Текст книги "Занимательно об энергетике"

Автор книги: Юрий Чирков

сообщить о нарушении

Текущая страница: 8 (всего у книги 13 страниц)

В 1976—1977 годах была построена и успешно испытана станция мощностью в 1 мегаватт. А в мае 1980 года в густонаселенном районе Нью-Йорка (Нижний Манхаттан, это место выбрано, чтобы показать преимущества использования топливных элементов: бесшумность, бездымность, «безводность») начато испытание электростанции на топливных элементах мощностью в 4,8 мегаватта. Она дает ток в городскую сеть.

Если эксплуатация этой демонстрационной энергоустановки – пока идет очень дорогостоящий и сложный технический эксперимент! – окажется успешной (планируется, что станция проработает 2000 часов: в октябре 1981 года предполагается выпустить заключительный отчет по данному проекту), то в начале 80-х годов, возможно, будет построена электростанция уже на 27 мегаватт.

Согласно предварительным расчетам такая станция сможет обеспечить электроэнергией жилой массив (или город) с населением в 20 тысяч человек. Все оборудование такой ЭЭС может быть размещено в одноэтажном строении, занимающем порядка двух тысяч квадратных метров земли.

Чтобы ощутить размах дела, полезно вспомнить события не столь далекие: историю развития атомной энергетики. Первая в мире АЭС опытно-промышленного назначения мощностью в 5 мегаватт (какое совпадение: ЭЭС в Нью-Йорке рассчитана примерно на ту же мощность!) была пущена в СССР 27 июня 1954 года. А в 1958 году была введена в эксплуатацию 1-я очередь Сибирской АЭС мощностью 100 мегаватт (Мвт) – полная проектная мощность 600 Мвт. Так начиналась эра атомной энергетики. Не стоим ли мы сейчас на пороге энергетики электрохимической?

Третье поколение

Широкая река научно-технического прогресса. Ее стремительные повороты, странные и порой необъяснимые. Скажем, М. Фарадей (1791 —1867), так много сделавший для развития электрохимии. (Достаточно вспомнить открытые им законы электролиза.) Но он же в 1831 году открыл и принцип электромагнитной индукции. К чему это привело? К созданию электрических генераторов. К забвению электрохимических устройств, которые до этой поры (до 60-х годов XIX века) являлись основным источником электричества. Но сейчас, кажется, ситуация вновь меняется. Восстанавливается (увы, спустя примерно столетие) исходная позиция.

«Загнанные в резервации», «истребленные» для нужд Большой Энергетики, электрохимические устройства в образе топливных элементов собираются теперь дать бой тепловым машинам на их же собственной территории.

Третья американская долговременная программа «Utility» («Польза») поставила своей целью осуществить заветную мечту электрохимиков – поставить на промышленную основу, «холодное» (на топливных элементах) горение угля в кислороде воздуха. И не в виде лабораторных образчиков, дразнящих воображение, но не выдерживающих практической проверки. Где-то в 1990-х годах должна быть построена электростанция мощностью в 635 мегаватт!

Человек редко живет настоящим. Тело – да, но разум всегда устремлен в будущее. Видно, тому серьезные биологические причины: тысячелетняя борьба за существование, шлифующая наш мыслительный аппарат. Столь жизненная необходимость – умение предвидеть! Каков завтрашний день земной энергетики? Тут нет особых разногласий. Уже проглядываются три этапа.

Ближайший – эра нефтепродуктов и природного газа. Их хватит человечеству еще лет на 20—30. Следующий, второй этап – посленефтяной или угольный. Запасы угля обильны: ими можно «кормиться» 1,5– 2 столетия. Третий этап развития энергетики начнется, когда вся ископаемая органика будет исчерпана. Тогда пойдут в ход на полную мощность солнечные, атомные и термоядерные установки.

А электрохимическая энергетика? Привязана ли она к быстро исчезающей органике? Вовсе нет. Если, как утверждают футурологи, грядет эра водородной энергетики, топливным элементам всегда найдется дело, ибо это лучший инструмент для сжигания водорода.

Электрохимическая энергетика только начинается, но ученые уже размышляют об энергоустановках второго и третьего поколений.

Пока идет работа с топливными элементами первого поколения. С фосфорнокислым электролитом, элементами, функционирующими при температуре около 210 градусов Цельсия.

Отдельные электрохимические ячейки устроены так. Концентрированным водным раствором кислоты пропитывается тонкий слой пористого вещества-носителя. Оно заключено между пористыми же угольными электродами, на которые нанесен тонкий слой катализатора •– платины (0,3—0,8 миллиграмма на квадратный сантиметр внешней поверхности электрода). Мощность такого элемента 0,1—0,2 ватта с квадратного сантиметра площади электродов, напряжение – 0,64 вольта. Вот характеристики отдельного электрохимического «бутерброда».

По предварительным подсчетам, при массовом производстве (не менее 500 мегаватт в год) такие установки – модули, собранные из отдельных топливных элементов, – будут обходиться по 350 долларов за киловатт мощности.

Теперь о КПД. Увы, у первого поколения энергоустановок на топливных элементах он не очень высок: около 40 процентов. Это еще не резкий скачок в сравнении с традиционными устройствами, где при использовании паровой турбины КПД колеблется от 23 до 38 процентов.

Где же обещанные почти 100-процентные значения КПД? – вправе спросить читатель. Так выгодно отличающие топливный элемент от тепловой машины? Для ответа на этот вопрос придется войти в некоторые подробности.

Энергоустановки на основе топливных элементов состоят из трех главных и непременных компонентов: системы подготовки топлива, собственно электрохимического генератора (ЭХГ) и преобразователя тока. (Топливный элемент генерирует постоянный ток, его надо преобразовать в переменный.)

В системе подготовки топлива нефть или природный газ сначала очищают от серы, а затем подают в каталитический паровой риформер. Так образуется смесь газов – водорода (топлива) и углекислого газа: они-то и поступают в анодные камеры топливных элементов.

КПД всей системы, естественно, зависит от КПД каждой из трех ее составляющих. Часть энергии уходит на приготовление водорода, оттого-то общий КПД энергоустановки и оказывается невысоким.

Но и в таком виде эти установки обладают рядом несомненных достоинств. Вредные выбросы (окислы азота и серы) от топливных элементов составляют лишь 0,1 до 0,00002 от выбросов обычных электростанций, работающих на природном топливе. Для работы топливных элементов первого поколения не требуется воды для охлаждения. Они не производят заметного шума. От размещения этих электростанций в населенных пунктах не может быть никаких вредных последствий. Еще достоинства. Уменьшение капитальных затрат и потерь при передаче энергии, так как эти станции можно расположить в непосредственной близости от потребителей. Блочный (модульный) подход существенно повышает эксплуатационную надежность таких электростанций и позволяет производить текущий ремонт без остановки всей станции.

Если бы удалось электростанции на топливных элементах объединить с каким-нибудь вторичным устройством, например, с тепловым насосом, который бы утилизировал выделяющееся при работе топливных элементов тепло, то можно было бы получить суммарный КПД системы до 94 процентов. Используемое тепло компенсировало бы энергетические затраты на конверсию исходного топлива. Но сделать это на установках первого поколения трудно: их температура низка. И специалисты начали работу над вторым поколением. Тут в качестве электролита уже будут использоваться расплавы карбонатов. Топливные элементы будут поэтому работать при температурах 500—750 градусов Цельсия (водные растворы электролитов выдержать подобных условий, очевидно, не могут). С суммарным КПД уже в 40—55 процентов. Другое достоинство высокотемпературных систем – способность работать на топливе, не очищенном от примесей, возможность обходиться без дорогостоящих катализаторов из благородных металлов.

Но ученые и инженеры смотрят еще в более далекое будущее. В угольную эпоху, когда нефть и газ истощатся. Видимо, лет через 10—20 появится и третье поколение ЭХГ – с твердым окисным электролитом, – работающих при температурах выше 750 градусов. Эти установки будут иметь КПД больше 60 процентов и смогут действовать совместно с газификаторами угля. Это будут уже мастодонты электрохимической энергетики мощностью в сотни мегаватт.

Конечно, наивно полагать, что в электрохимической энергетике все идет гладко. Состояние любой из этих разработок оценивается обычно по трем параметрам: тепловой мощности (сколько килокалорий тратится при сжигании топлива на получение киловатт-часа полезной энергии: очевидно, эта величина должна быть по возможности низкой), капитальным затратам на получение киловатта мощности и, наконец, сроку службы. Наибольшие трудности исследователям доставляет последний показатель. И все же как заманчива идея электрохимической энергетики. Если технические проблемы будут преодолены и топливные элементы окажутся экономически жизнеспособными, то к 1985 году предполагают построить в США и подключить к общенациональной электросети целый ряд таких электростанций общей мощностью 20 000 мегаватт, что даст в производстве электроэнергии ежегодную экономию в I миллиард долларов и сэкономит еще около 16-Ю6 кубометров нефти. Не говоря уж об экологических преимуществах и прочих (уже отмечавшихся) достоинствах топливных элементов.

ГЛАВА 7
ЭНЕРГОХИМИЯ, ИЛИ УГОЛЬНЫЙ РЕНЕССАНС

Будущее находится скорее в «костях ученых», нежели на кончике их языка.

Ч, Сноу

Февраль 1978 года. Новосибирск. Общее собрание Сибирского отделения Академии наук СССР. Обсуждается новая крупномасштабная долгосрочная суперпрограмма – «Комплексное освоение природных ресурсов Сибири», или просто «Сибирь».

Все 24 подпрограммы проекта «Сибирь» нацелены на быстрейшее освоение богатств восточной половины нашей страны. Все очень интересны, значительны. Но, пожалуй, наиболее дерзок – он отличается размахом и теснейшей связью с самой современной передовой наукой – один из «красноярских пунктов» программы «Сибирь» – энергохимический.

Нефть против угля

Это, так сказать, заочное соревнование началось давно – много тысяч лет назад. Когда человек оценил горючие свойства угля и нефти. Однако соперничество резко обострилось лишь в последнее десятилетие.

Полистайте старые журналы начала века. На пожелтевших фотографиях вы непременно увидите паровозы, пароходы; кочегара, лопатой бросающего уголь в топку. Кучу угля в котельной...

Лет восемьдесят назад, с началом электрической эры, главным топливом был уголь. «Король-уголь» называли его тогда: он составлял четыре пятых в так называемом топливном балансе.

Уголь душил нефть, не давал ей ходу. Из него научились (воздействуя высокой температурой без доступа воздуха) выделять светильный газ, который начал широко использоваться для освещения и отопления городов.

Но угольное засилье не могло продолжаться вечно. Первая промышленная скважина (глубиной в десять метров), пробитая в США в штате Пенсильвания, дала «черное золото» – нефть – еще в 1859 году. И хотя местный священник проклял «дыру в Земле», через которую обкрадывали, по его мнению, подземное божье судилище и мешали поджаривать грешников на вечном огне, нефть вскоре согнала уголь с трона энергетики.

После окончания второй мировой войны уголь отступил на второй план, сник. Нефтяники заслонили шахтеров. Пришла эра нефтяного бума. А к 1970 году нефть и природный газ (добываемый нередко из тех же месторождений, что и нефть) занимали уже две трети в мировом топливном балансе.

Любопытно, что из нефти вначале вырабатывали только керосин, а бензин считали вредной примесью. Он слишком легко воспламенялся и вызывал пожары. Старые рабочие Баку до сих пор помнят, как за пределами Черного и Белого городов время от времени возникали громадные столбы дыма: это заводчики сжигали накоплявшийся у них никому тогда не нужный бензин.

И вдруг на эту «опасную примесь» возник грандиозный спрос! Автомобили. В 1895 году в США было всего четыре автомобиля, сейчас сотни миллионов. И это стальное стадо пожирает колоссальное количество бензина, а с ним и нефти. Когда научились простой перегонкой получать из нефти бензин, керосин и попутные газы, «принцесса»-нефть прочно захватила трон, прогнав с него уголь – бывшего владыку.

Казалось, нефть победила уголь окончательно и бесповоротно, но то была иллюзия. О новом этапе старого соперничества возвестил разразившийся в странах капиталистического мира в сентябре 1973 года энергетический кризис. Он был как гром среди, казалось бы, ясного неба.

Суть кризиса ясна. Нефть на земном шаре распределена неравномерно. Как правило, там, где она нужнее всего, ее мало. И потенциальные запасы нефти невелики. Так, например, собственных нефтяных ресурсов США может хватить лишь на несколько лет. А пик мировой добычи нефти ожидается где-то к 2000 году: затем кривая нефтедобычи пойдет под уклон, хотя потребность в нефти и ее заменителях будет неуклонно расти.

Нефть в энергетике неохотно сдает свои позиции. И все же финал соперничества нефть – уголь уже сейчас нетрудно предсказать. Возврат к углю неизбежен. Слишком неравны запасы нефти и угля. Угля хватит на сотни лет. Вот только вопрос, как им лучше распорядиться.

Четвертая кочегарка страны

Вероятно, уже трудно найти в нашей стране человека, который бы не знал смысла слова КАТЭК, не слышал бы про Канско-Ачинский топливно-энергетический комплекс. Про гигантскую стройку, развернувшуюся в Красноярском крае согласно директивам XXV съезда нашей партии. Но мало кто представляет себе истинные масштабы работ.

Предлагаем читателям побывать на одном из угольных разрезов КАТЭКа, а именно – Ирша-Бородинском.

Мы стоим на краю крутого обрыва. Под ногами – взрытая открытым способом на глубину сто метров сибирская твердь. Отчетливо виден протянувшийся на 5 километров жирной черной полосой 30-метровый пласт угля.

Вдали на угольных откосах совсем игрушечный (словно мы находимся в королевстве Диснея) электровоз тащит спаренный состав с углем. Сам себе в этом угольном царстве кажешься Гулливером. Хочется опереться взглядом на что-нибудь крупное, не игрушечное, а настоящее. Ага! Вот достойный объект. Роторный экскаватор ЭРШРД-5000. Гигант: высота – 58 метров, длина – 150. Его стальной хобот неутомимо грызет угольный пласт. Над зубьями ковша угольное облако. Машинисту электровоза зевать не приходится. Экскаватор способен каждую минуту нагрузить углем два железнодорожных полувагона грузоподъемностью в 65 тонн...

Сибирский поселок шахтеров Бородино имеет самое непосредственное отношение к Бородинскому сражению 1812 года. За стойкость и отвагу один из полков, участвовавших в битве с Наполеоном, по высочайшему повелению был переименован в Бородинский. Позднее герои Отечественной войны вышли на Сенатскую площадь. Самодержец Николай I сослал мятежников в Сибирь. Так в далекой Енисейской губернии возник поселок ссыльных декабристов – Бородино.

Многое изменилось здесь за 150 лет. В сибирскую глухомань пришла невиданная техника. На этом экскаваторе стоит второй номер. Всего в стране три таких силача. Каждый добывает в сутки 50 тысяч тонн угля, в год – 9 миллионов.

Угольное Бородино. Мирное поле, под которым природа спрятала миллиарды тонн бурого угля, в несколько раз больше того, что страна добудет в последнем году 10-й пятилетки.

А ведь Ирша-Бородинский разрез лишь малая толика богатств КАТЭКа. Только теперь начинаешь по-настоящему осознавать грандиозность возводимой за Уралом четвертой (после Донбасса, Кузбасса и Экибастуза, а в перспективе самой крупной среди них) «кочегарки» страны.

Угленосные отложения КАТЭКа (в основном бурый уголь) протянулись на сотни километров вдоль сибирской железнодорожной магистрали – с запада, от реки Золотой Китат, до реки Бирюсы на востоке. На этой линии – города Ачинск, Красноярск, Канск.

В Канско-Ачинском бассейне уже сегодня два действующих разреза – Назаровский и Ирша-Бородинский – дают угля больше, чем бассейны Подмосковный и Печорский. О размахе работ говорит такое сравнение. Донбасс развивался около ста лет и дает сейчас 220 миллионов тонн угля. КАТЭК через 15—20 лет даст 350 миллионов.

Таких топливно-энергетических комплексов не было еще на планете. В США действует известный комплекс «Теннесси»: в нем 31 электростанция с суммарной мощностью лишь 13 миллионов киловатт. КАТЭК в перспективе даст 100 миллионов киловатт.

Лишь первенец КАТЭКа – Березовская ГРЭС-1 – будет обладать мощностью в 6,4 миллиона киловатт – столько же энергии в год будут давать Красноярская и Саяно-Шушенская ГЭС, вместе взятые.

У Сибири свой ритм и темп. Если, скажем, за десятое пятилетие промышленное производство нашей страны должно увеличиться в среднем на 35—39 процентов, то для Сибири установлены задания в полтора раза более высокие. И если европейская часть СССР мерит время пятилетками, то в Сибири счет идет уже на десятилетия.

Еще на XXV съезде партии Леонид Ильич Брежнев подчеркивал необходимость разработки крупных комплексных программ, рассчитанных на два-три пятилетия, – таких, как программа развития топливно-энергетических комплексов. От их реализации зависит весь технико-экономический прогресс страны.

К западу от Красноярска строится административный центр КАТЭКа – новый город шахтеров и энергетиков – Шарыпово. Здесь сегодня кипит большая стройка. Неподалеку создается крупнейший в стране Березовский разрез № 1, уже ведется проходка его траншеи: она вскроет угольный восьмикилометровый пласт.

Здесь же, на шарыповской земле, скоро начнется нулевой цикл работ по возведению главного корпуса Березовской ГРЭС-1, и там, где сейчас стоит стела, через несколько лет поднимется величественный корпус крупнейшей в стране тепловой электростанции.

Разрез и ГРЭС свяжут две контейнерные линии: по ним станция будет получать более 25 миллионов тони угля в год. А у озера Ашпыл строится производственно-комплектовочная база Минэнерго СССР: она будет обслуживать строительство всех ГРЭС Шарыповского промышленного узла Канско-Ачинского бассейна.

Думали ли ребята, сидящие несколько лет назад за школьными партами в старинном сибирском селе Шарыпове, что вскоре тут начнется строительство города шахтеров и энергетиков с 250-тысячным населением? Что весь этот район прорежет сеть железнодорожных подъездных путей, станций и узлов? Словно по волшебству, возникнет аэропорт с бетонированной взлетно-посадочной полосой, многочисленные автострады, линии связи, телевизионный ретранслятор?..

Именно так начинались и КамАЗ, и БАМ, и Саяно-Шушенская ГЭС: первые поселки, базы, дороги, первая волна прибывающих новоселов...

Энерготехнология

Первобытный человек нашел и принес в пещеру горящую ветку. Это был прообраз длинной цепи источников энергии – даровой машины, дизельного двигателя, ГРЭС. Шли годы: менялись размеры устройств, рост КПД использования топлива, инженерное, конструкторское искусство. Но принцип был все тот же: законсервированная когда-то, миллионы лет назад, в растениях солнечная энергия при сжигании угля, нефти, природного газа превращалась в тепло, а затем в электроэнергию. «Не топить ассигнациями...» – об этом предупреждал еще Менделеев. Сейчас эти слова приобретают буквальный смысл, ибо в условиях энергетического кризиса на Западе нефть катастрофически дорожает. Ее стоимость за последние несколько лет возросла в пять раз и составила 80—90 долларов за кубический метр.

Нефть – ценнейшее химическое сырье. Из нее вырабатываются бензины, этилен, полиэтилен, ацетилен, метанол и другие незаменимые продукты. Но почему только из нефти? А углы, в частности бурые, канско-ачинские?

Уместно вспомнить недавнее прошлое. Прежде химические продукты получали в основном из угля. В 20– 30-е годы в Германии, Англии, США, СССР проводились обширные научно-исследовательские и опытные работы. Они привели к созданию, в том числе и у нас в стране, промышленности для производства из угля моторных топлив и всевозможных химических продуктов.

Однако после окончания второй мировой войны эти методы были забыты. Пришла Большая Нефть. Во времена нефтяного бума исследования по углю были почти что искоренены, заводы, производящие эрзац-бензины, демонтированы. Но время диктовало свои условия. Еще лет пять назад бесполезно было спрашивать про метод Лурги, про процесс Фишера – Тропша и другую технологию химической переработки угля: все было, казалось, прочно забыто... А в 1977 году в США был объявлен конкурс на создание к 1985 году промышленного предприятия мощностью 15—18 миллионов тонн в год синтетических топлив.

Вот так и оказалось, что угли сейчас – это не только топливо, но и сырье для химии. И очень жаль не только нефть, но и уголь сжигать просто так, безвозвратно расходуя накопленные природой богатства. Эта простая мысль и родила новые технологические подходы к использованию углей КАТЭКа, попытку получить из них одновременно и топливо, и химические продукты.

По-видимому, в будущем наукой будет предложено множество путей для реализации этого заманчивою варианта. Сейчас же наиболее четко определился подход, имя которому – знерготехнология.

Энерготехнологию разрабатывают ученые Энергетического института имени Г. М. Кржижановского под руководством директора этого института члена-корреспондента АН СССР 3. Чуханова.

Энерготехнологический метод комплексной переработки состоит в нагреве до высоких температур угля без доступа воздуха. При этом уголь разделяется на три вида продуктов: газообразные (их можно сжигать либо же использовать для химической переработки), жидкие (смола, бензол – высококачественное котельное топливо и сырье для производства синтетических веществ) и твердые (полукокс, кокс – бездымное, высококалорийное топливо, термоуголь с теплотой сгорания 6200—6400 килокалорий на килограмм, годен для перевозки на дальние расстояния).

В основе технологии, разработанной 3. Чухановым, так называемый скоростной пиролиз. Рядовой сырой уголь в отличие от прежней технологии подается в камеру термического разложения не кусками, а в виде сухой угольной пыли, находящейся во взвешенном состоянии б потоке горячих газов (циклонов). Скорость нагрева частиц угольной массы теперь возросла в тысячи раз. Сам процесс термического разложения (температура порядка 600—1000 градусов) стал высокопроизводительным и рентабельным.

Энерготехнологический метод облагораживает бурый уголь В исходном сырье много влаги (до 40 процентов), а возить воду за тысячи километров не очень-то выгодно. При высыхании же бурый уголь растрескивается, превращается в порошок, летучую пыль: при транспортировке в вагонах большие потери становятся неизбежными. Естественно поэтому, что получаемый при скоростном пиролизе полукокс более удобен для перевозок на дальние расстояния.

Сейчас на Красноярской ТЭЦ-2 возводится первая промышленная установка ЭТХ-175 для энерготехнологической переработки канско-ачинских углей. Ее производительность – 175 тонн угля в час (1,2 миллиона тонн в год).

Энерготехнологические комбинаты КАТЭКа, строительство которых предусмотрено постановлениями XXV съезда партии, позволят в будущем, по расчетам авторов этого проекта, экономить сотни миллионов тонн нефтепродуктов. Так угольный КАТЭК станет для страны не только четвертой кочегаркой, но и второй Тюменью!

Венерин башмачок

В Красноярье природа, казалось бы, сама пошла навстречу чаяниям человека. Залежи канско-ачинского угля расположены в обжитых местах, да еще вдоль железнодорожной магистрали. Добывай – грузи в вагоны – и в путь: к жаждущим топлива ГРЭС европейской части СССР.

Другой немаловажный плюс – этот уголь собран в мощнейшие пласты, расположенные горизонтально почти у самой поверхности земли. Их можно брать открытым способом. Техника для этого есть, и очень производительная. К примеру, гигантский экскаватор-драглайн ЭШ-100/100, имеющий размах стрелы 100 метров и 100-кубовый объем ковша, способен за минуту переместить 100 кубометров грунта на 200 метров по горизонтали и 80 метров по вертикали.

Вот и возникают заманчивые эпитеты – самый перспективный уголь, самый дешевый... Но это, к сожалению, лишь одна сверкающая, что ли, сторона медали. Увы, как во всяком большом деле, есть и другая, так сказать, негативная.

Когда затевают мероприятие столь внушительных размеров, как КАТЭК, прежде всего необходимо подумать о возможных и, в общем-то, неизбежных во всяком новом деле минусах.

По планам формирование КАТЭКа разбито на два этапа. Строительство энерготехнологических комбинатов начнется где-то после 1990 года, а до этой поры бурый уголь будет использоваться только в качестве топлива на мощных тепловых электростанциях, построенных в непосредственной близости от разрезов.

Но тут могут вступить в действие экологические ограничения.

За сутки мастодонты энергетики вроде Березовской ГРЭС будут пожирать 500 тысяч тонн угля, астрономические объемы кислорода воздуха и извергать колоссальное количество углекислого газа, горы золы (подсчитано, что за десять лет работы ГРЭС на поверхности земли вокруг них может появиться тридцатисантиметровый слой пепла), груды окислов азота и серы (ее в канско-ачинском угле мало, но масштабы переработки угля велики).

И все это в сравнительно небольшом и уже довольно плотно заселенном регионе. Следует добавить тепловое загрязнение сибирских рек, расположенных поблизости. На реке Чулым запланировано строительство ряда водохранилищ. И вот из недр ГРЭС потекут реки горячей (70—90 градусов) воды, и ее будет так много, что никакие тепличные хозяйства или потребности отопления вырастающих здесь городов не смогут ее «поглотить». Горячую воду придется сбрасывать со всеми вытекающими из этого последствиями.

Могут спросить: но так ли уж необходимо форсированное строительство таких гигантов энергетики на угле? Не проще ли, скажем, возводить гидроэлектростанции? Рек в Сибири предостаточно, они могучи.

Ответ однозначен. Сибирь – край суровый. Тут так: сначала энергия, потом жизнь. Взять таежные богатства, освоить новые места, жить завтра лучше, чем сегодня, смогут лишь люди, хорошо вооруженные электроэнергией.

Темп развития Сибири таков, что сейчас каждые два года необходимо возводить такой колосс, как Красноярская ГЭС. А в одиннадцатой пятилетке уже каждый год! Но понятно, что за год вводить в строй ГЭС масштаба Красноярской крайне затруднительно. Выход – сжигать канско-ачинский уголь как самый доступный и экономически выгодный. Но природа Сибири очень хрупка. Ее способность к восстановлению понижена. В свое время прошедший здесь ледник, словно скальпель, снял с черепа Земли и унес плодородный гумусовый слой. И земли Сибири еще не оправились от этого удара.

Добавьте сюда еще слой вечной мерзлоты, суровый резко континентальный климат. Летом на Красноярском море, на горячем песке глядишь вокруг на бескрайнюю гладь воды, на зелено-синие горы, и кажется, что ты на Кавказе. Но это мираж: достаточно слегка углубиться в тайгу, где растут реликты (например, занесенный в Красную книгу венерин башмачок), требующие самого бережного к себе отношения. И получается противоречие между необходимостью быстрого ввода в дело энергетического потенциала Красноярья и заботой об охране окружающей среды.

Так вот и складывается довольно типичная для Сибири ситуация: необходимость своего, сибирского, нестандартного, нетрадиционного решения проблемы КАТЭКа. И такой вариант, кажется, возник.

Энергохимия – слово неновое

Теперь даже ребенок знает: энергетика – это когда сжигают нефть или уголь, а полученное тепло превращают в электричество. Непременная деталь – дым из труб: это газы, продукты сгорания.

Дым вовсе не обязательно лишь отбросы, загрязняющие атмосферу. Есть тут и ценные вещества: из них можно получать химические продукты.

Столь же наивно можно представить себе и химический завод. Ему нужно сырье – какие-то органические газы – и энергия, чтоб добиться определенных химических реакций. Отходом же становится тепло.

Легко видеть: энергетическое и химическое производства – они словно свет и тень или негатив и позитив. В самом деле, в энергосхеме, скажем, энергия – это продукт, результат превращений, а в химической установке она, так сказать, исходное сырье, «полуфабрикат». То же можно сказать и про газы, что бесполезно выбрасываются из труб тепловых электростанций. А из тепла химических предприятий можно было бы в принципе получать дополнительную энергию.

Мечта ученого и прожекты фантазера – это вещи разные. Первое рано или поздно становится реальностью, основой технологии завтрашнего дня. Энергохимия – мечта об объединении энергетики и химических производств. Эту идею еще в 1934 году пытался реализовать профессор МГУ Н. Кобозев.

Мысль Н. Кобозева отталкивалась от следующего факта. При неполном сгорании угля или нефти в особых условиях образуются как «отходы» водород и окись углерода. А из этих элементов-кирпичиков можно построить любое химическое вещество. Синтезировать все, вплоть до бензина.

В 1940 году Н. Кобозев превратил обычный двигатель внутреннего сгорания (мощностью в 65 л. с.) в первую в мире энергохимическую установку. Он сжигал в двигателе горючий газ – метан. Получал энергию и попутно ценнейшие химические продукты.

К сожалению, широкого развития энергохимия тогда не получила – началась жестокая война с фашизмом... Но мечта об энергохимии не умерла, она ждала своего часа, ждала могучих союзников, ждала, пока наберет силу еще одна давняя плодотворная идея.

Что мешает истинному возрождению угля, его быстрой победе в споре с нефтью? Мешает несовершенство тепловых машин: их низкий КПД. Первобытный человек собирал лишь крохи тепла (чтобы изжарить мамонта, изводили, видимо, целую рощу). Современная ТЭС или ГРЭС способна усвоить гораздо больше: из каждого килограмма угля – 300, даже 400 граммов. Прогресс! Но ведь и масштабы изменились: ежегодно в мире сжигают миллиарды тонн угля!

Вот если бы мы умели более экономно сжигать уголь, угольный ренессанс не заставил бы себя долго ждать. Но как этого добиться? Как сделать так, чтобы возвращение к углю стало еще одним «витком спирали» – новым этапом земной энергетики?

Такие средства есть. Это прежде всего топливные элементы, о которых мы подробно рассказывали выше. Устройства, осуществляющие «холодное» горение топлива. Однако горение обычное, так сказать «горячее», также еще не исчерпало всех своих ресурсов.

Еще в 1831 году знаменитый английский физик Фарадей показал, как можно более экономно извлекать энергию из топлива.

Нужны высокие температуры: не сотни, а тысячи (как на поверхности Солнца!) градусов. Но в этих условиях продукты сгорания угля уже не могут быть паром – здесь электроны отрываются от атомов, нейтральные молекулы дробятся на заряженные ионы: образуется не газ, а звездное вещество – электропроводная плазма.