 |
|
Розвиток біотехнологій у металургії та енергетиці на рубежі XX - XXI ст.
Бiотехнологiя, продукти мiкробiологiчного синтезу i
ферментативнi процеси перетворення речовин несуть у собi багато
нового i часто несподiваного не тiльки в сiльському господарстві i
медицині. Бiльш ясно викреслюються можливостi їх використання
навiть у таких галузях, як металургiя i енергетика.
«Професiї» мiкробiв-металургiв рiзнi. Так, за допомогою
бактерiй можна вилучати миш’як з олов’яно-мiдно-миш’якових
концентратiв, роздiляти мiдно-цинковi та деякi iншi концентрати,
видiляти золото з арсенопiриту i навiть видобувати уран з морської
води. У вчених є думки щодо створення автоматизованих рудникiв та
iнших пiдприємств по видобутку, збагаченню i роздiлу кольорових i
рiдкісних металiв на основi бiотехнологiї без участi людей у
технологiчному процесi. В деяких країнах зарубiжжя вже успiшно
використовують мiкробiологiчнi способи витягнення кольорових i
рiдкісних металiв з бiдних руд.
Розвиток цивiлiзацiї, виробництво синтетичних продуктів
харчування вимагають все бiльше i бiльше енергiї. Тут є серйозна
небезпечнiсть, яку треба мати на увазi. Справа в тому, що бiля
половини енергiї, що виробляється енергетичними установками,
губиться у виглядi тепла. Великі мiста середньої європейської зони за
рахунок цього «теплiшi» оточуючої їх мiсцевостi на 2−3о С. Це
рiвнозначно тому, що їх перемiстили на Пiвдень на одну широту.
Нафта i горючi гази продовжують вiдiгравати велику роль у
сучасному технiчному прогресi. З нафти одержують бiля 700 рiзних
продуктiв. I це не вичерпує усiх її можливостей. Нафта i газ поки що
найбiльш динамiчнi джерела енергiї. Труднощi полягають не тiльки в
ускладненнi їх видобутку, але i у виснаженнi запасiв. Це
загальносвiтова проблема. Ведуться серйознi науковi пошуки для
успiшного її розв’язання в багатьох країнах свiту. 3 цiєю метою увага
вчених привернута до практичного використання мiкробiологiчних
методiв i вирiшення _______глобальних проблем енргетики. На першому
етапi це означає одержання традицiйними методами ферментацiї
висококалорiйних палив − етилового спирту, метану, водню з
природно вiдтворюваних ресурсiв, що мiстять целюлозну i
крахмальну сировину − деревина, зерно кукурудзи, вiдходи
переробки сiльськогосподарської сировини i гною. На другому етапi
передбачається перейти на трансформацiю сонячної енергiї
мiкробiологiчними системами каталiзу.
У Бразилiї, США для автомобiльного палива використовують
газохол − сумiш бензину i 10−20 % етилового спирту. Його
виробляють, в основному, з крохмалю кукурудзяного зерна. З цiєю
метою у США мають намiр створити енергетичнi плантацiї. На них
за скороченим циклом будуть вирощувати для бiохiмiчної переробки
в етанол дерева пород, якi швидко ростуть.
Багато наукових установ свiту вже працюють над створенням
культур мiкроорганiзмiв, методiв i апаратiв для використання енергiї
Сонця. За її допомогою передбачається видiляти водень з води i на
його основi одержувати електричну енергiю у бiологiчних паливних
елементах. Це в повному розумiннi слова мiкробiологiчна,
бiотехнологiчна сонячна енергетика − енергетика безмашинна.
Лабораторнi моделi бiологiчних паливних елементiв уже дiють.
У майбутньому мiкробiологiчнi конвертори, імовiрно, стануть
важливим ланцюгом замкнутих систем життєзабезпечення для
космiчних кораблiв пiд час тривалих мiжпланетних перельотiв. У
таких системах асоцiацiї культур мiкроводоростей, бактерiй i грибiв
будуть утилiзувати вуглекислоту i органiчнi «вiдходи
життєдіяльності» (можливо i тварин). Вони перетворять їх у бiлково-
вiтамiннi вуглецевi речовини. Останнi i складуть частину харчового
рацiону екiпажу. Крiм того, цi асоцiацiї мiкробiв разом з рослинами,
що будуть культивуватись на борту корабля, зможуть забезпечувати
екiпаж киснем для дихання. Корисними стануть i бiологiчнi паливнi
елементи гяјj.я_як додаткове джерело до сонячних батарей електроенергiї
для живлення різних приладiв i агрегатiв космiчного корабля.
На альтернативні джерела сьогодні покладають надії
енергетики, екологи, економісти, державні діячі. В останнє
десятиліття ХХ ст. проблема набула ширшого використання таких
джерел, стала ключовою ланкою у перегляді енергетичної політики.
Нагадаємо, що енергетичний сектор займає четверту частину всіх
витрат людства.
В Україні, наприклад, з усіх видів відновлюваних джерел
енергії (сонячної, вітрової, геотермальної, біомаси),
найперспективнішою є вітрова енергетика. Сьогодні над спектром
різних проблем вітроенергетики працюють Інститут електродинаміки
НАН України, АТ «Енергопроект», конструкторське бюро
«Південне» та інші установи.
У Національному технічному університеті «Харківський
політехнічний інститут» під керівництвом професора Б.Т.Бойка
ведуться серйозні дослідження в галузі виробництва та експлуатації
геліоенергетичного устаткування. Тут налагоджена плідна
співпроаця в цьому напрямку з науковцями Німеччини. Межі цієї
співпраці розширюються з метою створення сумісних підприємств по
виробництву для України сучасних пристроїв з використання
сонячної енергії в побуті, промисловості та сільському господарстві
для одержання гарячої води і електрики. Тут є намір підготувати для
уряду України проект науково-технічної програми з розвитку
геліоенергетики країни.
Відзначимо, що в десяти країнах Європи, а також у США та
Японії вже більше тридцяти фірм випускають вітроенергетичні
установки номінальною потужністью від 10 до 100 кВт, які
працюють з постійною і змінною швидкостями обертання
вітроколеса. Сьогодні в Україні є досвід створення вітросилової
установки потужністю 600 кВт.
Але ще на початку 30−х років у Харкові Юрій Кондратюк
(Сергій Шаргей) на замовлення радянського уряду організував
невеличкий творчий колектив, який за неймовірно короткий термін у
Харкові створив дерзновенний проект вітроелектростанції
потужністю 12 тис. кВт. Вона мала бути побудована в Криму на горі
Ай−Петрі. Спеціальні автоматичні пристрої повинні були повертати
башту в напрямку вітру залежно від його напрямку, підтримуючи
частоту електроструму, що виробляється, і його синхронизацію зі
струмом промислової мережі, гасити коливання башти від поривів
вітру.
Декілька відомостей про шляхи можливого розвитку
енергетики, що не пов′язані з біотехнологією. Дослiдження
електромагнiтної iндукцiї, що проведене Фарадеєм ще на початку
ХІХ ст., наштовхнуло вчених на думку про використання в
електрогенераторах провiдної рiдини. До тих пiр поки потреби
промисловостi задовольнялись генераторами з твердими металевими
провiдниками, увага цiй iдеї не придiлялась з причин недостатнього
рiвня технiчної бази. Пропозицiї по створенню пристроїв, що
працюють на провiднiй рiдинi, так званих магнiто-гiдродинамiчних
генераторiв (МГД), у патентнiй лiтературi з’явились у 1910 р.
Корпорацiєю Вестiнгауз вперше в 1941−1946 рр. був створений
складний МГД-генератор. Провiдною рiдиною в ньому став гарячий
iонiзований газ.
Принцип дiї МГД−генератора полягає в тому, що
електропровiдний газ продувається через канал поперек магнiтного
поля. Струм, що наведений у газi, виходить на зовнiшнє
навантаження через електроди, якi мiстяться в стiнцi каналу.
Передумовою невдалого експерименту була невизваченiсть
фiзичного уявлення про процеси у гарячому газi, що протiкає у
магнiтному полi. Фiзичнi дослiдження на початку 50−х років
обумовили бурхливий розвиток досліджень МГД−методу. На
прикладi вестiнгаузcького експерименту стало зрозумiло, що
МГД−генератор є тепловою машиною, яка дає на виходi не
механiчну, а електричну потужнiсть. Цей генератор об’єднує функцiї
турбiни i звичайного роторного електрогенератора. Для створення
необхiдної провiдностi потрiбна така висока температура газу, при
якiй iонiзується помiтна кiлькiсть _______атомiв.
Ця ідея була підхоплена і в СРСР. На дослідження проблем з
МГД−генераторами витрачено було не менше коштів, ніж на
космічну програму. Але результатів не досягнуто. Тому невипадково
прогнозування захiдних спецiалiстiв у областi економiчної
рентабельностi МГД−генераторів поки що дуже обережнi. До кiнця
двадцятого столiття вони не стали конкурентами електростанцiям. До
цього ж перiоду на стадiї експериментiв у лабораторiях залишилось
термоелектричне i термоiонне виробництво електроенергiї.
Передбачалось і те, що водень, як джерело енергiї, стане технiчною
можливiстю до 2000 р.
Не виключено, що електроніка великих потужностей відкриє
можливості для передачі електричного струму спрямованим у
простір пучком без усяких хвильоводів, подібних радіохвилям (у
фантастичних романах це можна знайти). Тоді можна буде
безперервно живити електричною енергією супутники і космічні
станції, не загромаджуючи їх складною апаратурою автономного
енергозабезпечення. Лазери, як вже доведено, є першим кроком до
реалізації такої наукової думки.
Видобуток урану для потреб енергетики з морської води
принципово можливий. Але це є дуже дорогий спосіб. Найбiльш
реальними i практично здiйсненими є новi розробки в галузi
енергетики − це створення паливних елементiв i
паротурбогенераторiв потужнiстю понад два мiльйони кiловат.
Гелiоенергетика може стати економiчно рентабельною вже
найближчим часом. Технiчна можливiсть використання
температурного градiєнта води морiв i океанiв майже реалiзована.
Але широке використання цього способу можливе тiльки у другiй
половинi двадцять першого столiття.
Ні з чим не порівняні можливості у задоволенні людства
енергією відкриються тоді, коли вчені оволодіють управлінням
термоядерною реакцією. Проблема полягає в тому, що при такій
реакції виділяється величезна кількість тепла, а температура в її зоні
досягає сотень мільйонів градусів. Зрозуміло, що стінки
«термоядерної топки» миттєво можуть перетворитися на пару. Один
з шляхів розв’язання цієї проблеми запропонували фізики. Вони
висунули принцип магнітної ізоляції, що зменшує тепловіддачу
стінкам «топки» і забезпечує здійснення реакції. Потужним
імпульсом струму вдалось на мить нагріти речовину до температур,
що недостатні для початку термоядерної реакції. Це дало можливість
перевірити основні принципи магнітної ізоляції. Питання про
здійснення безперервної термоядерної реакції, якою можна
управляти, поки що не вирішене. Але у ХХІ ст., як запевняють вчені,
це стане реальним.__