Термоядерная энергия

Одним из перспективных источников получения электричества является освоение термоядерной энергии, т.е. энергии трития и дейтерия, содержащихся в неисчерпаемых количествах в воде океанов.
Во время химической реакции изменяются электронные оболочки атомов. В результате ядерной реакции иным становится строение атомного ядра - гораздо более прочного, чем атом. Поэтому при распаде тяжелых ядер (в реакции деления) или, наоборот, при слиянии легких (в реакциях синтеза), когда образуются ядра элементов средней массы, выделяется огромное количество энергии.
Например, при делении одного атома урана - реакции, используемой для получения энергии в современных атомных станциях, - выделяется около 1 МэВ энергии на каждый нуклон. (Нуклонами называют протоны и нейтроны, являющиеся составными частями ядер атомов.) В ходе реакции дейтерия D (тяжелого водорода, атом которого содержит в ядре нейтрон n) с протоном p синтезируется изотоп гелий-3, излучается ?-частица и выделяется примерно 5 МэВ энергии на один нуклон, т.е. в 5 раз больше:
1D2 + p > 2He3 + ?.
В природной воде один атом дейтерия приходится на 7 тыс. атомов водорода, но дейтерия, содержащегося в стакане воды достаточно, чтобы произвести столько же энергии, сколько можно получить при сгорании бочки бензина. В Мировом океане 4·1013 т дейтерия; его хватит всем жителям Земли на 4 тыс. лет.
Еще больше энергии выделяется в реакциях сверхтяжелого изотопа водорода - трития Т, в ядре которого два нейтрона:
1T3 + p > 2He4+ ? + 19,7 МэВ
1T3+1D2 > 2He4 + n + 17,6 МэВ
Трития в природе нет, но в достаточных количествах его можно получить в атомных реакторах, воздействуя потоком электронов на атомы лития:
N + 3Li7 > 2He4 + T
Однако осуществить эту реакцию весьма непросто: она начнется лишь в том случае, если ядра атомов сблизятся настолько, что возникнут силы ядерного притяжения (так называемого сильного взаимодействия). Это расстояние на пять порядков меньше размеров атома, и, пока электроны остаются на своих орбитах, они не позволят ядрам атомов сблизиться. Да и сами ядра до начала сильного взаимодействия расталкиваются кулоновскими силами.

Биоэнергия
Биото́пливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. Существуют также проекты разной степени проработанности, направленные на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, но эти технологии находятся в ранней стадии разработки или коммерциализации.
Различается жидкое биотопливо (для двигателей внутреннего сгорания, например, этанол, метанол, биодизель), твёрдое биотопливо (дрова, солома) и газообразное (биогаз, водород).
Есть два основных направления получения топлива из биомассы: с помощью термохимических процессов или путем биотехнологической переработки. Опыт показывает, что наиболее перспективна биотехнологическая переработка органического вещества. В середине 80-х годов в разных странах действовали промышленные установки по производству топлива из биомассы. Наиболее широкое распространение получило производство спирта.
Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 50-80% из метана и на 20-50% из углекислоты. Его теплотворная способность – 5-6 тыс. ккал/м3 .
Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 10-12 куб. м метана. А, например, переработка 100 млн. тонн такого отхода полеводства, как солома злаковых культур, может дать около 20 млрд. куб. м метана. В хлопкосеющих районах ежегодно остается 8-9 млн. тонн стеблей хлопчатника, из которых можно получить до 2 млрд. куб. м метана. Для тех же целей возможна утилизация ботвы культурных растений, трав и другое.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.
Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую. Установки по производству биогаза размещают, как правило, в районе крупных городов, центров переработки сельскохозяйственного сырья.

Лекция 9.

19. «Международное сотрудничество в области охраны окружающей среды».