردم، بلکه فقط در مورد موارد اصلی صحبت کردم. در هر کشوری ویژگی های خاص خود را دارد: شرایط اجتماعی-اقتصادی و جغرافیایی، تامین منابع طبیعی، سطح توسعه علم و فناوری.

با نشان دادن موضوع در حال حاضر برای اطلاع از امکان اخذ مشاوره.