Задача синтеза сырья для химической промышленности марсианской колонии

11 Дек 2013

В нашем обществе нефть по сию пору используется в большей части как источник энергии, хотя еще Менделеев в свое время говорил о том, что использование нефти подобным образом равноценно тому, чтобы «топить печь ассигнациями», ведь нефть — это прежде всего богатейший источник углеводородов для синтеза разнообразных полимеров, без которых наша современная жизнь просто непредставима. Применение изделий из полимеров столь обширно и разнообразно, что наше время даже можно было бы, по аналогии с различными прошедшими периодами в истории человечества, назвать Веком Полимеров.

При планировании колонизации Марса естественным образом встает вопрос об источнике углеводородов. Итак, зададимся вопросом: «Есть ли на Марсе нефть?» Вопрос этот может показаться наивным — настолько Марс представляется иным по сравнению с нашей Землей. Естественным предполагается отрицательный ответ. Однако, на мой взгляд, вопрос о наличии или отсутствии нефти на Красной Планете является отнюдь не столь уж и явным.

Напомним, что о возникновении нефти на Земле бытуют два представления: согласно первому она образовалась в результате разложения неких живых организмов, по второму углеводороды присутствовали на нашей планете изначально, будучи достаточно равномерно распределены по сформировавшему Солнечную Систему газопылевому облаку. Второе представление в последнее время получает все большее подтверждение (к примеру, в его пользу свидетельствуют данные, полученные при бурении Кольской сверхглубокой скважины) и, при принятии именно этой гипотезы за базовую, предположение о наличии нефти на Марсе представляется уже не столь малореальным и фантастическим — ведь если углеводороды есть на Земле, есть в системах планет-гигантов, то почему им в таком случае не быть и на «промежуточном» Марсе?

Тем не менее, при столь слабых познаниях нашей науки о марсианской геологии и планетологии вообще, мы не можем при проектировании марсианской колонизации полагаться на возможно имеющиеся там углеводородные ресурсы. Поэтому, даже предполагая наличие нефти на Марсе, мы не вправе рассчитывать на скорое открытие месторождений гипотетической «марсианской нефти» и на их быстрое включение в эксплуатацию при проведении колонизации Марса. Представляется необходимым, в любом случае, иметь замену самородной нефти — либо на первое время, либо вообще на случай ее полного и принципиального отсутствия.

Марсианский Проект должен быть полностью автономен от каких-либо расчетов на возможность наличия каких-либо легкодоступных ресурсов кроме тех, присутствие которых на планете является абсолютно достоверным и доказанным. В качестве таковой замены нефти как источника углеводородного сырья нами предлагается способ извлечения углерода из марсианской атмосферы и связывание его водородом, полученным из местной воды (существование значительных количеств которой на Марсе представляется вполне доказанным), либо хлором, с получением углеводородных соединений для последующего производства из них полимеров. «Побочным продуктом» процесса будет являться кислород, который, естественно, найдет свое применение в Марсианском Проекте.

Вот один из предлагаемых возможных вариантов:

Первичной реакцией этого варианта будет реакция разложения углекислого газа (СО2) протекающая при высоких температурах:

1) СО2 = С + О2

Данная реакция при наличии достаточно мощного источника энергии не представляется особенно затруднительной для массового разложения углекислого газа на составляющие элементы. Полученный кислород из реакционной зоны удаляется и идет на обработку его для дальнейшего использования, а углерод направляется на дальнейшее превращение.

Следующая стадия представляет собой получение карбида кальция (CаC2). В промышленности его получают путем нагревания угля с негашеной известью в электрических печах при температуре порядка 2500 о С по реакции:

2) 3С + СаО = CаC2 + СО

Угарный газ (СО) в дальнейших превращениях не участвует и выводится из зоны реакции, однако называть его при этом «отходом» было бы несправедливо, так как его вполне реально, к примеру, использовать на реакцию с хлором (СО + Сl2 = СОСl2) — образовавшийся фосген является применяемым сырьем для производства полимеров в современной промышленности.

3) CаC2 + 2H2О = Са(ОН)2 + С2Н2

Получившийся в результате этой реакции ацетилен (С2Н2), являясь основным продуктом, выводится из зоны реакции. На основе ацетилена как исходного сырья имеются промышленно используемые технологии синтеза таких важнейших продуктов, как уксусная кислота, синтетический каучук, пластмассы, различные растворители и пр.

Гашеная известь (Са(ОН)2) нагревом с отщеплением воды переводится в негашеную (СаО) и направляется на начало процесса:

4) Са(ОН)2 = СаО + H2О

Получившаяся в качестве побочного продукта вода может быть сконденсирована и направлена на третью стадию процесса.

Таким образом, итоговая реакция процесса, исключая побочную «фосгеновую» ветвь и реакции, связанные с восстановлением окиси кальция, который в реакциях является в принципе нерасходуемым, будет такой:

5) 3СО2 + H2О = 3О2 + СО + С2Н2

Исходными веществами для процесса будут являться такие простейшие и распространеннейшие вещества (наличие воды на Марсе признано в настоящее время в научных кругах уже не подлежащим сомнениям), как углекислый газ (СО2) и вода (H2О), а продуктами будут являться кислород (О2) (необходимый как непосредственно для дыхания, так и как, к примеру, окислитель для двигателей транспорта, как вещество для химического синтеза различных веществ и т.п.), угарный газ (СО) (который может быть превращен, к примеру, в фосген, который, в свою очередь, может использоваться как сырье для дальнейшего синтеза и т.п.) и ацетилен (С2Н2), который является важным сырьем химического синтеза разнообразнейших веществ.

Так, одно из применений ацетилена заключается в производстве из него бензола (С6Н6):

6) 3 С2Н2 = С6Н6

Также возможна полимеризация по другому пути — при пропускании ацетилена через раствор хлористой меди и хлорида аммония в соляной кислоте при 80оС образуется винилацетилен, который, в дальнейшем, при присоединении НCl, превращается в хлоропрен, применяемый для получения синтетического каучука. При присоединении воды, протекающем при каталитическом действии солей ртути (реакция Кучерова), получается виниловый спирт, который изомеризуется в уксусный альдегид. Данная реакция имеет большое промышленное значение, т.к. уксусный альдегид является в технике веществом, которое в огромных количествах применяется для получения уксусной кислоты, этилового спирта и ряда других веществ. Также ацетилен служит в промышленности исходным продуктом для синтеза таких растворителей, как, например, трихлорэтилен и т.д. Химически чистый ацетилен в смеси с этиленом (данный газ именуется «нарцилен») может применяться в качестве наркоза при хирургических операциях.

Итак, данный вариант получения сырья для химического производства марсианской колонии позволяет наладить производство на месте столь важных веществ, как каучук, различные растворители, ароматические вещества (производные бензола), уксусная кислота и т.д., что, несомненно, должно представлять интерес при проектировании серьезного освоения Марса. Предполагается, что создание технологии цепочки производств, максимально автоматизированных и взаимосвязанных, должно являться одной из главных задач проекта освоения.

Обсуждения закрыты для данной страницы

© 2003—2014, XMARS.ru - всё о планете Марс.