Хімія. Повторне видання. 8 клас. Григорович (2025)

§ 23. Декарбонізація діяльності людини

Поняття про вуглецевий слід

Вуглецевий слід — це сукупність парникових газів, насамперед вуглекислого газу, які виділяються в атмосферу внаслідок нашої щоденної діяльності та промислового виробництва. Уявіть це як слід, який ми залишаємо на планеті, споживаючи енергію, їжу та різні товари.

Поміркуйте

Як ви вважаєте, чи залишає вуглецевий слід картопля?

Здавалося б, картопля — це рослина, і під час її життєдіяльності вуглекислий газ має поглинатися для фотосинтезу. Проте у вуглецевому сліді «накопичуються» викиди всіх процесів, пов’язаних із картоплею.

1. Картоплю треба посіяти та зібрати, а перед цим зорати землю. Для цього потрібні машини, які спалюють пальне.

2. Картоплю треба поливати, а електрику для доставляння води виробляють переважно на ТЕС, де спалюють паливо.

3. Урожай картоплі треба транспортувати на склад і до магазину. Для цього потрібні автівки, які спалюють пальне.

Звісно, це не всі процеси, пов’язані з вирощуванням картоплі, адже трактори та плуг треба виготовити на заводі, тож вони мають свій вуглецевий слід. Проте зрозуміло, що все, чим ми користуємося, має вуглецевий слід, який може змінюватися залежно від технологій виробництва й інших чинників.

Основні джерела утворення вуглецевого сліду

• Транспорт.

Для транспортування часто використовують пальне, отримане з викопного палива. А ось альтернативні види транспорту, як-от електромобілі, мають значно менший вуглецевий слід. Проте варто пам’ятати, що електрику для електромобілів і залізничного транспорту переважно виробляють на теплових електростанціях.

• Сільське господарство.

Свійські тварини (насамперед рослиноїдні) виділяють велику кількість метану. Рисові поля також є джерелом метану через інтенсивні процеси анаеробного розкладання, що є частиною технології вирощування рису. Орання ґрунтів і зрівняння (сплощення) ландшафтів сприяють проникненню кисню вглиб ґрунту, унаслідок чого прискорюються процеси окиснення гумусу.

Що таке декарбонізація?

Декарбонізація — це заходи, спрямовані на зменшення кількості сполук Карбону, насамперед вуглекислого газу, які викидаються в атмосферу.

Основні шляхи декарбонізації

• Використання відновлюваних джерел енергії (сонячної, вітрової та гідроенергії).

• Розроблення нових технологій виробництва з меншими витратами енергії.

• Підвищення енергоефективності: використання менш енергозатратних приладів і пристроїв; створення будинків, які зменшують потребу в опаленні або кондиціонуванні.

• Лісовідновлення.

Декарбонізація — це важливий крок у боротьбі з кліматичними змінами. Кожен із нас може зробити свій внесок у цю справу, піклуючись про навколишнє середовище. Пам’ятаймо, що від наших дій залежить майбутнє планети.

Альтернативні джерела енергії

Одержання енергії з відновлюваних джерел — це важливий елемент піклування про природу. Але неможливо повністю одразу на них перейти, тож сьогодні залишається багато процесів, які потребують витрат пального.

Для зменшення викидів вуглекислого газу можна використовувати не викопне паливо, а так зване біопаливо.

Біопаливо — це майже звичайне пальне, але виготовлене з рослинної сировини. Наприклад, рослинну сировину можна піддавати бродінню, а одержаний спирт додавати до бензину або використовувати спиртові двигуни внутрішнього згоряння.

Олійні сільськогосподарські культури є цінним джерелом олії, з якої одержують рослинне дизельне пальне — біодизель. Україна є одним із найбільших виробників олійних культур (рапс, соя тощо) та експортером олії для виробництва біодизелю.

Дізнайтеся більше

Американська хімікиня Френсіс Арнольд розробила метод генної інженерії для одержання ферментів із бактерій, які за кімнатної температури можуть переробляти рослинну сировину на спирт. Користуючись розробленим нею методом, у перспективі можна одержувати різні ферменти для перетворення рослинної сировини на пальне та будь-які інші корисні речовини. За ці дослідження 2018 року вона отримала Нобелівську премію.

Воднева енергетика

Поміркуйте

Як ви вважаєте, чи можливо створити автівки, у яких замість бензину можна буде використовувати водень?

Перспективним альтернативним пальним уважають водень. Під час горіння водню виділяється велика кількість енергії, яка може стати рушійною силою двигуна. Двигун внутрішнього згоряння можна сконструювати так, щоб у ньому згоряв водень. І у вихлопних газах буде лише водяна пара. Утім є серйозне обмеження: коефіцієнт корисної дії ідеального двигуна не перевищує 50 %, а насправді 30-40 %. Тобто на механічну енергію неможливо перетворити більше половини енергії згоряння палива.

Набагато ефективніше використовувати водневі паливні елементи. Це пристрої, на кшталт акумулятора для телефону, але там унаслідок хімічної реакції між воднем і киснем відбувається генерація електрики (мал. 23.1).

Мал. 23.1. Схема будови водневого паливного елемента

Сьогодні в деяких країнах уже можна побачити автобуси на таких електрогенераторах (мал. 23.2).

Мал. 23.2. Міський транспорт, у якому джерелом енергії є водневі паливні елементи

Поміркуйте

Пригадайте способи одержання водню. Як ви вважаєте, чи матиме одержаний у промисловості водень вуглецевий слід.

На Землі не існує покладів водню, з яких його можна було б видобувати. Тому, попри зручність використання водню як пального, його треба одержувати. На це також треба витрачати енергію, тож і водень може мати вуглецевий слід. Проте вуглецевий слід водню суттєво залежить від джерела енергії.

Водень, у якого немає вуглецевого сліду, називають «зеленим» воднем. Сьогодні залежно від сировини та джерела енергії, розрізняють «кольори» водню.

«Колір» водню	Процес одержання	Ресурси (сировина або джерело енергії)
Сірий	Риформінг метану або газифікація вугілля	Викопні вуглеводні (природний газ, нафта, вугілля)
Блакитний	Паровий риформінг метану або газифікація із застосуванням технології уловлювання та зберігання вуглекислого газу	Викопні вуглеводні (природний газ, нафта, вугілля)
Жовтий	Електроліз води	Електроенергія атомних електростанцій
Зелений	Електроліз води	Електроенергія відновлюваних джерел (вітер, Сонце, припливи та відпливи тощо)

Розуміння явищ природи (робота в групах)

289. Нобелівський лауреат з хімії Фредерік Жоліо Кюрі якось висловився: «Науковці знають, скільки користі принесла наука людству; вони знають і те, чого вона могла б сьогодні досягнути, якби на всій земній кулі запанував мир. Вони не бажають, щоб коли-небудь були вимовлені такі слова: “Наука нас привела до загибелі від атомних і водневих бомб”. Науковці знають, що наука не може бути винною. Винні лише ті люди, які погано використовують її досягнення». Чи згодні ви із цим твердженням? Наведіть аргументи «за» і «проти».

290. Концепція сталого розвитку — це такий підхід до розвитку суспільства, який задовольняє потреби сучасних людей, але не перешкоджає можливостям майбутніх поколінь задовольняти власні потреби. Обговоріть це визначення. Поясніть, як декарбонізація діяльності людства та використання водневої енергетики сприяє втіленню цієї концепції.

291. Оберіть будь-який предмет, яким ви часто користуєтеся. Опишіть процеси, які формують його вуглецевий слід. Запропонуйте заходи для зменшення цього сліду.

292. Оцініть свій вуглецевий слід, який ви залишаєте у щоденному житті. Як би ви могли його зменшити? Знайдіть в интернеті сайт для орієнтовного розрахунку свого вуглецевого сліду. Порівняйте його з вуглецевим слідом, який визначили для себе ваші однокласники / однокласниці.

293. Намалюйте схему «Колообіг Карбону», у якому не використовуватиметься викопне паливо, а лише біопаливо. Унаслідок згоряння біопалива також виділяється вуглекислий газ. Поясніть, чому за таких обставин використання біопалива є одним зі шляхів декарбонцізації.

294. Прочитайте твердження: «Україна сьогодні має перспективи одержання й експортування «жовтого» і «зеленого» водню.» Чи погоджуєтеся ви з ним? Наведіть аргументи «за» і «проти».

295. Прочитайте твердження: «Спалюючи нафту або вугілля, ми вивільняємо енергію Сонця, запасену рослинами в доісторичні часи. А спалюючи біодизель — енергію Сонця, яка надходить сьогодні до Землі». Чи погоджуєтеся ви з ним? Наведіть аргументи «за» і «проти».

296. Шукаючи інформацію про виробництво біопалива, учні й учениці знайшли такі дані про вихід біогазу залежно від сировини.

Сировина	Об'єм біогазу, м3 на тонну сировини
Тверді побутові відходи	100
Силос кукурудзяний	180
Листя дерев	150
Трава	320
Зерно, борошно	538
Фруктовий і овочевий жом	108

Проаналізуйте цю інформацію. Схарактеризуйте відмінності в ефективності різної рослинної сировини та сформулюйте гіпотезу щодо пояснення цієї різниці.

297. Готуючись до уроку учні й учениці знайшли економічні показники виробництва біогазу.

Показник	Характеристика
Калорійність 1 м3 біогазу	1,6 кВт енергії
Собівартість 1 м3 біогазу	≈ 0,8 грн
Вартість 1 т листя	≈ 150 грн
Вартість захоронення 1 т листя на полігоні	≈ 50 грн
Потужність одного біореактора, який використовує листя як рослинну сировину	250 м3 біогазу на добу
Прибуток з одного біореактора	≈ 25 тис. грн на місяць

За даними таблиці й інформацією з попереднього завдання оцініть кількість електрики, яку виробляє один біореактор і порівняйте з комерційною вартістю електрики, яку може замінити один біореактор.

298. Запропонуйте захід, який ви могли б підготувати для поширення у вашій громаді інформації щодо вуглецевого сліду. Підготуйте листівки для такого заходу.