| Ice to see you! (TEC10) |
| 1 | В мире льда есть своё очарование. Вещи, которые привычны нам в качестве плещущихся жидкостей, там внезапно становятся твёрдыми, как стекло, а ветренные и невидимые нашему глазу компоненты нашего воздуха — кислород и азот — превращаются там в обычные жидкости, которые, однако, всё же не стоит трогать руками. Даже отрицательные герои комиксов, которые живут в мире холода, получаются какими-то няшными и мимимишными, как герой Арнольда Шверцнеггера в фильме «Бэтман и Робин» — жестокий, ироничный, но ранимый и нежно любящий свою жену Мистер Фриз: Однако, разговор у нас сегодня не о мистере Фризе и не о его страшных «лучах холода» (Freeze in hell, Batman!), а об грядущем использовании энергии холода для нужд всего человечества. |
| 2 | Сама по себе постановка задачи об использовании «энергии холода» для людей, знакомых с постулатами физики, уже отдаёт долей ереси, впрочем, как и уже упомянутые выше, совершенно фантастические «лучи холода» У холодного твёрдого тела (жидкости, газа) и в самом деле не так и много собственной энергии. Будь мы в условиях какого-нибудь спутника Сатурна (например, того же широкоизвестного Титана), то жидкий азот или жидкий кислород не особо бы помогли нам в деле получения энергии — в общем-то их низкотемпературные, жидкие состояния там практически бесполезны. |
| 3 | Но мы, на нашей Земле, сами не осознавая того, живём с вами в очень тёплом мире. Шутка ли: на большей части поверхности Земли царит комфортная температура в 300 градусов Кельвина, а в какой-нибудь скороварке на вашей плите она и вовсе приближается к 400 К. Для жидкого азота, с его температурой кипения в 77 градусов Кельвина или для жидкого кислорода с его температурой фазового перехода в 90 К — это просто-таки «адски жарко». |
| 4 | Условия для жидких кислорода и азота в нашем «тёплом мире» сродни условиям для воды на плите, раскалённой до 300-400 градусов Цельсия: эти жидкости жадно адсорбируют энергию из окружающей среды при нагреве. В этом и состоит фокус криогеники: несмотря на, казалось бы, низкую собственную энергию самих криогенных жидкостей, мы с их помощью можем легко утилизовать тепловую энергию окружающей нас среды, которая при обычных условиях является для нас практически недоступной. |
| 5 | Я уже как-то писал об этом: если у Вас есть бассейн тёплой воды в жаркий летний день — на самом деле с термодинамической точки зрения вы нищая обезьяна. Если же Бог дал вам два сосуда, в которых есть неограниченные количества холода и тепла — вы самый богатый человек в мире. Именно так поступили , если вы помните, жители небольшого аляскинского города Чена (Chena), которые поставили холод своей природы себе на службу. |
| 6 | Собственно говоря, мистеру Фризу нефиг было тырить бриллианты у жителей Готэма — его технология фантастических «лучей холода» и сама по себе была энергетическим бриллиантом. В реальной же жизни, пока поставки сжиженного азота, кислорода и СПГ напрямую с Титана на планету Земля пока не налажены, а «лучей холода» у нас и не предвидется, нам приходится использовать для охлаждения газов воздуха гораздо более затратные и сложные процессы. |
| 7 | Как и в случае тепловых машин, в случае холодильников у нас тоже есть свои циклы и свои фамилии, которые были увековечены в названиях холодильных циклов. Если для тепловых машин у нас есть циклы Ренкина, Брайтона, Стирлинга или Дизеля, то для холодильного оборудования чаще всего применяют циклы Линде, Клода, Гейландта и, особенно, Капицы. Термодинамические основы всех холодильных циклов хорошо изложены вот тут, об истории изобретения наиболее эффективного цикла сжижиения кислорода и азота, как и об истории «войны за русский кислород», можно почитать здесь, нам же интересно иное: сколько сейчас надо тратить на получение кислорода и азота? |
| 8 | Не вдаваясь во многие технические подробности скажу: сейчас эффективность запасения энергии в сжиженных азоте и кислороде для нормальных условий составляет около 50%. Как вы понимете, энергозатраты на сжижение чего-либо (воздуха или природного газа) напрямую зависят от того, при какой температуре вы получили исходный продукт на вход холодильной установки. Скажу, для примера, что при температуре в 300 К (это привычные нам 27 C) на сжижение килограмма СПГ надо тратить около 3400 КДж, в то время, как при температуре в 240 К (а это — обычные сибирские -33 C) эти затраты уже составляют всего 1300 КДж на килограмм СПГ — почти в три раза меньше. |
| 9 | Поэтому, как вы догадались, у проекта «Ямал-СПГ» есть и свои преимущества перед проектами СПГ где-нибудь на тропическом Тринидаде или в экваториальной Нигерии. Там холодно. В общем, «в ЦК не дураки сидят, полетите ночью». Ночью сжижать тоже выгоднее, если что. Ценятся ведь каждые 10 градусов. Для азота и кислорода, как вы понимаете, картинка похожая. Жидкий кислород, как и масса других «плюшек» криогеники, вроде инертных газов или «сухого льда» (твёрдой углекислоты) сейчас легко утилизируются современной экономикой. |
| 10 | Основным же, «условно бесхозным», свободным компонентом криогенных циклов, оказывается жидкий азот. Именно на использовании жидкого азота и основаны сейчас большинство идей по облегчению трудного энергетического будущего человечества. Хорошо, а сколько же энергии «запасёт» жидкий азот при своём сжижении в расчёте на килограмм? Понятное дело, что в жидком азоте нам надо учитывать, что это не собственная энергия азота, а именно та ?T, о которой мы говорили в рассказе о грустной обезьяне, которая сидит в жаркий летний день возле бассейна с тёплой водой. |
| … |
Комментарии