Творческая работа по теме "Плазменная технология"

Содержание

Введение ……………………………………………………………………………. 3

1. Международная энергетическая премия «Глобальная энергия» ………… 4
2. Филипп Григорьевич  Рутберг…………………………………….…..……..7

1. Научный вклад ………………………………………….……………..7
2. Награды ………………………………………………………………..8

3. Бытовые отходы – в топливо …………………………………………..……9

1. Плазменная технология ……………………………………………….9
2. «Великое тихоокеанское мусорное пятно» …………………………11
3.  Синтез-газ …………………………………………………….………13
4. Плазма ………………………………………….…………………….15
5. Плазмотрон Филиппа Рутберга ………………………….…………15

Заключение …………………………………………………..……………………..19

Список использованной литературы ……………………………………………..21

Введение

        В мире сейчас особенно остро стоят две очень серьезные проблемы. Первая ― цена на нефть, на газ растет, на другие энергоносители - тоже. Поэтому очень актуален спрос на возобновляемые источники энергии, причем экологически чистые ― солнечную энергию, энергию приливов, энергию ветра, гидроэнергию. И вторая проблема, самая серьезная сейчас ― не только у нас, везде в мире ― огромное количество скопившихся отходов. Причем любых - и муниципальных, и канализационных, и биологических ― от сельского хозяйства, огромное количество отходов дерева, которое гниет. Планета фактически замусорена. Каждый из нас в сутки оставляет на планете в среднем около килограмма мусора, который, например, в России закапывается на свалках и уничтожается на мусоросжигающих заводах. Но сжигание - не благо из-за выброса диоксинов - ядов, обладающих мощным канцерогенным воздействием на человека. До недавнего времени большинство развитых стран вело себя в этом вопросе не намного лучше нас. Однако в последние годы ситуация начала резко меняться, когда многие страны приступили к строительству высокотехнологичных заводов по утилизации мусора при помощи низкотемпературной плазмы. Суть технологии в том, что в плазмохимическом реакторе мусор превращается в газообразную форму или разваливается на молекулы и атомы, в зависимости от того, что задано. При этом не происходит горения, а на выходе получается синтез-газ - смесь водорода и СО, экологически чистое топливо для нужд энергетики. Его можно будет использовать для генерации электрической и тепловой энергии. Способов много - при помощи турбин, дизель-генераторов, например, для производства искусственного жидкого топлива без большого количества вредных примесей... Причем такой способ будет безусловно дешевле, чем любой другой.  Самое удивительное в этой технологии - ее российское происхождение. Обеспечил первенство российских ученых в плазменных технологиях Санкт-Петербургский институт электрофизики и электроэнергетики РАН под руководством академика Филиппа Григорьевича Рутберга. Он лауреат международной премии "Глобальная энергия". Я думаю, что с полной уверенностью его можно назвать героем нашего времени.

1. Международная энергетическая Премия «Глобальная энергия»

         Международная энергетическая Премия «Глобальная энергия» — это независимая награда за выдающиеся научные исследования и научно-технические разработки в области энергетики, которые содействуют повышению эффективности и экологической безопасности источников энергии на Земле в интересах всего человечества.

          Премия учреждена в 2002 году. Идея создания Премии была выдвинута группой известных российских ученых, поддержана крупнейшими энергетическими компаниями и одобрена Президентом России.

          Премия учреждена в России Некоммерческим партнерством «Глобальная энергия» при поддержке ведущих российских энергетических компаний ОАО «Газпром», ОАО «Сургутнефтегаз» и ОАО «ФСК ЕЭС». В соответствии с Положением о Премии, награды Лауреатам вручает Президент России.

         Премия «Глобальная энергия» стимулирует развитие энергетики как науки и демонстрирует важность международного энергетического сотрудничества, а также государственных и частных инвестиций в сфере энергообеспечения, энергосбережения и энергобезопасности на планете. Достижения науки и технологии должны служить долгосрочным интересам развития человечества, улучшать социальную защищенность и уровень жизни людей во всех странах.          Премия учреждена в 2002 году. Идея создания Премии была выдвинута группой известных российских ученных, поддержана крупнейшими энергетическими компаниями и одобрена Президентом России.

       Присуждается ежегодно с 2003 года за достижения по следующим направлениям:

открытия, изобретения и фундаментальные исследования, которые обеспечивают новые возможности в развитии энергетики;

разработки, технические усовершенствования и прикладные изобретения, которые позволяют более эффективно использовать энергию;

открытия, изобретения и теоретические разработки, которые открывают новые источники энергии и возможности их использования;

открытия, изобретения и исследования, которые привели к прорывному решению проблем передачи энергии и энергосбережения;

открытия, изобретения и исследования, которые внесли значительный вклад в решение проблем экологии и охраны окружающей среды, а также сделали возможным использование новых методов преобразования энергии.

       Лауреатом Премии может стать гражданин любого государства. Решение о награждении Премией принимает Международный Комитет по присуждению Премии, в состав которого входят ученые и специалисты разных государств, представители международных научных организаций.

        Право на выдвижение кандидатов для участия в конкурсе Международной энергетической премии «Глобальная Энергия» имеют: лауреаты премий Киото, Макса Планка, Вульфа, Больцмана; лауреаты Нобелевской премии в области физики или химии; лауреаты Международной премии за научные разработки в области энергетики «Глобальная Энергия»; члены Отделения наук о Земле, Отделения физических наук, Отделения химии и наук о материалах, Отделения энергетики, машиностроения, механики и процессов управления Российской академии наук, а также иностранные члены вышеуказанных отделений; ученые, которые были специально приглашены Международным Комитетом по присуждению Премии. Самовыдвижение кандидатов не допускается.

       Программы Некоммерческого партнерства «Глобальная энергия»:

«Энергия молодости» — общероссийский конкурс молодежных исследовательских проектов в сфере энергетики. Проводится ежегодно среди профильных научных и учебных заведений Российской Федерации. Участники конкурса — ученые младше 35 лет. Основная цель — прогресс в российской энергетике, который достигается благодаря стимулированию молодых ученых и повышению их интереса к научным исследованиям в данной области

«Энергия пера» — международный медийный конкурс, цель которого — поощрение СМИ и отдельных журналистов, пишущих на тему энергетики.

«Энергия знания» — программа, способствующая формированию у молодежи позитивных представлений об энергетике, раскрытию потенциала молодых научных кадров, решению кадровых проблем в энергетике. В рамках программы постоянно проводятся интерактивные лекции лауреатов Международной Энергетической Премии «Глобальная энергия» и других видных ученых в сфере энергетики.

«Энергия детства» — ежегодный Общероссийский Конкурс Детских Проектов в Области Энергетики

«Энергия мира» — новая международная программа Некоммерческого партнерства «Глобальная энергия», цель которой — представить общественности и экспертам отраслевой и институциональной среды самые значимые и масштабные проекты в мировой энергетике.

Статистика: В числе лауреатов премии "Глобальная Энергия": лауреат Нобелевской премии Жорес Алферов, академик Геннадий Месяц, академик Олег Фаворский и другие известные российские ученые. С 2003 года лауреатами Премии стали 24 ученых из 9 стран: Великобритании, Германии, Исландии, Канады, России, США, Украины, Франции и Японии. В 2010 году премиальный фонд составил 30 миллионов рублей. В 2011 был увеличен до 33 миллионов рублей.

      Список имеющих право номинировать на премию состоит из более чем 1600 ученых из 48 государств мира и ежегодно обновляется. Среди них лауреаты Нобелевской премии по физике и химии, лауреаты премий Киото, Макса Планка, Вольфа, Больцмана, Премии «Глобальная энергия» прошлых лет. Решение по выбору Лауреатов Премии принимает Международный комитет по присуждению премии «Глобальная энергия», в состав которого входят 35 авторитетных ученых из 11 стран.    

        В 2010 г. на Торжественной Церемонии вручения Премии «Глобальная энергия» в Санкт-Петербурге Президент РФ Дмитрий Медведев заявил: «Уверен, что премия „Глобальная энергия“ будет и впредь служить своего рода визитной карточкой фундаментальной науки в области энергетики, будет стимулировать новые прорывные исследования и, конечно же, развитие столь важного для нас международного сотрудничества».

       Торжественное вручение Премии 2011 года произошло 17 июня 2011 года в рамках Санкт-Петербургского Международного Экономического Форума. Президент России Дмитрий Медведев вручил международные премии "Глобальная энергия" за 2011 год. Высокой награды были удостоены  двое: российский электрофизик Филипп Рутберг и американский физик Артур Розенфельд.

      Международная энергетическая премия «Глобальная Энергия» — одна из наиболее престижных международных премий, присуждаемая за выдающиеся научные достижения в области энергетики, принесшие пользу всему человечеству. Она вносит существенный вклад в мировой научно-технический прогресс и активно способствует формированию нового имиджа России, соответствующего ее роли в развитии науки, экономики, сохранении окружающей среды.

2. Филипп Григорьевич  Рутберг

     17 июня 2011 года Северная столица чествовала лауреатов с особой радостью, ведь один из них петербуржец. Директор Института электрофизики и электроэнергетики РАН Филипп Рутберг награжден за исследования, разработку и создание энергетических плазменных технологий. Ему удалось найти способ переработки различного вида отходов в энергию

      Фили́пп Григо́рьевич Ру́тберг родился 22 сентября 1931 года в городе Винница на Украине. В 1954 закончил юридический факультет Ленинградского государственного университета (ЛГУ), а в 1961 — Ленинградский политехнический институт им. М. И. Калинина по специальности «электрофизика». Работал преподавателем в техникуме, затем занимался научной работой в Физико-техническом институте им. А. Ф. Иоффе. 15 декабря 1990 года избран членом-корреспондентом АН СССР (с 1991 года — членом-корреспондентом РАН) в отделение физико-технических проблем энергетики по специальности «Электротехника, в том числе электрофизика». В 1991 году стал директором Института проблем электрофизики и электроэнергетики РАН, расположенного в Санкт-Петербурге.  26 мая 2000 года избран академиком РАН. Тогда же избран членом президиума РАН. Почётный профессор Университета Бен-Гурион в Негеве. Именем Рутберга названа малая планета Солнечной системы № 14815.  Автор более 500 научных работ, в том числе пяти монографий и нескольких десятков изобретений, включая международные патенты.

1. Научный вклад

      Мировую известность получил после создания импульсных систем энергопитания на базе электромашинных агрегатов. Признанный в мире специалист в области физики мощных разрядов в плотных газовых средах. Автор многочисленных публикаций и монографий по физике газовых разрядов. Обеспечил первенство российских учёных в плазменных технологиях, использование которых резко снижает объёмы вредных выбросов в атмосферу. В России Рутберг известен как пропагандист и практик энергетики, основанной на уничтожении органического и муниципального (городского) мусора. Рутберг полагает, что наряду с плазмохимией и плазменной металлургией российский плазматрон (иногда плазмотрон) как газоразрядное устройство для получения низкотемпературной плазмы мог в большей степени быть востребованным как для решения глобальных энергетических проблем человечества, так и для разрешения ситуации с отходами (мусором) в российских мегаполисах. Неоднократно делал заявления относительно того, что строительство полигонов для утилизации мусора остается «порочной практикой» при решении глобальной проблемы современного мира. Выражал обеспокоенность тем, что при невостребованности научных разработок продолжается загрязнение водных и почвенных ресурсов Земли. Выходом из сложившейся ситуации считает повсеместное применение технологии плазменного пиролиза вещества, в ходе которого происходит максимально возможное обезвреживание органических отходов, составляющих до 98 % всей массы мусора. Инновационные разработки основывал на формуле, согласно которой переработка одного килограмма мусора может дать не менее 2 киловатт-часов электроэнергии.

2. Награды

• Государственная премия СССР (1982)
• Государственная премия Российской Федерации (2004)
• Премия имени А.Н. Крылова Правительства Санкт-Петербурга — за работы по электрофизике, физике низкотемпературной плазмы и специальной электроэнергетике (2007)
• Лауреат премии Правительства Российской Федерации в области образования (2010) за научно-практическую разработку «Научные исследования и учебные пособия по физике низкотемпературной плазмы»
• Лауреат премии "Глобальная энергия" (2011)

          « Его путь в науку был весьма и весьма непростым. Филипп Григорьевич – дипломированный юрист, который потом закончил Ленинградский политех и состоялся как специалист в области электрофизики. Академик Рутберг добился выдающихся исследовательских результатов», - сказал о нем Дмитрий Медведев на торжественной церемонии вручения премии.

 Однако имя ученого  стало более или менее узнаваемо только в последние годы. Филипп Рутберг большую часть своей научной жизни работал по закрытым военным программам, создав новое направление в физике и технике плотной низкотемпературной плазмы и сильноточных плазменных систем.  По мнению ученых, это будущее мировой энергетики, которое придет на смену ядерным и органическим источникам, а также создаст конкуренцию ведущему топливу мира – нефти.

       80-летний возраст исследователя – не помеха и для амбициозных международных проектов, которые без преувеличения можно назвать не просто инновационными, а революционными.

3. Бытовые отходы – в топливо

1. Плазменная технология

В 2011 году на церемонии вручения премии «Глобальная энергия» Филипп Рутберг  обратил внимание главы государства на проблему загрязнения Мирового океана. Академик напомнил, что сегодня в океане скопились миллионы тонн пластиков, которые очень медленно разлагаются. «Между тем, они могут стать гигантским источником энергии.  Нужен международный проект с привлечением ряда государств. И мне кажется, что, если бы Россия выступила с инициативой такого проекта, это было бы достойно великой державы. Я расскажу, как это всё может выглядеть. Строится корабль, на котором размещаются наши установки. Весь этот мусор можно перерабатывать на месте, вырабатывая энергию, синтетическое топливо, да ещё и океан бы чистили», – рассказывает академик Рутберг.  Дмитрий Медведев   поддержал инициативу,  нашла отклик она и в научной среде.  В частности, идею одобрил  Евгений Велихов, президент НИЦ «Курчатовский институт» и председатель Наблюдательного совета премии «Глобальная энергия».  Сейчас проект находится в стадии обсуждения на  самом высоком международном уровне. Петербургские учёные готовы утилизировать мусор на планете проблемой для жителей Земли.

В основе созданной  технологии лежат глубокие фундаментальные исследования в области плотной низкотемпературной плазмы.  Были созданы установки для переработки различных отходов в синтез-газ, смесь окиси углерода и водорода. Его калорийность ниже, чем у природного. Но она достаточно высока, чтобы использовать его в энергетике, а также получать из него синтетические жидкие топлива и водород. При нынешних ценах за баррель нефти внедрение такой технологии становится экономически целесообразным.  Мощность полупромышленной установки, которая работает в исследовательской лаборатории, позволяет переработать до 200 килограммов отходов в час, уже создана установка на две тонны в час. Создание такой установки обходится в четыре-пять миллионов рублей. Если же делать блок из 10-15 таких модулей, то удельная цена снижается в полтора-два раза.  Сама технология очень простая. В ее основу были положены разработки, найденные при решении других задач. Упрощенно цикл выглядит так: получаем плазму с помощью плазмотрона, она поступает в реактор – огромный цилиндр, сделанный из соответствующих материалов, туда же поступают и перерабатываемые отходы – любые, муниципальные, канализационные, какие хотите. Дальше под влиянием высоких температур они переводятся в газовые структуры, а те – распадаются на атомы. В итоге, после нескольких преобразований получаем горючий газ, так называемый синтез-газ, смесь монооксида углерода с водородом, достаточно чистый, практически без примесей CO2.

Потом этот синтез-газ проходит определенные процедуры очистки, после чего он может быть использован для разных целей. Первый вариант – как высокоэффективное и чистое топливо для газовых турбин, газопоршневых двигателей и дизель-генераторов. За одну единицу затраченной энергии можно получить 5-6 единиц энергии в син-газе, и, между прочим, никакими другими методами в энергетике выгодного соотношения не достичь. Можно использовать син-газ и по-другому ― соотношение углерода и водорода оптимально для того, чтобы получить спирты, жидкое искусственное топливо. Американцы до сих пор использовали для этих целей кукурузу и сахарный тростник, то есть, пищевые ресурсы, которые, в общем-то, тратить не стоит. По прогнозам, до 50% потребностей США в искусственном жидком топливе можно обеспечить за счет плазменных технологий.

Использовать для переработки в синтез-газ можно любые отходы,содержащие органику, а неорганические отходы, такие как металл, стекло, камни лучше извлечь до плазменной переработки, но это делается с целью уменьшения энергозатрат на сам процесс, хотя и их тоже можно переработать. Подготовка мусора – это несложно, такие технологии есть, и они не дорогие, на Западе развита соответствующая промышленность.  У нас хорошие контакты с Западом, особенно с Америкой. Американцы с нами очень активно сотрудничают, им наша технология очень интересна. У нас есть совместные с ними работы. Причём вы не допускаете горения, потому что запускаете туда ровно столько окислителя, чтобы образовалась окись углерода СО и не образовалось СО2. В итоге получаете так называемый синтез-газ – смесь водорода и СО. Он горючий сам по себе. По энергосодержанию он ниже природного газа, но соотношение водорода и СО оптимальное для ряда вещей. Вы его можете использовать в газовой турбине, в дизель-генераторе, в котле-утилизаторе или при помощи дальнейшего катализа получить из него синтетическое топливо, различные виды спирта. Причём сингаз для этого очень подходит, поскольку здесь соотношение водорода и СО можно иметь один к одному, что трудно получить иным способом.

Это как раз то, что делают сейчас американцы и бразильцы. В Калифорнии огромное количество машин ездит на подобных смесях. Но чтобы удовлетворить 15 процентов от всей потребности Штатов в жидком топливе, надо будет использовать всю американскую кукурузу – а в США производят почти половину мировой кукурузы! В России такое топливо вы можете получить сравнительно дёшево. Мы же можем делать его из любой растительной органики, в том числе из древесины. А больше всего дерева где? В Канаде, у нас, в Штатах и Бразилии. У нас оно гниёт в лесах, в других странах его используют более рационально.

Американцы намерены уже через 10–15 лет 50 процентов жидкого топлива получать за счёт такой переработки. Плазменный способ раза в три эффективней любого другого. Кроме того, он не даёт выбросов.

Топливом могут служить пластик, отходы деревообработки, быстрорастущие сорта дерева, сельскохозяйственные отходы. В качестве сырья можно использовать даже муниципальные отходы, если они подсушены и спрессованы. В них, как правило, содержится от 80 до 90 процентов органических веществ. Если их просто сжечь, как это сейчас делают, то КПД составит лишь около двадцати, в лучшем случае, тридцати процентов. Остальное уйдет в дым в виде весьма вредных выбросов. Плазменная установка позволяет, перерабатывая по 8-10 тонн отходов в час, полностью обеспечить теплом и частично электричеством город с населением в 30 тысяч человек.

2. «Великое тихоокеанское мусорное пятно»

«Великое тихоокеанское мусорное пятно», «Тихоокеанский мусороворот», «Тихоокеанский мусорный остров», как только не называют этот гигантский остров из мусора, который разрастается гигантскими темпами. О мусорном острове говорят уже более полувека, но практически никаких действий не принимается. Тем временем наносится невосполнимый урон окружающей среде, вымирают целые виды животных. Факт существования мусорного пятна привлек внимание общественности и научных кругов после выхода в свет нескольких статей Чарльза Мура, капитана флота Калифорнии и океанолога. Проплывая Северо-Тихоокеанскую систему течений после участия в регате Transpac, Мур обнаружил огромное скопление мусора на поверхности океана.

Мур сообщил о своей находке океанографу Кертису Эббесмейеру, который впоследствии назвал эту область Восточным мусорным континентом. Средства массовой информации часто ссылаются на нее как на исключительный пример загрязнения океана.

Точный размер области неизвестен. Приблизительная площадь варьирует от 700 тыс. до 15 млн км² и более, (от 0,41 % до 8,1 % общей площади Тихого Океана). Вероятно, на этом участке находится более ста миллионов тонн мусора. Также высказываются предположения, что мусорный континент состоит из двух объединенных участков.

По оценке Чарльза Мура, 80 % мусора происходит из наземных источников, 20 % выбрасывается с палуб кораблей, находящихся в открытом море. Мур утверждает, что отходы с Восточного побережья Азии перемещаются к центру водоворота примерно за пять лет, а с Западного побережья Северной Америки — за год или менее.

            Загрязнение началось с тех времен, когда изобрели пластик. С одной стороны, незаменимая вещь, которая неимоверно облегчила жизнь людей. Облегчила до тех пор, пока пластиковое изделие не выбросят: пластик разлагается более ста лет, и благодаря океанским течениям сбивается в огромные острова. Еще один такой остров размером больше американского штата Техас плавает между Калифорнией, Гавайями и Аляской — миллионы тонн мусора. Остров быстро растёт, ежедневно в океан со всех материков сбрасывается ~2.5 миллиона кусочков пластика и прочего мусора. Медленно разлагаясь, пластик наносит серьёзный вред окружающей среде. Концентрация мелких частиц пластика в верхних слоях мусорного континента — одна из самых высоких в Мировом океане. В отличие от отходов, подверженных биоразложению, пластик под действием света лишь распадается на мелкие частицы, при этом сохраняя полимерную структуру. Распад идет вплоть до молекулярного уровня.

Всё более и более мелкие частицы концентрируются в поверхностном слое океана, и в итоге морские организмы, обитающие здесь же, начинают употреблять их в пищу, путая с планктоном.

Во многих местах зараженного региона общая концентрация пластика превышала концентрацию зоопланктона в семь раз. Взвесь пластиковых частиц напоминает зоопланктон, и медузы или рыбы могут принять их за пищу. Большое количество долговечного пластика (крышки и кольца от бутылок, одноразовые зажигалки) оказывается в желудках морских птиц и животных, в частности морских черепах и черноногих альбатросов.

Пластиковые отбросы в Тихом океане являются причиной гибели более миллиона морских птиц в год, а также более 100 тысяч особей морских млекопитающих. В желудках павших морских птиц находят шприцы, зажигалки и зубные щетки — все эти предметы птицы заглатывают, принимая их за еду.

«Мусорный Остров» быстро растет примерно с 1950-х годов за счет особенностей Северо-Тихоокеанской системы течений, центр которой, куда и попадает весь мусор, относительно стационарен. Морские суда бывают в этом районе нечасто, ведь еще со времен парусного флота все капитаны кораблей прокладывали маршруты в стороне от этого участка Тихого океана, известного тем, что здесь никогда не бывает ветра. Вдобавок Северо-тихоокеанский водоворот — это нейтральные воды, и весь мусор, что здесь плавает — ничейный

Эта громадная куча плавучего мусора — фактически величайшая свалка планеты — держится на одном месте под влиянием подводных течений, имеющих завихрения. Полоса «супа» тянется от точки примерно в 500 морских милях от побережья Калифорнии через северную часть Тихого океана мимо Гавайев и едва не достигает отдаленной Японии.

Но, в общем и целом, проблему стараются «не замечать». Свалка ведь не похожа на обычный остров, по своей консистенции она напоминает «суп» — фрагменты пластика плавают в воде на глубине от одного до сотни метров. Кроме того, более 70 процентов всего попадающего сюда пластика опускается в придонные слои, так что мы даже в точности не представляем себе, сколько там может скопиться хлама. Поскольку пластик прозрачен и залегает прямо под поверхностью воды, то со спутника «полиэтиленовое море» увидеть нельзя. Мусор можно заметить только с носа корабля или погрузившись в воду с аквалангом.

3. Синтез-газ

История знает немало примеров, когда в силу острой необходимости рождались новые оригинальные подходы к решению давно существующих жизненно важных проблем. Так, в предвоенной Германии, лишенной доступа к нефтяным источникам, назревал жесткий дефицит топлива, необходимого для функционирования мощной военной техники. Располагая значительными запасами ископаемого угля, Германия была вынуждена искать пути его превращения в жидкое топливо. Эта проблема была успешно решена усилиями превосходных химиков, из которых прежде всего следует упомянуть Франца Фишера, директора Института кайзера Вильгельма по изучению угля.

 В 1926 году была опубликована работа Ф. Фишера и Г. Тропша "О прямом синтезе нефтяных углеводородов при обыкновенном давлении", в которой сообщалось, что при восстановлении водородом монооксида углерода при атмосферном давлении в присутствии различных катализаторов (железо - оксид цинка или кобальт - оксид хрома) получаются жидкие и даже твердые гомологи метана. Так возник знаменитый синтез углеводородов из монооксида углерода и водорода. Смесь CO и H2 в различных соотношениях, называемая синтез-газом, легко может быть получена как из угля, так и из любого другого углеродсодержащего сырья.

 Следует отметить, что к моменту разработки синтеза Фишера-Тропша существовал другой способ получения жидкого топлива - не из синтез-газа, а непосредственно из угля прямой гидрогенизацией. В этой области значительных успехов добился также немецкий химик Ф. Бергиус, который в 1911 году получил из угля бензин.

 Промышленность искусственного жидкого топлива достигла наибольшего подъема в годы второй мировой войны. Достаточно сказать, что синтетическое топливо почти полностью покрывало потребности Германии в авиационном бензине. После 1945 года в связи с бурным развитием нефтедобычи и падением цен на нефть отпала необходимость синтеза жидких топлив из СО и Н2 . Наступил нефтехимический бум. Однако в 1973 году разразился нефтяной кризис - нефтедобывающие страны ОПЕК (Организация стран экспортеров нефти) резко повысили цены на сырую нефть, и мировое сообщество вынуждено было осознать реальную угрозу истощения в обозримые сроки дешевых и доступных нефтяных ресурсов. Энергетический шок 70-х годов возродил интерес ученых и промышленников к использованию альтернативного нефти сырья, и здесь первое место, бесспорно, принадлежит углю. Мировые запасы угля огромны, они, по различным оценкам, более чем в 50 раз превосходят нефтяные ресурсы, и их может хватить на сотни лет. Нет никаких сомнений, что в обозримом будущем использование синтез-газа будет играть ключевую роль не только и не столько для производства "угольных" топлив (здесь трудно пока конкурировать с нефтяным топливом), но прежде всего для целей органического синтеза. В настоящее время в промышленном масштабе по методу Фишера-Тропша получают бензин, газойль и парафины только в Южной Африке. На установках фирмы "Sasol" производят около 5 млн т в год жидких углеводородов. В перспективе синтез-газ будут получать газификацией не только угля, но и других источников углерода вплоть до городских и сельскохозяйственных отходов.  образование из синтез-газа самых различных кислородсодержащих соединений, например: ацетальдегида, уксусной кислоты, этиленгликоля и др.

 Существует много методов получения газа: старых, проверенных ― сжигание, окисление кислородом, пиролиз, газификация. Но по сравнению с плазменными  они значительно менее эффективны по затратным характеристикам  и уступают по экологической чистоте. — Из синтез-газа мы можем получать что угодно, — говорит Рутберг. — Можем вытащить водород — причем самый дешевый в производстве получится водород. Можем сжигать в газотурбине, под котлом, чтобы получить энергию, а можем производить спирты и дизтопливо. К сожалению, у нас в России не развито каталитическое производство, но за рубежом есть отработанные технологии. С их помощью можно получать и этанол, и метанол.

4. Плазма

 Эксперты из числа "зеленых" полагают, что плазма ― материя недостаточно изученная для того, чтобы ее широко использовать...  Но  люди, которые говорят такие вещи, обычно очень мало понимают в физике и в физ-химии и находятся под властью предубеждения. Например, горение - процесс, который очень трудно контролировать, но оно привычно, и поэтому никого не пугает. А плазма ― легко управляется, здесь все очень четко, автоматизировано. Это - очень чистая технология, просто она новая, даже новейшая - двадцать первого века, без всяких преувеличений. И как все непривычное она настораживает.

 Плазма давно известна - это газ, нагретый до высоких температур. Как вы знаете, она бывает высокотемпературная - около 100 млн градусов, так называемый термоядерная плазма, и низкотемпературная ―2 – 100 тысяч градусов, небольшие величины. Вообще на основе плотной низкотемпературной плазмы сейчас технологий множество – это и металлургия новая, качественная, и химия новая: получение материалов по заданному рецепту, и использование в медицине, но особенно актуально использование этих плазменных технологий в интересах энергетики и экологии.

 Плотная низкотемпературная плазма (наш рабочий диапазон – от двух тысяч до десяти тысяч градусов Цельсия) генерируется в плазматронах. Потом плазменная струя вводится в плазмохимический реактор, где помещается перерабатываемое вещество. Это обычный стальной цилиндр с высокотемпературной керамикой внутри. При помощи этой плазменной струи вы сообщаете именно столько энергии, сколько нужно, чтобы твёрдое или жидкое вещество перевести в газообразную фазу, потом развалить на молекулы и атомы и сформировать то, что вам необходимо.

5. Плазмотрон Филиппа Рутберга

ПЛАЗМОТРОН - устройство для создания плотной (с давлением порядка атмосферного) низкотемпературной плазмы с помощью электрических разрядов в газах и дающее плазменный поток, используемый для исследовательских и научных целей. Принцип работы П. заключается в следующем. Холодный газ непрерывным потоком продувают через область, где горит стационарный разряд; газ нагревается, ионизуется, превращается в плазму, к-рая вытекает из области разряда в виде плазменной струи чаще всего прямо в атмосферу (тогда и давление в плазме атмосферное). На практике обычно применяются П., работающие на дуговом разряде

Принцип действия большинства плазматронов мощностью от нескольких кВт до нескольких мегаватт, практически один и тот же.

Между катодом, выполненным из тугоплавкого материала, и интенсивно охлаждаемым анодом, горит электрическая дуга. Через эту дугу продувается рабочее тело (РТ) - плазмообразующий газ, которым может быть воздух, водяной пар, или что другое.

Происходит ионизация РТ, и в результате на выходе получаем четвертое агрегатное состояние вещества, называемое плазмой.

В мощных аппаратах вдоль сопла ставится катушка эл.магнита, он служит для стабилизации потока плазмы по оси и уменьшения износа анода

В Институте электрофизики и электроэнергетики РАН под руководством академика Рутберга создан промышленный генератор плазмы, в котором для переработки бытового мусора применяется низкотемпературный плазмохимический процесс. При этом не только утилизуются отходы, но и вырабатывается электроэнергия. Проект завода по переработке твердых бытовых отходов был представлен на экспертизу в фонд "Сколково". Академик Евгений Велихов, руководитель секции ядерных технологий инновационного фонда, дал положительное заключение, предложив первый промышленный образец построить на территории Сколкова.

Сейчас мусоросжигательные заводы не способны обеспечить полное сгорание отходов из-за относительно невысокой температуры — 800-1000 градусов. Поэтому в атмосферу выбрасываются тонны вредных веществ, в том числе диоксины, представляющие серьезную угрозу всему живому. Промышленные фильтры, способные полностью очистить дым от вредных примесей, наукой пока не придуманы.

Плазмогенератор Рутберга создает рабочую область реактора, с температурами от 1200 до 2000 градусов, где идет процесс пиролиза (термического разложения) и плазменной газификации органических отходов. В качестве плазмообразующего газа используется атмосферный воздух и водяные пары. В ходе пиролиза органики образуется синтез-газ — смесь монооксида углерода и водорода (СО и Н2), при дальнейшем сгорании которого выделяются углекислый газ и вода.

              Рабочим органом плазмогенератора является плазмотрон — система электродов, создающих электрическую дугу, которая разогревает газ до ионизированного состояния. Сама установка представляет из себя реакторную колонну, в середине которой расположены генераторы плазмы, а в верхнюю часть засыпаются измельченные и гранулированные органические отходы. Попадая внутрь реактора, органика подвергается процессу газификации. Полученный синтетический газ может как подаваться на газовую турбину, которая вырабатывает электрический ток, так и использоваться для производства жидкого топлива и водорода. Несгораемые остатки в виде стеклоподобного шлака опускаются вниз. (Сверху в установку засыпаются измельченные отходы. В центре выжигающий их плазмотрон. Отвод полученного синтез-газа — справа внизу. Несгораемые остатки опускаются на дно)

Так как в реактор попадает относительно холодное вещество (органические отходы), плазма разбавляется в нем, и температура внутри опускается до примерно полутора тысяч градусов — от 1200 до 1800. Этого вполне достаточно, чтобы поддерживался процесс плазмохимической реакции, но при этом не тратить лишней электроэнергии. Температура не ниже 1200 необходима, чтобы не было условий для образования диоксинов. Поэтому струя плазмы, испускаемая генераторами, регулируется таким образом, чтобы температура органической смеси находилась в установленных пределах — ниже нельзя, выше нет необходимости.

В генератор подается защитный рабочий газ, то есть тот же воздух, — поясняет Рутберг, — чтобы ограничить область электрических дуг, где температура может быть и десять, и двадцать, и тридцать тысяч градусов. Через них продувается воздух, часть которого идет по краям объема, защищая стенки генератора — в итоге все перемешивается и создается рабочая температура плазмы.

Самый изнашиваемый элемент плазмотрона — электроды. В плазмогенераторах, производимых иностранными компаниями, вне зависимости от того, из каких сплавов они сделаны, электроды разрушаются за 200-400 часов работы. В плазмотроне Рутберга, за счет специальной организации режима горения, когда электрическая дуга не привязывается к одной точке, а перемещается в магнитном поле, ресурс увеличен до двух тысяч часов, минимум до тысячи. Кроме того, по стоимости и простоте производства разработанные институтом электроды существенно дешевле зарубежных аналогов. В них используется либо чистая медь, либо порошковое соединение меди с железом.

Замена электродов в плазмотроне не представляет технологической проблемы — по словам Рутберга, она может быть произведена буквально за пять минут без какого-либо ущерба для общего процесса. Так как внутри реакторной колонны довольно большая масса вещества, она разогревается и остывает инертно.

Та установка, которую "Плазмохимические технологии" готовы поставить сейчас, способна перерабатывать 12 тысяч тонн мусора в год и будет производить до 2 мегаватт электроэнергии. Около половины производимой электроэнергии будет уходить на разогрев рабочей зоны реактора и поддержание процесса — так что авторы проекта рассчитывают на чистую отдачу электроэнергии не меньше мегаватта в час. За счет нагрева воды в контуре охлаждения станция будет производить и тепловую энергию, которая может использоваться для отопления. Получаемый в установке синтетический газ может быть сырьем для дальнейшей переработки.

Заключение

          Авария на японской атомной станции "Фукусима" не приведет к остановке ядерной энергетики. Она, безусловно, по-прежнему будет востребована. Правда, необходимо уделять повышенное внимание безопасности работы атомных станций. Конечно, это, в свою очередь, приведет к некоторому удорожанию их стоимости, но полностью уйти от применения ядерной энергетики, видимо, не получится. И все-таки весь двадцать первый век будет доминировать энергетика на органике. Плазменные технологии уже набирают свою популярность в США, Японии, Канаде, Европе, Южной Африке. В России отсутствует необходимая приборная база, поэтому большую часть оборудования приходится заказывать за границей, что приводит к увеличению его стоимости. В последнее время, есть несколько регионов, которые, вероятнее всего, будут снабжаться  модулями по переработке мусора, в частности, Ленинградская и Московская области, Краснодарский край. Фонду"Сколково" предложили  поставить первый завод по плазмохимической переработке твердых бытовых отходов на их территории. В среднем, один человек производит около полутонны мусора в год. Если население Сколкова составит 20-25 тысяч человек, как сейчас планируется, то такой завод производительностью полторы тонны в час проблему утилизации мусора решит полностью. Одна модульная установка обходится приблизительно в пять миллионов рублей.

Скоро появится и еще одно направление. Получение чистого водорода, а в нем сейчас огромные потребности, причем иногда в самых неожиданных областях. Известно, что сейчас на планете скопилось огромное количество CO2, и никто не знает, что с ним делать. Было даже предложение собрать его и закопать глубоко в землю в линзе, чтоб он там хранился – видимо, пока очередной метеорит не упадет, и тогда все вымрем как динозавры. Выдвигались разные предложения, и из них очень перспективным выглядит применение углекислого газа для переработки в спирты, в метанол. Но для этой технологии нужен водород, а его производство достаточно дорого, электролиз – процедура дорогая, требует громадных энергетических затрат. Другие способы требуют в качестве сырья природный газ и тоже энергетически затратны. А то, что предложено Рутбергом, позволяет получать из синтетического газа чистый водород значительно дешевле, и, таким образом, можно решить  и проблему углекислого газа.

Синтез-газ пригоден для использования в газовых турбинах, дизель-генераторах, особенно если смешать его с природным. Сейчас в США развивается огромная отрасль по созданию именно таких турбин. Это колоссальный энергетический ресурс. Второе - получение при помощи катализаторов искусственных жидких топлив: спиртов, дизельного топлива. В Калифорнии, например, где автомобилей больше, чем во всей России, ездят только на смеси метанола и бензина. Причём производят его в США старым методом - частичным горением кукурузы и сахарного тростника. Но это дорого и может сказаться на продовольственной базе. Та же Бразилия катается на топливе из сахарного тростника.  Плазменные технологии позволяют избежать такой нагрузки на природную среду.

           Изучив данную тему, я пришел к выводу, что разработки Филиппа Григорьевича Рутберга могут приносить большую пользу не только в ближайшем будущем, но и сейчас. Я мечтаю о постройке завода с модулями Рутберга в Марий Эл, поэтому на данном этапе своей жизни я просто популяризатор рассмотренных мною научных достижений. В настоящее время мы разместили на сайте Правительства Марий Эл в рубрике предложений небольшое сообщение.

            Я очень надеюсь, что из теперешних учеников, моих друзей, одноклассников вырастут большие начальники, меры городов, президенты компаний, да просто умные люди, которым не безразлично будущее России. В своем славном будущем они вспомнят  про мою работу и построят заводы с модулями, изобретенными русским ученым Филиппом Григорьевичем Рутбергом  во всех уголках в России.

Список использованных источников

1. Бекаев, Л.С., Марченко, О.В., Пинегин, С.П. Мировая энергетика и переход к устойчивому развитию/Л.С. Бекаев, О.В. Марченко, С.П. Пинегин. – Новособирск: Наука, 2000. – 300 с.
2. Глобальная энергия-2011//Изобретатель и рационализатор. – 2011. - № 8 – С.22
3. Звездные войны с мусором/Филипп Рутберг; беседовал Ирин Имамутдинов//Эксперт. – 2011. - № 6. – С. 52-57
4. Караханов, Э.А Что такое нефтехимия/Э.А. Караханов//Соросовский Образовательный Журнал. - 1996. - № 2. - С. 65-73.
5. Катализ в Cl-химии /Под ред. Л. Кайма. - Л.: Химия, 1987. - 296 с.
6. Конюшная, Ю.П. Открытия советских ученых. Ч.1/Ю.П. Конюшная. – М.: МГУ, 1988
7. Промышленное применение низкотемпературной плазмы: учебное пособие. – Алчевск: ДГМИ, 1993. – 59 с.
8. Темкин, О.Н. Каталитическая химия/О.Н. Темкин//Соросовский Образовательный Журнал. -1996. - № 1. - С. 57-65.
9. Харитонов, Ю.Я. Комплексные соединения/Ю.Я. Харитонов//Соросовский Образовательный Журнал. -1996. - № 1. - С. 48-56.
10. Энергетическая «нобелевка»//Наука и жизнь. – 2011. - № 6. – С.22-23