Атмосферный воздух - это богатейшая кладовая природы. Наука до недавнего времени не располагала достаточно простыми, и дешевыми способами выделения химических элементов из воздуха. Лишь сама живая природа может столь естественно, при нормальных температурах, и давлениях, при малых затратах энергии использовать богатства своей кладовой. Известно, что азот воздуха из неорганической формы переводится в органическую микроорганизмами, а углерод - растениями в процессе фотосинтеза.
Сегодня мы можем сказать, что человек приблизился вплотную к решению проблемы извлечения азота, и углерода из воздуха, и последующего превращения этих элементов из неорганической формы в органическую в промышленном масштабе.
Процесс фотосинтеза в природе по-прежнему пристально изучается с целью повышения урожайности сельскохозяйственных культур.
Этим проблемам посвящены предлагаемые в этом номере журнала статьи «Нефть из атмосферы», «Математическое моделирование фотосинтеза» (стр. 58), «Азот теряет химическую неприкосновенность» (стр. 80).
Каждый год в атмосферу нашей планеты выбрасываются миллиарды тонн углекислого газа (двуокиси углерода).
Десятки миллиардов тонн горючего газа, нефти, угля, сланца, и древесины буквально пожираются множеством тепловых электростанций, многочисленными доменными, и мартеновскими печами, сотнями миллионов тракторов, автомобилей, и самолетов, а также колоссальным количеством химических заводов. Все это невероятно большое количество органической материи превращается в энергию, металл, химические вещества и, естественно, в углекислоту.
Другим существенным источником образования углекислоты является жизнедеятельность человека, и животных, численность которых непрерывно растет.
Не прекращается, и вулканическая деятельность, увеличивающая содержание углекислоты в земной атмосфере.
В природном кругообороте углекислоты большую роль играют массы воды морей, и океанов, и зеленые моря растительности. Однако человек своей деятельностью все время вмешивается в этот круговорот.
Под бурным, я бы сказал, всесокрушающим натиском цивилизации, зеленые насаждения, ассимилирующие углекислоту из воздуха, постепенно уничтожаются.
Американские ученые подсчитали, что уже сегодня только 10% выбрасываемой в атмосферу углекислоты может быть поглощено растениями. Итак, содержание углекислоты в воздухе растет. Многие ученые видят в этом определенную опасность.
Они считают, что непрерывный рост концентрации углекислоты в воздухе приведет к перегреву планеты за счет «парникового» эффекта, к неуклонному повышению уровня Мирового океана, и к бесчисленным бедствиям для человечества.
По-видимому, такая опасность угрожала, если бы снова не вмешалась рука человека.
Дело в том, что развитие промышленности, и транспорта привело к неизбежному загрязнению био и тропосферы бесчисленным количеством твердых пылевых частиц.
Эти частицы, отражая солнечные лучи, снижают действие «парникового» эффекта, и тем самым отдаляют возможность теплового перегрева Земли.
Следует предположить, что уже в ближайшие 20 - 30 лет приток углекислоты в атмосферу несколько снизится.
Произойдет это прежде всего потому, что человечество постепенно откажется от существующих варварских способов получения энергии и перейдет повсеместно на использование энергии атома. Тем самым прекратится сжигание астрономических количеств полезных ископаемых.
Двигатели внутреннего сгорания, этот бич современного человечества, им самим же порожденный, будут вытеснены электромоторами. И все же количество углекислоты, поступающей в атмосферу, даже в этом случае во много раз будет превышать то, что будет поглощаться растительностью, и океанами.
Не надо забывать о том, что численность людей необыкновенно быстро возрастает. Только в 2000 году, согласно прогнозу, сделанному «Юнеско», на земном шаре будет проживать около шести миллиардов человек. Менее интенсивно, но также масштабно будет расти поголовье скота.
Поэтому накопление углекислоты будет продолжаться непрерывно.
Пройдут сотни лет, постепенно природные ресурсы нефти, газа и угля будут сильно истощены. И тогда земная атмосфера может стать для человечества кладовой, в которой будет храниться новый вид «полезного ископаемого» - углекислота.
Дело в том, что с химической точки зрения углекислота - это прежде всего углерод, источник не только всего живого, но, и сырья для получения всех необходимых человечеству органических соединений, включая нефть. И вот тогда, когда оскудеют дары природы в виде горючих ископаемых, человечеству, возможно, придется обратиться за помощью к «небесам»
Многие, прочитав эти строки, недоуменно пожмут плечами «Какая же существует связь между углекислотой, и нефтью?» И тем не менее такая связь существует.
Путь от углекислоты до нефти реален, даже в условиях современности.
И очень вероятно, что человечество в поисках новых сырьевых источников вынуждено будет встать на путь добычи нефти не из земных недр, а из атмосферы.
Вот именно тогда, и будут созданы условия для осуществления энергетически емкого синтеза нефти из углекислоты. Прежде всего на пути к «небесной» нефти человечеству придется решить сложный и не решаемый сегодня вопрос выбор рационального пути по выделению углекислоты из огромных масс воздуха, освободив ее при этом от ненужных примесей.
Известно много физических, и химических способов, которыми это можно осуществить уже и сегодня (например, вымораживание или разделение с помощью пористых мембран, и т. д.).
Возможно, воздух, содержащий углекислоту, после осушки будет соединяться в определенных условиях с газообразным аммиаком. Аммиак, вступая в химическое взаимодействие с углекислотой, образует такое соединение, как углекислый аммоний.
Углекислый аммоний, представляя собой белый кристаллический порошок, легко механически отделяется от газообразных компонентов. Эта операция будет осуществляться в аппаратах типа циклонов или центробежных сепараторов. Воздух, уже не содержащий углекислоты, из циклонов возвратится в атмосферу.
Следующий этап - выделение углекислоты из углекислого аммония.
Последний, как известно, - соединение термически не стойкое, легко разлагается на аммиак и двуокись углерода под действием тепла. Очевидно, будущие химики легко найдут условия, исключающие обратимость реакции, и осуществят разделение этих двух газообразных веществ. В этом случае аммиак снова будет возвращен на повторное использование, а углекислота поступит на дальнейшую переработку.
Уже с этого момента углекислоту следует рассматривать, как потенциальный полупродукт для синтеза нефти. Но для того, чтобы углекислоту превратить в реальное
- МЕЧТЫ, ЗАМЫСЛЫ, ПРОЕКТЫ сырье, ее следует разложить на окись углерода, или «угарный газ», и кислород. Эта реакция может быть осуществлена также при очень больших затратах энергии.
Может быть, превращение углекислоты в окись углерода будет осуществляться в атомных реакторах при высокой температуре (до 5000 С), и в присутствии катализатора. Возможно, что это произойдет в условиях мощного коронирующего разряда или жесткого гамма-излучения.
Несомненно только одно - техника завтрашнего дня обеспечит наиболее рациональные пути для осуществления этой реакции. Полученная смесь окиси углерода и кислорода будет разделена способами, хорошо разработанными уже в наше время.
Чистая окись углерода, и явится той основой, из которой в дальнейшем будет получена «небесная нефть»
Заглянем в прошлое и вспомним историю превращения окиси углерода в нефть.
В период первой мировой войны 1914 года Германия оказалась полностью отрезанной от природных нефтяных источников.
Выход тем не менее был найден.
Немецкие ученые Фишер, и Тропш, опираясь на исследования русского химика-технолога Е. И. Орлова, впервые показавшего в 1908 году возможность синтеза нефтяных углеводородов из окиси углерода и водорода (эта смесь называется водяной газ), создали крупное производство синтетической нефти.
Источником для получения водяного газа явились бурые угли. Сам синтез нефти был осуществлен при контактировании водяного газа при 180° - 200°С, и атмосферном давлении с окисными железно-цинковыми катализаторами.
В течение ряда лет Германия успешно эксплуатировала заводы по производству искусственного жидкого топлива.
Прошли годы, неизмеримо возросла добыча природной нефти. Упали цены на нее.
Искусственная нефть, получаемая по методу Фишера - Тропша, уже не могла конкурировать на рынке с нефтью, поступающей из подземных кладовых.
И постепенно все заводы синтетической нефти были остановлены или использованы для других целей. Процесс Фишера - Тропша потерял свою актуальность. Но его значение неизмеримо возрастет, когда возникнет необходимость переработки окиси углерода. полученной из атмосферной углекислоты, в синтетическую нефть. Таким образом, спустя столетия снова будет возрожден синтез нефтяных углеводородов, но из сырья, добытого необычным путем.
Наличие неограниченных источников сырья - воды, и дешевой электроэнергии - обеспечит получение необходимого для осуществления этого синтеза водорода в ничем не лимитируемых количествах.
Можно думать, что так будет получена первая «небесная нефть» - источник многочисленных химических веществ, столь необходимых для человеческого общества.
