Дело в химии. Как все устроено? - Джузеппе Алончи
Озон, упомянутый уже ранее, является не менее агрессивным для природы веществом, и его присутствие в атмосфере городов непосредственно привязано к концентрации NOx. Его молекула имеет особенности – она похожа на кислород, которым мы дышим. Единственная разница между молекулами кислорода и озона состоит в лишнем атоме кислорода: в первой их два (O2), а во второй – три (O3). Кажется, какая ерунда, однако эта разница имеет огромное значение. Озон очень легко вступает в реакции и, хотя его присутствие очень важно в верхних слоях атмосферы, где он служит защитой от опасного ультрафиолетового излучения, в нижних слоях атмосферы он очень токсичен. Он образуется во время различных энергоемких явлений, вроде ударов молний, а также при попадании солнечного света на смесь оксидов азота и кислорода – при поддержке со стороны другой группы загрязнителей природы, летучих органических соединений. Его содержание в городской атмосфере может достигать опасных величин и воздействовать не только на дыхательную систему, но и на иммунную и репродуктивную.
Неполное сжигание углеводородов, из которых состоит топливо, вызвано тем, что кислорода иногда недостаточно для превращения их в углекислый газ, и приводит к тому, что образуется монооксид углерода (CO), чрезвычайно токсичный, ядовитый угарный газ. Озон и оксиды азота – вонючие, вызывают раздражение; а оксид углерода не имеет ни цвета, ни запаха, ни вкуса, но намного опаснее. Согласно данным Министерства здравоохранения Италии, ежегодно около пятисот итальянцев умирают от отравления угарным гадом, две трети из них – самоубийства[27]. Оксид углерода обладает способностью связывать гемоглобин, белок, входящий в состав красных кровяных телец, участвующих в переносе кислорода. Он связывает его мощно и практически необратимо, дезактивируя эритроциты и делая их неспособными выполнять свои функции. Связь СО и гемоглобина в триста раз мощнее, чем его связь с кислородом, поэтому после того, как гемоглобин вступает во взаимодействие с СО, отделить его невозможно. Результатом становится медленная и необратимая, но безболезненная асфиксия. Каждую зиму сотни людей погибают во сне, отравленные этим газом в результате неисправности старых отопительных систем, газовых плит, каминов и других отопительных приборов, не соответствующих нормам. Когда вы курите сигарету, вы тоже вдыхаете небольшое, но заметное количество оксида углерода, и он связывает ваш гемоглобин. Именно поэтому курильщики быстрее утомляются и обладают сниженной дыхательной способностью. Даже бросив курить, они не могут быть уверены еще долгие месяцы и даже годы, что у них больше нет оксида углерода в крови…
Катализатор (каталитический конвертер) позволяет значительно снизить количество вредных веществ, выделяемых двигателем в виде выхлопных газов. Слово «каталитический» должно вам напомнить этот же термин, который мы уже использовали в предыдущей главе. Мы уже отметили, что некоторые химические реакции текут слишком медленно, чтобы приводить к результатам, однако при использовании катализатора, пусть и присутствующего в микроскопических количествах, они ускоряются. Автомобильный катализатор представляет собой решетку с очень узкими отверстиями-каналами, сквозь которые проходит автомобильный выхлоп, насыщенный угарным газом, оксидами азота и остатками несгоревшего топлива. Каналы покрыты изнутри смесью составов, ускоряющих три разных процесса:
• окисление угарного газа до углекислого газа;
• окисление несгоревших углеводородов до воды и углекислого газа;
• разложение оксидов азота на молекулярный азот и кислород.
Платина, родий, палладий, церий – это лишь некоторые из множества редких металлов, используемых в самых различных моделях конверторов и превращающих их буквально в «драгоценность». Эти металлы встречаются на нашей планете в очень небольших количествах, их довольно сложно добывать; к счастью, когда у катализатора истекает срок годности, его можно переработать практически целиком. Благодаря катализатору и сложной системе сенсорных датчиков, которые позволяют двигателю потреблять идеальную порцию воздуха для сгорания топлива, современные двигатели гораздо меньше загрязняют окружающую среду и работают намного эффективнее, чем всего несколько лет назад.
Но, несмотря на изменения и улучшения, которые мы внедряем, мы сознаем, что это только полумеры, приносящие пользу лишь на местном уровне, позволяя избегать вдыхания значительных количеств токсичных веществ и сэкономить немного на топливе; тем не менее они не решают серьезную проблему выбросов и не отменяют тот факт, что запасы ископаемого топлива не бесконечны. Главная задача – не столько улучшить то, что мы имеем, сколько сделать возможной новую парадигму, которая позволит снять зависимость от нефтяных скважин. Что делать?
Одной из возможностей могло бы стать изобретение каких-нибудь способов создания искусственного топлива, исключив скважины и добычу. Этот подход является новым не столько с экологической точки зрения, поскольку при нем продолжается сжигание углеводородов, но прежде всего с геополитической. Ученые из самых разных стран доказали это уже много лет назад, еще во времена нацистской Германии. Самой известной технологией является процесс Фишера – Тропша, разработанный в 20-х годах прошлого века и названный в честь двух немецких физиков Франца Фишера и Ханса Тропша: они запатентовали реакцию, работая исследователями в Институте Кайзера Вильгельма в Берлине. С помощью этой методики можно превратить в жидкое топливо газообразную смесь окиси углерода и водорода, полученную благодаря технике газификации пород, богатых углеродом, – ископаемого угля, битуминозных песков или биомассы, извлекающей из них водород, CO и CO2. После удаления углекислого газа смесь CO и H2 вступает в реакцию при температуре 200 °C и давлении в пять атмосфер в присутствии катализатора – как правило, соединений кобальта.
В Германии всегда было много месторождений угля, но практически нет нефти, поэтому нацистский режим активно инвестировал в эту и подобные ей технологии, чтобы обрести независимость от поставок нефти. После войны технология, основанная на процессе Фишера – Тропша, быстро была внедрена в США и в усовершенствованном и осовремененном виде распространилась по всему миру, добравшись до ЮАР. Там в 50-х годах была создана компания Sasol, которая начала коммерциализацию синтетического топлива. Она работает и сегодня и является крупнейшим мировым производителем.
Несмотря на то
