Статьи

НОВА ЕНЕРГЕТИКА - БЕЗ ВУГЛЕЦЮ І КИСНЮ

Сучасна наука мобілізувала себе на боротьбу з вуглекислим газом - продуктом горіння. При цьому всі як би змирилися з тим, що вироблення енергії неминуче пов'язана з ростом вмісту в атмосфері Землі вуглекислого газу. Однак вчені шукають шляхи зменшення кількості СО2 в природному кругообігу речовин. І ось вже з'явилися ідеї справді революційні: рішуче вигнати вуглець і кисень з енергетики, побудувавши її на абсолютно інших елементах.

На одній з хімічних фабрик в Німеччині, на складі раптом почав "кипіти" кремній, що зберігався в стані тонко подрібненого порошку в атмосфері азоту. Ніяких неприємностей не сталося, але загадкове поведінку завжди спокійного елемента - кремнію - спантеличило керівників підприємства.

Історія дійшла до професора хімії Норберта Аунера з Франкфурта-на-Майні. І вона розбурхала його, напевно, не менше, ніж Колумба, коли той почув від матросів: "Бачимо землю!". А справа ось у чому. У Аунера вже давно зародилася думка, що енергію можна отримувати не тільки традиційним чином, спалюючи в кисні вуглець, але також хімічним шляхом, при взаємодії інших елементів. Погляди вченого, природно, зверталися до тих з них, запасів яких на планеті не менше, ніж нафти, вугілля, газу.

Більш детальне дослідження випадку, що стався на фабриці, з'ясувало, що в одній ємності з кремнієвої пилом і азотом виявилися сліди оксиду міді. Очевидно, який був присутній в ємності чистий азот теж був залучений у взаємодію. Виникла реакція, яка суперечила всьому досвіду поводження з таким інертним елементом, як азот. Але факт залишається фактом: реакція відбулася, і в день, коли на фабриці "закипів" кремній, довелося докласти чимало сил, щоб заспокоїти "скипіла" пил.

Як з'ясувалося, кремній здатний вельми енергійно з'єднуватися з азотом. Стартова температура для початку реакції - 500 градусів; друга умова: кремній повинен бути дуже тонко подрібнений. Оксид ж міді грає роль каталізатора.

Цінність цього випадкового відкриття не підлягала сумніву. Якщо кремній так легко горить (а він - складова частина піску), чи не стане цей елемент головним паливом людства в майбутньому? По-перше, наша планета багата пісками, а по-друге, горіння в азоті не супроводжується виділенням в атмосферу парникових газів, перш за все - двоокису вуглецю. Нове горіння залишає після себе той же пісок, тільки не на кисневої, а на нітратної основі.

В ідеалі можна уявити собі таку картину: людина відмовляється від використання вугільних і нафтових запасів, електростанції отримують кремнієву пил, автомобілі цієї ж пилом заправляються на станціях і там же вивантажують мішки з "золою" - піском.

Звичайно, було б не зовсім грамотно проголосити: "Пісок - нафта майбутнього". Адже пісок не горить, горить кремній. У природі кремній в чистому вигляді не зустрічається, і щоб його отримати з піску, треба витратити енергію, до того ж чималу. Вона йде, головним чином, на те, щоб отщепить атоми кисню від атомів кремнію. Але ці енергетичні витрати будуть з лишком відшкодовані за рахунок з'єднання з азотом.

Професор Аунер передбачає, що фабрики відновлення кремнію вигідніше розташовувати в екваторіальних пустелях, де є всі необхідні умови для виробництва: пісок, повітря і сонячна енергія. Вона, виробляючи струм, пустить у хід реактори, що відновлюють кремній.

Подібним чином геліоенергетичні установки можуть розщеплювати і воду на кисень і водень. Водень - чудове паливо: згоряючи, він виділяє багато тепла, залишаючи після реакції лише воду. У цьому теж є зацікавленість. Найбільші автомобільні фірми - "Даймлер-Крайслер" і "Форд" - розглядають водень як замінник бензину. Правда, водень перед транспортуванням треба перетворити в рідину, а для цього його доводиться охолоджувати до мінус 253 градусів, так що техніка постачання паливом вийде дуже дорогий. Крім того, суміш водню з киснем - вибуховий газ величезної сили, а отже, поводження з ним пов'язано з чималими труднощами.

Від усіх такого роду проблем вільна робота з кремнієм - блоки цього палива можуть подорожувати на будь-якому виді транспорту, їм не страшні відкриті джерела тепла, навіть такі, як зварювальні пальники. Поки блок не подрібнений в пил, він не горючий. Але в пилоподібному стані він так само небезпечний, як водень.

Є, однак, сумніваються у вірності шляху, наміченого професором Аунером. Їхній головний аргумент "проти": "Якщо в пустелі отримуватимуть струм для відновлення кремнію, то чи не краще посилати замість блоків енергію, як зазвичай, по дротах?". Сучасні лінії електропередач, що використовують постійний струм високої напруги, при передачі енергії на відстань в 3000 кілометрів втрачають близько 20 відсотків потужності. І тим не менше це в грошовому еквіваленті набагато менше того, у що обійдеться морська транспортування майбутньої енергії у вигляді блоків кремнію. Але як тоді бути з автомобільним транспортом, який також пропонується перевести на кремнієве харчування?

Сьогодні говорити про практичне втілення задумів професора Аунера ще рано. Виробництво чистого кремнію дорого, і на ринку його мало. Головним споживачем кремнію виступає промисловість, що виготовляє комп'ютери та іншу електроніку. Іншим дістаються крихти. Правда, геліоенергетичного обладнання теж вимагає для своїх батарей трохи кремнію. Світове споживання його для сонячних панелей не досягає і тисячі тонн, а й ці тонни гелиотехники отримують з працею.

Звичайно, треба подолати безліч технологічних проблем, на що, за оцінкою Аунера, піде від десяти до двадцяти років, поки технічні аспекти дозріють і втіляться в проекти. "Але хімічна сторона справи, - стверджує професор, - ясна!"

"Золою" нової енергетики слугуватиме кремненітрід. З нього можна отримувати дешевший аміак, придатний для виробництва азотистих добрив. До речі, сьогодні в світі випускається 100 мільйонів тонн аміаку. Виробництво його пов'язано з незручностями і обходиться досить дорого. "Якщо людство перейде до кремнію, - вважає професор Аунер, - азотисті добрива з'являться у нас в достатку".

Але це не все. Н. Аунер розглянув можливість заміни вуглецю на кремній у багатьох галузях господарства. З аміаку, наприклад, якщо він буде дешевий, можна отримувати водень і до того ж багато ефективніше, ніж з води: його виробництво обійдеться приблизно в одну десяту сьогоднішньої вартості. Особливого успіху вчений очікує і від заправки автомобіля не бензином, а кремнієм. Ідея, правда, не нова, ще тридцять років тому німецькі хіміки фірми "Вакер" поставили досліди з автомобілем, бак якого заповнили замість бензину кремнийсодержащими рідиною - тетраметілсіланом. Вона при спалюванні давала стільки ж енергії, що і бензин. На жаль, в сімдесятих роках досліди припинилися: пісок, утворювався при горінні, зупиняв мотор. Зараз Аунер бачить вихід з цієї скрути. На його думку, треба частину відповідальних деталей мотора замінити на керамічні.

Але як би там не було, вперше висловлена ​​ідея нової енергетики! У періодичної системи елементів Менделєєва вуглець і кремній стоять поруч, за хімічними особливостями вони багато в чому схожі. "Для мене залишається загадкою, - говорить професор Норберт Аунер, - чому ніхто не здогадався ... Адже все лежить на поверхні".

Від редакції. Читачам, хто зацікавився роботами, викладеними в щойно прочитаного рефераті, рекомендуємо звернути увагу на статтю доктора технічних наук А. Куликова "Силікати просяться в енергетику" ( "Наука і життя" № 8, 1991 р .; № 3, 1996 г.). Ідея освоєння нового виду палива заслуговує на увагу.