Сергей Хохлов - Экзамен на разумность

Так, одно из применений ацетилена заключается в производстве из него бензола (C 6H 6):

3C 2H 2= C 6H 6

Также возможна полимеризация по другому пути — при пропускании ацетилена через раствор хлористой меди и хлорида аммония в соляной кислоте при 80 °С образуется винилацетилен, который в дальнейшем, при присоединении HCl, превращается в хлоропрен, применяемый для получения синтетического каучука.

При присоединении воды, протекающем при каталитическом действии солей ртути (реакция Кучерова), получается виниловый спирт, который изомеризуется в уксусный альдегид. Данная реакция имеет большое промышленное значение, т. к. уксусный альдегид является в технике веществом, которое в огромных количествах применяется для получения уксусной кислоты, этилового спирта и ряда других веществ.

Также ацетилен служит в промышленности исходным продуктом для синтеза таких растворителей, как, например, трихлорэтилен и т. д.

Химически чистый ацетилен в смеси с этиленом (данный газ именуется «нарцилен») может применяться в качестве наркоза при хирургических операциях.

Итак, данный вариант получения сырья для химического производства марсианской колонии позволяет наладить производство на месте столь важных веществ, как каучук, различные растворители, ароматические вещества (производные бензола), уксусная кислота и т. д., что, несомненно, должно представлять интерес при проектировании серьезного освоения Марса. Предполагается, что создание технологии цепочки производств, максимально автоматизированных и взаимосвязанных, должно являться одной из главных задач проекта освоения.

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

В качестве таких источников могут выступать на первых порах атомные электростанции, привезенные с Земли, а в дальнейшем энергетика ТБС-поселений должна строиться на основе использования местных возможностей — к примеру, энергии ветра, солнца или перепада ночных и дневных температур и т. п. В любом случае колонии обязаны иметь мощную энергетику.

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

Этот вариант основан на каталитических превращениях синтез-газа.

Первичной реакцией этого варианта также будет реакция разложения углекислого газа (CO 2), протекающая при высоких температурах, но идущая до промежуточной стадии — образования угарного газа (CO). Ее можно представить следующим образом:

2CO 2= 2CO + O 2

Данная реакция также требует больших затрат энергии.

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

Второй исходной реакцией данного варианта представляет собой реакция электролиза воды:

H 2O = H 2+ O 2

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

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

Так, в настоящее время применяют следующие каталитические процессы переработки синтез-газа (CO + H 2):

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

CO + 2H 2= CH 3OH

2) метанирование (катализатор Ni):

CO + 3H 2= CH 4+ H 2O

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

CO + H 2= жидкие углеводородные смеси

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

CO + H 2= смесь метанола и высших спиртов

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

RCH=CH 2+ CO + 2H 2= RCH 2CH 2CHO

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

CH 2=CH 2+ CO + 2H 2O = CH 3CH 2COOH

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

RCH=CH 2+ CO + MeOH = RCH 2CH 2COOMe

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

CH 3OH + 1/2O 2= H 2CO + H 2O

и получение уксусной кислоты (катализатор Rh):

CH 3OH + CO = CH 3COOH

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

Также представляются перспективными следующие процессы:

Гомологизация метанола в этанол (катализатор Co):

CH 3OH + CO + H 2= CH 3CH 2OH + H 2O

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

Синтез низших олефинов из метанола на высококремнистых цеолитных катализаторах.

Синтез этиленгликоля:

CH 3OH = HOCH 2CH 2OH

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

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

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