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.

Ну а желанный электрический ток можно было бы получить, если поток мчащейся с огромными скоростями горячей (бывает и холодная!) плазмы пропустить сквозь магнитное поле...

То устройство, о котором мы рассказываем, называется сейчас магнитогидродинамическим генератором, или кратко МГД-генератором. Ни этих слов, ни понятия о плазме, о сложности строения атомов и так далее Фарадей, конечно, не мог знать. И все же — о, прозрение гениев! — он не только заложил основу всей современной энергетики, но и наметил направления будущих научных поисков.

Фарадей пытался гениально просто доказать свою правоту. Нужна плазма? поток ионов? — их даст соленая морская вода, поступающая во время прилива в Темзу (Лондон расположен почти на побережье Северного моря, в эстуарии Темзы). Магнитное поле? — его создаст сам земной шар! Дело оставалось за малым: проверить — пойдет ли гок? Фарадей перекинул провод через один из мостов Темзы. И вот тут-то, как говорится, техника подвела.

Стрелка амперметра не двигалась. Ток возникал, но ничтожно слабый. С помощью тогдашних примитивных приборов зарегистрировать его было невозможно. Мечта о высокоэффективных преобразователях тепловой энергии топлива непосредственно в электрический ток опередила свое время.

Однако опыт на Темзе не давал покоя ученым многих поколений. Фарадей пользовался простейшими подручными средствами, теперь же в распоряжении ученых камеры сгорания, способные извергать мощные сверхзвуковые потоки плазмы, раскаленной до тысяч градусов. Есть и сильные магнитные поля.

Успехи в теплофизике, физике твердого тела, газо- и гидродинамике позволили наконец создать огнеупорные материалы, которые могут работать при звездных температурах и удерживать поток огненной струи и электроды, отбирающие у плазмы электрический ток.

Еще лет пятнадцать назад казалось: на создание МГД-генераторов уйдут многие десятилетия — столь фантастических условий требовало техническое воплощение плазменной энергетики. Однако уже в 1971 году в СССР впервые в мировой практике было завершено создание опытно-промышленной МГД-установки У-25.

И наступил долгожданный вечер, когда электропитание от МГД обеспечило электроэнергией большой район Москвы. Правда, проработала установка всего лишь неделю, но и это был беспрецедентный результат!

Опыт советских исследователей (здесь велики заслуги академиков В. Кириллина и А. Шейндлина) дает возможность уже сейчас перейти к проектированию и созданию МГД-электростанций первого поколения. Они в сравнении с «классическими» энергоустановками позволят поднять КПД с 30 до 50 процентов!

В настоящее время в СССР закончено технико-экономическое обоснование первого промышленного блока с МГД-генератором мощностью 500 мегаватт, предназначенного для Рязанской ГРЭС.

Его выпуск, намеченный на конец 11-й пятилетки, станет днем рождения крупной МГД-энергетики. Она сыграет прогрессивную роль в улучшении топливно-энергетического баланса нашей страны.

Сибирский вариант

Эффективно сжигать канско-ачинский бурый уголь в МГД-генераторах заманчиво. Но где же тут место для химии, точнее, углехимии, а еще более точнее и новее — для энергохимии?

В 1628 году московский воевода Андрей Дубенский привел в урочище Красный Яр триста казаков — так у Енисея, в том месте, где в него втекает своенравная речка Кача, возник острог Красный, прадед современного, почти миллионного Красноярска. В 1978 году, в августе, город торжественно праздновал свой 350-летний юбилей.

Похоже, что в какой-то мере история повторяется: многие ученые-москвичи открывают сейчас Красноярск как новую научную столицу. Среди них и бывший москвич, доктор химических наук С. Губин. Он директор-организатор нового Института химии и химической технологии, он же председатель научного совета «Угли Канско-Ачинского бассейна» (одного из пунктов комплексной суперпрограммы «Сибирь»). Он и один из авторов энергохимического проекта.

Н. Кобозев, о котором мы уже говорили, сжигал метан. Сжигал в двигателе внутреннего сгорания: жечь в нем уголь невозможно. Но это прекрасно умеет делать МГД-генератор! Так будущее углей планеты тесно сплелось с судьбой МГД-установок — детища самых новейших достижений науки и техники.

Сибирским ученым хочется, так сказать, убить сразу трех зайцев: сделать бурые угли не просто топливом, но и ценнейшим химическим сырьем, которое могло бы не просто конкурировать, но и заменить нефть и природный газ. И при этом сберечь природу: создать технологию безотходную, с минимальным потреблением воды и загрязнением атмосферы. Вот тут начинает прорисовываться совершенно новый подход к делу — то, что можно было бы назвать энергохимическим вариантом.

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.

Краткая биография: жил и учился в Москве, работать поехал в новосибирский академгородок, там сделал важные открытия, создал свою научную школу. Но два года назад В. Соколов расстается с Новосибирском и перебирается еще на тысячи километров к востоку — в Красноярск. Вслед за ним отправляются его ученики, коллеги, сподвижники, ибо бескрайние просторы Красноярья с его несметными угольными россыпями — уникальный полигон для невиданных прежде технологий.

Результат работы ученых — новый тип МГД-генерагоров. В принципе его действия Т-слои, узкие локальные зоны в плазме, температура в них очень высока в сравнении со средними температурами плазмы, поэтому здесь велика и электропроводность. Тем самым появляется возможность работы МГД-генераторов на «чистых» продуктах сжигания, без щелочных присадок.

Есть и другие достоинства новой системы — можно получать непосредственно переменный ток, удается значительно понизить среднюю температуру плазмы, значит, и требования, довольно суровые к материалам, из которых должны быть изготовлены части МГД-генераторов.

Да, энергохимическому проекту повезло. Около пятнадцати лет назад, сначала в Москве, затем в Новосибирске, В. Соколов вместе со своими сотрудниками занимался изучением сильного нелинейного взаимодействия плазмы с магнитным полем. Тема считалась тогда экзотической. Однако сейчас результаты исследований становятся основой для более совершенных МГД-устройств, к тому же как бы специально приспособленных для целей энергохимии.

Исследования Т-слоя, его замечательных свойств ведутся в Красноярске в лаборатории нестационарной магнитной газодинамики, которой руководит сподвижник В. Соколова, кандидат физико-математических наук В. Деревянко.

Ученый мир много слышал о действующей модели Т-2, стеклянной трубе, рождающей молнии. Вся она пока умещается в небольшой комнате, где еще совсем недавно была раздевалка студенческой лыжной базы (настоящую лабораторию для В. Соколова и В. Дере-вянко строят неподалеку на территории красноярского академгородка). Молниям В. Соколова уже тесно в лыжной раздевалке. Им нужен бородинский простор и такие гиганты напарники, как ротор-пятитысячник.

Эти эксперименты стоит посмотреть.

На стеклянной двери, которая отгораживает экспериментаторов от установки, надпись: «Здесь нужно, чтоб душа была тверда, здесь страх не должен подавать совета». Слова нелишние: там, за дверью, царство высокого напряжения — 10 киловольт! Если дверь кто-нибудь ненароком, по забывчивости приоткроет, автоблокировка моментально вырубает все приборы.

Сотрудники Деревянко все приготовили. За стеклом видна 800-миллиметровая, наполненная гелием труба. Два оператора, справа и слева от двери, колдуют над приборами. Один стоит за пультом, напоминающим электроорган, где вместо клавишей тумблеры и мудреные, несколько пугающие надписи: «Заряд пушки», «Поджигающее устройство»... Другой оператор, сидя, вглядывается в зеленый глазок осциллографа. Слышна перекличка:

— Приготовились... Даю... раз...

Щелчок магнита — и ярчайшая вспышка света озаряет все вокруг. То полыхает раскаленный гелий. Увы, Т-слой увидеть трудно. Но то, чего не заметит человеческий глаз, разглядит скоростной фоторегистратор. Он зафиксирует мчащуюся со скоростью 5 километров в секунду раскаленную до 10 тысяч градусов ударную волну, пронесшуюся по трубе. Это и есть Т (температурный)-слой, диплом на открытие которого был получен Соколовым и другими исследователями.

Сейчас для ученых очередным шагом является создание демонстрационной модели МГД-генератора. Импульсы с Т-слоем на лабораторных установках они получили. Но нужна серия импульсов, чтобы установка проработала как минимум 100 секунд Это уже будет убедительно. Затем сибиряки начнут думать об опытно-промышленных устройствах, работающих на продуктах сгорания органического топлива...

Да, нешуточные эксперименты предстоит произвести красноярским исследователям, чтобы убедить мир в своей научной правоте. Чтобы перепробовать различные газы, необходимо соорудить собственный плазматрон. А магнит в 3 Тесла, мощностью в 5,6 мегаватта! Эта махина будет весить 150 тонн и занимать объем 4 х 4,5 х 5 кубических метров. На фоне такого колосса МГД-установку будет не так-то просто разглядеть! Сжатые газы надо будет хранить: запахло компрессорной станцией и так далее, и так далее.

Угольное Бородино и Т-слой, ЭТХ-175 и МГД-генератор, экскаватор ЭРШРД-5000 и сверхдальние ЛЭП, несущие сибирский ток в европейскую часть СССР, кластерные катализаторы, позволяющие синтезировать искусственный бензин, гигантские, невиданные угольные разрезы и земные заботы новой столицы угольщиков — Шарыпова... И все это КАТЭК! Советский человек не витязь на распутье: налево пойдешь... направо... Наша наука дает четкие, обоснованные рекомендации практикам: как лучше использовать сказочные богатства Сибири, куда идти, как действовать. В КАТЭКе зримо и явственно проступает, шествует, грядет XXI век Страны Советов.

Уголь для СССР — это не временная кампания, а дело многих десятков, а то и сотен лет. Как бы предвосхищая это, Ленин недаром называл уголь «хлебом промышленности».

И истинное возрождение угля, несомненно, будет неразрывно связано с энергохимией. То, что сейчас значится как один из многих пунктов программы «Сибирь», над которой неустанно работают ученые Сибирского отделения Академии наук.