 Когда дело доходит до среды, химическая промышленность имеет не самую лучшую репутацию. Тем не менее, она играет жизненно важную роль в разработке технологических решений, чтобы помочь защитить нас от климатической катастрофы, и может в то же время создать значительные возможности для развития мировой экономики.
Растущее использование прерывистых возобновляемых источников энергии, таких как солнечная энергия, будет увеличивать спрос на хранение и транспортировку энергии. Мы могли бы генерировать достаточно энергии для всей планеты, покрывая 3% суши Земли передовыми фотоэлектрическими солнечных панелей. Но лучшее место для них будет в середине пустынь, а не рядом с потребителями, то есть мы должны будем транспортировать энергию на большие расстояния. И солнце не светит ночью, так что при использовании солнечных панелей мы должны удерживать и хранить энергию на протяжении не менее 12-часов.
Масштабы этой проблемы означают, что мы не можем просто использовать кучу батареек, изготовленных из существующих технологий. Но мы уже в состоянии транспортировать и хранить большие количества энергии в виде газов или жидкостей в нашей глобальной сети трубопроводов, грузовых автомобилей, и контейнеров. Вместо того, чтобы добывать ископаемое топливо из пустыни, мы, вероятно, увидим производство продукции с высоким содержанием энергии, такой, как водород, метан или аммиак, где доступна чистая энергия. Их обработка, переработка и транспортировка в химической промышленности станет экспертизой, которую будущий энергетический сектор будет задействовать.
Аммиак также используется для создания удобрений, и его крупномасштабное производство было связано с тем, чтобы прокормить растущее население планеты. Индустрия удобрений по-прежнему является большим потребителем энергии, и производство аммиак близко к возобновляемым источникам энергии и сельскохозяйственному производству станет важным способом снижения выбросов углекислого газа.
Любому устойчивому топливу или удобрениям также придется отвечать за поставку воды. Создание аммиака (NH3) использует водород, который присутствует во всех высокоэнергетических химических веществах (топливе) и в конечном итоге требует воды для производства. Тот факт, что солнечная энергия может быть получена в местах, где не хватает воды, является одним из самых больших препятствий на пути к масштабному выходу возобновляемых источников топлива.
Электрический транспорт является единственным выходом для загрязненных городов, но он требует более совершенных технологий хранения энергии. Дополнительные улучшения в материалах батареи и изготовлении привели к снижению цены на электрические автомобили и повышению их производительности. Дальнейший прогресс является возможным, но есть пределы того, как далеко может быть продвинута технология, полученная из производства магнитной ленты.
Прорывы в совершенно новых технологиях, которые сочетают литий с кислородом или серой, проложат путь для следующего поколения электромобилей. Мы также видели автомобили на топливных элементах, которые генерируют электричество из водорода. Топливные элементы по-прежнему полагаются на дорогую платину, но фундаментальные химические исследования могут обеспечить альтернативу.
Сама химическая промышленность на самом деле является массовым игроком на энергетическом рынке. Заводы могут увеличить или сократить их потребление энергии по просьбе операторов сетки, когда производится слишком много или слишком мало электроэнергии, для того, чтобы сбалансировать спрос и предложение. Но они также могут предоставить форму хранения энергии.
Многие химические вещества производятся в несколько этапов, некоторые из которых требуют гораздо больше энергии, чем другие. Запуск более энергоемких процессов, когда есть много электричества (например, когда солнце светит) и хранение химических веществ, производимых для дальнейшей обработки, эффективно подобен хранению энергии. Это означает, что завод будет использовать меньше энергии в часы пик, освобождая электроэнергию для остальной части сетки. И строительство большего количества баков для содержания этих промежуточных химических веществ является экономически более эффективным, чем строительство сложной системы хранения энергии.
Тем не менее, эта практика будет использоваться только если она станет прибыльной, что потребует согласованных усилий со стороны энергетической и химической промышленности в реформировании рынка электроэнергии. Политики могут помочь путем предоставления налоговых льгот или субсидий для энергоемких процессов, которые предназначены для поощрения компаний к гибкости.
Современные светодиодные лампочки потребляют около одной десятой количества электричества, чем их традиционные аналоги, благодаря полупроводниковой технологии на основе нитрида галлия. Но это приходит с ценой и еще одним вызовом для химии: галлий является одним из редких материалов на Земле. Он используется только в небольших количествах в светодиодах, которые кажутся хорошей вещью поначалу, но также затрудняет их использование, и таким образом могут наблюдаться узкие места в их продукции в будущем при увеличении спроса. Аналогичные проблемы существуют с благородными металлами, такими как платина, используемая в катализаторных фильтрах бензиновых и дизельных автомобилей и в электродах топливных элементов.
Оптимизация технологии для уменьшения потребности в этих дефицитных металлах сделает их более дешевыми и потребует меньше добычи. Но, опять же, остаются проблемы утилизацию. Химия не является алхимией: превращение одного элемента в другой происходит только в ядерных реакторах и ускорителях частиц, и оно не будет работать на более широком масштабе в ближайшее время. Таким образом, химики, геологи и специалисты в области логистики должны объединить свои усилия.
|
