Топливо вокруг нас

Наше дыхание может спасти человечество от энергокризиса

Для современной энергетики важнейшим химическим элементом остается углерод: именно сжигание его соединений (углеводородов или каменного угля -- углерода в чистом виде) дает человечеству большую часть энергии. Однако запасы ископаемого топлива, увы, не бесконечны: рано или поздно мы, видимо, выкачаем всю нефть и весь газ, извлечем все угольные пласты и разработаем все залежи торфа и сланцев. Ученые и энергетики надеются, что к тому времени люди научатся получать тепло и электричество каким-то иным способом, однако пока серьезных прорывов в этой области не видно. Атомная энергетика опасна, потенциал ГЭС ограничен, а солнечные, ветряные, приливные и прочие геотермальные электростанции пока выглядят лишь паллиативами, но не лекарствами от энергокризиса.

Однако непосредственно рядом с нами, вокруг нас и даже внутри нас есть гигантские «месторождения» соединений углерода, где этого элемента куда больше, чем во всех Самотлорах и Кузбассах планеты вместе взятых. Более того, мы сами ежедневно, хотим мы того или не хотим, пополняем запасы этих естественных месторождений. Речь идет о банальном углекислом газе, которого в воздухе, которым мы дышим, просто завались. CO2 составляет всего 0,046% от всей массы атмосферы Земли, но весь воздух, которым окутана наша планета, весит не менее 5,1x10 в 15-й степени тонн. И, как нетрудно подсчитать, даже те доли процента, которые составляет этот оксид углерода, тянут на 2346 млрд тонн. Правда, углерода в этой гигантской массе меньше трети, большая часть веса приходится на кислород.

Но включить углекислый газ в энергетические процессы крайне сложно: он не горит, не окисляется и вообще является крайне стабильной молекулой. Химики, конечно, могут разложить и двуокись углерода, но проблема в том, что на это обычно требуется куда больше энергии, чем можно получить при сжигании полученного в результате топлива. В результате углекислый газ висит в воздухе мертвым грузом и для человека практически бесполезен (а то и вреден -- именно CO2 винят в создании парникового эффекта, приводящего к потеплению климата Земли). Оксид углерода приспособились использовать лишь растения, но механизмы фотосинтеза вряд ли могут чем-то помочь в решении энергетических проблем рода людского.

Тем не менее есть ученые, которые не оставляют стараний впрячь углекислый газ в энергетическую упряжку. Команда итальянских химиков из университета Мессины на деньги Евросоюза пытается создать установку, способную превращать CO2 в горючие соединения углерода за счет энергии Солнца. Технологическая схема выглядит достаточно сложной и пока не слишком продуктивной, но итальянцы не теряют надежды. «Конверсия углекислого газа в топливо -- это не мечта, а эффективная возможность, которая требует дальнейшего изучения», -- цитирует руководителя исследовательской группы Габриэле Ченти журнал New Scientist.

Для работы подобной установки необходим солнечный свет как источник энергии, обычная вода, а также катализаторы химических процессов -- платина и палладий в углеродных нанотрубках, а также тонкая пленка диоксида титана (TiO2). На свету в присутствии диоксида титана вода разлагается на кислород (своеобразный отход производства) и водород, который тоже разделяется на протоны и электроны. Специальная мембрана отсекает протоны, которые в присутствии благородных металлов соединяются с углекислым газом, образуя короткие углеводородные цепочки. Отсюда до настоящего топлива уже один-два несложных шага, хорошо известных всем химикам-технологам.

Процесс, предложенный итальянцами, весьма сложен, явно требует недюжинных инженерных ухищрений и не отличается продуктивностью, поскольку способен превратить в углеводороды едва ли процент от поступающего углекислого газа. Впрочем, Ченти считает, что пока исследователи находятся лишь в начале пути: по его словам, подобная установка может быть построена в течение десяти ближайших лет (возможно, что он даже чересчур оптимистичен в своих оценках). Не исключено, что при упорной работе и, что не менее важно, при столь же упорном финансировании химикам удастся к середине следующего десятилетия довести свою идею до стадии если не промышленного, то хотя бы опытного производства.

Есть, впрочем, у проекта и один явный минус: как ни крути, а эта схема работает только днем и только в ясную погоду, а нет солнца -- нет и фотокатализа воды. А в большинстве мест нашей планеты небо регулярно заволакивают облака, не говоря уж о том, что в традиционно энергодефицитных районах Крайнего Севера и крайнего юга случается полярная ночь. Кстати, эти причуды нашей планеты затрудняют и развитие солнечной энергетики: найти место на земле, где подобные электростанции могли бы стабильно работать в течение всего года, крайне трудно. Команде Габриэле Ченти в случае успеха придется столкнуться с аналогичными проблемами.

Владимир ДЗАГУТО