Муниципальное общеобразовательное учреждение

Глуховская средняя  школа.

Исследовательский проект

по химии .

Тема:

«Нефть как основной источник энергии и ее альтернатива»

                                                  Автор работы: 

                                                                               Никитина Екатерина

        11 класс

                                                                                      Нижегородская область

                                                                                  Воскресенский район  село Глухово

                                                                                Руководитель проекта:

Учитель химии Малышева Г.Н.

2015 г.

Оглавление:

Введение        

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ        

1.1. Понятие нефти. Общая характеристика        

1.2. Нефтеобразование        

1.3. Нефтедобыча        

1.4. Очистка и переработка нефти        

1.5. Альтернативные источники энергии        

2.        ВЫДВИЖЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ГИПОТЕЗЫ        

2.1.        Выдвижение гипотезы о истинной причине слабого использования альтернативных источников энергии        

2.2.        Мнения ученых        

2.3.        Выводы:        

Заключение        

Литература……………………………………………………………………….16…

Введение

Актуальность темы

Данный проект является очень значимым для каждого жителя Земли. Всегда существовала проблема защиты окружающей среды, выбор экологически “безвредных”, экономически выгодных источников энергии. И надо, чтобы каждый человек задумался над этим, так как эта проблема волнует многих.

Темой моего исследования стала нефть. Почему я взяла для исследования именно эту тему? Почему нефть называют «черным золотом» и « основой цивилизации?»

Во – первых, этот геологический ресурс является самым важным на нашей планете. Это главная «стратегическая жидкость» наших дней. Нефть дает огромное количество сырья для производства топлива, различных пластмасс, лаков, красок, т. е. того, без чего невозможно представить жизнь современного человека.

Во – вторых, нефть добывают в 80 странах мира. Для большинства нефтяная промышленность стала главной, а иногда и единственной отраслью специализации. Нефть – это деньги, процветание страны, это жизнь. Мировая экономика полностью зависит от нефти.

Но сейчас самой актуальной глобальной проблемой, является разрешение вопроса, что делать человечеству, когда нефть закончится? Никто из заинтересованных в разрешении этой проблемы лиц, не сомневается, что если человечество не найдет альтернативы нефти, планета окажется на грани глобальной катастрофы. Но люди нашли уже немало альтернативных источников энергии. Прогресс не стоит на месте, и появляются новые изобретения на альтернативном топливе. Но почему это до сих пор не используется?

В процессе изучения темы у меня возникли вопросы, которые я систематизировала и решила по ним провести исследовательскую работу.

• Что такое нефть?
• Сколько нефти на планете?
• Как ее добывают и перерабатывают?
• Как рационально использовать нефть?
• Что эффективнее: использовать нефть как источник энергии или как ресурс для нефтехимической промышленности?
• Какие существуют альтернативные источники энергии?
• Почему альтернативные источники энергии не получают широкого применения в современном мире?

1. Цель работы:

Провести исследование по теме «Нефть, ее использование и переработка». Найти информацию об альтернативных источниках энергии и их применении. И главный вопрос моего исследования: почему в современном мире альтернативные источники энергии не получают широкого применения?

1.3.  Задачи исследования:

- собрать сведения по теме «Нефть, ее использование и переработка»

- - охарактеризовать альтернативные источники энергии;

- рассмотреть перспективы их разработки и внедрения;

- рассмотреть изобретения и разработки технологий, способных работать на альтернативных источниках энергии, и принципиально иных видах топлива;

- подтвердить гипотезу об истинной причине слабого использования альтернативных источников энергии;

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

1.1. Понятие нефти. Общая характеристика

Нефть — природная маслянистая горючая жидкость, состоящая из сложной смеси углеводородов и некоторых других органических соединений. Имеет специфический запах, распространена в осадочных породах Земли. Сегодня нефть является одним из важнейших для человечества полезных ископаемых.

Соединения сырой нефти – это сложные вещества, состоящие из пяти элементов – C, H, S, O и N.

Углеводороды – основные компоненты нефти и природного газа.

Наряду с углеводородами нефти содержат органические соединения серы, кислорода и азота. И почти все нефти содержат небольшое количество неорганических соединений, которые остаются в виде золы после сгорания нефти.

1.2. Нефтеобразование

Проблема происхождения нефти – одна из самых загадочных страниц науки о Земле.

Нефтеобразование — стадийный, длительный процесс образования нефти, происходивший на протяжении десятков и сотен миллионов лет.

Ученые всех времен предлагали множество гипотез происхождения этого полезного ископаемого. Распространение получили две концепции: органического и неорганического происхождения нефти, при этом абсолютное большинство научных данных свидетельствует в пользу биогенного происхождения; поиск и добыча нефти ведется в соответствии с предсказаниями биогенной теорией. Доминирующей мировой теорией происхождения нефти является биогенная теория, согласно которой нефть сформировалась из остатков древних живых организмов.

Преобразование органических осадков представляет собой сложный химических процесс. Запасы нефти конечны, как конечны запасы органического вещества в породах.

1.3. Нефтедобыча

Нефтедобыча – сложный производственный процесс, включающий в себя геологоразведку, бурение и строительство скважин, их ремонт, очистку добытой нефти отводы, серы, парафина и многое другое. Почти вся добываемая в мире нефть извлекается из нефтяных скважин, проходимых бурением земной поверхности или со дна морских водоёмов. Лишь незначительная часть нефти добывается через мелкие скважины.

Нефть — наше национальное богатство, источник могущества стран, фундамент их экономики. Значение нефти в народном хозяйстве велико: это сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник для выработки моторных топлив, масел и смазок, а также котельного печного топлива, строительных материалов, сырье для получения ряда белковых препаратов.

1.4. Очистка и переработка нефти

Подготовка нефти к переработке

Добываемая на промыслах нефть, помимо растворенных в ней газов, содержит некоторое количество примесей – частицы песка, глины, кристаллы солей и воду.

С целью понижения затрат на переработку нефти, вызванных потерей легких компонентов и чрезмерным износом нефтепроводов и аппаратов переработки, добываемая нефть подвергается предварительной обработке.

Перегонка нефти

Братья Дубинины впервые создали устройство для перегонки нефти. Завод Дубининых был очень прост. Котёл в печке, из котла идёт труба через бочку с водой в пустую бочку. Бочка с водой – холодильник, пустая бочка – приёмник для керосина.

Процесс первичной переработки нефти с целью получения нефтяных фракций, различающихся по температуре кипения без термического распада, осуществляют в кубовых или трубчатых установках при атмосферном и повышенном давлениях или в вакууме.

В настоящее время перегонку нефти в промышленности производят на непрерывно действующих трубчатых установках. У них устраивается трубчатая печь, а для приёма продуктов перегонки выстраиваются целые городки резервуаров.

Так как нефть – это смесь углеводородов различного молекулярного веса, имеющих разные температуры кипения, то перегонкой её разделяют на отдельные нефтепродукты. При перегонке нефти получают светлые нефтепродукты: бензин, лигроин, керосин, соляровое масло, а в остатке – вязкую черную жидкость – мазут. Мазут подвергают дальнейшей переработке и выделяют смазочные масла.

Крекинг нефти

При первичной перегонке нефть подвергается только физическим изменениям. При крекинге нефть подвергается химическим изменениям. Меняется строение углеводородов. В аппаратах крекинг-заводов происходят сложные химические реакции. Выход бензина из нефти значительно увеличивается путем расщепления углеводородов с длинной цепью, содержащихся, например, в мазуте, на углеводороды с меньшей относительной молекулярной массой. Такой процесс называется крекингом.

Крекинг изобрёл русский инженер Шухов в 1891 г. В 1913 г. изобретение Шухова начали применять в Америке.

Так же при переработке нефти применяют термический крекинг (Расщепление молекул углеводородов протекает при более высокой температуре и давлении. Поэтому этот бензин обладает большей детонационной стойкостью, чем бензин прямой перегонки) и каталитический крекинг (Расщепление молекул углеводородов протекает в присутствии катализаторов и при температуре (450-500° С) и атмосферном давлении. Этот вид крекинга теперь широко распространяется)

1.5. Альтернативные источники энергии

Альтернативные источники энергии - чрезвычайно популярная тема в последнее время. Даже в России, где с традиционными источниками все в порядке, поиск альтернативных источников энергии приобретает все большее значение.
Большую часть потребляемой нефти мы сжигаем в виде топлива. Однако сотни вещей, которыми мы пользуемся в повседневной жизни, сделаны с использованием продуктов нефтехимии. Сегодня мы не обращаем на это внимания, но не стоит забывать: когда мы едем в машине или летим в отпуск, то сжигаем ценное сырье. Причем при его сжигании в атмосферу выделяется бесконечное множество вредных веществ, что усугубляет экологическую обстановку на нашей планете. А ведь нефть можно использовать для изготовления самой разной продукции, например: Бытовых товаров (шариковых ручек, мешков для мусора, свечей, ковров, моющих средств, красок, эмали, линолеума, краски, щеток и валиков, подушек, кровельных материалов, небьющегося стекла, телефонов, водопроводных труб),
Предметов личного пользования (от краски для волос, губной помады до одежды, зубных щеток, зубной пасты, и др.), медицинских изделий (от всевозможных препаратов до бинтов, слуховых аппаратов, искусственных сердечных клапанов), товаров для отдыха
сельскохозяйственных товаров (удобрений, инсектицидов, консервантов). Изделий иного назначения: антифризов, лодок, спасательных жилетов, клея, растворителей, парашютов, автопокрышек и много другого. Из нефти можно сделать практически все. Так почему же мы теряем такую возможность?

По прогнозам многих исследователей и ученых очередная эпоха развития человеческой цивилизации, подходит к своему логическому завершению. Запасы нефти иссякают, климат радикально меняется, и это чревато масштабными катастрофами: уже не за горами войны за скудеющие сырьевые ресурсы.

Как же человечеству избежать этой катастрофы? Ученые нашли альтернативу нефти, как источнику энергии.

Большую часть потребляемой нефти мы сжигаем в виде топлива для различного транспорта, а также для получения тепла и электроэнергии. Между тем, для этих целей можно использовать солнечную энергию, энергию рек, приливов и прибоя, энергию ветра, а также технологии позволяющие работать, двигателям и котельным на альтернативном топливе. Развитие альтернативных энергий и массовое внедрение уникальных технологий, позволит, сэкономив нефтепродукты, отодвинуть надвигающуюся катастрофу, а также улучшить экологическую обстановку.

Прежде всего, необходимо отказаться от практики сжигания дорогих нефтепродуктов в топках котлов, для получения тепла. Для этих целей необходимо использовать природный газ, разведанных запасов которого, в одной только России хватит на сотни лет.

Сейчас, необходимо усиленными темпами развивать гидроэлектростанции, позволяющие получать энергию приливов и прибоя. Не смотря на то, что спрос на эти электростанции, во всем мире велик, на сегодняшний день их построено лишь несколько штук.

Чем можно заменить бензин. Заменить бензин в двигателях внутреннего сгорания можно тремя видами жидкостей – этиловым или метиловым спиртом, аммиаком и скипидаром. Однако, несмотря на преимущества этих топлив по отдельным физическим показателям, ни одно из них не сможет полноценно заменить бензин.
Хотя использование аммиака NН3 вместо бензина выгодно, так как сырьем для получения аммиака являются вода и воздух. При наличии мощного энергетического комплекса, производство этого топлива можно наладить в любом труднодоступном районе, куда затруднена доставка обычного топлива. К положительным свойствам аммиака относится и его высокая детонационная стойкость, которая позволяет увеличить степень сжатия до 12 атмосфер. Но, из-за более высокой, по сравнению с бензином, температуры воспламенения аммиачной рабочей смеси, необходимо создание более высокой турбулентности подачи топлива и увеличение мощности искрового разряда.
И, наконец, хотя аммиак менее пожароопасен, чем бензин, зато он более токсичен, что требует специальных мер предосторожности.

То есть заменять бензин этими видами жидкостей будет не эффективно.
Теплогенератор Потапова, как альтернатива двигателю внутреннего сгорания.

Но, возможно, есть выход. Действительный член Российской академии естественных наук Юрий Потапов делает открытие. Его генератор уникален настолько, что в его существовании сомневаются до сих пор. КПД устройства превышает 100 процентов, а это, по мнению многих ученых мужей, противоречит элементарным законам физики. И, тем не менее, он запатентован в России, Франции, некоторых других странах. Его благополучно производят, и он уже действует, давая тепло людям. В Москве обогревает несколько домов в центре. В Молдове, где работает изобретатель, первым, кто решился на монтаж установки, был Фицканский монастырь. И вот уже несколько лет монахи получают горячую воду от этих установок.

Но что примечательно? Если честно, то, что сами изобретатели и разработчики до конца не понимают, откуда и за счет чего получается столь высокая производительность изобретения. Предполагается, что за счет кавитации. Выглядит это примерно так: под высоким давлением в специальную сужающуюся "улитку "Циклон" насосом подается вода. При сужении увеличивается скорость течения. При закручивании спиралью в воде образуется вихрь. В центре "улитки" устанавливается тормоз - трубка, отводящая давление, - за счет чего создается разряжение внутри вихря, и происходит холодное кипение - так называемое кавитационное. Кавитационные пузырьки схлопываются - в результате выделяется энергия, и вода плавно нагревается.

Любопытно, что в качестве поршней в двигателе работает та же вода, которая во время взрыва перетекает из одного цилиндра в другой и производит механическую работу - вращает вал. Во время взрыва газовая смесь превращается обратно в воду и снова становится поршнем. Получается замкнутый цикл. Расход воды при этом минимален. А выхлопа нет вообще. Для запуска его, правда, требуется небольшое количество топлива, в качестве которого используется газ, например пропан. Но только для запуска. Дальше двигатель работает только на воде.- Да, это козырь из школьного учебника по физике, - говорит Семен Потапов. - Но споры о КПД - игра слов и цифр. На сегодня насчитывается 220 явлений, КПД которых гораздо выше 100 процентов. КПД ячейки Паперсона (холодный ядерный синтез) около 1200. А если подсчитать КПД атомного взрыва, там получатся миллионы единиц.

Несмотря ни на что, разработки Потапова воплощены в металле и продолжают "нарушать" классические законы физики. Что же касается автомобильных водяных двигателей, то в США уже восьмой год бегают на столь экзотичном топливе шесть машин.

Если отвлечься от мощности, производительности и прочих чисто технических деталей, то речь, по сути, идет о замещении привычных способов добычи энергии. Обогреватели, электростанции, автомобили, для которых не нужно топливо. А запасы его, какими бы обширными ни были, все же ограничены. Энергосодержание Земли истощается. А значит, необходимо искать новые, нетрадиционные источники энергии. И вот они найдены, однако пока не объяснено с точки зрения традиционной физики, какие процессы протекают внутри устройств и почему они работают так, как работают, в них не верят и не спешат ставить на поток.

1. ВЫДВИЖЕНИЕ И ОБОСНОВАНИЕ ГИПОТЕЗЫ

1. Выдвижение гипотезы о истинной причине слабого использования альтернативных источников энергии

Проведя небольшое исследование, получив немало знаний, мы видим, что человек вполне способен изменить сложившуюся с нефтью ситуацию. Ведь учеными уже предложено немало альтернативных источников энергии, и даже есть изобретения на их основе (например, теплогенератор Потапова). Эти источники более экологически-чистые и менее иссекаемые. Запасов воды гораздо больше на планете, нежели запасов нефти. Запасы солнечной энергии вообще бесконечны.  Казалось бы, осталось только внедрить эти знания  в нашу жизнь и все изменится. Мы могли бы улучшить и экологическую ситуацию на планете, и начать использовать нефть более продуктивно и рационально. Так почему же мы теряем такие возможности? Почему мы расходуем нефть понапрасну - на топливо? Еще Менделеев сказал, что «сжигать нефть, все равно, что топить печку ассигнациями». Почему в современном мире альтернативные источники энергии не могут получить широкого применения? На этот вопрос я и постараюсь ответить.
В нашей стране проблема нехватки энергоносителей и электроэнергии пока остро не стоит. Но поскольку цены на нефть все растут, а запасы ее отнюдь не бесконечны, то эта проблема может остро проявиться в относительно недалеком будущем. В России есть условия для использования всех типов возобновляемых источников энергии.

У меня есть несколько версий, почему же человек не начинает широко применять их.

1. Высокие начальные капиталовложения.
   Несмотря на то, что в перспективе электростанции, использующие возобновляемые источники энергии окупают себя, начальные капиталовложения очень велики, и далеко не всякое предприятие может себе это позволить. К тому же, электроэнергия, получаемая из традиционных источников все еще дешевле, хотя при существующих темпах роста тарифов нельзя быть уверенным, что через несколько лет ситуация не изменится. Энергия же, получаемая из возобновляемых источников становиться все дешевле. А как только использование альтернативных источников станет выгодным, в эту отрасль тут же последуют огромные капиталовложения. Но у традиционных, экологически вредных видов электростанций есть важное преимущество перед альтернативными – их мощность и относительно малые площади.
2. Психологический фактор.
   Люди привыкли к использованию существующих энергосетей, многие просто не доверяют новым технологиям. Поэтому без длительной и дорогостоящей рекламной компании нечего и думать о появлении высокого спроса на маломощные установки, работающие на альтернативных источниках энергии, со стороны населения.
   Некоторые изобретения признаны несуществующими, так как ученые не могут объяснить их с точки зрения науки.
3. Небольшие запасы пресной воды.
   Для работы теплогенератора Потапова необходима пресная вода. Но ее запасы на планете не велики. Соответственно, потребуется осуществлять опреснение воды в больших количествах. А это очень затратное дело.
4. Противостояние «нефтяных олигархов» внедрению новых технологий.
   Люди, занимающиеся добычей и переработкой нефти, имеют с этого огромную денежную выгоду. Они опасаются внедрения подобных новых технологий, угрожающих возможному прекращению такого широкого топливо-производства из нефтепродуктов. Так же это может значительно пошатнуть экономику многих стран.
5. Значительные минусы альтернативных источников энергии.
   Минусами являются дороговизна, привязанность к определенным типам местности и относительно малая мощность.

Я считаю, что в скором времени одна или несколько крупных компаний, работающих в области энергетики, начнут внедрять электростанции, работающие на возобновляемых источниках энергии. Они способны на крупные капиталовложения, и при постепенном внедрении нового товара, смогут сохранить свои позиции на рынке электроэнергии, а то и улучшить его. Но они начнут это только когда получат государственную поддержку, в том числе и материальную, либо когда запасы традиционных энергоносителей подойдут к концу.

2. Мнения ученых

Многие ученые считают, что если иссякнет нефть, человечество, наверняка сможет поставить на службу человеку энергию водорода или термоядерного синтеза. На деле же развитие этих технологий идет слишком медленно, чтобы они могли сразу заменить нефть. Великие державы просто не желают вкладывать в решение этой проблемы достаточные средства. Вместо этого они готовятся к борьбе за последние капли иссякающей нефти.

Ответ на вопрос, почему научные работы по термоядерному синтезу продвигаются с трудом, вполне очевиден. Если такие дешевые установки будут построены, то реакторы холодного синтеза размером с чемодан можно будет ставить везде, получая энергию, которая практически ничего не стоит. После этого можно будет спокойно разбирать на металлолом буровые вышки, скважинные насосы и трубопроводы, восстанавливая экологическую чистоту. Естественно, «нефтяные олигархи» теряющие в этом случае источники своих доходов, приложат все усилия, для того чтобы исследования, потерпели крах. Для этого у них есть все, деньги, власть, продажные госчиновники, парламентарии, лоббирующие интересы нефтяных картелей, службы разведки, наемники, собственные армии.

Противостоять им может только сильное государство, у власти которого находятся люди, способные заглянуть в ближайшее будущее, и ответить не только на вопрос, как мы будем дальше жить, но и будем ли жить вообще? Надеюсь, что в России такие люди имеются, и они создадут все условия, для того чтобы поставить на службу человеку энергию водорода, термоядерного синтеза, и других альтернативных нефти источников энергии.

Сейчас для всей человеческой цивилизации существует глобальная проблема иссякающих нефтяных источников энергии. В связи с этой проблемой, некоторые страны, ведут внешнюю политику из принципа «Кто контролирует нефть, тот управляет миров». Вместе с тем, сейчас актуально разрешение противоположной задачи «То государство, которое овладеет альтернативными источниками энергии, спасет страну от надвигающейся катастрофы, способной остановить развитие страны, и обречь людей на голодную смерть». Автор верит, что эту задачу под силу решить в Российской Федерации.

Совокупность этих условий, способная сотворить экономическое чудо, но из-за противодействия определенных сил, использование альтернативных источников энергии и энергосберегающих технологий, до сих пор находится на стадии единичных экземпляров. Для того чтобы овладеть альтернативными источниками энергии и энергосберегающими технологиями, и тем самым обезопасить Россию от энергетической проблемы, необходимо принять государственную программу.

 Из научной работы: Использование альтернативных источников энергии и энергосберегающих технологий

3. Выводы:

1. Несколько пунктов из выдвинутой мной гипотезы об истинной причине слабого использования альтернативных источников энергии нашли свои подтверждения в научных работах.
2. Основными причинами слабого использования альтернативных источников нефти стали: высокие начальные капиталовложения, к которым не готовы государства; противостояние «нефтяных олигархов» внедрению новых технологий, так как в этом случае они теряют источники своих доходов.
3. Я узнала новые причины слабого использования альтернативных источников энергии: развитие технологий термоядерного синтеза идет слишком медленно, чтобы они могли сразу заменить нефть; у власти нет сильных людей, способных противостоять «нефтяным олигархам»; необходимость в принятии государственной программы. 

   ---

Заключение

Работа над проектом заставила меня задуматься над мировой проблемой  и помогла выявить причины незначительного использования альтернативных источников энергии. А также найти пути решения этой проблемы. Власти нужны сильные люди, в силах которых противостоять олигархам и, как следствие, изменить наш мир в лучшую сторону.

Данная работа расширила мой кругозор по химии, физике и обществознанию. На основе теоретических данных я подтвердила выдвинутую мной гипотезу о слабом использовании альтернативных источников энергии. В ходе исследования я ознакомилась с научной литературой, получила много полезных знаний, научилась планировать свою деятельность и находить подтверждение своей точке зрения, добиваться результатов.

Моя работа может быть полезной на уроках химии и физики. Она заставляет задуматься людей над глобальными проблемами нашего мира.

В ходе данной работы, при кропотливом исследовании я ответила на все интересующие меня вопросы и решила все поставленные перед собой задачи. В ходе исследования я выявила следующее:

1. Запасы нефти иссякают, климат радикально меняется, и это чревато масштабными катастрофами: войны за скудеющие сырьевые ресурсы.
2. Использовать нефть в качестве топлива не следует. Нефть и газ - очень хорошие источники сырья для химической промышленности.
3. Проблему сжигания нефти можно решить. В мире известно много альтернативных источников энергии, способных заменить нефть, как топливо.
4. Существуют проблемы внедрения альтернативных источников в широкое пользование. Главными проблемами являются недостаточные финансы государств и «нефтяные олигархи», противостоящие этим внедрениям.
   Власти необходимы люди, способные  противостоять этим проблемам и принять соответствующие государственные программы.

Литература.

1.  Википедия — свободная энциклопедия

2. Судо М. М. Нефть и горючие газы в современном мире. – М.: Недра, 1984.

2) Химия. Школьный иллюстрированный справочник. – М.: Росмэн, 1995.

3. Миланова Е. В., Рябчиков А. М. Использование природных ресурсов.

Нефть и газ в зеркале планеты «Деловой мир» 1994. 1-7 августа

4.Большая Советская энциклопедия (т 1) «Советская энциклопедия» 1987 г.

5.Нефть и человек «Эксмо-Пресс»1996 г.

66имия нефти/ под редакцией З.И.Скопяева. Л.: Химия, 1984.

7.Эрих В.Н., Расина М.Г., Рудин М.Г. Химия и технология нефти и газа. Л.: Наука, 1985.

8.Пэрэушану В., Коробя М., Муска Г. Производство и использование углеводородов. M.: Мир, 1987.

9.Технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988.

10.Журнал Всесоюзного химического общества им.Д.И.Менделеева. 1989. Т.34. №6; 2003. Т.48. №6.