Обогащенные витальными элементами и/или защитными веществами тропосферные объемные объекты
Изобретение относится к обогащенным витальными ("жизненными") элементами и/или защитными веществами тропосферным объемным объектам, способам их получения и применения. Тропосферные объемные объекты в виде содержащих вредные вещества облаков, способных образоваться в результате аварий различного оборудования, обогащены защитными веществами, которые способны предотвратить попадание радиоактивных элементов в организмы, минимизировать расширение областей, накрываемых такими облаками, неся дополнительно при этом предупредительную и сигнальную функции. Для обогащенных тропосферных объемных объектов характерны многие положительные эффекты, важнейшими из которых являются: уменьшение парникового эффекта и стабилизация климатических условий, увеличение производства продуктов питания, производство гидрометана и керогена как энергоносителей будущего, снижение содержания вредных веществ в окружающем воздухе, увеличение количества осадков, уменьшение числа несчастных случаев и жертв, особенно, при авариях на ядерных реакторах. 8 н. и 11 з.п. ф-лы, 5 табл., 1 ил.
Описание изобретения
Предложены обогащенные витальными элементами и/или защитными веществами тропосферные объемные объекты, а также способы их получения и применения. Под витальными элементами здесь понимаются вещества, необходимые для развития живых составляющих земной биосферы, а под защитными веществами здесь имеются в виду такие вещества, которые непосредственным или косвенным путем способствуют предотвращению вредных воздействий на биосферу Земли и, особенно, на человека.
Тропосферные объемные объекты согласно данному изобретению обогащены витальными элементами и/или защитными веществами. Тропосферные объемные объекты в виде содержащих вредные вещества облаков, способных образоваться в результате аварий различного оборудования, обогащены защитными веществами, которые способны предотвратить попадание радиоактивных элементов в организмы, минимизировать расширение областей, накрываемых такими облаками, неся дополнительно при этом предупредительную и сигнальную функции.
Для обогащенных тропосферных объемных объектов характерны многие положительные эффекты, важнейшими из которых являются:
- уменьшение парникового эффекта и стабилизация климатических условий,
- увеличение производства продуктов питания,
- производство гидрометана и керогена как энергоносителей будущего,
- снижение содержания различных вредных веществ в окружающем воздухе,
- увеличение количества осадков,
- уменьшение числа несчастных случаев и жертв, особенно, при авариях на ядерных реакторах.
Описание проблемы
Составляющими окружающей нас среды являются живые и неживые элементы земной поверхности и граничных с ней сред, включая воздушное пространство, собственно поверхность Земли, почву, отложения, поверхность отложений, водоемы и экологические системы. Эти составляющие между собой взаимно переплетаются кругооборотом веществ, одновременно будучи взаимосвязанными, в частности, неустойчивым равновесием. Это приводит к тому, что комплексная система в целом способна существовать в различных, более или менее стабильных фазах. Переход из одной фазы в другую может инициироваться относительно ничтожными причинами. Особо опасными представляются фазовые переходы, связанные с возможными климатическими фазами: геологическая история развития климата в ледниковый период учит, что переход земного климата от климата ледникового периода к умеренному климату и, затем, к имеющему место в теплые периоды горячему климату, может произойти очень быстро, практически в течение нескольких лет.
В настоящее время мы переживаем переход от фазы умеренного климата к фазе горячего климата. Причиной этого является то, что начиная с XIX века человечество позволяет себе выпускать в атмосферу чрезмерное количество бытовых газов - метана и углекислого газа (СО2), причем это увеличение содержания метана связано и со снижением самоочищающей способности тропосферы. Дополнительно увеличение содержания метана связывают с увеличением температуры твердого гидрометана, разлагающегося с выделением свободного газа - метана, содержащегося в торфяниках тундры и донных отложениях океанов.
Для надежной коррекции климатических процессов в ближайшем будущем потребуются геоинженерные проекты гигантских масштабов (см. источник: П.Й.Крутцен, Nature, том 415, 03.01.2002). Предложены различные варианты, как предотвратить переход в горячую климатическую фазу: обогащение стратосферы аэрозолями с помощью двуокиси серы (М.Будико) или сажи (П.И.Крутцен) может охладить климат в тропосфере. Затраты на реализацию этих проектов оцениваются в сумму, превышающую 20 миллиардов долларов США (см. источники: Т.Е.Гредель, П.И.Крутцен, Химия атмосферы, акад. изд. Spektrum, Гейдельберг, Берлин, Оксфорд [1994], стр.457, 458). Были проведены попытки международных договоренностей об ограничении объемов сжигания ископаемых энергоносителей для снижения количества выделяющегося свободного углекислого газа. Однако попытка внедрения так называемого Киотского протокола показала, что реализация подобных мер во всемирном масштабе в настоящее время нереальна.
Без обоснованного вмешательства человека разогрев тропосферы будет продолжаться. Последствиями этого являются оскудение источников продуктов питания, расширение засоленных и опустошенных ландшафтов (зон). С ростом численности народонаселения увеличивается опасность межнациональных конфликтов, связанных с распределением природных богатств. Чрезмерное использование пастбищ, устранение последствий лесных пожаров и эрозия почвы лишь усугубляют и без того мрачные перспективы развития. Несмотря на все большее расширение зон промысла обитателей моря и богатейшие ресурсы океанов, уже сегодня имеет место угрожающее снижение производства морепродуктов.
В ближайшем будущем придется считаться и с оскудением запасов ископаемых энергоносителей. Их компенсация созданием альтернативных источников энергии и внедрением энергосберегающих технологий для беднейших регионов нереальна из-за больших объемов необходимых инвестиций.
Чернобыльская катастрофа была вызвана вырвавшимся из-под контроля распадом ядерного горючего в атомном реакторе. Радиоактивное облако, образовавшееся в результате ядерной реакции и вызванных ею пожара атомного реактора и горения замедлителя (графита), накрыло бóльшую часть Европы. И террористические акты, например атака гражданскими самолетами небоскребов в Нью-Йорке, показывают, что подобные катастрофы могут повторяться. С этого момента сценарии безопасности, не учитывавшие этого момента, потеряли свою актуальность. На всех атомных электростанциях мира отсутствуют меры безопасности, способные уменьшить распространение радиоактивного облака, возникающего с началом неконтролируемой ядерной реакции, ослабить его воздействие и наглядно для каждого маркировать источники излучения, образовавшиеся в местах прохождения облака. Неприемлем аргумент, что в течение нескольких десятилетий атомные электростанции во всем мире будут остановлены, поскольку даже в Германии согласованы производственные гарантии более чем на тридцать лет, по крайней мере, нескольким атомным электростанциям. Строительство новых атомных электростанций продолжается и в Европе, новейшим примером чего является атомная электростанция в г.Темелин, а также проектируемая атомная электростанция в Финляндии. Отсутствует меры безопасности для обработки и индикации ядовитых облаков от оборудования, перерабатывающего высокотоксические и содержащие опасные микробы вещества.
Решение проблемы согласно данному изобретению
Решение обозначенного пакета проблем согласно данному изобретению предлагается созданием тропосферных объемных объектов, обогащенных витальными элементами и/или защитными веществами. Под витальными элементами здесь понимаются вещества, необходимые для развития живых составляющих земной биосферы, а под защитными веществами здесь имеются в виду такие вещества, которые непосредственным или косвенным путем способствуют предотвращению вредных воздействий на биосферу Земли и на любые возникающие в ней формы жизни.
Создание обогащенных защитными веществами и/или витальными элементами тропосферных объемных объектов, способных к глобальному, региональному или локальному распространению, реализуется согласно данному изобретению предпочтительнее путем ввода в тропосферное пространство дымовых газов, соответствующих выбранной области их применения. Ввод дымовых газов согласно данному изобретению имеет целью распространение в тропосфере защитных веществ и/или витальных элементов, соответствующих их выбранной области применения, с удержанием их там в течение некоторого времени последующим выпадением на поверхность суши и/или водоема. Применяемые для этой цели дымовые газы согласно данному изобретению обогащены защитными веществами и/или витальными элементами. Здесь к веществам, названным защитными, относятся также вещества, способные в условиях тропосферы образовывать вещества, обладающие защитными функциями.
Производство дымовых газов может осуществляться сжиганием содержащих витальные вещества горючих материалов и/или горючих материалов, содержащих другие соединения, при сгорании которых образуются защитные вещества. Возможна также ситуация, когда дымовые газы обогащаются витальными элементами и/или защитными веществами уже после их получения. Обогащение дымовых газов витальными элементами и/или защитными веществами после процесса сжигания предпочтительнее в тех случаях, когда речь идет о чувствительных к температуре веществах или о веществах, которые не могут образовываться в процессе горения. Для производства дымовых газов согласно данному изобретению в большинстве областей их применения предпочтительнее использовать обычные горючие материалы, например нефть или бензин. При этом добавки веществ, из которых в процессе сжигания образуются обогащающие дымовые газы витальные элементы и/или защитные вещества, представляют собой предпочтительнее нефте- и бензинорастворимые соединения в молекулярно-дисперсной форме. В таблице 1 в качестве примера приведены вещества, которые могут использоваться как горючие материалы или как добавки к горючим материалам при производстве дымовых газов согласно данному изобретению. В таблице 2 в качестве примера приведены вещества, добавляемые в дымовые газы после их получения, а в таблице 3 приведены примеры соединений, содержащих защитные вещества и/или витальные элементы, образующиеся в качестве компонентов дымовых газов при их получении. В таблице 4 приведены примеры других защитных веществ. Таблица 5 содержит примеры соединений, способных в тропосфере самостоятельно образовывать защитные вещества.
Получение дымовых газов согласно данному изобретению сжиганием возможно с использованием любых топочных устройств. Это может осуществляться и в транспортных средствах, приводимых в движение сжиганием горючих материалов согласно данному изобретению, в первую очередь, в самолетах, теплоходах и автомобилях. Дымовые газы могут производиться и специально для этой цели сконструированным оборудованием.
Создание тропосферных объемных объектов введением обычно доступных в торговле защитных веществ и витальных элементов нецелесообразно, если речь идет о твердых веществах. Доступные в торговле защитные вещества и витальные элементы тончайшей дисперсности представляют собой, как правило, так называемые пирогенные окислы. Подобными торговыми продуктами) являются, например, "аэросил" (двуокись кремния) и пигменты двуокиси титана (последние - без защитного покрытия от образования гидроксильных радикалов). Даже в случае, когда эти пылеобразные вещества вводятся в своей самой мелкодисперсной форме, их нахождение во взвешенном состоянии непродолжительно, т.к. они быстро осаждаются. И наоборот, некоторые из защитных веществ и витальных элементов в форме газов и без помощи дымовых газов способны успешно распределяться в тропосферных объемных объектах.
Витальными элементами, например, являются основные элементы - фосфор, азот, кремний и железо, обычно необходимые для жизнеобеспечения.
Примерами защитных веществ являются такие вещества, которые напрямую способствуют химическому разложению, удалению или обезвреживанию вредных веществ, или же вещества, которые способствуют предотвращению прямого контакта живых существ с вредными веществами. К защитным веществам относятся, например, гидроксильные радикалы в тропосфере, поскольку они способствуют распаду содержащихся в ней вредных веществ таких, как метан, смог и дымовые газы, обладающих восстановительным потенциалом. К защитным веществам относятся и вещества, способствующие образованию в тропосфере гидроксильных радикалов, например титансодержащие окислы. К защитным веществам относятся, например, сорбенты вредных веществ - сажа, кремниевая кислота, окись трехвалентного железа, туманы, аэрозоли. К защитным веществам относятся также сигнальные вещества, обладающие цветом, запахом или раздражающим действием и предупреждающие живые существа, особенно человека, о грозящей опасности при приближении к ним или при попытке использовать загрязненные такими веществами продукты питания или воду. К таким защитным веществам относятся, например, цветные пигменты, сажа и красная окись железа, вещества с резким запахом - этилмеркаптан и пиридин, раздражающие вещества - хлорацетофенон и трихлорнитрометан, сильнопахнущие вещества, а также вещества, вызывающие отвращение и тошноту.
Примерами обогащенных согласно данному изобретению витальными элементами и защитными веществами тропосферных объемных объектов являются:
- тропосферный объемный объект, расположенный над океаном, обогащенный предпочтительнее аэрозолями, содержащими витальные элементы, обеспечивающие развитие фитопланктона, например железо и фосфор в оксидных формах, а также защитные вещества, например титан в оксидной и/или нитридной формах, способствующий фотолитическому синтезу гидроксильных радикалов, вызывающих разложение метана и прочих нежелательных тропосферных газов. Аэрозоли прямо или косвенно способствуют увеличению отражающей способности тропосферы. Положительное воздействие такого тропосферного объемного объекта на климат, сбережение энергоресурсов и развитие источников продуктов питания более подробно описывается в прилагаемой схеме;
- тропосферный объемный объект над поверхностью суши и прибрежных областей с высоким уровнем транспортных и промышленных выбросов, обогащенный, преимущественно, аэрозолями, содержащими защитные вещества, например титан в оксидной форме, который в этом случае способствует фотолитическому распаду смога, окислов азота, двуокиси углерода, галогенсодержащих и нитроароматических соединений и прочих нежелательных продуктов горения, а также содержащими, например, железо в оксидной форме, способствующее сорбционному связыванию продуктов износа тормозных колодок и, особенно, канцерогенной сурьмы и ядовитого свинца;
- видоизмененные, искусственно облучаемые тропосферные объемные объекты в туннелях, гаражах, подземных гаражах, обогащенные преимущественно аэрозолями, содержащими защитные вещества, например титан и церий в оксидной форме, которые и здесь способствует фотолитическому распаду окислов азота, двуокиси углерода и прочих нежелательных продуктов горения, а также сорбируют продукты износа тормозных колодок, сурьму и ядовитый свинец, как это делает, например, железо в оксидной форме;
- региональные тропосферные объемные объекты над сушей и прибрежными областями, обогащаемые при недостатке таких важных элементов, как йод, селен, марганец и молибден, преимущественно газами и/или аэрозолями, содержащими недостающие витальные элементы. Как правило, эти важные элементы связаны с несущими аэрозолями сорбционно или хемосорбционно, например с сажей или окислами железа, получаемыми в процессах горения.
К тропосферным объемным объектам, обогащаемым согласно данному изобретению защитными веществами, относятся и возникающие в результате тяжелейших аварий атомных электростанций и перемещающиеся в тропосфере зараженные радиоактивными элементами облака, как это было, например, в случае аварии на Чернобыльской атомной электростанции. Сюда же относятся и любые зараженные радиоактивными элементами облака, которые могут возникать в результате неконтролируемых ядерных реакций и на других объектах. Примерами таких объектов могут служить, например, склады радиоактивных отходов, склады ядерного топлива атомных электростанций (стержней), ядерные реакторы судовых энергетических установок, ядерное оружие и его склады, склады обогащенного урана и плутония. К тропосферным объемным объектам, обогащаемым согласно данному изобретению защитными веществами, относятся и облака, образующиеся в результате пожаров, или тропосферные облака с высокими токсическим или болезнетворным потенциалами, образующиеся в результате аварий или катастроф хранилищ ядовитых газов, заводов по производству ядовитых газов и бактериологического оружия, или лабораторий и установок, где используются подобные вещества и токсины.
Используемые для этой цели защитные вещества могут быть одним или несколькими соединениями из группы сигнальных веществ, сорбентов, веществ, способствующих выпадению осадков, веществ, способствующих процессам конденсации, веществ, способствующих агломерации частиц, а также веществ, предотвращающих попадание вредных соединений в организмы. Обогащенные защитными веществами вредоносные облака и их зараженные осадки или контактировавшая с ними вода, благодаря их характерным цвету, запаху, вкусу или раздражающим свойствам, могут быть легко идентифицированы каждым человеком визуально, с помощью обоняния, по вкусу или по раздражению кожи, с последующим принятием необходимых мер предосторожности. Ограниченно, в части запаха и раздражения кожи, это распространяется и на животный мир. Некоторые примеры подобных сигнальных веществ приведены в таблице 2. Дополнительно эти тропосферные объемные объекты обогащаются, преимущественно, также защитными веществами, связывающими вредные примеси, способствующими их осаждению и предотвращению их прямого проникновения в организм человека.
Согласно данному изобретению содержащие вредные примеси облака обогащаются защитными веществами. Тем самым прямым и/или косвенным путем ограничивается или предотвращается попадание в организмы человека и животных, а также поглощение растениями радиоактивных, токсичных или биологически опасных веществ. Тем самым значительно снижается опасное воздействие вырвавшихся на свободу токсичных выбросов.
Создание в аварийных ситуациях обогащенных защитными веществами тропосферных объемных объектов осуществляется с помощью специально предназначенного для этой цели оборудования. Способ применения подобного оборудования описан на примере аварии на одной из атомных электростанций (АЭС) с радиоактивными выбросами, последовавшими в результате неконтролируемой ядерной реакции. Такие аварии известны под названием "неуправляемой цепной реакции" (GAU). Возникающие в результате такой реакции перегретые газы могут быть отнесены к дымовым газам, поскольку в этих случаях, как правило, имеют место химические процессы горения, обусловленные высокими температурами ядерной реакции. Потенциал опасности неуправляемой цепной ядерной реакции (GAU) обусловлен выделением радиоактивного изотопа йода. Для минимизации опасного потенциала выбросов радиоактивного йода на АЭС предполагается наличие резерва топлива или компонентов топлива с добавками йода в качестве защитного вещества согласно данному изобретению. В случае возникновения неуправляемой цепной ядерной реакции это топливо сжигается в непосредственной близости от ее источника. Это может осуществляться, например, впрыскиванием жидкого топлива, содержащего добавки йода, непосредственно в зону ядерной реакции, причем воспламенение жидкого топлива будет происходить за счет тепла ядерной реакции. В качестве топлива можно использовать и обогащенный добавками йодистого водорода природный газ с соответствующим образом оформленным факелом. При этом дымовые газы согласно данному изобретению будут смешиваться с отходящими газами неуправляемой ядерной реакции. В качестве подобного оборудования можно использовать и обычные топочные устройства с обычными жидкотопливными или газовыми горелками, способными превратить в топочные газы согласно данному изобретению топливо с добавками йода. В качестве топлива предпочтительнее использовать йодированное жидкое топливо и добавки к нему. Для минимизации опасного воздействия радиоактивного изотопа йода при прямом контакте человека в месте его появления выбросы радиоактивного йода в тропосферу с отходящими газами неуправляемой ядерной реакции должны многократно подавляться количеством вводимого йода с дымовыми газами согласно данному изобретению, в пересчете на количество поступающего в тропосферу свободного радиоактивного изотопа йода в единицу времени.
Обогащение возникающих зараженных вредными примесями облаков защитными веществами из группы твердых и/или жидких сорбентов позволяет дополнительно снизить опасность этих зараженных облаков. Сажа применима для сорбции газообразных радиоактивных веществ и может быть легко получена в виде сажесодержащих дымовых газов при неполном сгорании сажистой нефти. Органически связанные в топливе железо и/или марганец дают в процессе сжигания обогащенные окислами железа и/или марганца дымовые газы, которые являются превосходными сорбентами для тяжелых радиоактивных металлов. С восходящими горячими газами неуправляемой ядерной реакции и по мере поступления в тропосферу аэрозольная сажа поверхностно окисляется. Подобным образом окисленная сажа приобретает способность дополнительно поглощать некоторое количество тяжелых радиоактивных элементов.
Повышенное содержание в зараженных облаках водяных паров и/или туманообразующих компонентов в качестве защитных веществ положительно сказывается на связывании радиоактивных металлов сорбционно-активными защитными веществами. Связь тяжелых радиоактивных металлов с окисленной поверхностью частиц сажи и/или частиц окислов защитного вещества особенно интенсивно происходит в водной фазе, поскольку эта фаза активизирует образование водорастворимых ионов, способствующих более легкому извлечению из сорбентов сажи и окислов железа. Для того, чтобы водные аэрозоли защитных веществ генерировались и в сухой тропосфере, зараженные облака дополнительно можно обогащать туманообразующими защитными веществами. Туманообразователи можно получать как непосредственно в процессе сжигания, так и их последующим вспрыскиванием в горячие дымовые газы.
Наряду с водой к таким веществам относятся, например, летучие кислоты, летучие основания, летучие гидролизующиеся соли и подвергаемые термическому разложению соли, а также гигроскопичные вещества или же вещества, способные превращаться в обогащенных защитными веществами облаках в тот или иной туманообразователь. К таким относятся вещества, перечисленные в качестве примеров в таблицах 3 и 4.
Туманообразователи можно получать непосредственно сжиганием горючих веществ, например фосфорную кислоту можно получить сжиганием трикрезилфосфата, а серную кислоту - сжиганием сероводорода. В облаках эти вещества или продукты их окисления и/или гидролиза образуют капельки тумана защитного вещества. При этом процесс туманообразования имеет большое значение, поскольку он способствует агломерированию частиц аэрозолей в облаках в хлопья. Тем самым повышается скорость осаждения частиц, вплоть до возникновения осадков. Предпочтительнее для образования частиц тумана защитных веществ использовать водорастворимые гигроскопичные защитные вещества и, в первую очередь, хлорид аммония, хлорид кальция, хлорид магния или хлорид цинка. Комбинации летучих оснований и летучих кислот также образуют надежный и устойчивый туман защитных веществ. Устойчивый туманообразователь для защитных веществ можно получить и сжиганием металлической пыли - цинка, алюминия, железа, магния или их смесей - в присутствии полихлорированных органических веществ в качестве окислителя.
Зараженные облака предпочтительнее атаковать максимальным количеством защитных веществ. Тем самым, с одной стороны, удастся связать подавляющее количество вредных примесей, а с другой стороны, процесс агломерации и седиментации аэрозоля защитных веществ будет происходить быстрее, нежели в обедненных защитными веществами облаках. Преимущество такого подхода заключается в многократном уменьшении площади поражения "грязными" дождями в сравнении с регионами, где такие меры не применяются. Защитные вещества согласно данному изобретению - сажа и окись железа - имеют определенные свойства пигментов и таким образом предоставляют возможность простейшей визуальной индикации областей выпадения осадков в виде туч соответственно черного или красного цвета. К тому же преимуществом связывания вредных примесей защитными веществами является простота выделения радиоактивных примесей из зараженного воздуха с помощью воздухоочистителей, а также снижение уровня загрязнения водоемов растворенными радиоактивными веществами.
В качестве ощущаемых (сенсорных) сигнальных средств обнаружения радиоактивных облаков и их осадков дополнительно применимы и защитные вещества, обладающие резким запахом или способные раздражать кожу. Примером таких веществ могут служить вещества из группы сильнопахнущих и/или раздражающих кожу соединений. К таким соединениям, например, относятся меркаптаны (резкий запах), пиридин (резкий запах), галогенкетоны (раздражают кожу), галогеннитрилы (раздражают кожу), галогенцианы (раздражают кожу), трихлорнитрометан (раздражает кожу), галогеннитро-ароматические соединения (раздражают кожу), оксазепин (раздражает кожу) и т.п. Следующей возможностью ограждения людей и животных от случайного использования выпавшей зараженной влаги является использование в качестве защитных веществ соединений с резким запахом и отвратительным вкусом. Образование таких защитных веществ в виде пара или тумана, которые, как правило, разлагаются под действием высоких температур, предпочтительнее инициировать непосредственно в активном потоке горячих отходящих газов добавками упоминавшихся выше и содержащих защитные вещества дымовых газов согласно данному изобретению. Примеры таких веществ, обладающих сигнальной и защитной функциями и возносимых вместе с отходящими газами неуправляемой ядерной реакции, приведены в таблице 2. Для того, чтобы введенные в зараженные облака чувствительные к температуре и окислению защитные вещества защитить от разложения под действием УФ-излучения и окислительных процессов, предпочтительнее обогащать поток отходящих газов светозащитными или светоотражающими пигментами, например сажей и окислами, поскольку связанные этими пигментами защитные вещества будут в большей степени защищены от разложения.
Описанные в примере механизмы действия защитных веществ, вводимых в образующиеся в результате аварии радиоактивные облака, в определенной степени могут быть перенесены и на зараженные облака, образующиеся при аварийных выбросах токсинов, вирусов или микробов. И в случае аварийного выброса газа, не связанного с взрывом или с возникновением пожара, когда фактор термической конвекции отсутствует, может потребоваться разжигание "вспомогательного" пожара для получения содержащих защитные вещества дымовых газов и локализации образовавшегося в результате аварии ядовитого облака.
Обогащенные аэрозольными защитными веществами локальные тропосферные объемные объекты, в которых излучением инициируется образование гидроксильных радикалов, способны сделать ненужными обычные в настоящее время устройства каталитической очистки выхлопных газов автомобильного транспорта. Эффективность действия мелкодисперсных аэрозолей согласно данному изобретению может превысить эффективность используемых катализаторов, поскольку эти аэрозоли в облаке дымовых газов продолжают свою активную деятельность и вне объекта выхлопа. При этом образованными гидроксильными радикалами компоненты смога - озон, окислы азота (NOx) и пероксиацетилнитрат - разлагаются или даже не могут возникать там, где ежедневная концентрация гидроксильных радикалов (-ОН) значительно превышает нормальное значение. Аэрозольные защитные вещества, содержащие окисно связанное железо, способны прочно связывать канцерогенную сурьму и ядовитый свинец, образующиеся в процессе износа тормозных колодок, даже в том случае, если они смыты прошедшим дождем и превратились вместе с частицами защитного вещества в осадок или же смыты дождевой водой в канализацию. И осевшие на растения, строения или на поверхность почвы аэрозольные защитные вещества могут генерировать гидроксильные радикалы под действием солнечного излучения, таким образом продолжая свою очистительную функцию.
Получение содержащих защитные вещества дымовых газов с помощью, например, работающих в течение всего дня автомобилей можно стимулировать отменой или снижением налогообложения на соответствующие виды топлива, что активизирует использование этих видов топлива, работающих с выделением содержащих защитные вещества дымовых газов, взамен устройств каталитической очистки выхлопных газов. Для этих транспортных средств станут ненужными устройства каталитической очистки газов, которые в настоящее время являются обязательными для применения, особенно, для транспортных средств, работающих на бензине.
Для устойчивой стабилизации климата в умеренном диапазоне, увеличения эффективности источников питания и прироста объема подтвержденных энергоносителей достаточно размещения над океаном одного обогащенного витальными элементами и защитными веществами тропосферного объемного объекта. При этом особое значение приобретают процессы управления и контроля обогащения витальными и/или защитными веществами размещаемого над океаном тропосферного объемного объекта, поскольку с увеличением содержания витальных элементов возрастает интенсивность углеродного обмена в негеогенном секторе, при условии поддержания его равновесного состояния.
Увеличение транспорта углерода в этом секторе углеродного обмена необходимо для того, чтобы в достаточной мере компенсировать количество углерода, изъятое из тропосферы и обеспечившее прирост массы биопланктона в результате размещения над океаном тропосферного объемного объекта согласно данному изобретению. В переходной фазе это еще может осуществляться сжиганием ископаемых энергоносителей. В дальнейшем для получения необходимой энергии должны будут привлекаться продукты возросшего воспроизводства фитопланктона, а именно отложения керогена и гидрометана. В противном случае нам угрожает изменение климата с его переходом в холодную фазу из-за снижения концентрации тропосферной двуокиси углерода.
Следует выделить элементы системы углеродного обмена, которые должны быть изменены, будучи результатом вмешательства человека в стабилизацию равновесного состояния углеродного обмена с помощью обогащенных витальными элементами и защитными веществами тропосферных объемных объектов, размещенных над океаном:
(1) перенос двуокиси углерода из источников: сжигание воспроизводимых энергоносителей и вулканическая деятельность → (2);
(2) снижение содержания двуокиси углерода: ассимилированный перенос двуокиси углерода в фитопланктон, геогенное связывание двуокиси углерода в отложениях известняка и субдукция известняка в земной коре и в оболочке → (3а) и (3b);
(3а) перенос фитопланктона в пирамиду источников продуктов питания;
(3b) включение фитопланктона в ферментацию донных отложений океана → (4);
(4) извлечение осадочных керогена и гидрометана из ферментированных отложений → (5);
(5) извлечение осадочных керогена и гидрометана разложением отложений для антропогенного обмена веществ → (6);
(6) извлечение осадочных керогена и гидрометана для получения антропогенной энергии путем их сжигания → (1).
Для контроля стабильности равновесного состояния углеродного обмена с повышенным уровнем содержания перенесенного углерода можно использовать несколько опытных параметров. Эти опытные параметры получены, в основном, путем анализа экологических систем и прочих систем окружающего мира, уже подвергавшихся их воздействию. Управление переносом углерода осуществляется увеличением или снижением содержания витальных элементов и/или защитных веществ в тропосферном объемном объекте согласно данному изобретению. Согласно данному изобретению это производится непрерывным или периодическим дозированием содержания вводимых через воздушное пространство активных веществ и фиксацией состояния соответствующих объектов в строгой зависимости от уровня и изменений измеренных текущих параметров. Такими параметрами, например, являются:
- региональное, хемосферное и глобальное содержание метана и диметилсульфида на различных высотах тропосферы и выше тропопаузы;
- локальное, региональное и хемосферное содержание защитных веществ и/или витальных элементов в воздухе, на/в растительности, на/в почве, в водоемах;
- средний уровень облачности в тропосферном объемном объекте;
- измеренное содержание углекислого газа (CO2) в воздухе и в океане: суммарно, в хемосфере и в тропосферном объемном объекте;
- концентрация фитопланктона под тропосферным объемным объектом;
- содержание кислорода под тропосферным объемным объектом на различных глубинах моря;
- содержание взвешенных частиц под тропосферным объемным объектом на различных глубинах моря;
- уровень седиментации под тропосферным объемным объектом на различных глубинах моря;
- исследование экосистемы под тропосферным объемным объектом;
- глобальные измерения температуры в тропосфере, на земле и на поверхности водоемов.
На расход углерода оказывают влияние концентрация витальных элементов и/или защитных веществ в тропосферном объемном объекте, его собственный объем и накрываемая им поверхность. Существует множество возможностей изменения параметров обогащенных витальными элементами и/или защитными веществами тропосферных объемных объектов. При этом важными параметрами являются среднее распределение, длительность присутствия и концентрация введенных с дымовыми газами в тропосферный объемный объект веществ. Примерами таких возможностей регулирования являются:
- особенности местности, над которой распространен дымовой газ;
- величина поверхности, над которой распространен дымовой газ;
- высота, на которой распространен дымовой газ;
- концентрация веществ в дымовом газе;
- дозировка используемого дымового газа;
- состав смеси веществ, распространяемых с дымовым газом;
- продолжительность интервалов, с которыми распространяется дымовой газ;
- дисперсность частиц присутствующих в дымовом газе веществ.
В случае размеров частиц, которые имеют аэрозоли в дымовом газе, предпочтительной измеряемой величиной является размер вторичных частиц, т.к. именно их диаметр (максимальный размер) определяет скорость осаждения аэрозольных частиц. Вторичные частицы состоят из агломератов первичных частиц. Диаметр вторичных частиц является функцией концентрации аэрозоля в дымовом газе, которая, в свою очередь, является функцией концентрации аэрозолеобразующих горючих веществ в сжигаемом топливе: чем выше эта концентрация, тем более крупные вторичные частицы получает дымовой газ и тем быстрее они оседают из тропосферы.
Аналогичные механизмы регулирования можно использовать и при дозировке активных веществ для обогащения зараженных в результате аварии облаков. При их расчете можно ориентироваться, например, по уровню непрерывно поступающих в облако вредных веществ, который в примере аварии на атомной электростанции может достаточно точно оцениваться по теплоте излучения горящего ядерного топлива, и/или по высоте термоконвективного столба, и/или интенсивности его радиоактивного излучения. Исходя из спектра интенсивности радиоактивного излучения и имея информацию об использованном ядерном топливе, можно сделать также вывод о составе произошедших вредных выбросов. Эти критерии применимы и для определения необходимого для введения количества защитных веществ. В некоторых случаях, кроме того, можно определиться, необходимо ли применять все эти защитные вещества или же можно обойтись только какой-то их частью (фракцией).
Особое преимущество тропосферных объемных объектов с повышенным содержанием витальных элементов в том, что при этом имеет место устойчивый и осуществляемый на больших поверхностях выброс витальных элементов. Проведенные исследования использования витальных элементов в форме солей железа, вносимых непосредственно над поверхностью океана, показали лишь небольшие регионы увеличения массы фитопланктона.
Можно и повторно использовать воздух полученного в стационарных установках дымового газа согласно данному изобретению после выполнения им своих функций по обезвреживанию вредных газов с помощью содержащихся в нем аэрозолей с образующими гидроксильные радикалы титаном и/или железом, после воздействия естественного солнечного света или источников искусственного освещения, вновь выделяя обработанный таким образом воздух известными способами обеспыливающей воздухоочистки. Таким образом, эти дымовые газы могут использоваться и для очистки содержащего вредные примеси воздуха приточно-вытяжной вентиляции.
Особого внимания заслуживает возможность надежного предотвращения глобального кризиса человечества с помощью размещаемых над океаном тропосферных объемных объектов согласно данному изобретению (см. чертеж). Специальными факторами воздействия являются:
- снижение содержания тропосферного углекислого газа (способствует охлаждению климата);
- прирост альбедо в результате прямого действия аэрозолей согласно данному изобретению (способствует охлаждению климата);
- прирост альбедо в результате вызванной фитопланктонным обменом повышенной эмиссии диметилсульфида (способствует охлаждению климата);
- разложение тропосферного метана под действием образующихся гидроксильных радикалов (способствует охлаждению климата);
- распад под действием образующихся гидроксильных радикалов трудноразлагаемых веществ, например полихлорированные бифенилы, галогенированные дибензодиоксины и дибензофураны, ДДТ, фталаты, полициклические ароматические соединения;
- увеличение степени осаждения погибшего фитопланктона (способствует образованию отложений керогена и гидрометана в качестве источника воспроизводимых энергоносителей);
- прирост образования протеина в экосистеме океана в результате прироста массы фитопланктона из морей (увеличение ресурса протеин-содержащих источников питания).
Исходит ли токсическая опасность от обогащенных витальными элементами и/или защитными веществами тропосферных объемных объектов?
Необходимые для производства добавок к тропосферным объемным объектам смешанные оксиды и нитриды являются нетоксичными и в рекомендуемых для применения концентрациях не оказывают отрицательного воздействия на легкие и пищеварительный тракт. Они не являются токсичными и для окружающей среды. По крайней мере, отсутствуют сведения, что природные частицы аналогичного строения, способные тропосферным гидролизом вулканических газовых выбросов высвобождать значительные количества галогенидов железа, кремния и титана, обуславливали бы какие-либо помехи здоровью в местах их появления.
Неизвестны и какие-либо отрицательные последствия эксплуатации многочисленных стационарных отопительных установок, работающих с использованием железосодержащих масел. Ни повсеместно встречающиеся окислы железа и марганца, ни различные оксиды, нитриды и оксинитриды наиболее часто используемых элементов - кремния, титана, циркония и железа не являются токсичными. Из соответствующих соединений кремния и титана в настоящее время известна лишь одна модификация кварца, представляющая угрозу для здоровья. Образующиеся в результате сжигания кремния, титана, силанов, эфиров титановой и кремниевой кислот в тропосфере аэрозоли не являются кристаллическими. Отсутствует информация и о каком-либо вредном воздействии некристаллических аэрозолей двуокиси кремния. И присутствующие в аэрозолях согласно данному изобретению титанаты, ферраты, цирконаты, окись циркония и окись церия отличаются полностью беспорядочной некристаллической решеткой и с точки зрения химической биологии относятся к инертным веществам. В мелкодисперсных отложениях выветренных кристаллических и вулканических пород, а также в вулканическом пепле эти элементы содержатся только в таких устойчивых к эрозии фракциях тяжелых минералов, как рутил, анатас, броокит, ильменит, титанит и циркон. О вредном воздействии этих веществ при попадании в пищеварительный тракт информация отсутствует и не ожидается.
Без использования обогащенных витальными элементами и/или защитными веществами тропосферных объемных объектов естественная угроза переносимых ветром аэрозольных фракций мельчайшей пыли повсеместно возрастает из-за постоянного расширения зоны пустынь и степей. Природные переносимые ветром аэрозоли многих регионов содержат такие кристаллические составляющие, как кварц и серпентин, которые при вдыхании становятся опасными для здоровья. Особенно опасными для здоровья, из-за присутствия в них кварца, следует квалифицировать переносимые ветром из пустынных и моренных областей аэрозоли мельчайшей пыли, способные достигать даже средней Европы. Опасность для здоровья представляют особенно те серпентинсодержащие тонкие пыли, которые навеяны из пустынных зон с природными залежами серпентина.
Параметры экономичности
Наиболее оптимальный уровень затрат при широкомасштабном производстве топлива и топливных добавок для получения содержащих витальные элементы и защитные вещества может быть достигнут использованием титан-, кремний-, фосфор- и железоорганических соединений. К тому же титан и железо не являются очень редкими в земной коре; они относятся к наиболее часто встречающимся элементам: среднее содержание железа в континентальной земной коре составляет 42 г железа на 1 кг земной коры и 5 г/кг титана. По данным статистического календаря для ФРГ за 1992 г. производство авиабензина, моторного, турбинного и дизельного топлива только в США составило около 457.000.000 тонн. Если предположить, что примерно 1/5 часть этого количества использована по своему прямому назначению (например, авиатранспорт, морской транспорт), то при средней концентрации примесного элемента как 1/10000 его частей на 1 часть топлива может быть извлечено около 10.000 т примесных элементов.
1. Способ формирования тропосферного объемного объекта с повышенной концентрацией по меньшей мере одного витального элемента и/или по меньшей мере одного защитного вещества, характеризующийся тем, что в тропосферу контролируемым образом вводят дымовые газы, полученные путем сжигания горючего материала в установке для сжигания, при этом упомянутый горючий материал обогащен добавками, которые являются витальными элементами и/или защитными веществами или их прекурсорами, в результате чего получаемые дымовые газы обогащаются витальными элементами и/или защитными веществами, которые распространяются в тропосфере, при этом упомянутые добавки содержат железо, и/или титан в элементарном виде, и/или в виде химического соединения, причем упомянутое химическое соединение представляет собой раствор в нефти или двигательном топливе, и/или сплав, при этом упомянутый сплав является железокремний-магниевым, магний-титановым, или железоцерий-титановым сплавом.
2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что упомянутая установка для сжигания размещена на транспортном средстве, способном передвигаться по суше, морю или воздуху.
3. Способ по любому из пп.1 или 2, характеризующийся тем, что упомянутый горючий материал содержит одно или более веществ из следующего перечня: водород, природный газ, сжиженный газ, нефть, очищенная нефть, пиролизная нефть, масла, полученные в результате переработки возобновляемых сырьевых материалов, дизельное масло, керосин, легкое масло, тяжелое масло, силиконовое масло, двигательное топливо, метиловый спирт.
4. Способ по п.1, характеризующийся тем, что упомянутое химическое соединение железа выбрано из следующего перечня: карбонилы железа, ферроцен, декаметил-ферроцен, олеаты железа, железные соли жирных кислот, ацетил-ацетонат железа, роданид железа, ароматические N-гетероциклические соединения, содержащие железо и/или железокремний-магниевый сплав.
5. Способ по п.1, характеризующийся тем, что упомянутое химическое соединение титана выбрано из следующего перечня: титаноцен, тетраметилтитан, устойчивые к гидролизу сложные эфиры титановой кислоты, конденсаты карбоновой кислоты и титановой кислоты, ацетилацетонаты титана, фталоцианины титана, титан, магний-титановый сплав.
6. Способ по п.3, характеризующийся тем, что упомянутый горючий материал содержит прекурсор диоксида серы.
7. Способ по любому из пп.4 или 5, характеризующийся тем, что упомянутые дополнительные добавки это: кремний и/или церий в элементарной форме или их соединения.
8. Способ обеззараживания и/или маркирования с использованием защитных веществ тропосферного объемного объекта, являющегося облаком, несущим в себе загрязняющие вещества, характеризующийся тем, что (а) упомянутое защитное вещество - это сажа, а сажесодержащий дымовой газ получают при неполном сгорании сажистой нефти, (b) упомянутое защитное вещество - это оксид железа, а содержащий оксид железа дымовой газ получают в результате неполного сжигания горючего материала, содержащего железо в органическом соединении, (с) упомянутое защитное вещество - это туманообразующее вещество, переносимое в тропосферный объемный объект дымом и/или впрыскиванием, (d) и/или упомянутое защитное вещество - это йод, а йодосодержащий дымовой газ получают в результате сжигания горючего материала, содержащего йод.
9. Способ по п.8, характеризующийся тем, что в облако и/или в дымовой газ вводят воду.
10. Способ по любому из пп.8 или 9, характеризующийся тем, что облако и/или дымовой газ обогащают аммиаком.
11. Способ по п.8, характеризующийся тем, что облако обогащают одораторами и/или раздражающими веществами.
12. Сажистая нефть для использования в способе по любому из пп.8-11, в которой растворены ферроцен, йод и/или селен.
13. Горючий материал для сжигания или для использования в качестве топлива в двигателе внутреннего сгорания или в реактивном двигателе, обогащенный добавками, содержащими железо, и/или титан в элементарной форме, и/или в виде химического соединения, при этом упомянутое химическое соединение растворимо в нефти или двигательном топливе, и концентрация его такова, что горючий материал пригоден для использования в способе по любому из пп.1-12.
14. Тропосферный объемный объект с повышенным содержанием, по меньшей мере, одного витального элемента и/или по меньшей мере одного защитного вещества, при этом и те и другие введены в тропосферный объемный объект контролируемым образом, характеризующийся тем, что упомянутые витальные элементы и/или защитные вещества получены в результате сжигания горючего материала, обогащенного добавками, являющимися витальными элементами и/или защитными веществами и содержащими железо и/или титан в элементарной форме и/или в виде химического соединения, растворимого в нефти или двигательном топливе, и/или в виде сплава, при этом упомянутый сплав - это железокремний-магниевый, магний-титановый, или железоцерий-титановый сплав.
15. Тропосферный объемный объект по п.14, в котором упомянутые химические соединения железа - это карбонилы железа, ферроцен, декаметилферроцен, олеаты железа, железные соли жирных кислот, ацетилацетонат железа, роданид железа, ароматические N-гетероциклические соединения, содержащие железо, железокремний-магниевый сплав.
16. Тропосферный объемный объект по любому из пп.14 или 15, в котором упомянутые химические соединения титана - это титаноцен, тетраметил-титан, устойчивые к гидролизу сложные эфиры титановой кислоты, конденсаты карбоновой кислоты и титановой кислоты, ацетилацетонаты титана, фтало-цианины титана, титан, магний-титановый сплав.
17. Тропосферный объемный объект по п.14, в котором упомянутый горючий материал содержит одно или более веществ из следующего перечня: водород, природный газ, сжиженный газ, нефть, очищенная нефть, пиролизная нефть, масла, полученные в результате переработки возобновляемых сырьевых материалов, дизельное масло, керосин, легкое масло, тяжелое масло, силиконовое масло, двигательное топливо, метиловый спирт.
18. Тропосферный объемный объект, являющийся облаком, образовавшимся в результате аварии и имеющим повышенное содержание по меньшей мере одного защитного вещества, характеризующийся тем, что упомянутое защитное вещество получено в результате сжигания горючего материала, обогащенного добавками как прекурсорами защитных веществ в дымовом газе, при этом упомянутая добавка или горючий материал содержит по меньшей мере один из следующих компонентов: сажистая нефть, железо в органическом соединении, марганец в органическом соединении, сложные эфиры фосфористой кислоты, сложные эфиры фосфорной кислоты, белый фосфор, фосфид магния, фосфид кальция, титаноцен, тетраметилтитан, устойчивые к гидролизу сложные эфиры титановой кислоты, конденсаты карбоновой кислоты и титановой кислоты, ацетилацетонаты титана, фталоцианины титана, титан, магний-титановый сплав, карбонилы железа, ферроцен, декаметилферроцен, олеаты железа, железные соли жирных кислот, ацетилацетонат железа, роданид железа, ароматические N-гетероциклические соединения, содержащие железо, железокремний-магниевый сплав, трициклопентадиенилцерий, гептандионат церия, ацетилацетонат церия, железоцерий-титановый сплав, йодметан, дийод-метан, тетрайодметан, йод, раствор йода в сажистой нефти.
19. Способ достижения длительной стабилизации климата путем обогащения глобальных или региональных тропосферных объемных объектов витальными элементами и/или защитными веществами контролируемым образом, при котором доза витальных элементов и/или защитных веществ влияет на среднее распределение, продолжительность пребывания и концентрацию в упомянутом тропосферном объемном объекте, причем упомянутые витальные элементы и/или защитные вещества - это по меньшей мере железо и/или титан в оксидном соединении, при этом упомянутые витальные элементы и/или защитные вещества переносятся дымовым газом в тропосферные объемные объекты, при этом количество витальных элементов и/или защитных веществ и расположение места распространения зависит от одного или более из следующих параметров: содержание метана и диметилсульфида в масштабе региона, полушария и земного шара, измеренное на различных высотах в тропосфере и над тропопаузой, содержание защитных веществ и/или витальных элементов в масштабе региона и полушария в воздухе, на/в растительности, на/в грунте и в воде, средняя облачность в тропосферном объемном объекте, содержание двуокиси углерода, измеренное в воздухе и морской воде в масштабе земного шара, полушария и в тропосферном объемном объекте, концентрация фитопланктона под тропосферным объемным объектом, содержание кислорода в морской воде на разных глубинах под тропосферным объемным объектом, содержание взвешенных наносов в морской воде на разных глубинах под тропосферным объемным объектом, скорости седиментации в морской воде на разных глубинах под тропосферным объемным объектом, изучение экологических систем под тропосферным объемным объектом, измерение в глобальном масштабе температуры в тропосфере, на поверхности грунта и на поверхности моря.
20. Способ по п.19, при котором среднее распределение, продолжительность пребывания и концентрацию витальных элементов и/или защитных веществ в тропосферном объемном объекте глобального или регионального масштаба достигают путем управления одним или более из следующих факторов: место, над которым происходит высвобождение дымового газа, площадь, над которой происходит высвобождение дымового газа, высота над уровнем местности или морской поверхности, на которой происходит высвобождение дымового газа, концентрация веществ в дымовом газе, доза высвобожденного дымового газа, состав веществ, высвобождаемых вместе с дымовым газом, интервалы, с которыми происходит высвобождение дымового газа, размер частиц веществ в дымовом газе.
21. Способ достижения фотолитического разложения метана, смога, озона, пероксиацетилнитрата, окислов азота, окиси углерода, галогеновых и азотных ароматических соединений и других нежелательных продуктов сгорания и эмиссии, а также достижения абсорбентного связывания канцерогенной сурьмы и токсического свинца путем обогащения тропосферного объемного объекта, расположенного над сушей или прибрежными районами с высоким уровнем дорожного движения и промышленных выбросов, или путем обогащения искусственно иллюминированного тропосферного объемного объекта в туннелях или многоэтажных автомобильных парковках и подземных автомобильных парковках защитными веществами контролируемым образом, при этом упомянутые защитные вещества - это по меньшей мере железо и/или титан в оксидном соединении, при этом упомянутые защитные вещества переносятся в тропосферный объемный объект дымовым газом, причем среднее распределение, продолжительность пребывания и концентрация защитных веществ в тропосферном объемном объекте достигается путем управления одним или более из следующих факторов: место, над которым происходит высвобождение дымового газа, площадь, над которой происходит высвобождение дымового газа, высота над уровнем местности или морской поверхности, на которой происходит высвобождение дымового газа, концентрация веществ в дымовом газе, доза высвобожденного дымового газа, состав веществ, высвобождаемых вместе с дымовым газом, интервалы, с которыми происходит высвобождение дымового газа, размер частиц веществ в дымовом газе.
