Природные ресурсы. Сырье и энергия в народном хозяйстве

Общая характеристика

Природные ресурсы – материальные элементы природы, которые вовлекаются в переработку при достигнутом уровне технологии.

Сырье и энергия являются важнейшей составной частью природных ресурсов, классификация которых представлена на рис. 2.1.

 

 

Рисунок 2.1 – Классификация природных ресурсов

Из классификации следует, что сырье относится к вещественной части природных ресурсов. Его качество, доступность и стоимость определяют основные показатели производства.

Сырье составляет исходные материалы неживой природы, растительного и животного происхождения на стадии до промышленной и сельскохозяйственной переработки и использования.

Из вещественной части природных ресурсов в технологических процессах всегда участвуют вода и воздух.

Специфическую группу составляет часть сырья с неограниченными функциями, например, нефть, уголь, газ и т.п. С одной стороны, они являются сырьем для перерабатывающей промышленности (органический синтез, коксохимия и т.д.), а с другой – служат источником энергии для различных технологических процессов и бытовых нужд. Эти горючие полезные ископаемые выделяют и учитывают отдельно. За их вычетом из сырья остается перерабатываемое сырье.

Технологические процессы сопровождаются затратой или выделением энергии, взаимным превращением одного ее вида в другой.

 

Перерабатываемое сырье

 

Современное производство характеризуется разнообразием перерабатываемого сырья, объем которого в конкретные исторические периоды ограничивает потребности и экономические возможности народного хозяйства и способствует возникновению природных и сельскохозяйственных материалов и развитию новых отраслей. Например, в ХХ в. перерабатываемым сырьем стали нефелин (производство алюминия), перлит (производство стройматериалов), урановые руды (атомная энергетика и производство вооружений), пищевой белок (животноводство) и многие другие вещества.

Разработано несколько классификаций перерабатываемого сырья (по химическому составу, происхождению и т.д.). По химическому составу его делят на неорганическое и органическое. Неорганическое вещество составляют вещества неживой природы (минеральные вещества), органическое – сырье растительного и животного происхождения.

Минеральное сырье относится к разряду невозобновляемых ресурсов. В настоящее время насчитывается почти 2500 минеральных веществ, отличающихся друг от друга составом, физическими свойствами, формой кристаллов и прочими характеристиками.

Растительное и животное сырье перерабатывается в продукты питания (пищевое сырье) и сырье промышленного и бытового назначения (техническое сырье).

Источником растительного и животного сырья являются возобновляемые ресурсы естественной среды обитания: земельные, лесные и водные, по которым Россия занимает первое место в мире.

Особенностью многих видов животного и растительного сырья является сезонность поступления и при хранении изменяются его свойства, поэтому вопросы сохранности запасов животного и растительного сырья столь же важны, как и проблемы его переработки. Сырье растительного происхождения на пути от поля до потребителя теряется, и в ряде случаев (картофель, овощи) потери достигают 30–50%, которые можно снизить, о чем свидетельствует опыт ведущих стран, где потери не превышают нескольких процентов.

 

Топливо

Общие сведения

Топливом называют органические вещества или их компоненты, способные при взаимодействии с кислородом поддерживать самопроизвольный процесс горения с выделением тепла, которое является энергетической базой отраслей промышленности, сельского хозяйства, коммунально-бытового сектора.

Следует отметить, что большое количество тепла выделяется при окислении ряда неорганических веществ: металлов (алюминий, магний, натрий, калий, литий), и металлоидов (фосфор). Многие из этих веществ входят в состав термитных смесей, по ряду причин (дефицитность, высокая стоимость и т.д.) указанные неорганические материалы в энергетических целях не используются.

Классическое понятие об органическом характере топлива в настоящее время является недостаточно полным потому, что не охватывает современного источника получения теплоты: атомная и ядерная энергия.

Разработано несколько классификаций топлива:

1 По агрегатному состоянию топливо подразделяется на твердое (угли, торф, древесина, сланцы), жидкое (нефть и нефтепродукты), газообразное (природный и попутный газ и т.д.).

2 По генезису топливо делят на естественное и искусственное, т.е. полученное при переработке естественного топлива или в качестве побочного продукта различных технологических процессов (доменного, коксового производства и др.).

В общей стоимости мировой добычи минерального сырья на топливо приходится 75%. Соотношение между различными видами горючих полезных ископаемых со временем непрерывно изменяется. В начале ХХ века главную роль играл уголь (более 90%). С середины столетия стали широко использоваться более эффективные виды энергетического сырья (нефть, газ) доля угля в топливно-энергетическом балансе снизилась до 30%. В конце столетия в ряде передовых в промышленном отношении стран наметилась тенденция к возрастанию доли угля. Толчком к этому послужил энергетический кризис начала 70-х годов, когда выявилась сильная зависимость экономически развитых стран от внешних источников нефти, расположенных в политически неустойчивых регионах мира.

Тенденция возрастания доли угля в топливно-энергетическом балансе объясняется геополитическими соображениями и долговременными тенденциями развития мировой экономики. Запасы угля во много раз превышают нефтяные и газовые. В общих геологических запасах они оцениваются в 12,8 трлн. т. условного топлива и составляют около 85% общемировых запасов органического топлива. Уголь рассматривается как надежный источник энергии и химического сырья на многие столетия, поэтому незабытой и более актуальной является мысль Д.И. Менделеева о том, что топить углем – топить ассигнациями.

Основным показателем для всех видов топлива служит удельная теплота сгорания – количество тепла, которое выделяется при полном сжигании единицы массы твердого или жидкого топлива (Дж/кг и Дж/м³). Для сведения различных видов топлива к единому эквиваленту и для исчисления его общих запасов введено понятие условного топлива.

Условное топливо – это топливо теплота сгорания которого принята условной 29300 кДж/кг (7000 ккал/кг). Теплота сгорания реальных топлив обычно существенно отличается от этой величины. Например, 1 кг бурого угля эквивалентна 0,4 т условного топлива (т.у.т.), каменного угля – 1 тут, нефти – 1,4 тут.

Удельная теплота сгорания топлива (теплотворная способность) определяется его составом, который представлен горючими и негорючими массами. Горючая масса – это органическая часть (основной горючий компонент топлива) плюс горючая неорганическая часть (сера, ее соединения и т.п.). Негорючая масса топлива – это зола (неорганический остаток) и влага.