Спосіб утилізації техногенних надлишків діоксиду вуглецю, які втримуються в атмосфері землі

Спосіб утилізації техногенних надлишків діоксиду вуглецю, які втримуються в атмосфері Землі, що включає добір повітря з атмосфери і його очищення шляхом прокачування через водний абсорбер, температуру води в якому підтримують у діапазоні 4 10 C , який відрізняється тим, що очищене повітря пропускають через водяний абсорбер, який являє собою ємність з водою із природної водойми, і в якій діоксид вуглецю розчиняють у воді, після чого збагаченою в такий спосіб Винахід відноситься до екології, охорони природи, пом'якшення клімату, а також до підживлення мікроорганізмів планктонів. Винахід базується на примусовому зменшенні вмісту діоксидів вуглецю в атмосфері й поверненні витягнутих надлишків у природний цикл циркуляції вуглецю на Землі. Переважна область застосування способу - підживлення ціанобактерій і інших мікроорганізмів планктонів збагаченю СО2 водою. У результаті цього під дією фотонів, ряду біогених, неорганічних та інших речовин і СО2 відбувається ріст життєдіяльності цих і інших бактерій. У симбіозах з іншими організмами бактерії є основною їжею найпростіших істот і риб, а в деяких країнах їх вживають і люди. Ціанобактерії - єдиний вид мікроорганізмів, здатних зв'язувати вуглець і азот в аеробних умовах, виділяючи при цьому чистий кисень. З'єднання, що втримуються в останках планктонів, вуглець, а також продукти споживання планктону іншими організмами - відкладаються на дні океану. Крім цього, багато мікроорганізмів виділяють газ - діметілсульфід навколо часточок якого утворяться ядра конденсації води. У такий спосіб дозоване й своєчасне підживлення мікроорганізмів планктонів водяним розчином СО2 дозволяє збільшувати продукцію початку харчових океанічних, річкових і інших ланцюжків, поповнювати атмосферу киснем, а також чистою водяною парою. Зменшення СО2 в атмосфері знижує активність її парникового ефекту. У результаті утилізації атмосферних надлишків діоксиду вуглецю у середовищі мікроорганізмів планктону поступово знизиться температура й збільшиться вологість, тобто клімат на Землі пом'якшиться. Відомі шляхи ослаблення виділення тепла при конденсації водяної пари на іонах проводності атмосфери, розсіювання туманів, припинення або стимуляції опадів, ослаблення циклонічної активності, які засновані на зміні температури повітря атмосфери [1]. Відомий також спосіб розсіювання туману в аеропорті [2], заснований на нагріванні повітря шляхом спалювання в ньому горючих речовин, а також пристрій для підвищення температури й зволоження повітря [3], що дозволяє боротися із заморозками. Однак ефективність цих і інших [4,5] пристроїв і способів впливу на атмос (19) UA (11) 89972 (13) , водою, при концентрації в ній 15 2,0 кг / м3 діоксиду вуглецю, і керуючи концентрацією, підживлюють скупчення планктонів у Світовому океані, морях або закритих водоймах і трансформують техногенні надлишки діоксиду вуглецю в планктонну біомасу, тобто заміщують техногенні надлишки СО2 атмосфери життєдайними бактеріями і мікроорганізмами океану. C2 (21) a200706793 (22) 16.06.2007 (24) 25.03.2010 (46) 25.03.2010, Бюл.№ 6, 2010 р. (72) БУЛАТ АНАТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, КІЯШКО ЮРІЙ ІВАНОВИЧ (73) БУЛАТ АНАТОЛІЙ ФЕДОРОВИЧ, КІЯШКО ЮРІЙ ІВАНОВИЧ (56) RU 93019150 A, 20.03.1996 JP 3056122 A, 11.03.1991 EP 0408979 A1, 23.01.1991 US 20050011770 A1, 20.01.2005 JP 2000024455 A, 25.01.2000 JP 2001227322 A, 24.08.2001 US 6394428 B2, 11.10.2001 US 5304356 A, 19.04.1994 JP 3169324A, 23.07.1991 JP 11262630 A, 28.09.1999 3 феру Землі або її окремі області вимагають значних витрат енергії, причому непоновлюванної. Тому користь від застосування таких способів і пристроїв є реальною тільки для невеликої частини атмосфери Землі. У цілому ж, як це показано, наприклад, у роботах [6,7] атмосфера буде додатково насичуватися викидами СН4, СОг, NOX і інших газів, які утворяться при спалюванні палива, необхідного для вироблення енергії. Для пом'якшення клімату на Землі техногенні надлишки цих і інших газів краще відбирати з атмосфери, причому намагатися використовувати для цього природні види енергії, а також, по можливості, включати відібрані гази в баланс речовин, що циркулюють у природі, не порушуючи при цьому умови життя на планеті. Найближчим до пропонованого є спосіб утилізації газоподібних викидів в атмосферу й пристрої для його здійснення [8]. У ньому передбачається пропущення свіжих вихлопів двигунів внутрішнього згоряння, а також димових газів від котелень через водний абсорбер, причому гази попередньо стискають, а температуру води доводять до (+4 ...+10)°С при якій розчинення газів у воді поліпшується. У результаті хімічної взаємодії газів і води утворяться малонасичені розчини вугільної, сірчистої, азотної й іншої кислот. Продукти, що утворилися після відстою розчинів, відправляють у лісові й сільськогосподарські угіддя для внесення в ґрунт, його полива й обробки, а важкі продукти відстою - на підприємства хімічної й металургійної промисловості у вигляді сировини. Однак, цей спосіб має ряд недоліків. Необхідність в «свіжих» вихлопах і димі обмежує область застосування способу, тому що пристрої для його реалізації повинні розташовуватися в безпосередній близькості від джерел вихлопів і диму. Крім цього, вихлопи й дим включають ціаніди, канцерогенні, інші небезпечні для живого організму речовини, тому використовувати продукти відстою в ґрунтах треба дуже обережно, що ускладнює технологію й створює додаткові ризики у випадках неправильного або недбалого застосування. До того ж СО2, що втримується у вихлопних газах від ДВЗ, не є хімічно чистим з'єднанням. У воді разом з воднем СО2 бере участь у зворотній реакції дисоціації водяного газу - суміші вигарного газу СО і пари води. Інакше кажучи, використання отриманих в такий спосіб з'єднань діоксиду вуглецю для підживлення живих організмів вимагає додаткового вивчення й досліджень. В основу запропонованого способу поставлене завдання пом'якшити клімат на Землі й стимулювати ріст життєдійної маси мікроорганізмів, а також, як наслідок - рибних запасів, зокрема, і харчових ресурсів світового океану в цілому. Поставлене завдання вирішується тим, що за допомогою плаваючих, заякорених і/або дрейфуючих разом із планктонами платформ, на яких розташовані устаткування й прилади, виконують наступні процеси. Забір атмосферного повітря, його очищення (при необхідності) і пропущення через водяний абсорбер при певних значеннях тиску. 89972 4 В ньому, або поряд з ним розташовують додатковий водяний абсорбер (ДВА). ДВА в таких випадках створюють шляхом вміщення у корпус частини будь-якої природної водойми. Відповідно, вміщують ДВА або у водяний абсорбер 5 (див. фіг. 1), або розташовують ДВА поза водяним абсорбером 5. В обох випадках ДВА з'єднують повітряним трубопроводом з водяним абсорбером 5 та водяним трубопроводом з ізольованим контейнером 4 для зберігання розчину СО2.Тобто, очищене в абсорбері 5 повітря пропускають крізь ДВА. Ця вода стає в повній мірі природною для підживлення організмів, бо вона збагачена СО2, яке міститься у очищеному повітрі. Далі воду накопичують у ізольованих контейнерах 4 (див. фіг.1) і підживлюють скупчення планктонів у спосіб, що пропонується. Можливо створення ДВА з частини будь-якої природної водойми без вміщення цієї частини у корпус. Наприклад, у Арктиці температура води в зимовий період на певних широтах і у глибинах знаходиться в діапазоні +4 ...+10°С. Тобто, пропускаючи повітря крізь таку воду із скупченнями планктону, і при наявності необхідних для нього неорганічних і органічних речовин, можна підживлювати мікроорганізми СО2 без зайвих контейнерів з його водними розчинами, тощо. Такі планктони є (див., наприклад, Алекин О.А. Основы гидрохимии. Гидрометеорологическое изд-во, Ленинград, 1970, 444 с). Температуру води у обох видах водяних абсорберів у діапазоні +4 ...+10°С підтримують наступним чином. Абсорбер є металевим баком з рідиною. Якщо на його зовнішні поверхні нанести тонкий шар води і обдувати вентилятором, то через деякий час температура абсорбера з рідиною суттєво знизиться. Цей спосіб давно відомий і широко застосовується, наприклад, у ДВА із комбінованим охолодженням. Ми також; охолодили металевий бак з водою за допомогою вентилятора при нанесені тонкого шару води на його зовнішню поверхню і отримали наступну залежність зміни у часі його температури. При цьому без обдува бак охолоджувався повільніше. Потужність вентилятора для обдува досить невелика, до того ж на водоймищах в силу природних причин часто діють вітри, які допомагають такому виду охолодження металевих баків з рідинами. Зовнішня поверхня бака може збризкуватися водою за допомогою форсунок, а продуктивність всього процесу розраховується згідно умов застосування запропонованого способу. Оптимальні співвідношення між тиском і температурою, а також рН, солоністю, лужністю й іншими характеристиками води визначають на підставі показань приладів, а також по розрахунках, наприклад, на бортовому комп'ютері. Це необхідно для найкращого розчинення у воді СО2, вміст якого в повітрі становить на рівні моря 0,04-0,05 вагових %. Воду, збагачену СО2 до концентрації 1,5-2 3 кг/м , перекачують в ізольовані контейнери. Заряджені таким способом контейнери є своєрідними акумуляторами насиченою діоксидом вуглицю водної суміші, якою поступово підпитують мікроорганізми планктонів. 5 Рибу, водорості, молюски, інші морепродукти, а також наземні рослини й тварини вирощують уже досить давно й успішно. Існує багато способів розведення мікроорганізмів у прісних, солоних і інших водоймах і ґрунтах [9]. Для приросту мікроорганізмів планктонів, в ув'язанні із плаваючими платформами на яких готовлять підживлення, найбільш раціональним є наступний спосіб. На відстані від платформи в океані розміщають акваріум у формі лійки, вузький кінець якої спрямований у глибину. Акваріум прикріплюють до платформи за допомогою троса, орієнтуючи перший за течією щодо платформи. Акваріум виготовляють із фільтруючої тканини, комірки якої пропускають воду, але не пропускають мікроорганізми. Зверху на поверхні води акваріум підтримують буї, а знизу розтягують вантажі. Для підтримки форми лійку комплектують обручами - у верхній, середній і нижній її частинах. Приготовлений розчин СО2 з контейнера направляють в акваріум різними способами залежно від виду мікроорганізмів, їхньої щільності в акваріумі, кліматичних і інших умов здійснення підживлення. Найбільш простим і надійним є спосіб при якому розчин СО2 з контейнера направляють у середню частину акваріума по гнучкому пластиковому трубопроводі, що на виході оснащений диспергатором. Диспергатор сферичної форми через отвори невеликого діаметру (02-3 мм) рівномірно направляє порції розчину до кожної точки внутрішньої поверхні акваріума, причому більшість цих порцій у процесі руху засвоюється мікроорганізмами. Витрата розчину СО2 і режими його подачі в акваріум визначають, виходячи з маси мікроорганізмів, швидкостей їхньої репродукції й відмирання, інших процесів, у тому числі швидкості поїдання іншими організмами. Автор відомої роботи „Углекислый газ и карбонатная система" А. Яночкин (WWW.aqua loqo. ш/СО2-2, раздел 5, Б2.) вважає оптимальним рівень концен3 трації СО2 у акваріумі 5... 15 мг/л, або г/м . Ті мікроорганізми що природно відмирають або вмерли скачуються по похилих поверхнях лійки і, відкладаючись на дні океану, несуть в останках вуглець і/або поїдаються іншими організмами й рибами в акваріумі й на виході з лійки. Частина продукції мікроорганізмів поїдається сусідами по симбіозу, що призводить до їхнього приросту... і далі по ходу природного циклу життя -останки, що включають вуглець, осідають на дні океану. Таким чином, витягнуті з атмосфери разом з повітрям техногенні надлишки діоксиду вуглецю, поява яких пов'язана, у тому числі, зі спалюванням багатьох мільярдів тонн горючих копалин у рік, трансформуються, в остаточному підсумку, у відкладення на дні океанів. Попутно атмосфера насичується чистим повітрям, а також вологою й киснем, а люди харчовими ресурсами. Іде своєрідна лавинна реакція всього харчового ланцюжка на цільове примусове підживлення його початкових субодиниць. Таким чином послідовність дій при здійснені запропонованого способу наступна. Забір повітря із атмосфери за допомогою насоса, який приводиться від вітродвигуна 2 (дав. фіг. 1), прокачування повітря для його очищення через водяний 89972 6 абсорбер 5, а також через додатковий водяний абсорбер, який створений з будь-якої частини природної водойми, або шляхом вміщення цієї частини у корпус, розчинення СО2 у воді додаткового абсорбера, а також одночасно у воді ізольованого контейнера 4 куди її направляють із додаткового абсорбера за допомогою трубопровода 13 (див. фіг. 2), підвід збагаченої СО2 води із ізольованого контейнера 4 (фіг. 1) крізь керований клапан 15 (фіг. 2) у акваріум (фіг. 3) по трубопроводу 6 (див. фіг. 1) для подальшого розповсюдження води з СО2 у акваріумі 3 за допомогою диспергатора 9 (фіг. 1), що дозволяє рівномірно розподіляти порції води з СО2 у обсязі акваріума і одночасно використовувати її мікроорганізмами для фотохімічних реакцій, тобто заміщувати техногенні надлишки СО2 атмосфери життєдайними бактеріями і мікроорганізмами океану. При цьому одночасно коригують параметри всього процесу підживлення, а також: його окремих операцій, тобто: концентрацію СО2 у розчині, її витрати, обсяги і якість домішок біогенних та інших речовин, кількісні показники приросту, інтенсивність та щільність життєутворень, обсяг СО2, який утилізовано, тощо. Для роботи устаткування й приладів пропонується використання природних видів енергії. У зонах зі стабільними вітрами - вітроенергетичних, з ясною сонячною погодою - сонячних, в інших комбінованих і інших. Відносно малі потужності таких установок здатні забезпечити стабільну роботу пристроїв, тому що енергоємність пропуску повітря через воду незначна. Для пропущення 1 3 м /с повітря через трубу діаметром d під надлишковим тиском 1 бар через 20 тонний наповнений природною водою абсорбер висотою Η необхідна потужність N насоса складе: d2 1 1 1кВm , 100 D 3 де у в - питома вага води, кН/м ; D - діаметр 3 абсорбера, м; Q — витрата повітря, м /с. З огляду на те, що додаткові потужності будуть витрачатися на роботу приладів, освітлювальних пристроїв, сигнальних вогнів, підсвічування акваріума, роботу лебідок, акумуляторів і іншого устаткування, розрахункову величину N треба збільшити в 10 разів, тобто до 10 кВт. Таку потужність легко може розвити вітроустановка з довжиною лопастів 2...З м залежно від швидкості вітру. Енергоємність пропущення повітря через абсорбер з водою визначена нами експериментально на моделях. На фіг. 1-3 показані, як приклад, принципові схеми розташування устаткування для утилізації техногенних надлишків діоксиду вуглецю, що втримуються в атмосфері Землі: фіг. 1 - загальна схема розташування плаваючої платформи у зв'язці з акваріумом для підживлення організмів планктону; фіг. 2 - схема контейнера для зберігання водяного розчину СО2; фіг. З - схема акваріуму для ізолювання частини мікроорганізмів планктонів і їхнього цільового підживлення водяним розчином СО2; 1 - плаваюча платформа; 2 - вітродвигун; 3 - пристрій забору повітря; 4 - ізольований контейнер для зберігання розчину СО2; 5 - абсорN BH 2 Q 10 10 7 бер для готування розчину СО2; 6 - трубопровід для передачі розчину СО2 в акваріум; 7 - акваріум; 8 - буй для підтримки акваріуму; 9 - диспергатор; 10 - вантажі; 11 - якірний канат; 12 - канат для з'єднання платформи й акваріуму; 13 - трубопровід для подачі води, збагаченої СО2, з абсорбера в ізольований контейнер; 14 - трубопровід для підведення повітря при накачуванні водяного розчину СО2 з контейнера в акваріум; 15 - керований клапан, що регулює витрати розчину СО2. Джерела інформації: 1. Патент RU 2107428, 6А 01 G 15/00 от 05.01.96, 96100519/13, 27.03.98 Бюл. №9. 2. Качурин Л.Г. Физические основы воздействия на атмосферные процессы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с. 257-271. 3. Патент RU 2060640, 6А 01 G 15/00, Ε 01 Η 13/00 от 12.04.93, 93018803/15, 27.05.96 Бюл. № 15. 89972 8 4. Похмельных Л.А. Устройство для создания объемного заряда в атмосфере. Патент РФ N 2036577, 1995. 5. Деннис А. Изменение погоды засевом облаков. - М.: Мир, 1983. 6. Будыко М.И. Атмосфера земли. Физическая энциклопедия, т.1 - М.: Советская энциклопедия, 1988. 7. Мазин И.П., Шметер СМ. Облака: строение и физика образования. -Л.: Гидрометеоиздат, 1983. 8. Патент RU 93019150 А 1996.03.2093019 150/26 1996.03.20, МПК6 ВО ID 63/92 ВО ID 153:00. 9. Давыдова О.Е., Вешицкий В.А., Мальцева Н.Н. Новые элементы биорегуляции для устойчивого развития в агроэкосистемах. - К., Наукова думка, 2004, с. 74-76 и др. 9 89972 10 11 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков 89972 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601