МАОУ ДО «Городской Дворец детского (юношеского) творчества»

Конспект занятия в клубе «Эврика» МАОУ ДО ГДДЮТ

Тема:«Природные источники углеводородов и энергетическая проблема»

Занятие проводится для учащихся, не посещающих клуб «Эврика», т.е. для приглашенных из разных школ учащихся.

Цель:

1. Закрепить и обобщить знания учащихся о природных источниках углеводородов, о путях эффективного использования ПИУ.

2. Продолжить развитие умений формулировать и отстаивать, обосновывать собственное мнение, умение работать в группе и самостоятельно; способность оценивать ответы других и делать самооценку.

3. Продолжить воспитание патриотизма и ответственности за состояние окружающей среды

4. Приобретение опыта транслирования знаний на менее просвещенную аудиторию.

5. Развитие риторических способностей.

Группа делится на две команды по 6 человек. Педагог ведет дискуссию, предлагая ответить на вопросы.

Девиз занятия: «Audiatur et altera pars» - пусть будет выслушана и другая сторона.

В Шотландии на Новый год существует традиция - дарить уголь. Почему?

В начале 19 века в Великобритании возник топливный кризис в связи с вырубкой лесов. , и англичане начали в качестве топлива осваивать каменный уголь.. Когда в новый год шотландцы получают каменный уголь, это значит, что они получают пожелание тепла и уюта в доме на весь год. Как вы думаете, почему в Росси не существует подобной традиции?

Первая команда:

-Россия - страна, богатая природными и энергетическими ресурсами. Это нефть, уголь, газ, гидроэнергия, атомная энергия, энергия Солнца, ветра, океана.

Педагог: Велики ли запасы угля, нефти, газа? На сколько лет хватит их человечеству?

_ газ - на 50-70

Нефть - 90

Уголь- 600

Уран -27-80

При современных темпах потребления

Вторая команда:

Исчерпание запасов энергетического сырья и отрицательные побочные эффекты потребления традиционных энергоносителей - составная часть проблемы и деградации природной среды.

Однако важность и многогранность энергетической проблемы требуют её отдельного рассмотрения.

Можно выделить три основных аспекта в контексте устойчивого развития:

1. Ресурсный - дисбаланс в структуре энергопотребления и угроза дефицита энергоносителей;

2. Экологический - загрязнение окружающей среды и угроза катастроф, связанные с добычей, транспортировкой и использованием энергетического сырья;

3. Геополитический - неравномерность распределения запасов энергетического сырья и угроза острой борьбы за энергоресурсы.

Мировая экономика, включая выработку электроэнергии, на 70%-80% зависит от углеводородного сырья - нефти, газа, угля. Оно является невозобновляемым ресурсом.

Добыча углеводородов в мире растёт, причём примерно теми же темпами, что и численность населения, и мировая экономика в целом.

За последние 35 лет объём добычи различных видов углеводородного топлива вырос в 1,3-3 раза.

Мировая добыча энергоносителей, млн тонн*

*для природного газа - млрд куб.м.

Большую часть углеводородов потребляет энергетическая отрасль, их доля в производстве электроэнергии с 1973 по 2008 год снизилась незначительно - с 75% до 68%, притом что производство электроэнергии за тот же период выросло в 3,3 раза - с 6,1 тыс. до 20,2 тыс. ТВт (1 ТВт = 10¹² Вт).

Доля различных энергоносителей в мировом производстве электроэнергии

В результате потребление угля, нефти и газа энергетикой за тот же период выросло в 2 раза - с 5 млрд до 10 млрд тонн в пересчёте на условное топливо.

Потребление углеводородов мировой энергетикой, млн т.у.т.*

* в качестве единицы условного топлива принимается 1 кг топлива с теплотой сгорания 29,3 Мдж/кг. 1 тонна нефти эквивалентна 1,4 т.у.т., 1 тыс. куб м природного газа - 1,2 т.у.т., 1 тонна кокса - 0,93 т.у.т.

При нынешних объёмах добычи запасов углеводородов нам хватит на несколько десятков лет, а полноценная альтернатива им на данный момент отсутствует.

Обеспеченность углеводородным сырьём

Сырьё

Объём добычи

Доказанные запасы (усреднённые оценки по разным данным)

Обеспеченность при нынешних объёмах добычи

Нефть

3,8 млрд тонн

140 млрд тонн

37 лет

Каменный уголь

6,0 млрд тонн

900 млрд тонн

150 лет

Природный газ

3,1 млрд куб.м

150 млрд куб.м

50 лет

Следует также учитывать, что: сырьё приходится добывать во всё более удалённых, труднодоступных и опасных местах (шельфовые зоны, полярные области и районы с резко континентальным климатом, сейсмоопасные регионы), что увеличивает затраты и риски, включая экологические.

Педагог: По расчетам некоторых ученых за время существования цивилизации человечество успело сжечь столько топлива. Что израсходовало на это более 300 млрд. тонн кислорода. Как влияют продукты сгорания на состояние атмосферы? Что такое парниковый эффект? И что говорят по этому поводу ученые?

Первая команда: Парниковый эффект- нагревание поверхности и атмосферы планеты в результате захвата теплового излучения Солнца атмосферными газами

Вторая команда:

Без парникового эффекта Земля была бы безжизненной пустыней, поскольку всё испускаемое ею тепло уходило бы в космос, температура у её поверхности составляла бы - 15 градусов, а не +18, как сейчас. Но от сжигания углеводородов избыток углекислого газа скапливается в атмосфере и задерживает тепло в приземных слоях атмосферы. Вырубка лесов усугубляет эту проблему. Парниковый эффект вызывает повышение средней температуры во всем мире- глобальное потепление климата.

Газ

Формула

Вклад(%)

Водяной пар

H₂O

36 - 72 %

Диоксид углерода

CO₂

9 - 26 %

Метан

CH₄

4 - 9 %

Озон

O₃

3 - 7 %

Педагог:

Тенденция к росту добычи углеводородов сохраняется

Другая проблема в том, что нефть, уголь и в несколько меньшей степени природный газ, являются «экологически грязным» сырьём.

Фото: FreeFoto.com

Загрязнение окружающей среды в наше время в наибольшей степени связано именно с добычей, транспортировкой и сжиганием углеводородного топлива, прежде всего - для выработки электроэнергии и эксплуатации транспортных средств.

Доминирование углеводородного энергетического сырья в мировой экономике порождает и целый комплекс проблем экологического, экономического и геополитического характера на региональном и глобальном уровне, связанный с тем, что основные разведанные и эксплуатируемые запасы углеводородов сконцентрированы в нескольких регионах - Ближнем Востоке, Западной Сибири, Карибском бассейне.

Какие противоречия возникают в связи с этим между государствами?

Первая команда

Возникает своего рода антагонистическое противоречие между глобальным характером зависимости от углеводородов и региональным характером их залегания и добычи. В результате: добыча сырья в удалённых точках и его транспортировка на большие расстояния сопряжена с большими затратами и рисками, катастрофические утечки нефти из танкеров и нефтепроводов хорошо известны. Возникают диспропорции в экономическом развитии стран. Обладатели сырья, с одной стороны, оказываются в выгодном положении. С другой же, у них проявляется сырьевая специализация в экономике в ущерб другим отраслям.

Обеспеченные сырьём регионы становятся объектом притязаний со стороны других государств, что приводит, в том числе, к военным конфликтам. Увеличение спроса на углеводороды в будущем может обернуться глобальной войной за ресурсы.

Вторая команда

Всё сказанное выше относится и к нашей стране. Мы находимся на одном из первых мест в мире по запасам и добыче углеводородного сырья, и примерно половина его вывозится в другие страны, что обеспечивает около 70% всех поступлений России от экспорта товаров и услуг.

Фото: Los Angeles Times

В то же время в экономике России существует явный перекос в сторону экспортно-сырьевой специализации, что блокирует развитие других отраслей, в том числе - инновационных и «зелёной» экономики, если им не оказывать мощную государственную поддержку.

Кроме того, в России присутствует та же специфика, что и в остальном мире - при огромной территории запасы углеводородов сосредоточены в нескольких зонах. В ряде случаев обеспечивать топливом зарубежные страны оказывается проще, чем удалённые от месторождений сырья регионы собственной страны.

При этом наша страна отличается сравнительно низкой плотностью населения и переживает демографический кризис. Это не может не вызывать особого интереса к нашим природным богатствам со стороны ряда соседей и претензий геополитического характера.

Педагог: Есть ли какие - либо альтернативы использования в качестве энергоносителей углеводородов?

Первая команда:

Смещение структуры мирового энергопотребления от углеводородов к другим энергоносителям способно решить, в том числе, и российские экологические, экономические и геополитические проблемы.

Постепенно это происходит, но, главным образом, за счёт развития атомной энергетики. Она, наряду с гидроэнергетикой (доля которой, напротив, несколько сократилась), на данный момент является единственной реальной, а не гипотетической, альтернативой углеводородам.

Вторая команда:

Однако, использование атомной энергии имеет свои отрицательные стороны и сложности: строительство АЭС требует большого объёма инвестиций и, в целом, высокого научно-технического уровня, которым на данный момент обладают далеко не все страны мира; добыча и обогащение урана - сырья для АЭС, также является экологически грязным и опасным производством; авария на АЭС может привести к самым тяжёлым последствиям. Символом этой угрозы стал Чернобыль. С этим связана и другая проблема - фобия значительной части общества по отношению к атомной энергетике. Такое отношение далеко не всегда оправданно, но с общественным мнением, в любом случае, необходимо считаться; развитие атомной энергетики имеет ряд политических препятствий. Страна, владеющая технологиями обогащения урана, получает возможность не только развивать атомную энергетику, но и создавать ядерное оружие, что не может не тревожить другие страны.

Первая команда:

Что касается альтернативной энергетики - ветровой, солнечной, геотермальной, биотопливной, то с 1973 по 2009 г. её доля в мировом энергопотреблении выросла с 0,6% до 2,8%, т.е. остаётся незначительной, несмотря на активный рост.

Кроме того, по ряду причин, связанных и с самим характером источников энергии, и современным уровнем научно-технического и экономического развития, возможности её широкого использования на данный момент ограничены. И здесь также возможны свои негативные побочные экологические и экономические эффекты.

Педагог:

Вернемся на несколько минут в прошлое.

В 1840 году губернатор Баку направил в Санкт - Петрбург в АН бочки, содержащие жидкое вещество, для выяснения промышленного использования их содержимого. Ответ из Академии был весьма оригинальный: «Это вонючее вещество пригодно только для смазки колес у телеги». Что за вещество это было?

Ответ: нефть

Педагог:

В это же время в Америке начался нефтяной бум. Скупали участки земли, бурили, искали нефть. Один из изыскателей завладел маленьким нефтеперерабатывающим заводиком в 1865 году, а в 1900 стал миллиардером, стал первым нефтяным магнатом. Назовите его.

Ответ: Рокфеллер

Педагог:

А что в России? Даже крепостное право не останавливало народный талант. В 1823 году в районе Моздока крепостные братья Дубинины построили первый в России нефтеперегонный завод. В перегонном кубе периодического действия из 40 ведер заливаемой нефти они получали 16 ведер нефтепродукта.

А как сейчас осуществляется переработка нефти? Каковы фракции перегонки нефти?

Ответы: бензин, керосин, лигроин, газойль, мазут. (рассказ о их получении с использованием презентаций).

Педагог: какие из этих фракций используются в карбюраторных, дизельных двигателях, на ТЭС. Назовите её.

Ответ: карбюратор- бензин, дизель - солярка, ТЭС -мазут.

Педагог: что такое детонационная стойкость бензина?

Ответ: детонация - взрывное сгорание горючего. Стойкость - способность горючего выдерживать сжатие в цилиндре, в результате чего поршень совершает максимально возможную работу для данного горючего. Эта способность выражается октановым числом.

ОЧ =100 соответствует изооктану
а ОЧ =0 - н-гептану.

Педагог: известно выражение Д.И. Менделеева: «Топить можно и ассигнациями». Как вы понимаете это выражение?

Ответ: Нефть - не топливо, а ценнейшее углеводородное сырье.

Педагог:

Что такое глубокая переработка нефти?

Ответы:

Крегинг, риформинг, ароматизация.

Ароматизация нефтепродуктов, химическая переработка нефтяных продуктов с целью увеличения содержания в них путём превращения с открытой цепью в циклического строения. проводят по , открытой в 1936 советскими химиками (Б. А. Казанский, А. Ф. Плате, Б. Л. Молдавский и др.). происходит в различных процессах переработки и её фракций - , каталитаx. , ,.

Педагог:

Что общего между установкой крекинга и ом в Москве?

Ответ: В. Г. Шухов и его помощник С. П. Гаврилов изобрели промышленный процесс получения автомобильного - непрерывно действующую трубчатую установку термического нефти (патент Российской империи № 12926 от 27 ноября ). Установка состояла из печи с трубчатыми змеевиковыми нагревателями, испарителя и ректификационных колонн.

В - гг. В. Г. Шуховым спроектировал перекрытия залов и (бывшего Брянского) в Москве и руководил его возведением (ширина пролёта - 48 м, высота - 30 м, длина - 230 м).

И то и другое сконструировано Шуховым В.Г.

Педагог:

Современная переработка нефти стала более глубокой. Если при прямой перегонке превращению подвергается 20% нефти, то при современных технологиях можно добиться 90-100% превращения. Стала более тщательной траспортировка, для этого используются танкеры с двойным дном, чтобы предотвратить разливы нефти.

А как еще можно улучшить ситуацию по использованию углеводородов и энергосбережению?

Первая команда

Обеспечить улучшение ситуации можно, действуя в направлениях:

развитие технологий энергосбережения

диверсификация источников энергии и развитие альтернативных вариантов

оптимизация энергопотребления

проведение грамотной и экологически ориентированной экономической политики в целом

поощряя решение энергетической проблемы с помощью финансовых инструментов

вторая команда

Океан седой гремит тревожно.
Он таит обиду в глубине,
Черные, раскачивая пятна
На крутой разгневанной волне.

"Нефтяная чума - оборотная сторона благосостояния" (Тур Хейердал)

Тур Хейердал писал: "Посреди океана, открытого для Европы Колумбом, теперь нельзя руку сунуть в воду, чтобы не вымазать в грязи". Под словом "грязь" он, конечно же, имел в виду нефть.

Нефть - загрязнитель природной среды. Углеводороды, входящие в ее состав, попадая в атмосферу, почву, воду становятся загрязнителями. Легковоспламеняющиеся углеводороды в атмосфере от случайного источника огня могут воспламеняться со взрывом (катастрофа на железной дороге в Башкирии, 1989 г.). При разливах нефти нефтяная пленка покрывает поверхность вод Мирового океана, что приводит к нарушению водо- и газообмена между океаном и атмосферой. В результате угнетаются процессы фотосинтеза, изменяется температурный режим воды.

СХЕМА превращение нефти в водоеме.

Воздействие нефти на экосистему:

• отравление живых организмов с летальным исходом;

• нарушение физиологической активности;

• возникновение болезней из-за большого содержания углеводородов внутри организма;

• обволакивание нефтепродуктами;

• изменение среды обитания.

При переработке нефти сейчас особенно актуален переход к малоотходным технологиям, что осуществляется благодаря внедрению комбинированных технологических установок, использованию сточных вод путем внедрения систем оборотного водоснабжения (на Московском нефтеперерабатывающем заводе 96% воды обращается повторно).

Ученые подсчитали, что ежегодно на морских трассах может возникнуть не менее 10 тысяч опасных ситуаций. При этом около одного миллиарда тонн нефти может вылиться в океан. 23 марта 1989 года на Аляске произошла крупнейшая экологическая катастрофа с танкером, на борту которого находилось около 50 тонн нефти. Танкер налетел на рифы, и на поверхность воды вылилась вся нефть.

Конечно, лучше если не будет ни одной аварии, но реальность другая. И поэтому нужно знать, как можно убирать нефть. На сегодняшний день существует несколько методов борьбы с нефтью.

Метод ограждения. Если нефтяное пятно окружить плавающими ограждениями, оно не будет увеличиваться в размерах. Такие заграждения называют контейнерами. Их можно даже передвигать в удобное для ликвидации место. Затем специальное судно откачивает нефть из контейнера насосами. Этот метод применяется только при спокойной погоде.

Химическое рассеивание. Существуют химические препараты для ликвидации пятен, которые стягивают нефть в плоские маленькие пятна, уплотняют нефть к кубики. Самые эффективные называются - диспергентами. Диспергенты - это вещества, которые разбивают нефтяной слой на мельчайшие капельки, затем они вылавливаются большими сочками и сжигаются на суше.

- оседание. Ученые обнаружили, что если нефтяное пятно посыпать слоем мела, то мел будет впитывать в себя нефть, и очень быстро тонуть, очищая, таким образом, поверхность воды от нефтяных пятен. Демонстрация эксперимента.

Однако нефть остается на дне и продолжает отравлять флору и фауну.

Педагог

Все, что вы сказали, относится к нефти, а теплоэлектростанции, работающие на каменном угле, выбрасывают продукты сгорания в атмосферу (CO, CO₂ , SO₂, зола и другие), что усиливает парниковый эффект.

Как можно снизить или вовсе ликвидировать выбросы вредных веществ в атмосферу?

Первая команда

необходимо:

1. Увеличение в углеводородах содержания элемента водорода посредством гидрирования нефтяных фракций.

2. Повышение эффективности сжигания угля путем его измельчения и подачи в зону горения струей воздуха - это обеспечивает полноту сгорания угля.

3. Установление фильтров, улавливающих вредные газы и твердые частицы.

Этап рефлексии.

Слушателям предлагается дать оценку участникам дискуссии.

Все участники также проводят самооценку, отвечая на вопросы.

Приложение 1.

Опросник.

1. Оцените работу вашей команды, учитывая вклад каждого в подготовку и проведение занятия.

2. Какие новые знания и умения у вас появились?

3. Считаете ли вы это занятие полезным для вас? Почему?

Источники

1. В.П. Максаковский. «Географическая картина мира»/ Ярославль, изд-во «Верхняя Волга», 1998

2. Цыркин Е.Б., Олегов С.Н. О нефти и газе без формул. Л.: Химия, 1989. - 160 с. (Научно-популярная библиотека школьника). - ISBN 5-7245-0352-2

3.А. Остальский. Нефть: чудовище и сокровище. Издательство: . Год издания: 2009

4. К. Дегтярев. Энергетическая проблема. http://old.rgo.ru/2010/09/energeticheskaya-problema/

5. , Мероприятие по химии в 10-м классе "Природные источники углеводородов"

6. https://ru.wikipedia.org