Экзамен на разумность

Хохлов Сергей Никанорович

Возражением может служить тот момент, что реакции начального этапа требуют для своего осуществления больших количеств энергии. Однако, не имея на иных планетах (равно как и в трудных для жизни уголках нашей планеты) большинства доступных ресурсов, мы должны идти по пути их «замены», а точнее, создания с помощью других доступных ресурсов, имеющихся в наличии, тех, что нам требуются. Одним из таких базовых ресурсов должна стать энергия. (О ресурсах см. в части 4.)

В качестве таких источников могут выступать на первых порах атомные электростанции, привезенные с Земли, а в дальнейшем энергетика ТБС-поселений должна строиться на основе использования местных возможностей — к примеру, энергии ветра, солнца или

перепада ночных и дневных температур и т. п. В любом случае колонии обязаны иметь мощную энергетику.

Другой из возможных вариантов использования углекислого газа как источника углерода для дальнейшего синтеза сложных веществ:

Этот вариант основан на каталитических превращениях синтез-газа.

Первичной реакцией этого варианта также будет реакция разложения углекислого газа (CO₂), протекающая при высоких температурах, но идущая до промежуточной стадии — образования угарного газа (CO). Ее можно представить следующим образом:

2CO₂ = 2CO + O₂

Данная реакция также требует больших затрат энергии.

Полученный кислород из реакционной зоны удаляется и идет на обработку его для дальнейшего использования, а угарный газ направляется на дальнейшее превращения.

Второй исходной реакцией данного варианта представляет собой реакция электролиза воды:

H₂O = H₂ + O₂

Кислород также удаляется из зоны реакции и идет для дальнейшего использования.

Таким образом, мы получаем синтез-газ. Меняя катализаторы и условия, из него можно получать самые разнообразные соединения, причем ряд реакций достаточно хорошо отработан в промышленности.

Так, в настоящее время применяют следующие каталитические процессы переработки синтез-газа (CO + H₂):

1) синтез метанола (катализатор — оксиды Cu — Zn — Cr):

CO + 2H₂ = CH₃OH

2) метанирование (катализатор Ni):

CO + 3H₂ = CH₄ + H₂O

3) синтез углеводородных смесей (процесс Фишера — Тропша) (катализатор Fe):

CO + H₂ = жидкие углеводородные смеси

4) синтез высших спиртов (катализатор Zn — Cr):

CO + H₂ = смесь метанола и высших спиртов

5) синтез альдегидов и спиртов гидроформилированием олефинов (катализатор Co или Rh):

RCH=CH₂ + CO + 2H₂ = RCH₂CH₂CHO

6) синтез органических кислот гидроксикарбонилированием непредельных соединений (катализатор Ni):

CH₂=CH₂ + CO + 2H₂O = CH₃CH₂COOH

7) синтез эфиров жирных кислот метоксикарбонилированием высших олефинов (катализатор Co):

RCH=CH₂ + CO + MeOH = RCH₂CH₂COOMe

Наиболее крупнотоннажным среди них является производство метанола. Метанол — многоцелевой полупродукт, из которого можно получить различные химические соединения. В промышленности освоены, например, синтез формальдегида (катализатор Ag или оксиды Fe — Mo):

CH₃OH + 1/2O₂ = H₂CO + H₂O

и получение уксусной кислоты (катализатор Rh):

CH₃OH + CO = CH₃COOH

Из формальдегида, в свою очередь, в химической промышленности производят массу других продуктов. Это мочевиноформальдегидные смолы, фенолформальдегидные смолы, бутандиол, ацетальные смолы, пентаэритрит, гексаметилентетрамин, меламинформальдегидная смола, мочевиноформальдегидные концентраты, хелатообразующие агенты и другие продукты.

Также представляются перспективными следующие процессы:

Гомологизация метанола в этанол (катализатор Co):

CH₃OH + CO + H₂ = CH₃CH₂OH + H₂O

(это к вопросу о получении топлива для транспортных средств, о чем говорилось выше)

Синтез низших олефинов из метанола на высококремнистых цеолитных катализаторах.

Синтез этиленгликоля:

CH₃OH = HOCH₂CH₂OH

Полагаю, приведенные примеры показывают, что организация химической промышленности в условиях минимума ресурсов принципиально возможна.

Впрочем, есть и еще один подход к проблеме. До сих пор часть сырья для химической промышленности производится с помощью определенных сельскохозяйственных производств. Примером могут служить плантации гевеи, дающие каучук. Представляется, что в условиях ТБС-поселений возможна различная комбинация тех или иных подходов, в зависимости от внешних условий и установленной эффективности различных производств.

Марсианские базы и поселения

Можно предположить, что при освоении Марса потребуется два типа ТБС-поселений — базовые поселения и исследовательские поселки. На первом этапе также потребуются первичные базы. Задачи создания первичных марсианских баз, построения базовых поселений и исследовательских поселков сильно различны между собой. Так, первичная марсианская база — это объект, который должен быть собран на месте высадки из привезенных с Земли блоков и материалов и обеспечить безопасную работу и жизнедеятельность первых партий поселенцев Марса. Базовые же поселения — это уже капитальные постройки, которые должны быть созданы с применением местных строительных материалов и призваны служить домом для поколений населения Марса. Исследовательские поселки — это передвижные временные поселения, задачей которых является проведение разведки и различных исследований.