Вулканические пояса Земли станут главными источниками энергии
Человечество ежегодно сжигает до 10 млрд. т условного топлива и взамен выбрасывает в атмосферу до 25 млрд. т углекислоты в сочетании с огромным количеством смертельно опасных соединений. В то же время мировые запасы нефти и газа быстро сокращаются.
Пересаживаемся на водород!
Возможным выходом из эколого-энергетического тупика является начатая за рубежом замена бензина водородными топливными элементами, где пористые электроды разделены мембранами с платиновым и палладиевым напылением. Каталитические свойства этих благородных металлов позволяют окислять водород без взрыва и превращать его в обычную воду с огромным КПД – до 75%. В 2001 году Джордж Буш заявил, что стратегическая задача Америки – прекратить импорт нефти, освободить страну от энергетической зависимости, создать «автомобиль свободы» и «топливо свободы»; для решения этих задач выделено более трех миллиардов долларов. Фирма «Дженерал моторс» разработала автомобиль «Гидроген-3» на водородных топливных элементах; через несколько лет в США появятся 10 тыс. водородных автозаправочных станций. Европа выделила на подобные разработки 5 млрд. евро. Китай планирует в 2010 году выпускать несколько миллионов автомобилей на водороде.
Энергия, получаемая при окислении водорода, очень велика. По теплоотдаче водород превосходит все виды топлива. Экологически он совершенно безопасен, поскольку при сгорании превращается в обычный водяной пар. Но где найти обильный источник дешевого водорода?
Конечно, чудовищное количество водорода содержится в воде океанов. Но разложение воды на водород и кислород требует еще большей энергии, чем та, которая высвобождается при сжигании водорода. Получение водорода возможно за счет реакций гидрогенизации каменного угля при его взаимодействии с водяным паром: при этом возникают водород, метан и оксид углерода. Заметим, что США добывают ежегодно 1100 млн. т каменного угля – и техническая задача получения водорода за счет каменного угля для них вполне реальна. Китай добывает 1500 млн. т угля – и он тоже в состоянии решать проблему получения водорода при массовой гидрогенизации угля. Совсем другое дело – Россия, где в 1990 году добывалось 460 млн. т угля, а теперь и половины этого количества не наберется. Метод гидрогенизации для России не подходит: угля слишком мало, чтобы наладить его массовую переработку.
Что греет Землю изнутри?
Месторождения водорода геологам неизвестны. Но, может быть, их просто не искали? Где на планете концентрируется водород?
Еще в 70-х годах прошлого века советский геолог В.Н. Ларин предложил гипотезу гидридного ядра Земли. В отличие от классической точки зрения о железо-никелевом ядре нашей планеты он высказал мысль о том, что ядро содержит сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования Земли. Формы, в которых может находиться водород, неясны. Возможно, здесь содержится протонная плазма, при «обрастании» которой электронами возникают атомы водорода и выделяется огромная тепловая энергия. Возможно, водород пропитывает железо-никелевое ядро: это явление называется окклюзией, и оно наиболее сильно проявлено в платине и палладии, способных впитывать в себя, как губка, до 900 объемов водорода.
Это все – гипотезы, но зато достоверно известно, что состав газовых включений в минералах при переходе от горных пород земной коры к породам мантии резко меняется. Если в гранитах в составе газов преобладают соединения кислорода – углекислота и вода (вода в нагретом состоянии – тоже газ), то в породах мантии кислорода почти нет, здесь преобладают водород и метан. Геологи давно обратили внимание на «газовое дыхание» Земли. Обычно его фиксировали по выделению гелия. Вместе с гелием из глубин планеты поднимается водород. Где он концентрируется?
Анатомия вулканов
Настоящими месторождениями водорода являются вулканы. Объем газа, выделяющегося при извержениях, в сотни, тысячи, а иногда в десятки тысяч раз превышает объем лавы. Объем выброшенного за одно извержение силикатного расплава редко превышает 0,5 кубического километра, тогда как десятки кубических километров газов в виде гигантских столбов окутывают вулканы и уходят в стратосферу.
Очевидно, что эти газы – вторичные продукты, возникшие при сгорании водорода и метана. Из трещин в остывающих лавовых потоках выделяются газы, нагретые от 200 до 1000 градусов: высокотемпературные газы состоят из соляной кислоты, нашатыря, поваренной соли; в низкотемпературных газах преобладают сероводород, сернистый газ, углекислота – эти соединения являются продуктами химических реакций между летучими элементами. Крайне высокая активность водорода не дает ему шансов на выделение в чистом виде. Но геофизические исследования показывают, что под вулканами находятся грандиозные столбы нагретого пластичного вещества диаметром в десятки и сотни километров, поднимающиеся к поверхности планеты с границы жидкого ядра и нижней мантии.
В этих столбах концентрируется рассеянный в породах газ – водород и метан. В виде огромных пузырей эта потенциально горючая и взрывчатая смесь, инертная в глубинной бескислородной среде, формирует путь расплава. Поэтому вулканы иногда долгие годы «дымятся» – без извержений лавы. Вулканы – это окончания планетарных труб, по которым идет поток мантийных газов, а заодно выбрасывается относительно немного расплавленной магмы.
Почему лава раскалена до 1500 градусов? Ведь геофизики уже давно установили, что верхняя мантия Земли твердая и нагрета всего до 600 градусов. Огромная тепловая энергия окисления водорода в жерлах вулканов плавит горные породы, катастрофически греет атмосферу, наводит ужас на население окружающих городов. Известны трагедии Геркуланума, Помпей и Стабии, уничтоженных Везувием в 79 году н.э., или города Сен-Пьер на острове Мартиника, мгновенно сгоревшего вместе с 30 тысячами жителей при извержении вулкана Мон-Пеле в 1902 году. В 1883 году произошел чудовищный взрыв вулкана Кракатау, когда на воздух было поднято 18 кубических километров горных пород! В атмосферу при этом были выброшены тысячи кубических километров газа!
Как взять «топливо свободы»
Как использовать грандиозную планетарную энергию на пользу человечества? Техническое решение проблемы видится в подключении к естественным газопроводам планеты путем бурения наклонных скважин под основание регулярно действующих вулканов. Задача газовиков будущего – перехват неокисленного мантийного газа до того, как он сгорит в жерле беснующегося вулкана.
В СССР был установлен мировой рекорд бурения сверхглубокой скважины – более 12,6 километра; он до сих пор не перекрыт. Бурение газовых скважин под основание вулканов не требует такой глубины, но все же техническое решение здесь непростое из-за агрессивности глубинных газов, высокой температуры и высоких давлений. Однако каждое извержение – это 4–6 млрд. кубометров газа с преобладанием водорода, потенциальное сырье для водородных элементов, многие миллиарды киловатт-часов электроэнергии!
Глубина скважин составит несколько километров. Отвод газов предотвратит катастрофические извержения вулканов и позволит спокойно жить в окрестностях Везувия и Этны, решит энергетические и экологические проблемы Японии и Камчатки. На базе газовых месторождений, скрытых под вулканами пустынных Курильских островов, вырастут заводы новейших технологий, производящие водородно-энергетические элементы. Огненные вулканические пояса Земли станут главными источниками энергии. Экологически опасные уран, уголь, нефть потеряют свое значение.
Вулканы действуют на Земле миллиарды лет, именно к ним тянутся с границы жидкого ядра и нижней мантии естественные газопроводы, дренирующие ядро планеты. Значит, в недрах планеты действительно хранятся огромные запасы космического водорода, основного «строительного кирпича» Вселенной. Успешное подключение к планетарным газовым трубам, где роль терминалов выполняют вулканические конуса, приведет к небывалому энергетическому прорыву человечества. Сгорающий без пользы водород вулканов станет основой экологически чистой грандиозной энергетики будущего.
Россия обладает значительной частью планетарного пояса «огненных гор». Она тоже могла бы перейти на водородное топливо – за счет создания уникальной водороддобывающей промышленности. Но решение такой задачи возможно лишь при условии национализации недр и концентрации всех сил общества, при наличии честного «государственного капитализма».
Об авторе: Александр Михайлович Портнов – доктор геолого-минералогических наук, профессор, академик Российской академии естественных наук.