Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Химия»Содержание №43/2000

НЕМНОГО ОБО ВСЕМ, ИЛИ ВСЕ О НЕМНОГОМ...

Химическая экология

Химическая экология – раздел экологии, науки об основах рационального природопользования и охраны окружающей среды. Она изучает разнообразные химические процессы в окружающей среде, естественные кругообороты веществ и влияние на них деятельности человека, химические методы и средства защиты окружающей среды.

Мысль о том, что техническая мощь человечества по своим масштабам сопоставима с естественными геологическими процессами и меняет весь лик Земли, ее природу, была четко высказана в конце XIX в. российским философом и натуралистом В.И.Вернадским. Он ввел в широкий научный обиход термин «биосфера», понимая под ним не только «живое вещество», но и всю среду, где это вещество находится, предсказал пути развития биосферы.

Человечество росло численно, увеличивало добычу и переработку ископаемого сырья и превратилось в основного нарушителя природных равновесий. Однако до определенного времени природе удавалось залечивать свои раны, включать выбрасываемые промышленные отходы в естественные циклы, уничтожать эти отходы.

Наконец пришло понимание, которое хорошо выразил поэт В.Федоров:

Земли не вечна благодать.
Когда далекого потомка
Ты пустишь по миру с котомкой,
Ей будет нечего подать.

В 1960–1970-е гг. ученые наиболее развитых стран мира, где нарушения биосферы стали особенно заметны, начали выступать против тогдашних тенденций развития технического прогресса. Стали появляться пугающие работы, где обосновывались «пределы роста» промышленности и сельского хозяйства. Примерно с этого времени различным разделам экологии стало уделяться все большее внимание, экологические проблемы стали решаться на государственном, а некоторые – и на международном уровне.

Роль химической экологии в общей системе экологических знаний и природоохранной деятельности весьма велика по нескольким причинам.

Во-первых, среди факторов, нарушающих природные равновесия, химические вещества различного происхождения имеют первостепенное значение.
Во-вторых, химические факторы более заметны и легче поддаются анализу, чем, например, изменения биологического или географического характера. Именно они легли в основу многих работ Вернадского.
В-третьих, химическим методам и средствам (химической технологии) принадлежит ведущая роль в охране окружающей среды.

О масштабах химических изменений говорят такие примеры. Ежегодные выбросы углекислого газа составляют сейчас ~200 млрд т. Эта величина превышает способность Мирового океана к его поглощению (океан поглощает СО2 довольно медленно), что вызывает увеличение концентрации СО2 в атмосфере Земли и постепенное потепление климата на планете. Парниковый эффект, предсказанный учеными, сейчас проявляется весьма наглядно.

Широкое применение фреонов (хладонов) – простейших хлорфторуглеводородов (пропелленты для аэрозолей, холодильные жидкости) – привело к появлению «озоновых дыр», т. е. к утончению озонового слоя атмосферы, и повышению риска получить заболевания кожи.

Увеличение количества органических отходов, выбрасываемых предприятиями Англии и Германии в море, привело к резкому снижению концентрации кислорода, растворенного в воде Балтийского моря, и отсутствию жизни на многих его акваториях.

Нельзя сказать, что все технологические приемы, используемые в химической экологии, появились в последние десятилетия. Наоборот, большая их часть известна довольно длительное время и развивалась вместе с химической отраслью промышленности. Так, многие методы обеспыливания промышленных сбросных газов и улавливания из них вредных компонентов были разработаны еще в первой половине ХХ в. Это же относится к механическим и частично к физико-химическим методам очистки сточных вод.

Однако в последние десятилетия ХХ в. старые методы были заметно усовершенствованы и, кроме того, был разработан ряд новых. Примером могут служить мембранные процессы разделения жидких или газовых смесей (не требуют применения химических реагентов и могут иметь высокую эффективность разделения), процессы жидкостной экстракции и ионообменной сорбции (резко повышают степень извлечения целевых компонентов и снижают количество используемой в процессах воды). К достижениям химической экологии относится разработка каталитического дожигания выхлопных газов автомобилей, плазменных процессов уничтожения особо токсичных отходов, биохимических методов обезвреживания сточных вод.

Особенно важное значение имеют химические методы в обеспечении безопасности ядерной энергетики, в частности при обезвреживании высокорадиоактивных отходов. При работе ядерных энергетических установок образуется сложная смесь химических элементов, многие из которых сильно радиоактивны и имеют большие периоды полураспада. Эту смесь растворяют, извлекают из нее наиболее ценные изотопы, оставшийся раствор концентрируют, прокаливают и отходы в виде керамики или стекла направляют на безопасное длительное хранение.

Химические методы могут сыграть решающую роль в замене традиционной угольной энергетики – одного из основных загрязнителей воздуха – экологически более чистыми способами производства энергии. Разрабатываются, в частности, методы превращения угля в жидкое органическое топливо (это снизит потери при перевозке угля и главное – устранит громадные выбросы вредных веществ при его сжигании).

От химии ждут успехов в создании керамического двигателя внутреннего сгорания (резкое повышение КПД и снижение расхода топлива), от электрохимии – успехов в создании экономичного и надежного электромобиля, дешевых и надежных полупроводниковых устройств для преобразования солнечного света в электроэнергию. Принципиально новым этапом в развитии экологически чистой промышленности и энергетики станет водородная энергетика, которая предполагает использовать водород в качестве энергоносителя.

Э.Г.Раков