Existuje již spousta pověstí, že Černé moře může doslova explodovat kvůli nadměrnému obsahu sirovodíku v hlubinách. Samozřejmě tam nic nevybuchne, protože tam není kyslík. Je však snadné otrávit všechny živé věci periodickými emisemi sirovodíku do horních vrstev. Ve zvláště dramatických epizodách jsou mrtvé ryby odstraňovány z pláží pomocí stavebního zařízení. Na pozadí všech těchto hrůz se náhle vynořil kuriózní projekt, jehož cílem bylo extrahovat stejný sirovodík z mořské vody a zpracovat jej na polymerní síru a čistý vodík, které lze použít k výrobě elektřiny a k dalším novým účelům. Ekonomicky a technicky rozvinutý projekt se zrodil již v roce 2001. Jedním z jejích autorů je Ph.D. Oleg Saprykin. Pod sestřihem je jeho příběh o Marine Autonomous Energy Complex (MAEC) vytvářeném pro pobřežní oblasti Černého moře, který jsem sestavil po našem rozhovoru.
Proč je Černé moře mrtvé?
Ještě v 80. století se vědělo, že Černé moře bylo kontaminováno sirovodíkem. Vrstvy se sirovodíkem začínají v průměru od hloubky 150 metrů ve střední části moře a od hloubky 200–10 metrů u pobřeží. Život v Černém moři je tedy přítomen pouze v relativně tenké povrchové vrstvě nasycené kyslíkem – objemově to není více než 100%. Dole nemůže existovat nic živého kromě některých anaerobních bakterií. Nebudeme se dotýkat teorií o tom, proč se to stalo. To je předmětem velmi dlouhých a vášnivých debat. V různé míře se na tom podílela geologická stavba, aktivita bakterií redukujících sírany a velká města na pobřeží s odtokem odpadních vod. Mezi důvody tak rozsáhlé akumulace sirovodíku patří slabé vertikální proudy (to je stav, kdy se vrstvy vody vzájemně špatně mísí) a skutečnost, že Černé moře je spojeno se světovým oceánem přes relativně mělký – asi 3 metrů – Bosporský průliv. Proto veškerý sirovodík vytvořený v Černém moři zůstává tam. Celkem se za tisíciletí podle různých odhadů nashromáždilo 90 až 3 miliard tun sirovodíku. Další kontroverzní otázkou je, zda existuje rovnováha mezi vrstvami vody obsahujícími kyslík a nasycenými sirovodíkem. Zvyšuje se množství sirovodíku v moři (a tedy jeho hladiny)? Nedávno jsme obdrželi dopis od akademika, který se domnívá, že biologická rovnováha se vyvinula asi před 1971 tisíci lety a zůstává nezměněna dodnes, proto by se za žádných okolností nemělo dotknout jedinečné sirovodíkové vrstvy Černého moře. Tento názor je poměrně častý. Na druhou stranu, v roce 2011 a v roce 40, aby bylo možné odhadnout, v jaké hloubce tato vrstva začíná, byly provedeny podobné studie, podle kterých se za 40 let hranice přiblížila k povrchu o XNUMX metrů. To je výrazný nárůst. Věříme v měření. A projekt, o kterém chci mluvit, začal právě pokusem o vyřešení tohoto problému.
Co potřebuje pobřeží kromě „vyčištění“ sirovodíku?
Existuje jeden dlouhodobý problém: pro letoviska, tedy všechna města podél pobřeží, je důležité mít vlastní autonomní napájení, aby nebyly závislé na sousedech, stejně jako v případě všech druhů povětrnostních jevů. blízko katastrofám, kdy jsou v důsledku havárií na elektrických vedeních celé regiony bez napětí. Naší myšlenkou bylo využít k místní výrobě elektřiny nikoli tradiční zdroje energie, ale stejný sirovodík, který se po miliony let hromadil v Černém moři. Disociační reakce z něj umožní získat vodík, jedno z energeticky nejúčinnějších a nejekologičtějších paliv na světě. V plynovém generátoru může být vodík přeměněn na elektřinu pro pohon domácností nebo dopravy a výfuk takového plynového generátoru bude obsahovat pouze čistou destilovanou vodu. Takový projekt vyvolává spoustu otázek: jak dostat sirovodík na povrch bez poškození životního prostředí, kde jej zpracovat a co dělat s dalšími reakčními produkty. Dále vám řeknu, jak to vidíme my.
Jak to bude fungovat
Projekt je založen na podvodní elektrárně Marine Autonomous Energy Complex (MAEC). Bude brát sirovodík z vody v hloubce a poté jej převést na čistý vodík a polymerní síru. Klíčovou myšlenkou projektu je, že není potřeba sirovodík těžit z hlubin, nějak ho dodávat na povrch, ani se bát jeho reakce s povrchovými vrstvami vody a narušení ekoprostředí.
Na rozdíl od alternativních projektů, které navrhují vybudovat v Černém moři něco jako ropné plošiny na zpracování sirovodíku, jsme si jisti, že všechny manipulace lze provádět pod vodou – přímo ve vrstvě sirovodíku.
Ve skutečnosti mluvíme o vytvoření podvodní autonomní instalace, jejímž hlavním „produktem“ bude buď vodík, nebo elektřina, pokud veškerý vyrobený vodík bude okamžitě zpracován plynovým generátorem a pouze výsledná elektřina bude přenesena nahoru. Již jsme vypracovali hlavní řetězce této výroby a odhadli energetickou účinnost – výpočty ukazují, že naše schéma je docela proveditelné. Instalace s výkonem cca 300 kW bude cenově výhodná. Tato instalace má velikost malé lodi a váží asi 10 tun. 300 kW je užitečný výkon na výstupu MAEK. Ve skutečnosti bude elektrárna generovat asi 350 kW a asi 50 kW využije k udržení vlastního provozu: separátory, generátor plynu atd. Taková instalace vyčistí asi 68 tisíc metrů krychlových mořské vody od sirovodíku za hodinu. Když vezmeme v úvahu celkový objem zásob sirovodíku v Černém moři, tisíc takových instalací vydrží déle než 500 let. Dále zdůrazním hlavní body, ke kterým jsme v rámci našeho výzkumu dospěli.
Disociace sirovodíku
Hlavní myšlenkou návrhu je disociace sirovodíku na vodík a čistou síru. Existuje mnoho způsobů, jak tento proces realizovat – termo-, plazma- nebo fotochemická reakce. Podrobně jsme prozkoumali všechny existující metody a našli z nich pro naše podmínky tu nejúčinnější – plazmochemickou. To jsou však již detaily. Pro obecné pochopení postačí, že výsledkem tohoto procesu je čistý vodík a polymerní síra, k jeho získání nejsou potřeba žádné další výrobní kroky.
Energetické náklady na disociaci jedné molekuly jsou menší než 1 eV. Pro srovnání: náklady na disociaci molekuly vody pro získání stejného vodíku jsou v závislosti na podmínkách od 7,13 do 14,19 eV, to znamená, že získávání vodíku ze sirovodíku je téměř o řád výhodnější.
Vodík získaný během reakce může být přímo odeslán do generátoru plynu a přeměněn na elektřinu nebo uložen v metalhydridových bateriích. Podle plánu by naše projektová instalace (300 kW) měla produkovat asi 20 kg vodíku za hodinu. Jeho elektrická síla je přesně výsledkem spalování tohoto vodíku v plynovém generátoru. Důležitým bodem je, že instalace musí mít v každém případě generátor plynu, protože k udržení provozu areálu potřebujeme kromě užitečné elektřiny vyrobit dalších 50 kW. Osud zbývajícího vodíku určuje především logistika.
Pokud se všechen vodík přemění na elektřinu, povede kabel z elektrárny na břeh. Vedlejším produktem bude navíc destilovaná voda, která může být buď vypuštěna do moře, aniž by došlo k poškození ekosystému, nebo nějakým způsobem nahromaděna a dopravena na povrch.
Pokud je cílem výroby vodík, bude nutné pravidelně dodávat na povrch nabité metalhydridové baterie. Zvažujeme technologie, které nám to umožní automaticky.
Skladování vodíku v projektu
Dovolím si malou odbočku k metalhydridovým bateriím, ve kterých je plánováno akumulovat a dodávat vyprodukovaný vodík na povrch (ve variantě instalace bez připojení kabelu k povrchu). Z hlediska skladování a přepravy je vodík komplexní palivo. Ale za posledních 15 let se technologie pro vázání vodíku v metalhydridových bateriích velmi dobře rozvinuly, a to i u nás. Zejména se těmito otázkami zabývá výzkumný ústav v Černogolovce (zmínili jsme se o tom v nedávný článek o „vodíkových“ úspěších). Navíc se již objevily domácí společnosti, které takové baterie vyrábějí na průmyslovém základě. Nyní lze snadno online objednat kovové hydridové baterie různých velikostí, dokonce i velikosti plnicího pera. Jeden litr objemu takových baterií může obsahovat až 640 litrů vodíku (ve vázané formě). A vodík lze v této podobě skladovat téměř neomezeně dlouho. To znamená, že již máme přenosné nádoby, které lze nabíjet pomocí naší podvodní stanice a instalovat do vozidel nebo stacionárního plynového generátoru v domácnosti.
Polymerní síra
Polymerní síra je vedlejším produktem na výstupu generátoru vodíku. Síra je velmi častým prvkem v zemské kůře. Jeho alfa modifikace, obyčejná jemně rozptýlená síra, není nedostatková, stojí asi 30 dolarů za tunu. Ale modifikace polymeru, která má vysokou molekulovou hmotnost, je velmi cenný chemický produkt. Používá se v automobilovém průmyslu – při vulkanizaci pryže při výrobě pneumatik, jako přísada do betonu a asfaltu. Pokud vím, byly takové přísady dokonce testovány na moskevském okruhu. V provozu se velmi dobře osvědčil tzv. sirný asfalt – asfalt s přídavkem různých variant modifikované síry. Má větší tepelnou a mechanickou stabilitu a snižuje množství bitumenu potřebného pro pokládku vozovky. Mimochodem, asfalt s přídavkem modifikované síry lze pokládat při teplotách pod nulou. Podobně modifikovaná síra zlepšuje vlastnosti betonu. Ale nebudu zde zabíhat do podrobností. Faktem je, že polymerní síra je cenným produktem a stojí asi 3 tisíce dolarů za tunu, což je o dva řády více než běžná síra. Nejjednodušší model podvodní elektrárny dokáže uvolňovat síru produkovanou disociační reakcí ke dnu. V tomto stavu nebude reagovat s okolními látkami, ale bude se pasivně usazovat. Tento přístup značně zjednodušuje návrh závodu a logistiku produktů, ale vzhledem k ceně polymerní síry to není tak prozíravé. Naše ekonomické výpočty ukazují, že polymerní síra stojí za to bojovat – mohla by být komerčně zajímavá. Instalace může vyrobit asi 320 kg za hodinu. Pokud je polymerní síra izolovaná ze sirovodíku skladována, pak bude samozřejmě muset být, stejně jako nabité metalhydridové baterie, periodicky dodávána na povrch.
Jak funguje podvodní robot?
Autonomní podvodní instalace je robot, který sestoupí do požadované hloubky, sbírá okolní vodu s rozpuštěným sirovodíkem a zpracovává ji pomocí speciálních separátorů. Zařízení uvolňuje plyn a posílá ho do generátoru vodíku, kde se rozdělí na polymerní síru a vodík. Na výstupu máme kromě těchto produktů destilovanou vodu. 
Jak jsem uvedl výše, pro svůj provoz zařízení spotřebuje cca 50 kW elektřiny, kterou si sama vyrábí. Jeho počáteční spuštění, před přechodem na vyhořelé palivo, lze provést pomocí lodního dieselového motoru nebo například vlnové elektrárny. V zásadě již existují vlnové stanice s výkonem, který potřebujeme. Při jeho použití bude instalace zcela autonomní. 
Podle našich propočtů by měl komplex fungovat autonomně pod vodou 11 měsíců v roce. Za účelem údržby bude vynesena na povrch po dobu jednoho měsíce.
Vzhledem k tomu, že proudy v Černém moři jsou slabé, bude instalace potřebovat vlastní motory pro pohon.
Až vznikne další „horizont“ sirovodíku, komplex se posune nebo změní hloubku, k tomuto účelu se hodí právě zásoby vodíku, které dokážou zajistit potřebný vztlak. Ale podle našich odhadů se budeme muset posunout několik set metrů za den. A nové zásoby sirovodíku budou k dispozici zejména díky míchání.
logistika
Chceme použít flotilu malých nákladních dronů, které budou dodávat metalhydridové baterie a polymerní síru na povrch. Budou schopni autonomně zvedat nabité bloky a spouštět vybité zpět do hloubky. Existuje možnost, že to bude výnosnější než vybudování potrubí k lodi umístěné na povrchu. Ale stále jsme v příliš rané fázi projektu, abychom podrobně vypočítali provoz dronů.
Proč to nikdo neudělal před námi?
Sirovodík byl vždy považován za typický problém v ropném a plynárenském průmyslu. Během procesu výroby plynu se jej snaží oddělit od zbytku plynné směsi a jednoduše spálit. Důvodem je skutečnost, že sirovodík je nejen toxický pro živé organismy, ale také chemicky agresivní: velmi rychle koroduje kovové části jednotek. Aby nám to nebránilo ve vytvoření instalace, která bude autonomně fungovat minimálně 20 let, 11 měsíců v roce, předpokládáme použití speciálních kompozitních materiálů.
Kdy se objeví první offline instalace?
Projekt je nyní ve fázi dokončování výzkumných a vývojových prací. Fáze vývoje je před námi. Chápeme, jak implementovat každý z bloků technologického řetězce, ale ještě jsme neexperimentovali s celým řetězcem. Musíme to jen vytvořit a optimalizovat. Pokud budou k dispozici finance, mělo by to trvat dalších pět let. Na financování projektu by se mělo podílet několik institutů a právnických osob: Státní univerzita v Sevastopolu, Ústav geochemie a analytické chemie pojmenovaný po V.I. Vernadském, Baltská federální univerzita. Immanuel Kant a další dvě obchodní společnosti. Kromě toho doufáme, že získáme grant od NTI, protože jsme byli vybráni do užšího výběru pro design a vzdělávání Souostroví 2022. To pomůže urychlit fázi výzkumu a vývoje. Poté začneme vytvářet první prototyp, který musí fungovat minimálně rok, než se budeme moci bavit o dalších fázích. S prvním prototypem plánujeme otestovat a zdokonalit technologii a optimalizovat logistiku. Teprve po opravě chyb na něm zjištěných se začne mluvit o produkčním prototypu. Po předvýrobním a výrobním prototypu budeme muset hledat spotřebitele. V této fázi vyvstane otázka replikace technologie. A zde počítáme se zvláštními ekonomickými zónami Černého moře. Myšlenka je taková, že první tři vzorky výroby nám poskytnou finanční prostředky na zahájení základní výroby. A po vydání dalších devíti kopií plánujeme spustit výrobu kompozitů. Nejprve budeme moci využívat vývoj jiných – z odvětví zaměřených na stavbu lodí. Pokud si ale opravdu chcete vybudovat vlastní flotilu dronů pro obsluhu autonomních systémů, musíte mít takové materiály po ruce. To výrazně sníží výrobní náklady a naše provozní náklady (odhadem o 30 procent). Ale to jsou ještě vzdálené vyhlídky.
- sirovodík
- technologie
- vodíková energie
- vodíkové palivo
- příjem elektřiny
- Blog společnosti Leader-ID
- Populární věda
- Energie a baterie
- Ekologie
Za posledních 60 let se ukázalo, že téměř 40 % Černého moře je neobyvatelných. Tento závěr učinili belgičtí vědci z univerzity v Lutychu. Jak odborníci vypočítali, od roku 1955 do roku 2015 se hloubka průniku kyslíku snížila ze 140 na 90 metrů. Vědci zároveň objevili zhoršení kvality vody spojené s velkým příjmem sloučenin fosforu a dusíku do moře.
Že se voda zhoršila, je vidět pouhým okem. Mnoho rekreantů si stěžuje, že nejen v Soči, kde byla voda vždy špatná, ale i v Abcházii je nyní špinavá. I na plážích upozorňují, že se stále můžete koupat, ale nedej bože, abyste si dali doušek mořské vody – mohli byste dostat infekci. To samozřejmě turisty rozčiluje, protože co by to bylo za dovolenou na moři bez potápění.
Rybáři zaznamenávají výrazný pokles úlovků. Navíc si rybáři stěžují nejen z Oděsy a Krymu, ale také z Bulharska a Gruzie.
Nyní se však ukazuje, že Černé moře čelí mnohem vážnějšímu nebezpečí než E. coli nebo úbytek rybích populací.
„Lidé s hrůzou sledovali, jak popelavé moře začalo vřít, vařit, zčernalo, jak se tomu bůh říkalo, a začalo mizet v jakémsi trychtýři. Byl cítit odporný zápach sirovodíku. Černé moře přestalo existovat. Později v komentáři k neuvěřitelnému incidentu vědci došli k závěru, že varování o fatální roli sirovodíku, který leží ve vrstvě v hloubce 40 metrů, vždy jen málokoho znepokojovalo, ale nyní se provalilo. povrch a „jedl“ vodu“. Takto popsal ekologickou katastrofu spisovatel Alexander Gera v politickém románu „Poplach“.
Jak je to možné?
Je známo, že Černé moře má hloubku až 2 tisíce metrů. Ale v hloubce přes 200 m žijí pouze bakterie produkující sirovodík. Ryby a další organismy nemohou žít, protože tam není žádný kyslík, existuje pouze „mrtvá voda“, tedy kombinace vodíku a síry. Povrchová vrstva je převážně říčního původu, hladina soli je zde na moře poměrně nízká. V hloubce 50 až 100 m se obsah soli prudce zvyšuje. Horní vrstvy jsou mnohem světlejší než spodní, takže se téměř nemíchají.
Černé moře je tedy hlubokou nádrží se sirovodíkem a tenkou vrstvou téměř sladké vody, kde žijí všechny živé organismy. Pokud hrozí, že tato tenká vrstva zmizí, může se celé moře stát nejen bez života, ale také výbušným.
S těmito hodnoceními souhlasí i vedoucí výzkumný pracovník sevastopolské pobočky Státního oceánografického institutu pojmenované po N.N. Zubova Anatolij Rjabinin. Věří, že Černé moře může čelit velké katastrofě.
„Podle našeho výzkumu během posledních desetiletí minulého století vrstva sirovodíkové vody skutečně stoupla, někdy až na úroveň 75 metrů. V roce 1986 pracovala speciální komise a zjistila, že nebezpečí stoupajících sirovodíkových vod přetrvává,“ řekl Rjabinin.
Je pravda, že tyto studie byly provedeny již dávno a všechny informace od ruských vědců jsou pouze z minulého století. V tomto století nic neměřili, nebyly jim přiděleny peníze na výzkum. Předchozí pozorování ale ukázala, že hladina sirovodíku se zvyšuje a jeho uvolňování do atmosféry lze očekávat při nějakém kataklyzmatu.
Svého času byla studována možnost těžby sirovodíku pro jeho použití jako paliva. Zaměstnanci Moskevského výzkumného oceánologického ústavu pojmenovaného po P.P. Shirshov RAS vždy prosazovali, aby se netěžilo více sirovodíku, než se vyprodukuje, protože to může narušit přirozenou rovnováhu. Jiní vědci měli jiný názor: sirovodík se musí vyrábět ve velkém, aby se moře časem vyčistilo, řekněme za sto let. Dnes je Černé moře nejnebezpečnější na planetě.
Další zvýšení hladiny sirovodíku může vést k nejkatastrofálnějším následkům. V roce 1927 došlo u Jalty k zemětřesení. Pak bylo moře doslova v plamenech. Někteří vědci se domnívají, že se vznítil sirovodík.
Pokud mluvíme o faktorech, které ovlivňují míru nebezpečí, můžeme sem zahrnout přírodní a lidský vliv. Dnes se objektivně moře znečišťuje, to je fakt. Opravdu nevěřím v globální oteplování, ale je těžké s naprostou jistotou říci, jaké důsledky lze očekávat, pokračuje Rjabinin.
Obecně platí, že podle některých vědeckých údajů bylo asi před 6 tisíci lety Černé moře čisté, nebyl v něm žádný sirovodík. Pro geologii je to velmi krátká doba. To znamená, že akumulace sirovodíku je rychlá.
