Азіргі заманғы сутек энергетикасының ұғымы
Қазіргі заманда жаңа сала өте маңызды болуда – сутегі энергетикасы және оны өндіру технологиясы.[1] Сутегі энергетикасы – энергетиканың дамып жатқан саласының бірі, адамзаттың транспорт өндірісінде шоғырландыру, тасымалдау және адамдардың қолдану аясындағы сутекті өндіру және іске жарату бағыты. Бүгінгі таңда сутегі Жер жүзіндегі ең көп таралған химиялық элемент болып саналады. Алуан түрлі, шексіз энергия көздерін қолдану арқылы сутекті өндіру - мұнай сынды саны шектелген, қауіпті энергия көздерінен тәуелділігімізді жоюға көп септігін тигізеді. Әлемдік деңгейдегі электр энергиясын өндіруде гидроэнергетиканың үлесі 18 пайызды құрайды. Қазақстанның біріккен энергетикалық жүйесінде гидро-электростанциялары өндіретін электр қуатының үлесі 11,89 пайыз ғана болып отыр. Жалпы, Қазақстанда жұмыс істеп тұрған ГЭС-тердің қуаты 2259,6 мВт, ал жылдық электр энергиясын өндіру қуаты 7,4 млрд кВт/сағ болып есептелінеді. Теоретикалық жағынан алғанда Қазақстанның гидроэнергетикалық қуаты жылына 170 млрд. кВт/сағ электр энергиясын өндіруге толық жетеді. Мұндай гидроэнергетикалық ресурстар негізінен еліміздің Шығыс және Оңтүстік-Шығыс аймақтарында шоғырланған. Оңтүстік Қазақстанда 10 млрд кВт/сағ электр энергиясын өндіретін су энергетикалық ресурстар болса, Батыс Қазақстанда 2,8 млрд кВт/сағ электр энергиясын өндіретін су көздері баршылық. Алдағы уақытта еліміздің Оңтүстік, Оңтүстік Шығыс және Шығыс аумақтарында кіші және орта ГЭС-терді дамытудың мүмкіндіктері мол.
Сутек химиялық реакциядан кейін бөлінетін жалғыз қалдықтар – таза әрі ішуге жарамды суды, электр энергиясы мен жылуды өндіретін отын элементтерінің жұмыс жасау күшін көп есе күшейтеді. Ғаламдық жылыну процессін күшейтпейтін көлік отыны ретінде сутек – мұнайды ауыстырушылардың бірі. Сутек энергиясын практикалық және қолға жетімді екенін дәлелдей отырып, үлкен масштабта жаңартылған энергия күшінен – сутек энергиясынан қос қышқылды көміртек (СО₂) газы ауаға бөлінбейтін болады.
Қазіргі уақытта өндірісте сутек кеңінен қолданылады және де оны өндіруде, сақтауда, тасымалдауда адамзаттың көп жылдар бойы жинаған тәжірибесі бар. Сутек отқауіпті, жарылғыш элемент ретінде саналғанмен де, өндіріс жағдайында ол қауіпсіздіктің өте үлкен көрсеткішіне ие.
Алайда, көмір, мұнай, табиғи газ, күн жарығы мен жел секілді сутек қол жетімді энергия көзі емес. Ол су және табиғи газ молекулаларымен тығыз байланысты болғандықтан, оны өндіру және тазарту өте қымбат әрі сырттан энергияны көп қажет етеді. Әсіресе, жаңартылған энергия көздерінен сутекті өндіру бағасы жағынан айрықша қымбат саналады.
Сутекті нығыздау, сақтау және тасымалдау да қиын әрі қымбат тұрады. Оның энергетикалық тығыздығы табиғи газбен салыстырғанда өте төмен. Сутекті қысу қымбат және сырттан энергия көзін молынан қажет етеді. Бұдан басқа, 1 галлон сұйық сутектің энергиясы 1 галлон жанармай энергиясының тек ¼ энергия күшін қамтиды. Сутегінің сақталымы жағынан маңызды мәселесі бар – ол қоймалжың диапазонында отқауіпті және сутек энергиясының жануы табиғи газ бен жанармайдың жануына қарағанда жиырма есе көп, осылайша, сутектің ағып кету және өртену қаупі бар. Қауіпті ағып кетуге ұшырайтын газдардың бірі бола отырып, сутек дүниежүзіндегі қатаң әрі үлкен кодтар мен стандарттардың жинақталуына арналған субъект болып табылады.
Сутекті зерттеу тарихы
Миллиард жылдар бұрын сутектің негізі – бір электрон және бір протон – барлық атомдардың 92%-на жуығын құрастырды, сол уақытта қалған заттар гелий элементінен тұрды. Бүгінде 15 миллиард жыл кейін әлемдегі барлық бөлшектердің 90%-на жуығы сутектің атомдарынан тұрады, ал осы бөлшектердің 9% ғана гелий атомдарынан құралады.
Сутек барлық жерде бар. Американың физигі Джон Риджен дәлелдегендей, «сутек – барлық атомдар мен молекулардың бастауы.»[3]
Сутегінің тұңғыш ғылыми ашылуын көбінесе Парацельс лақап атымен танымал, Ренессанс дәуірінің физигы және алхимигы Теофраст Бомбаст фон Гогенгейм есімімен байланыстырады. Ол қышқылдар металлдармен әрекеттескенде отқауіпті газ бөлінетініне тәжірибе өткізіп, ғылыми бақылау жүргізді. Ағылшын ғалымы Генри Кавендиш (1731-1810) 1766 жылы сутекті бөлек зат ретінде ашқаны үшін және оның түрлі қасиеттерін сипаттап жазғаны үшін марапаттауларға иеленді. Ол сутекті «жанатын ауа» деп атады және де сутек пен оттек реакциясынан су құраған ең бірінші химик болды. Ал француз ғалымы Антуан Лавуазье (1743-1794) 1793 жылы Кавендиштің еңбегін зерттей келе, өзінің тәжірибелерінде сутекті зерттеуді қайталады әрі бақылауларын ұлғайтты. Лавуазье ашқан элементін «су» және «құрау» деген екі сөзден тұратын гректің hydrogene сөзімен атады.
Сутектің абсолютті жанатындығы, сарқылмас қоры және қуаттылығы жайлы алғашқы ойлар 19-шы ғасыр әдеби жазушыларының туындыларында орын алды. Сәуегей жазушы Жюль Верн өзінің романдарында суды сарқылмас отын ретінде тұжырымдайтын кейіпкерлерді сипаттап жазды. «Жұмбақ арал» кітабындағы инженер Сайрус Смиттің айтуынша: «Су – келешектің көмірі».[4]