В центре технологической схемы, которую они разрабатывают, уже знакомый нам МГД-генератор. Есть тут и узел подготовки бурого угля, и узел химической его переработки. Соль, изюминка энергохимического проекта в том, что бурый уголь будет сжигаться не до конца, не до обычной углекислоты, а будет превращен в окись углерода.
Вот она — основная «валюта» процесса, его, если можно так выразиться, разменная монета. Окись углерода и есть то вещество, которое одновременно является и прекрасным топливом, и сырьем для химии.
Хитрость тут та, что в МГД-генератор будет подаваться вовсе не уголь, а все та же окись углерода. При сжигании ее, как и полагается согласно химическим законам, будет вырабатываться углекислый газ. Он в раскаленном, плазменном состоянии в МГД-преобразователях и станет источником электроэнергии.
Но это еще не конец процесса. Вырвавшаяся из сопла струя отработавшего углекислого газа несет в себе огромный запас энергии. Эта раскаленная струя поступит в специальный реактор, где будет находиться мелкоизмельченный бурый уголь. Здесь произойдет химическая реакция: уголь, соединяясь с углекислым газом, образует окись углерода.
Вот теперь-то наконец можно говорить о цикле. Мы сожгли одну молекулу окиси углерода, а получили, оказывается, две! Одну можно вновь направить в цикл с МГД-геиератором, а другая станет основой для дальнейших химических превращений.
Согласно известному каталитическому процессу Фишера—Тропша при соединении с водородом окись углерода способна дать всю гамму необходимых химии углеводородов. Весь спектр тех углеводородов, которые ныне только по традиции связывают с нефтехимией. Можно, например, вырабатывать бензины, этилен, полиэтилен, ацетилен, метанол и так далее — разнообразнейшее сырье для химической промышленности.
Итак, энергия плюс химия — энергохимия. Что это дает? Очень многое.
В этой схеме практически нет воды, следовательно, нет и теплового загрязнения сибирских рек. Отсутствуют выбросы окислов азота и других вредных газов и пыли в атмосферу. Нет традиционной высокой трубы ГРЭС, из которой дни и ночи валит дым. Количество выделяющегося углекислого газа, по оценкам, составит лишь 10 процентов от того, что выбрасывают при обычном сжигании угля.
Энергохимической проект в идеале характеризует замкнутость веществ и энергии; возможность легко перестраивать комплекс и в сторону преимущественного производства электроэнергии, и при необходимости в сторону преимущественного получения химических продуктов; значительное увеличение КПД энергетической части (до 45—55 процентов) и всего производства в целом; уменьшение удельной капиталоемкости и металлоемкости за счет перехода на более высокие давления и температуры процессов, сокращения многих промежуточных стадий, дублирующих друг друга в отдельно взятых энергетических и химических производствах.
В проект «Энергохимия» входит комплекс теплиц, где под действием искусственного света, углекислого газа и тепла водяного пара на специальных почвах (на основе гуматов бурого угля) скоростным индустриальным методом будут выращивать хорошие урожаи.
Да, это будет экологически чистое предприятие, но... Как часто это междометие встает на пути — мешает реализации столь заманчивых проектов!
У действующего сейчас первого поколения МГД-генераторов есть одно слабое место: даже при 3000 градусов (на поверхности Солнца температура всего в два раза выше!) электропроводность плазмы еще низка, в ней мало свободных электронов, и, значит, будет недостаточно велик и генерируемый ток. Поднять же температуру плазмы, чтобы увеличить электропроводность (необходимы десятки тысяч градусов!), трудно, да и никакой материал не выдержит подобных условий.
Обычно для искусственного поднятия электропроводности в раскаленный газ «впрыскивают» присадки — легкоионизирующиеся вещества: пары щелочных металлов — калия, цезия... Электроводность повышается, но зато появляются новые заботы.
Присадки очень агрессивны: все разъедают на своем пути, кроме того, попадая в воздух с отработанными газами, они загрязняют атмосферу. Затем, присадки дороги: и выбрасывать просто так каждую секунду сотни граммов ценного вещества очень накладно. Очистка? Но это означает принудительное охлаждение отработанной плазмы, а она бы еще могла потрудиться...
Молнии Соколова
Энергохимия явственно распадается на энергетическую и химическую части. О химической мы уже говорили, перейдем к энергетической. В ней вся трудность: как быть с присадками?
Ректор Красноярского государственного университета, доктор физико-математических наук В. Соколов, как и С. Губин, тоже автор сибирской энергохимии. Энергохимическому проекту крупно повезло. В 1969 году группа советских математиков (среди них академики А. Тихонов и А. Самарский) и физиков получила диплом на открытие. Оно давало путь второму поколению МГД-генераторов: с так называемым Т-слоем. Системам, которые могли бы действовать без досадных присадок.
История открытия Т-слоя удивительна, и хотя бы вкратце ее стоит рассказать.
Вначале о новом инструменте научного познания, о так называемом «вычислительном эксперименте». Странное словосочетание! Казалось бы, эксперимент — это удел физиков (если говорить, как в нашей повести, о плазме), а вычисления, расчеты должны числиться по ведомству математиков.
Рассуждая прямолинейно, можно ту же мысль выразить и по-иному: эксперимент обычно проводят тогда, когда сложное физическое явление не поддается расчету. А уж если расчет возможен, то тут эксперимент вроде бы становится лишним.
Однако подобный ход мысли уязвим. Теперь физики часто имеют дело со столь сложными объектами нелинейной природы, что отдельно взятые ни расчет, ни эксперимент не помогают. Выразимся более определенно. Очень часто оказывается, что натурный эксперимент невыполним, настолько он сложен, дорог и рискован, а существующие методы расчета не в состоянии описать явление с необходимой точностью. (Увы! То «золотое время», когда можно было обойтись сравнительно несложным математическим аппаратом и получить ответ «на пальцах», проходит, если не прошло!)
Именно так обстояло дело во времена, когда человек начинал овладевать ядерной энергией. Эксперименты с ядерным горючим таили в себе риск катастрофического взрыва, а классическая математика обнаружила свое бессилие в решении возникших проблем. Вот тогда-то, видимо впервые, и выручил новый подход к делу — вычислительный эксперимент.
Но вернемся к нашей истории.
В государственном реестре Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР под номером 55 с приоритетом от 10 ноября 1965 года значится открытие нового физического эффекта — Т-слоя. Он также был открыт с помощью вычислительного эксперимента. Тут, кроме математиков (из Института прикладной математики АН СССР) и физиков (из Института теоретической и прикладной механики Сибирского отделения АН СССР), полноправным соавтором открытия выступила и ЭВМ.
Ситуация была спорной, необычной, даже сомнительной. Шутка ли, сугубо физический (плазма!) эффект открыт... математиками! Это породило борьбу мнений, вызвало недоверие со стороны некоторых ученых-физиков, занимающихся исследованием плазмы.
Надо отдать должное Комитету по делам изобретений и открытий. Он проявил тогда определенную смелость, создав прецедент и впервые в своей практике признав открытием чисто теоретическую работу.
Между тем, получив от математиков точное описание нового эффекта, физики взялись (теперь это было делом уже более легким) обнаружить Т-слой экспериментально. И поиск сравнительно быстро (ЭВМ доказала существование Т-слоя в 1968 году, а публикация физиков появилась в 1973-м) привел к успеху. Сразу три (!) различных научных коллектива — в Москве, Новосибирске и Сухуми — независимо друг от друга на разных установках зарегистрировали этот эффект.
Одним из авторов открытия, и теоретического на ЭВМ (в 1968 году он был еще кандидатом наук), и экспериментального (в Новосибирске), был профессор В. Соколов. С этим человеком стоит познакомиться поближе.