До сих пор речь шла об энергетическом использовании водорода. Между тем крупнейшим его потребителем ныне и в перспективе будет химическая промышленность. Он широко применяется в процессах производства метанола, аммиака, спиртов, соляной кислоты, альдегидов, кетонов и т. д. Большие объемы водорода используются в нефтехимической промышленности в процессах гидрокрекинга, гидроочистки, каталитического риформинга, а также в процессах нефтехимического синтеза.
Все шире применяются методы прямого восстановления железа из руды водородом. Сегодня они еще не выдерживают экономического соревнования с домнами и конверторами по производству этого металла. Но по мере удорожания кокса и ужесточения норм на загрязняющие среду выбросы при одновременном развитии новых способов получения водорода прямое восстановление железа станет доминировать в черной металлургии.
Впрочем, частично этот метод уже давно освоен американскими компаниями «Ю. С. Стил» и «Армко», мексиканской «Охалата и Ламина», сообщившей, в частности, об уменьшении капитальных затрат и увеличении производительности домен с водородосодержащим дутьем. Непривычное пока выражение «чистая чугунолитейка» может стать реальностью благодаря водороду.
Мы уже говорили об использовании водорода в аэростатах. Однако успехи быстро развивающейся авиации и, пожалуй, «синдром Гинденбурга» сослужили для этого направления воздухоплаванья недобрую службу. Интерес к нему был надолго утрачен.
Теперь подобные летающие аппараты находят все более широкое применение. В США и Франции их используют в метеорологии, разработан проект дирижабля для охраны территориальных вод. Крупные дирижабли грузоподъемностью более 100 т смогут заменить дорогостоящие подвесные дороги и наземный транспорт при перевозках, например, руды. Не исключается возможность их использования и для перевозки людей. Ведь дирижабли менее требовательны к погодным условиям, к состоянию взлетно-посадочных полос.
В выставочном зале Института электросварки им. Е. О. Патона АН УССР демонстрируется немало интересных экспонатов. Один из них — аппарат, не больше портативного магнитофона, имеющий генератор водороднокислородной смеси. При зажигании из сопла горелки появляется Спокойная фиолетово-голубая ленточка пламени. Температура в струе более 2300 К. Аппарат универсален, и в зависимости от мощности и регулировки генератора его можно использовать как при монтаже микросхем, так и при сварке кузова. Процесс горения сбалансирован с электролизом в генераторе. Схема безопасна, пламя в отличие от обычного не коптит.
Конечно, этот аппарат появился не сразу. Давно известна горелка Ленгмюра на атомарном водороде. В зоне бледнофиолетового цвета пламени (3—8 мм), где существует атомарный водород, и происходит сварка. Рекомбинация атомов водорода на поверхности металла вызывает местный перегрев, а молекулярный водород мешает окислению разогретого металла. Таким образом, водород и сваривает и предохраняет. При атомно-водородной сварке температура превышает 4000 К, что позволяет работать даже с таким тугоплавким металлом, как вольфрам.
Среди многочисленных областей применения водорода следовало бы отметить его использование в электротехнике в качестве теплоносителя для охлаждения мощных электрогенераторов, в металлообрабатывающей промышленности — для создания водородно-азотной восстановительной атмосферы в процессах обработки металлов.
Интересную работу выполнили физики Донецкого политехнического института, которые предложили применить водород, считающийся причиной разрушения, для упрочения некоторых сплавов. Суть метода заключается в многократном насыщении водородом нагретых слитков цветных металлов, обладающим уникальной способностью растворять их, с последующим откачиванием газа в вакууме. Атомы водорода деформируют кристаллическую решетку металла, значительно повышая его прочность. Этот метод фазового наклепа наиболее благоприятен для сплавов тантала, ниобия, палладия и других металлов, изделия из которых находят спрос в специальных производствах — изготовлении фильтров для тончайшего разделения газовых смесей, в атомной энергетике и электронной технике.
В ряде публикаций показывается перспективность применения водорода в тепловых насосах, холодильных машинах, в быту для отопления и приготовления пищи.
Давно известно, что водород в больших количествах
потребляется в пищевой промышленности в процессах гидрогенизации пищевых органических жиров (многие жиры в первичном виде неприятны на вкус и малоусвояемы) и в процессах гидрогенизации непищевых жиров для производства кормов и мыла.
Сравнительно недавно было установлено, что с помощью водорода можно удовлетворить потребности человечества в белках. Согласно данным ООН, в 1980 г. дефицит белков в мире составлял 42 млн т, а к 2000 г. он достигнет 65 млн т. Для решения этой проблемы уже ныне предлагается получать белок, аминокислоты и другие ценные продукты на основе водородоокисляющих бактерий.
Интерес к водородным бактериям определяется еще и тем, что производство их биомассы не зависит от источников органического сырья. Они растут за счет энергии окисления водорода, строя свое тело из неорганических компонентов среды — углекислоты и минеральных солей. Очень важно, что культивирование биомассы на неорганическом сырье освобождает ее от органических канцерогенных загрязнений, которые могут накапливаться, например, в дрожжах, выращенных на углеводородах нефти.
В настоящее время получены штаммы, наиболее пригодные для промышленного выращивания, способные удваивать массу за 2 часа. Эта биомасса содержит до 60—70 % белка и все незаменимые аминокислоты. Усвояемость белка высокая — до 95 %, а кормовая ценность биомассы близка к казеину.
История использования водорода уже настолько солидна, что в ней нашлось место и для курьезов. Оказывается, в XIX веке некоторые смельчаки пробовали дышать гремучим газом. Притом уверяли, что он намного легче и приятней, чем воздух. Более того, с помощью этой взрывоопасной смеси пытались петь — буквально не своим голосом. Например, тенор становился басом. Это необыкновенное превращение, пожалуй, можно объяснить тем, что музыкальный тон голоса зависит от скорости звука, и, стало быть, от газа, в котором он распространяется. Скорость будет тем больше, чем меньше молекулярная масса газа. Для обеспечения безопасности курильщики во время описанных экспериментов в помещение не допускались.
* * *
Все сказанное выше, очевидно, не оставляет сомнений в отношении перспективности водорода, прежде всего как энергоносителя. На пути его широкого внедрения в этом качестве еще много трудностей. К сожалению, новому топливу еще предстоит преодолеть и чисто психологический барьер. Впрочем, так бывало уже не раз. Ведь заявлял же 100 лет тому назад знаменитый Т. Эдисон о том, что переменный ток очень опасен и может быть применен только для электрического стула.
Водородная энергетика динамично развивается. Ее исходные концепции вряд ли кто-либо подвергнет сомнению. Сроки широкого внедрения в практику водорода в различных отраслях народного хозяйства будут зависеть от достижений науки и техники и складывающейся экономической и экологической ситуации.
Подгорный Анатолий Николаевич ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА
