Занимательно об энергетике

Интересно сравнить тепловые аккумуляторы по энергетическим характеристикам с нефтью, углем и дровами. Возьмем для примера тот же гидрид лития: у этого вещества одно из самых больших значений скрытой теплоты плавления. Всего за 17 циклов аккумулирования (за счет поглощения дарового солнечного излучения) один килограмм практически не расходуемого вещества накапливает столько энергии, сколько ее можно получить при сжигании килограмма нефти. Если провести такое же сравнение с углем и дровами, то получим соответственно 10 циклов и 3—4 цикла зарядки.

Подсчитано и другое: чтобы обеспечить бесперебойное снабжение планеты энергией за счет солнечной радиации, необходимо было бы иметь тепловой аккумулятор, рабочее вещество которого весило бы несколько миллионов тонн. Тогда как ежегодная добыча топлива (в расчете на условное) составляет сейчас многие миллиарды тонн!

Но исследования «плавящихся» тепловых аккумуляторов ведутся не только на бумаге. Эти работы у нас в стране возглавил член-корреспондент Академии наук СССР Н. Лидоренко. Прежде всего были перепробованы многие вещества-кандидаты — фторид лития, окислы бериллия, магния, алюминия, кремния и так далее. Все они, как и гидрид лития, могут стать рабочим телом будущих тепловых аккумуляторов. Кроме экспериментов и теоретических расчетов, на Северном Кавказе проводятся и натурные испытания тепловых аккумуляторов — прототипов промышленных. Уже сейчас можно сказать, что эти устройства выходят за пределы лабораторий и скоро будут использованы для бытовых нужд и в сельском хозяйстве.

До сих пор мы говорили о том, что солнечная тепло-химия способна давать людям тепло, но с помощью аккумуляторов, оказывается, можно получать и ток! Вот один из вариантов подобных систем.

Рабочим органом установки служит параболическое зеркало, оно постоянно перемещается за солнцем с помощью специальной следящей аппаратуры. Создать требуемую высокую температуру в 800—1000 градусов Цельсия в энергопоглотителе, расположенном в фокусе зеркала, можно только при условии высокой концентрации солнечных лучей. Под действием созданных в зоне энергопоглотителя высоких температур серный ангидрид SО3 (в качестве исходного материала можно использовать и другие вещества, например, аммиак или соединения метана) разлагается на сернистый ангидрид SO2 и кислород. Продукты реакции подаются в емкости для регенерации. В регенерационных печах в присутствии специально подобранного катализатора происходит реакция соединения компонентов в исходное вещество. При этом температура повышается до 500 градусов Цельсия.

Итак, цикл замкнулся, но при этом мы получаем уже не тепло, а желаемый ток. Для вращения турбин электростанций можно использовать или непосредственно сернистый ангидрид, или пар, полученный за счет тепла, выделяющегося при реакции восстановления.

Часть сернистого ангидрида без особых трудностей можно вывести из технологического процесса регенерации, перевести в жидкое состояние и поместить в емкости на долгосрочное хранение. Чтобы потом в удобный момент использовать химическую энергию этого соединения. И это лишь один из многих вариантов по использованию консервированного солнца.

Зеленый головастик

Аккумуляторы солнечных лучей — а ведь они уже есть и существуют на Земле миллионы лет. Это растения. Действительно, растительность развивается, усваивая лучистую энергию солнца и преобразуя ее в химическую энергию углеродистых соединений. Сжигая древесину, человек преобразует тем самым эту энергию в тепловую (чем не аккумуляторы тепла!). В сверкающем черном угле, в нефти и сланцах нам снова светит солнце, которое веками (!) запасало там свою лучистую энергию.

И, возвращаясь теперь от тепловых аккумуляторов к проблеме фотоэлементов, заметим: то, что пока в солнечной энергетике не удается человеку — создать на Земле грандиозные площади, покрытые дешевыми фотоприемниками, — то для изобретательной природы давно уже пройденный этап.

Известно: хлорофилл растений умеет ловко улавливать солнечные кванты. И, говорят, общая площадь листвы растений планеты, этого конденсатора солнечной энергии, равна поверхности планеты-гиганта Юпитера!

При этом Природа использует не дорогой монокристаллический кремний, а дешевую органику. Отчего же не последовать этому примеру?

Но тут, чтобы хорошо понять дальнейшее, следует хотя бы кратко вспомнить ту главу из долгой двухвековой истории исследований фотосинтеза, которая посвящена хлорофиллу.

В 1817 году французские фармацевты Пельтье и Каванту впервые выделили из листьев их зеленую начинку — хлорофилл.

И вот уже полтора столетия ученые многих стран упорно исследуют это загадочное вещество. По числу публикаций хлорофилл, вероятно, занимает первое место среди всех химических соединений, и этот список непрерывно пополняется.

Сейчас в любом учебнике по физиологии растений можно найти «портрет» этой молекулы. Структурная формула хлорофилла занимает целую страницу. Хотя истинные его размеры предельно скромны — 30 ангстрем (ангстрем — одна стомиллионная доля сантиметра).

Молекула хлорофилла похожа на... головастика. У нее плоская квадратная «голова» (хлорофиллин) и длиннющий «хвост» (фитол). В центре головы, словно глаз циклопа или алмаз в царской короне, красуется атом магния.

Зачем нужна столь сложная конструкция? О, этот вопрос вызвал долгие споры.

Еще Фламмарион поставил изящный опыт. Растения росли у него в оранжереях под светофильтрами, пропускавшими только определенные лучи солнечного спектра. Под голубыми лучами растения развивались хуже всего, лучше при зеленом, и наиболее пышный рост наблюдался при красном освещении.

Мнение Фламмариона — красные, лучи наиболее желательны растениям — оспаривали немецкие ученые Их глава, профессор Юлиус фон Сакс, считал: ростки в основном поглощают желтые лучи. В то время все восхищались тем, как просто продемонстрировал Сакс факт образования в листе крахмала. Углерод, взятый растением из углекислого газа воздуха, откладывается в крахмал, учил Сакс, и доказывал это положение экспериментально.

Он брал зеленый лист, выставлял одну его половину на солнечный свет, другую же закрывал непроницаемым экраном. Спустя некоторое время он, опустив лист в спирт, обесцвечивал его (лишал хлорофилла), затем обрабатывал весь лист йодом. И вот в той половине листа, которая была выставлена на свет, обнаруживался крахмал: она синела или чернела от йода. Однако другая, затемненная, часть листа цветной реакции с йодом не давала: крахмала в ней не было!..

Но вот в спор Фламмариона с Саксом вмешался русский ученый К. Тимирязев. В серии блестящих экспериментов он дал полное решение этой проблемы.

К. Тимирязев заставил растение, так сказать, собственноручно «расписаться» в том, что прав был Флам-марион. Он использовал оружие своих научных противников — «крахмальную пробу» Сакса.

К. Тимирязев сумел-таки уложить на отдельном листе весь солнечный спектр, целиком! После обработки йодом он получил амилограмму (по-гречески «амил» — «крахмал», «грамм» —«оттиск», «запись»).

На листе был виден ряд полосок. Среди них выделялась одна наиболее темная: она была расположена не в том месте, куда, пройдя сквозь призму, падали желтые лучи, а там, где должна была бы красоваться красная полоска спектра...