Сейчас осваиваются такие ресурсы, которые до недавнего времени вообще не рассматривались как источники энергии. В ход пошли "альтернативы альтернативам" - от миндальной скорлупы до персиковых косточек. И не без успеха. "Сан даймонд гроверс оф Калифорния" производит 4,5 мегаватта электроэнергии за счет сжигания скорлупы грецких орехов - побочного продукта их переработки. Таким образом, в течение года экономится 11 тысяч тонн нефти. Как заявил один из руководителей компании, "грецкий орех дает превосходное и не загрязняющее окружающую среду топливо, оно не содержит серы и дает очень мало золы". Фирма "Имотек инкорпорейшн" вырабатывает 8,5 мегаватта электроэнергии путем сжигания миндальной скорлупы, косточек персиков и слив.
Еще один нетрадиционный источник энергии - бытовые отходы. В мире более 100 миллионов тонн таких отходов сжигается в печах с регенерацией энергии. Это, конечно, мизерное количество по сравнению с мусором, который все еще вывозится на свалки, представляя немалую опасность для окружающей среды. Небезопасно, впрочем, и простое сжигание мусора: при современном уровне очистки отходящие газы не утрачивают своей вредности.
В настоящее время химики многих стран работают над совершенствованием фильтров, улавливающих вредные вещества из газов. Из газообразных продуктов сжигания мусора необходимо удалять сажу, хлористый водород, окислы азота, двуокись серы и т. д. Что касается методов улавливания, то они уже разработаны. Вопрос лишь в том, как сделать их более дешевыми, надежными, долго работающими.
Особое внимание уделяется сейчас пиролизу (термическому разложению)
мусора и получению из него газообразного топлива. Пока здесь больших успехов нет, так как состав бытовых отходов неоднороден, и поэтому трудно подбирать и регулировать оптимальный режим пиролиза. Кроме того, в мусоре много вредных примесей.
Предлагается выделять из него наиболее горючие компоненты - бумагу, картон, пластики - и прессовать их в брикеты. Такие брикеты по теплотворности сравнимы с бурым углем.
Как полагают эксперты, усовершенствованная переработка бытовых отходов (как в энергию, так и сырье) позволит только Западной Европе достичь ежегодной экономии порядка 14 миллиардов долларов. Разделение отходов должно происходить уже на дому:
в одни контейнеры нужно сбрасывать пищевые отходы, в другие - бумагу и т. д. Такой путь предполагает высокую сознательность населения в отношении охраны окружающей среды и экономии сырья и энергии.
Теплые дома без отопления
Излучение Солнца в наши дни занимает в балансе энергетиков такое же положение, как нефть в середине прошлого века, когда преобладали уголь, торф и дрова.
Однако уже сегодня ток, вырабатываемый Солнцем, вливается тонкой струйкой в энергетический поток дли нужд человечества. Кремниевые пластинки преобразуют солнечный свет электроэнергию. Специалисты убеждены, что к 2060 году доля энергии Солнца на мировом энергетическом рынке превысит 50 процентов.
В феврале 1983 года американски фирма "Арко Солар" начала эксплуатировать первую в мире солнечную электростанцию мощностью 1 мег"
ватт. Эта же компания приступила к строительству фотоэлектрической станции в Калифорнии, мощность которой должна достичь 6,5 мегаватта.
На вершинах Гималаев солнечные батареи заряжают никель-кадмиевые аккумуляторы альпинистов. В пустынях Египта они питают ирригационные насосы, а в отдельных районах Австралии - электрические ограждения для овец. В домах японских крестьян они греют воду и дают электроток. Солнечные печи для подогрева воды прижились в Среднеазиатских республиках нашей страны.
До недавнего времени из-за высокой стоимости солнечных элементов они применялись либо в космонавтике, либо в местностях, отдаленных от линий электропередачи, либо в особых видах изделий, где затраты энергии минимальны. Сейчас цена на эти элементы быстро падает: за последние 10 лет она понизилась в 3,5 раза. В этом заслуга химиков, разработавших новые способы получения кремниевых солнечных элементов.
Обычно солнечные элементы изготавливают из монокристаллических кремниевых стержней, выращиваемых в лаборатории. Их разделяют на маленькие пластинки, которые затем собирают в панели. Сейчас все большее внимание уделяется поликристаллическому и аморфному кремнию. Ему придают форму пленки толщиной I микрометр. КПД элементов на аморфном кремнии составляет 6-10 процентов, а на монокристалле - 12-16 процентов, но первые значительно дешевле, так как для их создания не требуется материала высокой чистоты.
Вполне вероятно, что для наших еж- квартир и производственных помещении ний в ближайшем будущем не понадоком бится столько тепла, как сегодня. Сейчас ведется разработка нового строимая тельного материала, призванного обеслуа- лечить 50-процентную экономию тепную шповой энергии при обогреве зданий.
Это -важнейшее свойство нового материала заключается в том, что он пропускает солнечный свет, но задерживает тепло.
Стенки здания, покрытые прозрачными панелями из этого материала, обогреваются солнечной энергией. При этом не происходит обратной отдачи тепла. Путь накопленной тепловой энергии открыт только внутрь здания.
Даже в холодное время Солнце будет поставлять значительную часть тепла, необходимую для обогрева здания...
Здесь затронуты лишь немногие вопросы снабжения человечества энергией. Не следует думать, будто химики не участвуют в разработке других, не упомянутых здесь источников энергии.
Например, ядерная энергетика начинает осваивать торий. Состояние воды в водохранилищах, обязанных своим возникновением гидроэнергетике,- предмет забот гидрохимиков. Словом, химики вносят значительный вклад в реализацию энергетической программы человечества.
Твердый огонь
Веками казалось бесспорным: чтобы получить сплав двух твердых веществ, нужно сначала расплавить их.
Но доктор физико-математических наук Александр Мержанов и его помощники доказали, что правило это отнюдь не абсолютно. Высокотемпературные печи становятся атрибутами устаревшей, а главное, неэкономичной технологии. Их заменяет реактор, в котором бушует огонь без пламени - твердый огонь...
Эксперимент
В Институте химической физики Академии наук СССР в Москве изучалась теоретическая проблема, связанная с горением. Обычно оно разрушает исходные материалы, переводя их в газообразное состояние, а доктор Мержанов поставил перед своими ассистентами Инной Боровинскои и Валентином Шкиро задачу найти вещества, которые, сгорая, не выделяли бы газов.
Испытывали одно сочетание за другим и вот спрессовали в достаточно большую таблетку смесь титана с бором и подожгли, подведя проволочную спираль, нагреваемую током. От точки контакта со спиралью по таблетке быстро распространился ярко светящийся фронт. Исследователи полюбовались эффектным зрелищем, определили, какие процессы под влиянием теплового импульса прошли в смеси, и только потом случайно обратили внимание на то, что таблетка не расплавилась, не потеряла форму, но стала плотной и твердой. Состав слитка представлял собой соединение бора и титана диборид титана - вещество, известное высокими абразивными свойствами.
Обычно, чтобы получить такой сплав, нужно смесь двух порошков нагреть в специальной печи. Поскольку оба вещества отличаются тугоплавкостью и упрямо не желают вступить в реакцию между собой, требуется температура около полутора тысяч градусов и несколько часов времени. А в лаборатории Мержанова, чтобы получить тот же самый сплав, потребовалось несколько секунд. Поначалу это показалось невероятным, и скептики рассматривали случай с диборидом титана как некий лабораторный курьез: мало ли что бывает во время экспериментов!..
Что же произошло в таблетке!
Скептицизм опирался на здравый смысл: если получился сплав, куда же девалось пламя? Всякая металлургия ассоциируется с жаром печей, с огненными потоками жидкого металла. Вот что говорит по этому поводу Александр Мержанов:
- С точки зрения специалиста, огонь - это вовсе не обязательно пламя. Горение-сложная химическая реакция. Если в ходе этой реакции исходные компоненты плавятся или переходят в газообразное состояние, то они взаимодействуют легко и быстро.
Если же они остаются твердыми, то в обычных условиях процесс протекает крайне медленно или останавливается на полпути. Иными словами, в обычных условиях огонь без пламени - твердый огонь - тлеет так незаметно, что мы его не видим или он (что чаще всего) гаснет. Но есть и третий вариант, когда смеси, взаимодействуя, выделяют достаточно большое количество тепла. В этом случае реакция, соединяющая воедино твердые вещества, может поддерживать самое себя: ей достаточно начального теплового импульса, а дальше она самораспространяется. Поэтому такая реакция получила название самораспространяющийся высокотемпературный синтез (СВС).
Доктору Мержанову и его коллегам понадобились многочисленные эксперименты, измерения, термодинамические расчеты, чтобы выяснить, что же происходит в таблетке в тот миг, когда ей сообщают тепловой импульс. В химии появился новый крупный раздел - теория безгазового горения.
Пока теоретики разбирались в реакции, которую они называют "твердым огнем", открытием группы Мержанова заинтересовались производственники.
В самом деле, из традиционного процесса получения ряда ценных сплавов стало возможным исключить целое звено - высокотемпературные печи.
Процесс значительно ускоряется и удешевляется. Экономится энергия, которая тратилась, чтобы поддерживать в печах высокую температуру.
При этом заметно улучшается качество продукции: в таблетке развивается температура, недостижимая в печах (до 4000 градусов), и в "твердом огне"
сгорают все примеси, содержащиеся в исходных материалах, происходит самоочистка сплава.
Профессии твердого огня
Итак, огонь выступил в новом качестве: не как разрушитель, а как тонкий химик-синтетик, созидатель сплавов.
И это качество оказалось весьма ценным, поскольку без тугоплавких соединений не могут обойтись машиностроители, энергетики, металлурги, проходчики недр и многие другие. К сегодняшнему дню методом СВС получено больше 300 соединений, каждое из которых представляет практический интерес.
Сотни миллионов рублей сэкономил завод искусственных алмазов и алмазного инструмента в Полтаве, заменив алмазные абразивные пасты на те, в которых применяется полученный по СВС-технологии карбид титана. Карбид титана используется и вместо дорогостоящей вольфрамсодержащей керамики, которая нужна станкоинструментальной промышленности. Эта замена тем более ценна, так как природные запасы вольфрама ограничены.
СВС-технологию освоил и Кироваканский завод высокотемпературных нагревателей в Армении. Получаемые по-новому нагревательные элементы из дисилицида молибдена служат вдвое дольше прежних, а изготавливают их теперь вдвое быстрее.
Метод СВС позволяет быстро и экономично производить не только уже известные материалы, но и новые, которые другими способами получать не удавалось. Например, сверхпроводник, состоящий из сплава ниобия с одним из соединений молибдена.
Одно из достоинств "твердого огня"
в том, что он не только может синтезировать сплавы, но и одновременно формовать изделия из них. Ведь реактору, в который помещается заранее лриготовленная смесь тугоплавких вецеств, можно придать любую форму.
"Твердый огонь" умеет наплавлять одни тугоплавкие материалы на другие, наносить тонкие защитные покры1ия, соединять трудносвариваемые детали.
"Карманная" ГЭС