Текст книги "Эколого-экономический потенциал Башкортостана"

Амурное дело, или как обуздать транспортного демона
(«Новая экономическая газета», № 26 (480), 04–10.07.09; «Истоки», № 35, 02.09.09; «Ватандаш», № 06, июнь 2009)

Как видится, проблема транспорта имеет, по крайней мере, два важнейших аспекта. Первый касается воздействия транспортных средств на окружающую среду. Речь идет о загрязняющих выбросах отработанного топлива. Наибольший «вклад» в этом отношении делает как раз автомобильный транспорт.

Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) выбрасывают наружу – в воздух, а также (путем оседания) на почву и воду – окись углерода, окиси азота, серосодержащие вещества, дымы. Автомобильные выхлопы порождают смоги и кислотные дожди. А так как парк автомобилей год от года увеличивается, то описанные негативные воздействия будут только возрастать.

Второй аспект связан с исчерпанием ресурсов, служащих топливом для транспорта. Запасы нефти вскоре подойдут к концу. При самых оптимальных подсчетах их хватит еще максимум на сорок-пятьдесят лет. Но ведь нефть еще используется и в химической промышленности. На нефти работает (помимо использования природного газа и угля) также топливно-энергетическая промышленность.

Что же делать? До сих пор принимаются паллиативные меры: использование вместо бензина и дизельного топлива природного газа с последующим переходом к водородному топливу. В общественном транспорте это развитие электротранспорта (троллейбусы, трамваи, метро, «электрички»).

Специалисты, да и просто думающие люди прекрасно понимают – выход только в скорейшем переходе всей цивилизации к электромобилям. Вот здесь-то и возникают на сцене изобретатели и конструкторы. Оказывается, и наш регион не обделен таким «кулибиным». Зовут его Амур Галлямов. Он молод, ему всего двадцать шесть лет.

Сколько себя помнит, с детства он живо интересовался автомобилями – их устройством, принципами действия. Когда разобрался в чем суть дела, был возмущен теми, кто изобрел двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – дымный, шумный, грязный, энергозатратный. С тех пор загорелся идеей – изобрести экологически чистое, практически бесшумное, энергетически малозатратное средство передвижения – то есть электромобиль.

Начал копаться в технической литературе, набрасывать чертежи, производить расчеты. Поначалу даже не было своего компьютера, благо друзья помогли. И вот начал вырисовываться образ будущего изобретения. Этот образ обрастал техническими деталями, решениями, расчетами. И однажды, на 3-м курсе вуза снизошло – целиком сложился образ силовой установки для электромобиля.

Хотя сам Амур по образованию художник-дизайнер. Мечтал поступить в Московский автодорожный институт на дизайнера-проектировщика, но обстоятельства не позволили осуществиться этому. Впрочем, ничуть не жалеет об учебе в БГПУ. Художественные навыки и способности помогают в конструкторском творчестве.

О своих проблемах и многочисленных препятствиях, мытарствах предпочитает не распространяться – на вопрос о препонах на пути изобретательства скромно пожимает плечами: «Как у всех».

За последние два года Амур обращался в крупнейшие мировые автомобильные концерны – американские, европейские, японские. Все отвечали по-разному. Кто-то из монополистов в производстве автомобильного транспорта вообще не понимал (или делал вид, что не понимает), что это новый виток в развитии не только экономики, но и всего мирового сообщества. Кто-то же, поняв суть и смысл, а также важность, изобретения, поставили перед молодым изобретателем жесткие условия: они приобретают патент – то есть выкупают все права на данное изобретение – а самого автора с глаз долой.

Галлямов же хотел начать разработки проекта под своим плотным контролем всех стадий конструкторских и производственных работ. По его мнению, ключевой момент в этом процессе – собственное участие, ибо любой конкретный ученый, инженер, техник просто недопонимает многие нюансы изобретения. В любом деле вести процесс НИОКР (научно-исследовательских и опытно-конструкторских разработок) должен именно тот, кто выдвинул идею – открытие, изобретение – то есть автор.

Американцы, все скрупулезно просчитав, предложили Амуру 30 миллионов евро. Наш земляк по некоторым причинам не смог принять их предложение. Теперь он считает: разработки должны вестись в России и под его руководством. Что касается последующего внедрения продукции – электромобилей и электробусов, то тут, как говорится, весь мир на ладони. От желающих приобрести экологически чистое, малозатратное в плане энергоемкости, бесшумное транспортное средство отбоя точно не будет. Огромный рынок в США и Китае принесет колоссальную прибыль и позволит в кратчайшие сроки окупить все расходы на НИОКР и производство электромобиля.

Амур неспроста надеется на помощь соотечественников: вроде бы российское руководство, наконец-то, начало поворачиваться лицом и к своим лучшим умам (ученым и изобретателям), и к своим умелым рукам (техникам-технологам и производителям), обещая всемерную поддержку и тем и другим.

Дай-то Бог, чтобы снова в почете были не певички-однодневки да кривляющиеся шоумены всех мастей, а те, кто изобретает, внедряет, производит – люди дела, люди науки и производства. Все перспективные разработки и открытия должны оставаться в России, а не уплывать за рубеж, и приносить пользу нашему обществу, гражданам нашей страны.

Здесь нужен конкретный, богатый и влиятельный человек – меценат или даже группа меценатов, которые бы вложили средства в новейшие технологии, в том числе и в столь насущную разработку электромобиля А. Галлямова.

Уже появились бизнесмены и чиновники, поддержавшие проект экодомов и экологических поселков, где используются в преобладающей степени альтернативные источники энергии – экологически чистые и возобновляемые (а то и неисчерпаемые). В таких экопоселках использование обычных автомобилей с ДВС будет запрещено, а разрешена эксплуатация исключительно электрического транспорта. То есть, общая идея такова: наиболее эффективным во всех смыслах и отношениях будет совместное применение в жизнедеятельности общества многих новейших ресурсосберегающих и незагрязняющих технологий. Электромобили Галлямова, ветроэнергетические установки Ермилова (тоже нашего земляка), работающие на постоянном, а не переменном токе. Экодома и экопоселки. Технологии рециклирования – стопроцентной вторичной переработки мусора и бытовых отходов. Особые безвредные генераторы, ускоряющие рост сельскохозяйственных культур. Идеи пермакультуры – такого земледелия, в котором при возделывании культур и последующей уборке урожая на одну единицу затраченной энергии возвращается 100 единиц (сравните нынешние показатели: на 10 единиц затрачиваемой энергии возвращается всего одна единица, то есть такое сельскохозяйственное производство чрезвычайно высокозатратно и нерентабельно).

Галлямов справедливо полагает, что ныне перспективные разработки уже не смогут завернуть или прикрыть те, кто в них не заинтересован. А это, прежде всего, разного рода монополисты в топливно-энергетической сфере, целиком ориентированной на загрязняющие, энергоемкие технологии, основанные на использовании «грязного» топлива – нефти, угля, природного газа. Нефтяные короли и бензиновые бароны при всей их власти, богатстве и влиянии, не устоят перед мощным глобальным потоком новых идей и изобретений, необходимость в которых назрела уже давно, а теперь только усилилась во сто крат. Альтернативой здесь может быть лишь гибель человечества и большей части биосферы. Неужели ради сверхприбылей горстки кровопийц человечество даст уничтожить себя и миллионы живых существ на планете?

Молодой изобретатель из Башкортостана Амур Галлямов твердо уверен: Правительство Российской Федерации поддержит отечественных рационализаторов и производителей. Это не только престиж России на мировой арене, но и вопрос выживания нашей страны, нашего многонационального народа.

А пока суд да дело герой нашего очерка пересел на гибридный «Приус». Известно, что в гибриде стоят два электромотора-генератора. А бензиновый двигатель работает как дизель электростанции – просто крутит генератор и часть КПД пускает на движение. Все остальное берет на себя электродвигатель, который заряжается в трех случаях: при торможении, при движении накатом и во время стояния, при работе на холостом ходу. А ведь гибридный автомобиль во время своей эксплуатации не только экономит топливо, но и сводит вредные выбросы к минимуму. В пробках – этом биче урбанистической цивилизации – ничего не выделяется, так как работает лишь электродвигатель. Следует помнить о том, что самые большие выбросы происходят при старте. Отсюда очевидно экологическое преимущество гибридных автомобилей. Но это лишь прелюдия к настоящей игре – автомобильной игре Галлямова. И чем скорее это поймут те, у кого имеются средства и возможности внедрения галлямовской разработки, тем лучше и чище станет жизнь. В перспективе – жизнь всех людей на Земле.

В принципе, у самих автолюбителей меняется отношение, сама идеология пользования – все больше водителей переходит на гибриды, в том числе и у нас, в республике. На улицах Уфы, на дорогах Башкортостана начинают мелькать «Тойоты-Приусы» и гибридные «Лексусы».

В Европе и США все большее значение придается экологическим характеристикам эксплуатируемой техники. Не исключением стал и транспорт. Интересный факт: губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер распорядился отводить гибридным автомобилям отдельную полосу (как автобусам). Компании, уделяющие большое внимание ресурсосберегающим и безотходным технологиям, пользуются поддержкой властей, им выделяются квоты. Те же фирмы, которые из-за соображений прибыльности игнорируют экологические требования общественности и федеральных властей, наказываются штрафами. И это только начало. Например, правительство Японии дотировало автоконцерн «Тойота», выпускавший первые в мире гибриды, которые поначалу не окупались – новинки всегда затратны и малоприбыльны. Такой подход нужно взять на вооружение правительствам всех стран мира – в особенности развитых государств Европы и Северной Америки.

Но – повторим – при всей своей эффективности и отдаче гибриды представляют собой лишь плавный переход к электромобилям, за которыми безусловно будущее. Двигатели на водородном топливе, увы, не панацея: слишком затратно производство водорода, да и эксплуатация его небезопасна. Преимущество галлямовского электромобиля над другими такими же разработками в мире в том, что зарядки аккумулятора хватает не на 100–400 км. хода при 8 часах предварительной зарядки (как это планируется в чужих проектах электромобиля), а на 1500–2000 км. всего при 10 минутах зарядки. То есть можно без дополнительной подзарядки доехать от Уфы до Москвы. Чудо? Нет – чудо-технологии, которые можно и нужно как можно скорее воплотить в жизнь.

Понятно, что поначалу придется несладко, особенно экономике тех стран, что сидят на нефтяной трубе. Например, странам Персидского залива. Больше всего заинтересован в электромобильном транспорте Китай, который в больших количествах вынужден импортировать нефть. По некоторым данным, в США стратегические запасы нефти подошли к концу. Лет эдак на 10–15 их хватит России. А что потом – всемирный топливно-энергетический коллапс? Думать и делать нужно уже сейчас. Да и то, пожалуй, мы все же запаздываем. Необходима экологизация мышления всех жителей планеты, но в первую очередь правителей. Людей, подобных молодому башкортостанскому изобретателю Амуру Галлямову, нужно всемерно поддержать, ибо именно они приведут нас к новой экономике и новой жизни, к новой цивилизации.

Невидимая смерть

Действительно, пагубное действие радиации является невидимым невооруженному глазу, и человек до определенного срока может не догадываться о том, что уже получил смертельную дозу радиоактивного облучения. Впрочем, об этом знают все. Но далеко не каждый знает или даже задумывается: а куда девается отработанное радиоактивное топливо с тех же АЭС и ядерных реакторов, установленных на судах надводного и подводного флота? И не ходим ли мы рядом с захоронениями атомных отходов, не живем ли поблизости от смертоносных ядерных помоек?..

Корень проблемы

Если брать атомную энергетику, то помимо вероятности возникновения аварийных ситуаций и крупных аварий на АЭС (тут достаточно одного печального примера с Чернобыльской катастрофой), не менее важной является проблема захоронения и обезвреживания радиоактивных отходов.

Несмотря ни на какие заверения в безопасности оснащенных современным надежным оборудованием атомных электростанций, население близлежащих городов и поселков будет неизменно настроено отрицательно. Чтобы не допускать подобного недовольства и возможных в связи с этим социальных взрывов и выступлений, очевидно, нужно искать выход из сложившейся практики строительства АЭС близ населенных пунктов.

В решении проблемы безопасности атомных станций существенным выглядит предложение отдельных ученых о размещении АЭС в отработанных крупных карьерах (глубина до полукилометра, скальное основание, отсутствие водоносных горизонтов). Вокруг таких открытых горных разработок складывается незаселенная опустошенная местность («лунный» ландшафт), поэтому в случае аварии риск распространения смертоносной радиации значительно меньше. К тому же облегчается захоронение АЭС в глубоких карьерах.

Проблема с отработанным ядерным топливом (ОЯТ) обладает еще большим рядом трудностей.

Начнем с того, что в настоящее время в основном в ядерных реакторах используется лишь урановое топливо. Отработавшее своё топливо (сильно выгоревшие тепловыделяющие сборки – ТВС) выгружают из реактора и немедленно помещают в специальную емкость с водой, в которой поддерживают нужную температуру. Делают это в виду высокой степени саморазогрева, радиоактивности и токсичности отработавших сборок. Срок выдержки отработанного топлива в отстойниках составляет 3–4 года. За это время радиоактивность ТВС падает, как снижается в 6 раз и температура разогрева (с 300°С до 50°С), и только после этого урановые стержни отправляют либо на переработку, либо на захоронение.

В первом случае выделяют невыгоревшие чистые соединения урана и плутония, а затем используют их в изготовлении новых сердечников. Та же часть элементов ТВС, что непригодна для регенерации, должна быть захоронена. Вот тут часто и возникают неутихающие споры и сомнения.

Нужно четко различать: радиоактивные отходы (РАО) – это часть отработавшего ядерного топлива, не имеющая никакой практической ценности, то есть негодная для переработки и последующего 1) повторного использования в атомной энергетике; 2) использования (продуктов деления) в различных отраслях народного хозяйства (промышленность, аграрная сфера, медицина, научно-исследовательская деятельность).

РАО могут быть твердыми, жидкими, газообразными и, кроме того, подразделяются на три категории по степени радиационной активности (альфа-, бета-, гамма-излучение, еще отдельно учитывают содержание трансурановых радионуклидов с чрезвычайно длительным периодом распада): низкоактивные, среднеактивные и высокоактивные. Радиоактивность вещества чаще всего измеряется не в кюри или резерфордах, а в беккерелях, и эта величина характеризует длительность радиоактивного распада (1 Бк = 1 распад за 1 секунду). Измеряют по массе (Бк/кг), по объему (Бк/м³ или Бк/л) либо по площади (Бк/м²).

При этом в зависимости от периода полураспада содержащихся веществ (радионуклидов) отходы могут быть короткоживущими (менее года), среднеживущими (более года, но до 100 лет) и долгоживущими (больше 100 лет).

Период полураспада (Т½) – это время жизни радиоизотопа, равное периоду распада половине всех его радиоактивных ядер. То есть со временем активность его снижается вдвое от первоначального уровня. Речь идет не о каком либо химическом элементе, а именно о его изотопах (изотопы – разновидности атома химического элемента, имеющие разное число нейтронов в ядре), так как для каждого изотопа период полураспада разный. Например, для изотопов урана период полураспада равен: ²³⁸U – 4,5 млрд лет, ²³⁵U – почти 704 млн лет, ²³⁴U – 250 тыс. лет. А Т½ того же йода (изотоп ¹³¹I) составляет всего лишь 8 суток (но именно выбросы этого изотопа в процентном отношении преобладали в составе всех выброшенных радиоактивных элементов при аварии на ЧАЭС (апрель-май 2006 г.).

Таким образом, многое зависит от периода распада, необходимого чтобы активность радионуклидов снизилась до безопасного уровня. Если этот период составляет менее года, то такие отходы не подлежат захоронению, а временно хранятся до достижения ими безопасного для человека уровня радиоактивности. Оговоримся: многое, но не всё – ибо помимо времени жизни радионуклидов нужно учитывать уровень их активности. Короткоживущие, но с высоким радиационным фоном источники могут быть чрезвычайно опасны (работа с ними возможна только в специальных защитных костюмах либо вообще дистанционно), а некоторые долгоживущие (до миллиарда лет!), но низкоактивные «фонят» столь слабо, что практически не оказывают никакого отрицательного воздействия на людей или иных живых существ. Тем более что со временем радиоактивность (интенсивность излучения) снижается.

Потому меньшую угрозу для радиационного загрязнения окружающей среды и негативного воздействия на человека, естественно, представляют короткоживущие низкоактивные и среднеактивные отходы – такие, распад которых (при расчете на килограмм веса или литр объема радиоактивного источника) составляет от нескольких секунд и долей секунды до года. Как правило, их содержат до достижения безопасности в изолированных хранилищах неглубоко под землей (например, в подземных сооружениях и подвалах зданий).

Большая опасность может исходить как от долгоживущих низкоактивных и среднеактивных отходов (слишком длительный период полураспада), так и высокоактивных отходов (огромная концентрация радионуклидов и, как следствие чересчур высокое выделение тепла при распаде). Подобные РАО хоронят в глубоких скважинах (глубинные геологические хранилища).

Мы уже упоминали трансурановые радионуклиды, которые выделяют в особую группу радиоактивных веществ в отработанном топливе. Чем же они так уникальны и опасны? Дело в том, что подобные элементы являются искусственными и «поведение» их при попадании в природную среду малоизученно и непредсказуемо. Отсюда предполагается, что эти изотопы могут оказывать самое разное, в т. ч. весьма негативное влияние на экологическое равновесие в биогеосфере. Не говоря уже о воздействии на организм человека и состояние его генофонда.

Тревоги и риски

Чего боятся люди (как простые граждане, составляющие население данной местности, так и специалисты, имеющие дело с отработавшим ядерным топливом и радиоактивными отходами), когда речь заходит о захоронении веществ, несущих невидимую смерть? Прежде всего – нарушения целостности специальных контейнеров, в которых заключены РАО, которое повлечет утечку радиации наружу и ее попадание в почву, воздух, воды (в т. ч. подземные, грунтовые). Произойти это может, как нам видится, по двум причинам: либо в результате небрежности и непрофессионального отношения к своим обязанностям утилизаторов на стадии подготовки отходов к захоронению; либо в результате техногенной аварии, природной катастрофы и прочих непредвиденных обстоятельств во время транспортировки или при долговременном хранении.

Как утверждают эксперты, перевозки РАО (и ОЯТ) абсолютно безопасны. Особые, с повышенной защитой контейнеры (в изготовлении которых используются сталь и бетон, поглощающие радиацию и не позволяющие ей вырваться наружу) устанавливаются на спецпоездах, морских судах или крупнотоннажных автотрейлерах. Разумеется, транспортировки осуществляются в сопровождении усиленной охраны. Те же специалисты приводят цифры: за полвека было осуществлено около миллиона таких перевозок и никаких случаев утечки радиации не зафиксировано.

Тем не менее, угроза аварии, теракта или нападения с целью захвата ОЯТ по-прежнему остается вполне актуальной. Как не напрасны и опасения общественности по поводу разгерметизации контейнеров с отходами при их хранении (в результате коррозии или механических повреждений).

На сегодняшний день существует несколько способов утилизации РАО для их последующего захоронения. Обработка топлива включает две стадии: 1) предварительное хранение в специальных бассейнах или металлических сухотарных бочках – для распада короткоживущих изотопов и снижения теплоотдачи (время предварительной выдержки равняется периоду полураспада, помноженному на 10); 2) консервация для окончательного долговременного хранения. Последняя стадия и есть самая важная, переводящая отходы в такую форму, которая не позволит им вступать в реакции с чем бы то ни было, и которая к тому же сама не разрушится в течение длительного срока (века и тысячелетия).

Газообразные отходы (инертные газы, радиоактивные аэрозоли, различные пары радионуклидов) нейтрализуются уже на этапе повседневной газоочистки путем прохождения через специальные фильтры и абсорберы, а затем, доведенные до безопасного радиационного состояния, рассеиваются посредством высотных вентиляционных труб. Доочистке и дополнительной обработке подлежат системы вентиляции и фильтрации.

Твердые отходы, прежде всего, размельчают – насколько это возможно. Резкой, дроблением, прессованием добиваются уменьшения объема твердых РАО. Далее, опять же, если возможно, то отходы сжигают; при этом обязательным условием является надежная фильтрация образующихся в процессе горения дымов. Негорючие отходы подлежат уплотнению путем прессования, а мелкодисперсные из них (в форме пыли или муки) переводятся в монолит, т. е. смешиваются в мешалках с бетоном, превращаясь в застывшую твердую массу (причем, используют не обычную смесь цемента с песком, а портландцемента с мелкой золой – делается это для повышенной прочности, а значит, и долговечности).

Жидкие отходы так же предварительно дезактивируют: короткоживущие отстаивают, дабы снизить активность и фон излучения до безопасных значений, а долгоживущие концентрируют путем фильтрации, коагуляции (флокуляции), выпарки и выпадения в осадок, и отвердевают – цементируют, битумируют либо витрифицируют (остекловывают). На последнем методе хотелось бы остановиться чуть подробнее в виду его высокой надежности.

Витрификация (остекловывание) считается достаточно перспективным методом связывания РАО с нейтральным субстратом, и применяется для изоляции высокоактивных (и наиболее опасных) отходов. Стекло – инертный неразрушающийся материал, который не коррозирует, не окисляется, наоборот – долговечен и прочен. Например, в воде за миллион (!) лет растворяется лишь десятая часть любого изделия из стекла. К тому же стекло иммобилизует в себе любые, даже самые плохо растворимые элементы.

Технология такова: предварительно измельченные (или выпавшие в осадок) отходы кальцинируют в целях удаления воды. Затем полученную массу помещают в обычную стекольную или индукционную (нагрев за счет электромагнитной индукции) печь и постоянно добавляют в расплав стекло. Связанное со стеклом расплавленное вещество заливают в цилиндрические канистры из легированной стали, надежно запаивают и помещают в долговременные хранилища. Пройдут века и тысячелетия, а эти заполненные черным стекловидным веществом контейнеры так и будут покоиться в подземных убежищах.

Другой новейший способ нейтрализации опасных ядерных отходов – синрок. Вместо стекла для иммобилизации РАО используются различные минералы: пирохлор, криптомелан, голландит, цирконолит, перовскит…

Одна из технологических новинок – метод трансмутации, при котором радионуклиды выжигаются облучением, превращаясь из долгоживущих в короткоживущие. Таким образом в разы или даже на несколько порядков сокращается период полураспада и активность источников радиации.