Текст книги "Юный техник, 2007 № 12"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 2 (всего у книги 5 страниц)

ПО СЛЕДАМ СЕНСАЦИЙ
Эра водорода

Не успели правительства Объединенной Европы и США принять решение об очередном ужесточении допусков на выброс выхлопных газов, которое приведет к подорожанию автомобилей, как минимум, на 5 – 10 тысяч долларов, как американский инженер Джон Канзиусобнародовал свое феноменальное изобретение, способное в корне изменить ситуацию.

Нет худа без добра

…Демонстрация этого устройства выглядит, как цирковой трюк. В обычную пробирку наливают обычную морскую воду, чиркают спичкой – и над пробиркой появляется голубое пламя.

Горит, конечно, не вода, а выделяющийся из нее водород. И ничего бы странного в том не было, но водород выделяется без обычного в таких случаях электрического тока и электродов. Так что же все-таки сделал изобретатель? Давайте попробуем разобраться. Тем более что радиоинженер Джон Канзиус из городка Эри в Пенсильвании честно признается, что открыл феномен совершенно случайно.

Главной целью его работы было создание особого высокочастотного генератора радиоволн, который, как надеялся изобретатель, поможет в лечении ряда раковых заболеваний. Сам Канзиус в том кровно заинтересован, поскольку в 2002 году заболел лейкемией и немало испытал, проходя курс химиотерапии.

Тогда он и задумался: нельзя ли как-то облегчить страдания людей, попавших в такую же беду? Уже через год был готов прототип аппарата разрушения раковых клеток с помощью радиоволн. Действует он так.

В больные ткани вводятся наночастицы металлов, например золота, которые свободно проходят сквозь здоровые клетки, но задерживаются в пораженных. Затем при облучении ВЧ-генератором металл разогревается и разрушает очаги болезни.

Испытания устройства Канзиуса в медицинских центрах Техасского и Питсбургского университетов дали многообещающие результаты. В настоящее время ведется тестирование метода на пациентах. Но это не все.

Во время одной из демонстраций прибора кто-то из присутствующих обратил внимание Канзиуса на то, что на дно пробирки выпадает осадок. Инженер догадался, что, вероятно, под воздействием ВЧ-излучения выделяются соли. Получалось, аппарат, возможно, пригоден для опреснения соленой воды. Инженер провел соответствующие опыты и убедился, что его догадка верна. Вот в одном из экспериментов от случайной искры вода в пробирке, находившаяся под воздействием радиоволн, вспыхнула!

Тут уж Канзиус возликовал: получалось, что он нашел простой способ получения водорода из воды.

Проблемы проблем

В самом деле, было от чего радоваться. Водород, как известно, самый распространенный элемент Солнечной системы. Одно только наше светило сжигает его около 600 млн. т в секунду! И на Земле его невообразимо много – по крайней мере, треть Мирового океана, а это порядка 100 млрд. т!

Водород прекрасно горит, его можно использовать в автомобильных моторах и авиационных турбинах практически без их переделки. А вместо выхлопа получается дистиллированная вода.

Почему же до сих пор водород не используется столь же широко, как нефтепродукты? Причин тому две. Во-первых, нужно решить проблему простого и дешевого получения водорода из той же морской воды. Во-вторых, полученный водород надо как-то хранить до его использования. Рассмотрим обе проблемы по порядку.

Получают водород чаще всего разложением воды на ее составляющие с помощью электролиза. Однако электролиз требует электричества. И если использовать ту энергию, что дают тепловые электростанции, овчинка получается не стоящей вычинки. В конце концов, какая разница, загрязняют атмосферу сами автомобили или тепловые электростанции?

Пробовали использовать для получения водорода энергию ветра. Экономист Эндрю Освальд из Уорвикского университета (Великобритания) подсчитал, что перевод всех транспортных средств на водород только в США потребует включения в работу 1 млн. ветряных электростанций; для их размещения потребуется территория размером с пол-Калифорнии. Да и ветры дуют далеко не всегда и не повсюду…

Лучше обстоит дело с солнечными батареями. Наши исследователи из МГУ, например, предлагают разместить их прямо на поверхности океана и, черпая из него воду, тут же превращать ее в водород.

Такой подход более рационален. Прикрыть солнечными батареями пустынные участки океана вполне реально. А если сделать батареи полупрозрачными, то и обитатели моря не пострадают. Более того, огромные поля солнечных батарей площадью в сотни квадратных километров не позволят и ветрам устраивать штормы нынешней силы…

Но куда девать полученный газ? Его нужно сжимать или даже сжижать и на танкерах развозить потребителям. И вот здесь начинаются проблемы.

Дело в том, что водород очень текуч. Он способен проникать в мельчайшие отверстия, даже сквозь поры в структуре некоторых материалов. Исследователи из Калифорнийского технологического института подсчитали: если мы не уменьшим нынешний процент утечек (от 10 до 20 %), то глобальное применение водорода, кроме всего прочего, увеличит его содержание в атмосфере в 4–8 раз. И ни к чему хорошему это не приведет.

В любом случае, коренным образом придется пересматривать конструкции всех газовых баллонов и топливной аппаратуры. А это задача чуть ли не планетарного масштаба.

Хлопоты с баллонами

Экспериментальное использование водорода на авто– и авиационном транспорте уже показало: баллоны с водородом даже под давлением 200 бар слишком громоздки, для них приходится предусматривать места на крышах автобусов и специальных надстройках на фюзеляжах авиалайнеров. Более того, газовый баллон под таким давлением – это фактически бомба, при любом происшествии она может взорваться.

Потому сотрудники Технического университета в Дрездене разработали баллоны, которые способны при тех же габаритах и давлении вмещать большее количество газа. А для этого они… заполнили весь баллон особым порошком.

«Это особый высокопористый порошок, – поясняет профессор Стефан Карстен. – Поры диаметром около одного нанометра активно поглощают газ. В результате смесь в баллоне приобретает некое квазижидкое состояние, что позволяет в том же объеме разместить примерно вдвое больше газа. При этом давление в баллоне не 200, а всего 20 атмосфер».

Поглощают водород и материалы с так называемыми металлокаркасными структурами. Каждый такой молекулярный каркас из цинка и кислородосодержащих соединений металлов способен удержать до девяти молекул водорода, однако это число может быть увеличено в 4 раза, если добавить в структуру дополнительные углеродные кольца.

Еще одно преимущество: баллон низкого давления может быть той же формы, что и обычный бак. Да и вообще емкости для газа можно разместить в любом более-менее подходящем месте автомобиля.

Впрочем, это пока теория. Все заправки рассчитаны на давление газа в баллоне 200 бар. А при таком давлении металлокаркасные структуры, как ни странно, позволяют увеличить емкость баллона всего на 20 %, что не такой уж большой выигрыш. Масса же баллона с порошком на 50–80 кг больше, чем масса пустого.

Есть и еще одна проблема. Баллоны с порошком при заправке газом сильно нагреваются, и это требует специальных мер предосторожности.

Как «связать» газ?

Именно потому многие исследователи предлагают хранить водород в так называемом связанном состоянии. Наиболее перспективны для этого металлические гидриды, полагает руководитель программы по исследованию водорода из Ок-Риджской национальной лаборатории США, доктор Тимоти Армстронг. «Водород входит в гидрид металла и занимает межузлие в его кристаллической структуре», – говорит он.

Однако и здесь свои проблемы. Когда водород входит в металл, выделяется тепло и баллон сильно нагревается. Когда же нужно высвободить водород, то приходится подогревать уже сам баллон. А на это опять-таки приходится расходовать дополнительную энергию. Да и количество водорода в такой структуре не так уж велико – до 10 % от общего объема.

Поэтому специалисты стараются отыскать новые способы удержания водорода до поры до времени в некой «ловушке». Очередной шаг сделали наши специалисты из ООО «Энвайрокет». В.И. Богдан и его коллеги в 2004 году получили патент на каталитический композитный материал для хранения водорода. Более того, они нашли еще способ хранения газа на основе реакций гидрирования-дегидрирования органических соединений.

Говоря проще, вместо того, чтобы применять, скажем, гидрид магния или дорогостоящие комплексы иридия, а также платиновые катализаторы, наши специалисты предлагают использовать полимеры на основе полистирола или полиацетилена. Они образуют в смеси с водородом некий органический субстрат, который прекрасно хранится в порах, скажем, того же активированного угля. Получается эффективно и дешево.

Первые автомобили на водороде уже ездят.

Наконец, недавно группа исследователей из университета штата Миссури и их коллеги из Исследовательского центра г. Канзас придумали, как хранить газ в… кукурузных початках! Точнее, использовать сердцевины початков, которые обычно используют разве что в качестве топлива. Оказывается, если их подвергнуть обработке по специальной рецептуре, то можно опять-таки получить углеродные брикеты – аналог активированного угля – с порами-отверстиями величиной в нанометры, куда можно закачивать газ.

При этом, как показали опыты, брикеты способны аккумулировать метан или водород, объем которого в 180 раз превышает собственный объем брикета! Причем для хранения используется давление в 7 раз меньше, чем в стальных баллонах – около 35 бар вместо обычных 200.

Почти вечный двигатель?

И вот, когда все эти работы идут полным ходом, словно по заказу, появляется изобретение Канзиуса, благодаря которому вообще отпадает надобность в каких-либо баллонах. Казалось бы, заправляй бак водой, разместив под капотом небольшой ВЧ-генератор и – поехали!

К сожалению, попытки заправлять автомобиль водой делались уже неоднократно и всякий раз кончались ничем.

Лет десять тому назад, например, индийский химик Рамар Пиллаи объявил, что построил катер, работающий на «травяной нефти» – особом наборе кипящих в воде трав. Стоимость смеси – 3 цента за литр. Однако при внимательном рассмотрении выяснилось, что химик просто мошенничал, добавлял в смесь горючее.

Похожая история случилась и в США. Некий Стэнли Мейер в штате Огайо клялся, что готов дать всем желающим дешевую и не загрязняющую среду энергию, и – понятное дело – просил денег на доведение своей идеи до ума. В итоге в 1996 году Мейер сел в тюрьму за мошенничество в особо крупных размерах.

Ну а в данном случае единственное независимое испытание детища Канзиуса недавно прошло в лаборатории исследований металлов при университете штата Пенсильвания под наблюдением доктора химических наук Растама Роя.

По словам ученого, Джон Канзиус на самом деле продемонстрировал возможность своего изобретения расщеплять жидкий солевой раствор в морской воде на водород и кислород. Замеры при этом показали, что Канзиус научился достигать температуры горения выше 1600 градусов по Цельсию. Делается это, похоже, не только с помощью ВЧ-излучения, но и специальных присадок-катализаторов, добавляемых в морскую воду.

Больше ничего узнать никому не удалось, поскольку изобретатель в данный момент ведет патентование своего изобретения. А потому наиболее серьезные эксперты, как за рубежом, так и у нас в стране, воздерживаются от окончательных суждений по этому поводу.

Более того, сотрудник журнала Nature Филипп Болл, автор книги «Н ₂О: биография воды», довольно категоричен в своих суждениях. «Вода не может быть горючим, – заявил он. – Ведь согласно законам термодинамики невозможно получать энергию извлечением водорода из воды с последующим его сжиганием при положительном балансе. Это попахивает очередным рецептом вечного двигателя»…

«При протекании тока в соленой воде может иметь место процесс электролиза – разложения воды на кислород и водород, – полагает Андрей Жук, заместитель директора Объединенного института высоких температур РАН. – Однако КПД высокочастотных генераторов электромагнитного поля находится на уровне 10 %. В то же время КПД традиционных электролитических установок, широко используемых для получения водорода и кислорода, сейчас составляет около 70 процентов. Чем же тогда предлагаемый метод лучше традиционного?»

…К сказанному остается добавить, что сам Канзиус относится к кипению страстей довольно прохладно. Он ведь выявил эффект «горящей воды» случайно. И, получив патент, намерен продать его какой-нибудь компании, занимающейся водородной энергетикой. А сам бы хотел вложить полученные деньги в усовершенствование своего аппарата для борьбы со злокачественными опухолями. Эта проблема для него важнее, чем ответ на вопрос, когда же наконец наступит эра водорода?

С. НИКОЛАЕВ

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

В СУТКАХ – 25 ЧАСОВ.Такой станет продолжительность одних суток на Земле в XXIII веке. Об этом сообщило японское представительство Международного союза электросвязи. Связисты хотят отменить международное правило прибавления к году одной секунды, которое было введено в 1972 году для синхронизации атомных часов с астрономическим временем. Частая коррекция времени создает неудобства для телекоммуникационных компаний и сопряжена с опасностью различных сбоев в работе электронных приборов.

Теперь вместо прибавления високосной секунды предлагается дождаться, когда атомный хронометр опередит реальное время на один час, и после этого увеличить продолжительность одних суток в году до 25 часов. По мнению специалистов, произойти это может примерно через два столетия. Новые правила, как ожидается, будут согласованы уже к 2008 году, а окончательно отказаться от високосной секунды предполагается в 2010 году.

ОБНАРУЖЕН ГЕН ЖИЗНИ. Важнейший шаг в понимании механизма старения биологического организма и способов продления жизни сделала мировая наука. Как сообщает британская газета «Индепендент», ученые из калифорнийского университета Сан-Диего обнаружили «ген жизни». По словам руководителя исследования профессора Эндрю Диллин, именно работой этого гена РНА-4, который присутствует во всех живых организмах, и определяется продолжительность жизни.

ВСЕ МЫ РОДОМ СО ЗВЕЗД…Причем в самом прямом смысле. К такому выводу пришли французские ученые, проведя глубокий химический анализ человеческого тела. В результате выяснилось, что современный «гомо сапиенс», кроме воды, состоит из звездной пыли и химических элементов, возникших в ходе трех ключевых периодов образования Вселенной.

Так, в среднестатистическом человеке, весящем 70 килограммов, десятая часть массы приходится на водород, который возник в первые мгновения рождения Вселенной, после так называемого Большого взрыва. Кроме того, в человеке содержится 45,5 кг кислорода, 12,5 кг углерода, 2,1 кг азота, 1 кг кальция, 700 г фосфата.

Появление этих элементов связано со следующей фазой – возникновением планет. Наконец, эпоха образования в каждой звезде ядра «подарила» нам по два грамма цинка, а также микроскопические количества меди, никеля, кобальта, свинца, молибдена и некоторых других веществ.

КОМПЬЮТЕР ПРОТИВ СТОЛКНОВЕНИЙ. Первую в Канаде компьютерную программу, которая поможет предотвращать столкновения кораблей с айсбергами, разработал профессор Макгилл Стюарт Сэвидж. В ней учитывается направление ветра, скорость течений, температура воды и другие факторы, на основании которых и прогнозируется дрейф айсбергов.

СОВЕРШЕННО СЕКРЕТНО
Мультикилапик

Мало кто знает, что в СССР, кроме собак и людей, в космос запускали еще и обезьян. С 1978 по 1996 год в нашей стране осуществлялась медико-биологическая программа «Бион», в рамках которой в космос слетали 12 макак. Программа эта во многом была секретной. Недавно стало понятно почему…

Вот какие подробности об этой программе нам рассказал один из сотрудников приматологического центра Института медико-биологических проблем, пожелавший остаться неназванным.

В советские годы в подмосковных Химках был построен центр, который местные жители называли «санаторием для макак». Здесь и жили основные участники программы «Бион». Обезьянам были созданы прямо-таки сказочные условия. Специальная кухня, самые совершенные тренажеры, даже компьютерный класс.

Персональные компьютеры в те годы были редкостью даже в научных учреждениях, а хвостатым ученикам предоставили самое современное оборудование.

Конечно, нужно отдать обезьянам должное. Снабженные датчиками, вживленными в разные части тела, в том числе в мозг, они крутились на центрифугах, нажимали ногами на педали, вращали головой специальную платформу…

Сейчас эта программа свернута. Последними слетали в космос макаки Лапик и Мультик. Потом в прессу просочились сообщения: Мультик погиб после возвращения из полета. Официальное объяснение было таким: во время послеполетного обследования при взятии биопсии он получил дозу наркоза, которая оказалась для него смертельной…

Как такое могло случиться?

По слухам, ошибка стала возможной потому, что из полета он вернулся не тем Мультиком, который отправлялся на орбиту. Обследование, проведенное после смерти испытуемого, показало, что в его организме по непонятным причинам произошли кардинальные изменения.

Помните, в фантастическом романе «Солярис» на орбитальной станции начинают появляться хорошо знакомые экипажу станции персоны? И лишь исследование на молекулярно-генетическом уровне показывает, что пришельцы – вовсе не люди, а их искусные копии, выполненные по неизвестной технологии.

Некоторые специалисты считают, что подобное произошло с Мультиком и Лапиком. Исследователи же дали Мультику обычную дозу наркоза, которая оказалась для него неприемлемой.

С Лапиком были осторожнее. Говорят, он сейчас жив, здоров, обитает в Адлере, в питомнике Института медицинской приматологии РАМН. Он сам и все его потомство находится под неусыпным наблюдением специалистов. И они находят, что потомство Лапика обладает куда более высоким коэффициентом интеллекта, чем прочие их сородичи.

Почему? Ответа на эти и многие другие вопросы пока нет.

Максим ЯБЛ0К0В

ПОДРОБНОСТИ ДЛЯ ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ
Секрет Мёбиуса

Ученым наконец-таки удалось разгадать тайну ленты Мебиуса, и это открывает новые горизонты в целом ряде областей. С ее помощью, как предполагают, можно даже создать почти вечный электродвигатель.

Этот фокус по силам каждому. Отрежьте от газетного листа длинную узкую полоску бумаги и склейте ее концы, предварительно перекрутив их на 180 градусов так, чтобы лицевая сторона полоски была соединена с тыльной. У вас получится лента Мёбиуса, названная так по имени профессора Лейпцигского университета математика и астронома Августа Фердинанда Мёбиуса (1790–1868), поскольку была описана им в 1827 году, то есть 180 лет назад.

Эта геометрическая фигура замечательна уже тем, что имеет только одну поверхность. В самом деле, если вы проведете по ней линию, не отрывая кончика карандаша, то убедитесь, что смогли пометить сразу обе стороны ленты. И это лишь одно из замечательных свойств поверхности Мёбиуса, которая оказалась востребованной во многих областях – от цирка до космологии.

Ведь ленту можно закручивать на один, два, три полуоборота, можно разрезать ее вдоль, и тогда получившиеся две ленты оказываются вдеты одна в другую (это один из популярных цирковых фокусов).

Чудесные свойства этого простого и в то же время загадочного листа бумаги в разных странах породили множество научных трудов, изобретений (и полезных, и нереальных), а также многочисленные фантастические рассказы, повести и романы.

Согласно теориям и фантазиям, одна из моделей нашей Вселенной – это трехмерный лист или лента Мёбиуса. Модель соответствует теории относительности Эйнштейна и его предположению, что космический корабль, все время летящий прямо, может вернуться к месту старта, подтвердив тем самым неограниченность и конечность Вселенной. Но астронавты, совершив путешествие по ленте Мёбиуса и оказавшись в исходной точке, превратятся в своих зеркальных двойников – сердце у них будет справа, а правши станут левшами.

Кстати, создать математический аппарат для описания простейшей односторонней плоскости долгое время не удавалось никому. Решить задачу в уходящем, 2007 году смогли математик Евгений Старостин и его коллега Герт ван дер Хейден из Университетского колледжа в Лондоне (Великобритания). Самое интересное, что для этого им не понадобились ни сверхсложные формулы, ни сверхмощные компьютеры. «Обошлись уравнениями, которые я вывел лет 25 тому назад», – пояснил Старостин.

Теперь, как считают специалисты, станет проще изучать биологические молекулы, синтезировать сложные лекарства, проектировать углеродные нанотрубки. А сама лента Мёбиуса уже находит применение в практике. Придуманы и воплощены в жизнь: бесконечная шлифовальная лента, работающая обеими сторонами; фильтр непрерывного действия для жидкостей; особые кассеты в магнитофоне, в которых лента соединена в кольцо и перекручена, их не надо снимать и менять местами… С помощью ленты Мёбиуса и эффекта сверхпроводимости можно также создать электрический двигатель, который будет работать если не вечно, то очень и очень долго. И много что еще.

Например, для детей придумана замечательная забава: игрушечная электрическая железная дорога, полотно которой представляет собой ленту Мёбиуса. И локомотив с разбегу выделывает головокружительные трюки.

В общем, недаром детищу немецкого профессора поставлен памятник перед входом в Музей истории и техники в Вашингтоне, где медленно вращается на пьедестале стальная лента, перекрученная на полвитка.