6. Используйте дополнительную информацию, страница 55 - гдз по химии 10 класс учебник Габриелян, Остроумов

Сообщение об этой сфере научных интересов великого русского химика
Дмитрий Иванович Менделеев, известный во всем мире благодаря созданию Периодической таблицы химических элементов, обладал невероятно широким кругом научных интересов, выходивших далеко за рамки «чистой» химии. Одной из его провидческих идей, опередивших время, стала концепция подземной газификации угля (ПГУ).

Менделеев рассматривал уголь, нефть и другие ископаемые не просто как топливо, а как ценнейшее химическое сырье. Его знаменитое высказывание «Топить можно и ассигнациями» прекрасно отражает его взгляд на нерациональное сжигание углеводородов. В 1888 году он выдвинул идею о том, чтобы не извлекать уголь из-под земли с помощью тяжелого и опасного шахтерского труда, а превращать его в горючий газ непосредственно в месте залегания.

Суть идеи Менделеева заключалась в следующем: в угольный пласт через пробуренные скважины подается окислитель (например, воздух или водяной пар), после чего уголь поджигается. В условиях ограниченного доступа кислорода и высоких температур происходят сложные физико-химические процессы, в результате которых твердый уголь превращается в так называемый синтез-газ (или генераторный газ). Этот газ, состоящий в основном из оксида углерода ($CO$), водорода ($H_2$), метана ($CH_4$), и, в случае использования воздуха, азота ($N_2$), можно было бы вывести на поверхность через другие скважины и использовать как топливо или как сырье для химической промышленности.

Основные химические реакции, лежащие в основе процесса:
1. Горение угля (экзотермическая реакция, дающая тепло для других процессов): $C + O_2 \rightarrow CO_2$
2. Газификация углерода (эндотермические реакции): $C + CO_2 \leftrightarrow 2CO$ (реакция Будуара) и $C + H_2O \leftrightarrow CO + H_2$ (паровая газификация).

Менделеев видел в этом методе огромные преимущества:

• Устранение опасного шахтерского труда.
• Возможность разработки тонких пластов или глубоко залегающих месторождений, добыча которых традиционным способом нерентабельна.
• Получение удобного в транспортировке и использовании газообразного топлива.

К сожалению, технологический уровень того времени не позволял реализовать эту идею на практике. Однако именно концепция Д.И. Менделеева легла в основу всех последующих разработок в этой области. Первые успешные промышленные эксперименты по подземной газификации угля были проведены уже в СССР в 1930-х годах.

Ответ: Дмитрий Иванович Менделеев в конце XIX века предложил революционную идею подземной газификации угля. Он считал нерациональным просто сжигать уголь и видел в нем ценное химическое сырье. Его концепция заключалась в том, чтобы не добывать уголь шахтным методом, а превращать его в горючий синтез-газ прямо в пласте путем контролируемого горения. Это позволило бы избежать опасного труда шахтеров, разрабатывать труднодоступные месторождения и получать удобное газообразное топливо и химическое сырье. Идея Менделеева значительно опередила свое время и стала теоретической основой для практических разработок в XX веке.

Актуальны ли идеи Д. И. Менделеева в наше время?
Идеи Д. И. Менделеева о подземной газификации угля не только не утратили своей актуальности, но и переживают новый виток интереса в XXI веке, хотя и с существенными оговорками.

Аргументы в пользу актуальности:

1. Энергетическая безопасность и ресурсы. На планете имеются гигантские запасы угля, которые невозможно или экономически невыгодно добывать традиционными методами. ПГУ позволяет получить доступ к этим ресурсам, превращая их в ценный энергоноситель.
2. Экономическая эффективность. Технология исключает многие затратные этапы: строительство шахт, наем большого числа горняков, транспортировку твердого топлива. Это может существенно снизить себестоимость получаемой энергии.
3. Экологические преимущества (в сравнении с традиционной добычей). ПГУ позволяет избежать нарушения ландшафта, образования терриконов (отвалов пустой породы) и угольной пыли на поверхности. Кроме того, технология открывает перспективы для улавливания и захоронения углекислого газа (технология CCS – Carbon Capture and Storage). $CO_2$ можно отделить от синтез-газа и закачать обратно в выработанное подземное пространство, что снижает углеродный след.
4. Гибкость использования продукта. Получаемый синтез-газ является универсальным продуктом. Его можно использовать для выработки электроэнергии, а также как сырье для синтеза жидкого топлива (по процессу Фишера-Тропша), метанола, водорода и других важных химических продуктов. Это полностью соответствует видению Менделеева об углубленной переработке ископаемого сырья.

Проблемы и риски, ограничивающие применение:

• Загрязнение подземных вод. Это главный экологический риск. В процессе газификации могут образовываться и попадать в грунтовые воды токсичные соединения: фенолы, бензол, тяжелые металлы. Для минимизации риска требуется тщательный подбор площадки с подходящими гидрогеологическими условиями.
• Проседание грунта. Выгорание угля под землей может привести к обрушению вышележащих пород и проседанию земной поверхности.
• Сложность контроля. Управление процессом горения на большой глубине под землей является сложной инженерной задачей. Трудно обеспечить стабильное качество и состав получаемого газа.

Взвешивая все за и против, можно заключить, что провидческие идеи Менделеева сегодня чрезвычайно актуальны. Современный мир ищет пути более эффективной и экологически приемлемой добычи энергии из ископаемых источников на переходном этапе к «зеленой» энергетике. Подземная газификация угля, особенно в сочетании с технологиями улавливания углерода, является одним из таких перспективных направлений. Хотя технология сопряжена со значительными экологическими и техническими рисками, которые требуют серьезных научных исследований и инженерных решений, ее потенциал огромен. Таким образом, гениальная мысль Менделеева продолжает вдохновлять ученых и инженеров и в наши дни.

Ответ: Да, идеи Д. И. Менделеева о подземной газификации угля очень актуальны в наше время. Они отвечают современным вызовам в области энергетики и экологии: позволяют получить доступ к трудноизвлекаемым запасам угля, снизить издержки и экологический ущерб на поверхности (в сравнении с шахтной добычей). Особенно перспективным является сочетание ПГУ с технологиями улавливания и хранения углекислого газа. Несмотря на наличие серьезных рисков (загрязнение подземных вод, сложность контроля процесса), потенциальные выгоды делают эту технологию предметом активных исследований и пилотных проектов по всему миру, подтверждая гениальность и дальновидность великого ученого.