Атмосфера планеты Земля — можно ли ее вылечить? Оригинальная разработка петрозаводского инженера.
Постановка проблемы
В последние годы температура атмосферы нашей планеты ощутимо повышается, и, пока оппоненты иронически «щурят глаза», процесс потепления проявляет себя все увереннее и сильнее. Многочисленные рекорды максимумов температур бьются повсеместно. Ледники в горах и в полярных зонах уменьшают свои площади и размеры. Тает Антарктида, изменения видны даже неспециалисту на спутниковых снимках в Google.
Человечество в своей деятельности стало фактором самоподавления своего развития. Причина известна – углекислый газ от сгорания нефти и газа, накапливающийся в атмосфере, имеет специфическую характеристику теплоемкости в зоне концентраций температур и давлений, что приводит к появлению целого ряда крайне неприятных свойств. Кроме пресловутого «парникового эффекта», устойчивость атмосферных процессов резко снизилась. Из-за этого все сильнее и внезапнее возникают ураганы, бури, торнадо, смерчи и прочие катастрофические проявления атмосферной деятельности. Растут пустыни. Половина Африки и существенная часть Азии находится в зоне многолетних засух. Но и это еще не все. Самую большую беду, которая нас ждет в ближайшем будущем, если все оставить так, как есть, принесет отсутствие у растений биологических ограничителей на потребление углекислоты из воздуха (даже если ее концентрация достигает нескольких процентов). Это означает, что воздух атмосферы будет недогрет, т.к. энергия нагрева Солнца будет расходоваться на рост биомассы. Мировые балансы распределения тепла неизбежно сместятся в сторону охлаждения. Атмосферные катастрофы станут повсеместными, а внезапные смены погоды превратятся в обыденность.
Несмотря на глобальность и мрачность открывшейся перспективы, можно предложить альтернативу. Чтобы показать ее (а именно это является целью данной публикации), проведем анализ планетарного устройства и предложим решения. И, хотя решения только на первый взгляд кажутся простыми, человечеству необходимо внедрить их, чтобы выживать и продолжать развитие.
Небольшой экскурс в географию и климатологию для тех, кто их уже подзабыл. Наша планета устроена как большой атмосферный вентилятор, который вращаясь, заставляет перемещаться влажный воздух океанов вверх и далее к полюсам.
Рис.1 Поясняющий, как двигается воздух от вращения Земли.
Там, где пассаты встречают горы, за горами обычно образуется пустыня. Классический пример – Тибет и пустыня Гоби (рис.2), эти же факторы действуют и на тех площадях материков, которые находятся в экваториальной области.
Рис.2 Так Гоби выглядит на самом деле.
В этой зоне наблюдается переувлажнение, в материковых районах же северного и южного тропиков мы обязательно увидим пустыню. Если вы посмотрите на глобус, то увидите, что в этих районах в настоящее время пустыни опоясывают кольцом все материки. Основная причина их образования – сухой подогретый воздух, пришедший с высоких широт материков, ведь воды из зоны тропиков, изливаются преимущественно на высокие, средние широты и полюса. Явление водного дефицита в зоне тропиков на протяженных материках для нас теперь понятно.
Такому положению вещей системный анализ противопоставляет создание технологий, способных производить пресную воду из общедоступной воды Мирового океана и морей именно в тех местах, где это необходимо. В настоящий момент пресную воду можно производить различными экономически оправданными способами. Известны технологии с применением мембран, нанотрубок и т.д.
Автором разработан несколько иной способ производства пресной воды. Т.к. основным критерием при производстве воды является энергия и ее стоимость, то главным элементом системы является такой элемент, который используя воду, одновременно и опресняет ее, и вырабатывает технически удобную и, главное, дешевую энергию. Причем часть энергии используется для получения пресной воды, ее транспортирование потребителям, часть используется для энергопотребления при производстве, а еще часть аккумулируется в виде энергоносителей, например, метана или нефтепродуктов, используется для энергетических и транспортных целей, а также (и это принципиально!) закачивается обратно в подземные пласты.
Возникает вопрос: а что же это за элемент, обладающий такими фантастическими возможностями? Ответ известен – простейшие водоросли. После проведения ряда модельных расчетов технологии выращивания, получены неожиданные, даже можно сказать, слегка сенсационные, результаты. Оказалось, что при правильно организованном цикле выращивания, на 1 м3 опресненной воды, вырастает около 560 кг водорослей в пересчете на сухую массу. Если привести ее к производительности 1 секунда, то мощность, которая при этом будет выделяться, равна около 25 Гигаватт (!). Это аккумулированная энергия Солнца, и берется она из среды, в которой водоросли живут – из воды. Для обеспечения такой мощности требуется площадь водной акватории около 8 га.
Схема работы такой установки показана на рис.3. В самом простом виде она состоит из биологического реактора, в котором выращиваются водоросли. В процессе работы такого биореактора происходит «выпивание» солей из воды размножающимися микроводорослями. Потом остается отделить водоросли от воды и сжечь их, а получаемую энергию утилизировать в электрическую.
Рис.3 Схема опреснения воды и получения тепловой энергии.
Сведущий человек поймет, что для обеспечения циклов использования энергии, перечисленных в предыдущем абзаце, получаемого количества более чем достаточно. Более того, возможно создание таких технологий опреснения, с использованием тепловых насосов, что энергетические затраты на опреснение 1 м3 воды, составят 12…15 кВтчасов. Их преимущество в дешевизне получаемой энергии и сопутствующих материалов, т.к. не требуется ни мембран, ни нанотрубок. Таким образом, источник воды и энергии найден – Солнце. А подавать эту воду надо в такие места, где наиболее сухой воздух, т.е. в пустыни.
Конечно же, писатель Андрей Платонов уже представил виртуально в своих произведениях предполагаемый в его время способ восстановления пустынь, но наука эта сложная и требует компетентных специалистов; роста общей агрокультуры, развития агрохимии, агробиологии, почвоведения, климатологии, энергетики, термодинамики и многих других наук. Ведь, даже просто для того, чтобы подавать воду в пустынные поля, необходимо разработать весьма необычные поливочные аппараты. А поле в пустыне необходимо строить, т.к. это биогидротехнологическое сооружение.
Проделанные модельные расчеты показывают, что правильно организованные места утилизации энергоносителей, приведут к тому, что области высокой концентрации углекислоты (районы мегаполисов и промышленных центров) смогут быть очищены за счет этих технологий. А избыток углекислоты на планете, накопленный примерно за 200 лет, как показывает расчет, будет удален из атмосферы за 180-220 лет эксплуатации этой технологии и снова превратится в газ метан и нефть.
Общий вывод: альтернатива существующему порядку вещей есть, и ситуация требует планомерных и достаточно мощных действий по ее исправлению. Ведь катастрофу можно не только предотвратить, но даже обратить вред в пользу и улучшить климат планеты, сделав его управляемым. Только это будет уже второй этап программы действий.
Об авторе. Анатолий Анатольевич Борматов – инженер-механик, окончивший в 1986 году лесоинженерный факультет ПГУ. Работал технологом, конструктором на ряде предприятий Петрозаводска, вел научную работу в научно-исследовательском секторе ПГУ.
В 2004 году основал и работает в ООО «Батика». В настоящее время директор этого предприятия.
Область профессиональных и научных интересов – инженерная экология, свое представление об инженерной экологии как науке показал в статьях «Мир разумных людей или что это такое инженерная экология?», «Атмосфера планеты Земля – можно ли ее вылечить? Постановка проблемы».
В настоящее время работает над разработкой оборудования и устройств, осуществляющих технологии, основанные на принципах инженерной экологии. Степеней и научных званий не имеет. Изобретатель, работает над патентом. Будет еще ряд патентуемых решений.