Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1




Скачать 91.79 Kb.
НазваниеФотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1
Дата публикации30.04.2013
Размер91.79 Kb.
ТипДокументы
uchebilka.ru > География > Документы
УДК 66.094.37

ФОТОКАТАЛИТИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ КАК ОСНОВА ЭНЕРГО- И РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ

1Быканова В.В., аспирант, 1Козу П.А., канд. техн. наук, доцент, 1Булавин В.И., канд. хим. наук, профессор, 2Козуб С.Н., канд. техн. наук, ассистент

1Национальный технический университет «Харьковский политехнический институт», г. Харьков 2Харьковский национальный медицинский университет, г. Харьков

В статье рассмотрены основные проблемы современного энергетического комплекса Украины, а также состояние современной экологической ситуации. Предложены подходы к решению имеющихся проблем. Проанализированы возможности применения фотокатализа для ряда химических технологий.

Одними из ключевых проблем XXI века являются экологические. Сложившаяся в настоящее время во всем мире критическая экологическая ситуация вызвана тем, что большое количество твердых быто­вых органических отходов, образующиеся в процессе жизнедеятельности людей, неутализируется по соответствующим технологиям, а просто выбрасывается на свалку в результате чего остатки продуктов, влажной бумаги и проч. способствуют развитию метан-продуцирующих бактерий. Так происходит про­цесс разложения бактериями различных органических отходов с образованием метана, углекислого газа и тепла. Образующийся биогаз приводит к возникновению парникового эффекта и глобальному измене­нию климата. Согласно [1], биогаз в 20 раз вреднее для климатической системы, чем углекислый, поэто­му даже сжигание метана до С02 способно улучшить состояние окружающей среды. Причем одним из наиболее рациональных путей использования очищенного метана и СО2 является их дальнейшая переда­ча на тепло- и электростанции.

Что касается Украины, экологическую ситуацию можно признать и вовсе катастрофической. Так, со­гласно данным на 2012 год, количество парниковых газов в атмосфере составило 4,4 миллиона тонн, что на 5,9 % выше по сравнению с 2010 годом. Причем, из общего количества газов Доля метана (СН4) равна 878,2 тысячи тонны, оксидов азота (NOх)~ 21,б тысяч тонн, остальное - это углерод (IV) диоксид (С02) и так называемые "новые парниковые газы" - гексафторид серы (SF6), гидрофторуглероды. Кроме того, выбросы перерабатывающей промышленности в 2012 году возросли до 1 миллиона 387,3 тысяч тонн, а добывающей - до 856 тысяч тонн, что также представляет серьезную угрозу для окружающей среды. С учетом вышеприведенных значений, можно подсчитать, что в год в Украине образуется около 730 тысяч тонн твердых бытовых отходов, что эквивалентно 240 тысячам тонн нефти или 240 миллионам м3 газа. Поэтому целью данной работы является анализ возможных направлений решения кризисной экологиче­ской и энергосберегающей ситуации в стране. •

Как известно, в настоящее время для удовлетворения нужд промышленного комплекса и человечест­ва используются преимущественно органические невозобновляемые первичные энергоносители, а имен­но газ, нефть, уголь. Однако, по оценке экспертов, основные источники электроэнергии на Планете будут исчерпаны к 2060 году. Таким образом, проблема экологии окружающей среды тесно взаимосвязана с энергетической. Поэтому тот колоссальный экологический ущерб, который наносит использование раз­личного органического топлива и выбросы твердых органических отходов, требует незамедлительной разработки и внедрения новых, современных энерготехнологий, основой которых являются возобнов­ляемые источники энергии.

Под возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ) понимают те запасы, которые восполняются за счет поступающего на поверхность Земли потока солнечного излучения. Поэтому ВИЭ практически неисчерпаемы. К ВИЭ относят непосредственно солнечную энергию, а также энергию ветра, рек, морских приливов и волн, биомассы, гидротермальную и т.д. Согласно [2], Украина имеет достаточно неплохой потенциал ВИЭ (табл.1).

^ Таблица 1 - Потенциал ВИЭ в Украине ,

Источники энергии

Потенциал энергии - '

Полный

Технический

Экономически целесообразный

Солнце, МВтчас/год

718,4109

345,1109

53,8109

Сток малых рек, МВт час/год

12,501 106

8,252106

3,747106

Ветер, МВтчас/год на 1 м2 лопастей ветроуста- новки

1,88

0,52 .

......

Торф, МВтчас/год

6801

• -

2941

Недра земли, МВтчас/год

17,365106

■ - '




Теплота грунта, МВтчас/год

1,575106

1,125106

0,106106

Избыточное давление природного газа, МВтчас/год

5,021106

2,337106

1,097106

Шахтный метан, МВтчас/год

-

9,885106

' -

Избыточное давление доменного газа, МВтчас/год

1,536106

0,858106

0,241106



Из таблицы 1 следует, что наиболее перспективным ВИЭ для Украины является солнце. При этом возможно несколько областей применения данного вида ВИЭ:

  1. дня преобразования солнечной энергии в электрическую;

  2. для преобразования солнечной энергии в химическую.

Получение электричества из энергии солнца позволит решить проблему дефицита энергоресурсов и применения образующегося С02 в качестве источника тепла и энергии. Это возможно путем создания фотоэлектрических установок с солнечными элементами, а затем, на их основе, фотоэлектрических стан­ций. Солнечные элементы на основе аморфного, моно- и поликристаллического кремния, кубического сульфида кадмия, углеродных нанотрубок за счет фотоэлектрического эффекта преобразуют энергию солнца в электрическую. Основными преимуществами фотоэлектрических установок является простота конструкций, надежность, большой срок службы отсутствие загрязнений в окружающей среде, бесшумность, отсутствие подвижных частей и износостойких деталей. К недостаткам можно отнести низкий КПД, который равняется от 9 до 24%, зависимость от времени суток и погоды, чувствительность к за­грязнениям, а также достаточно высокая стоимость [3].


35
Преобразование солнечной энергии в химическую, в том числе, в энергию топлив, позволит решить ряд экологических проблем, связанных с промышленными газовыми выбросами, и твердыми бытовыми отходами, а также проблемы энергоресурсов. Наиболее перспективным методом в данном случае являет­ся применение фотореакторов с веществами-фотокатализаторами, а также разработка энергоэффективных и экологически безопасных технологий на их основе. Фотокатализаторы - вещества, которые под действием квантов света вызывают протекание окислительно-восстановительных реакций, неосущест­вимых в обычных условиях (атмосферное давление и комнатная температура), либо же осуществимых в жестких условиях (повышенные "Температуры и давление) [4]. В качестве фотокатализаторов, как прави­ло, используют титан (IV) диоксид анатазной модификации, однако на сегодняшний день широко иссле­дуются и другие полупроводниковые оксиды. Главным преимуществом применения фотокатализаторов является перевод токсичных веществ в менее токсичные формы либо же полная нейтрализация веществ- загрязнителей. Основные направления применения фотокатализа приведены в табл. 2.


^ Таблица 2 - Применение фотокатализа для очистки газовых выбросов
Источник газовых выбросов

Вещества- загрязнители

Реакции, протекающие на фотокатализаторе

Технология сконцентрирован­ной азотной кислоты

N0,

N02 +1/20220→ HNОз

Технология серной кислоты

х

S02+ 1/20220→Н2S04

Двигатели внутреннего сгора­ния


N0x

2NОх → N2 + х02

С02 +H20→НСООН

CO2 + H2O → СНзОН, С2Н5ОН+х02



Как следует из табл. 2, путем преобразования, солнечной энергии в химическую на фотокатализато­рах возможна не только экологическая очистка и нейтрализация парниковых газов, но и дальнейшее про­текание окислительно-восстановительных реакций с получением таких целевых продуктов, как некон­центрированная азотная и серная кислоты, муравьиная кислота, метанол и этанол. Проведенный анализ свидетельствует о потенциальной возможности создания безотходных и экологически безопасных тех­нологий азотной и серной кислот.

Таким образом, на основе проведенного анализа можно сделать выводы, что в настоящее время срочно необходимо решать ряд комплексных проблем - острого дефицита энергоресурсов, утилизации твердых органических бытовых отходов, экологической очистки окружающей среды Взаимосвязь дан­ных проблем предполагает также и комплексный подход к их решению. Лучшей альтернативой могут быть возобновляемые источники энергии, причем для Украины использование энергии солнца является наиболее Подходящим вариантом. Исходя из проведенного анализа, можно заключить, что фотокатализ является не только одним из перспективнейших направлений экологической очистки атмосферы, но и способен выйти на первые позиции среди энерго- и ресурсосберегающих технологий.

Литература

    1. Елистратов В.В. Обоснование комплексных энергетических технологий на полигонах твердых быто­вых отходов / В.В. Елистратов, Л.И. Кубышкин, Е.Р. Покровская // Энергетическая политика. - 2001. - № 3.-С. 38-41.

    2. Швец Е.Я. Потенциал нетрадиционных возобновляемых источников энергии в Украине / Е.Я. Швец И Мир техники и технологий. 2007. - № 7. - С. 8-9.

    3. Steffens F. Sо1аг епегgу: battery energy storage control / F. Steffens // Journal of Power Sources. - V. 35. - № 1.-С. 1-20.

    4. Пармон В.Н., Замараев К.И. Фотокаталитическое преобразование солнечной энергии: Гетерогенные, гомогенные и молекулярные структурно-организованные системы. - Новосибирск: Наука. - 1991. – 358 с.

Добавить документ в свой блог или на сайт

Похожие:

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconСоздание высокоэффективных, экологически чистых, энерго-и ресурсосберегающих...
Перечень важнейших направлений фундаментальных и прикладных научных исследований, по которым Национальный технический университет...

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconНа зао "Северодонецкое объединение Азот" эксплуатируются технологии,...
Исные процессы в экономике в 90-х годах привели к невозможности своевременного технического перевооружения действующих производств...

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconИнтеграционные процессы в металлургии украины как основа ее инновационного развития

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconПлан распределения количества мест по уровням и направлениям подготовки №
Энерго- и ресурсосберегающие процессы в химической технологии, нефтехимии и биотехнологии

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconКонструктивно-технологические решения энергоэффективных зданий и...
Поэтому необходимо внедрение ресурсосберегающих технологий при строительстве и эксплуатации зданий. Эффективным решением проблемы...

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconХлад о-энерго-Станции
«х э с ы» – производители холода, снега и льда. Хладо-генераторы, агрегаты. Термо-станция. Выход энерго-свето продукции и стужи....

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconРеферат по дисциплине «Основы отраслевых технологий и организация производства»
Финансовый менеджмент как основа управления ресурсным обеспечением производства

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconПлан выставок на 2009 год Штутгартского выставочного комплекса
Международная отраслевая выставка по возобновляемой энергетике, энерго-эффективному строительству и реконструкции зданий. 5 конгресс...

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconИнтегративно–аксиологический подход как основа педагогических инноваций...
Московский Государственный Технический Университет имени Н. Э. Баумана Россия, 105005, Москва, Бауманская 2-я ул., 5

Фотокаталитические процессы как основа энерго- и ресурсосберегающих технологий 1 iconА решение компактности сверх городов, конгломератов
Само-Энерго-Здания ( 9 100 эт. ). Объекты Будущего. Синтез встроенной Энерго-Станции ( см гл. Новая Энергетика, Нео-эсы ) и жилого...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
uchebilka.ru
Главная страница


<