Ūdens, kas dedzina
Publicēts: 12.01.2014
Kad ugunsdzēsēji dzēš liesmas, viņi bieži izmanto ūdeni. Savukārt astronauti Starptautiskajā kosmiskajā stacijā eksperimentē ar ūdeni, kas nevis apstādina uguni, bet veicina degšanas procesus. Tas ir tā dēvētais superkritiskais ūdens, kuram piemīt dažas interesantas īpašības.
Ūdens kļūst superkritisks, kad tas tiek saspiests līdz 217 atmosfērām un uzkarsēts līdz 373 grādiem pēc Celsija. Pārsniedzot šo kritisko punktu, parasts ūdens pāriet agregātstāvoklī, kas nav nedz ciets, nedz šķidrs, nedz gāzveida. Tas vairāk līdzinās "šķidrumam līdzīgai gāzei".
"Kad superkritisko ūdeni sajauc ar organiskajām vielām, sākas ķīmiska reakcija - oksidēšanās," pastāstīja Maiks Hikss no NASA. "Tā ir degšana bez uguns."
Šāda degšana ir īpaši noderīga, lai atbrīvotos no notekūdeņiem. Pilsētās, zemnieku saimniecībās, kuģos jūrās un pilotējamajos kosmosa kuģos tiek radīts liels apjoms notekūdeņu, kuru attīrīšanai varētu izmantot superkritiskā ūdens īpašības.
"Kad mēs notekūdeņu spiedienu un temperatūru paaugstinām virs kritiskā punkta, superkritiskais ūdens sarauj ogļūdeņražu saites. Pēc tam tie reaģē ar skābekli," piebilda Hikss.
Citiem vārdiem, šķidrie atkritumi aizdegas. Dažkārt pat ir novērojama liesma, bet lielākoties nav redzamas nekādas degšanas pazīmes.
"Tas ir relatīvi tīrs degšanas veids, kurā rodas tīrs ūdens un oglekļa dioksīds, bez toksiskajiem produktiem, kas rodas tradicionālajā degšanas procesā," paskaidroja Hikss.
Kāds tam visam sakars ar Starptautisko kosmisko staciju?
"Starptautiskā kosmiskā stacija ir unikāla mikrogravitācijas laboratorija, kurā pētīt superkritiskā ūdens īpašības," pastāstīja Hikss.
Viena no lielākajām superkritiskā ūdens problēmām ir saistīta ar sāļiem. Pārsniedzot kritisko punktu, ūdenī izšķīdušie sāļi izgulsnējas. Tas nozīmē, ka tilpnes, kurā notiek reakcijas, metāliskās daļas pārklājas ar sāļu noguslnēm un sākas šo daļu korozija.
"Realitātē mums jāiemācās tikt galā ar sāļiem, tas ir būtisks tehnoloģisks klupšanas akmens," piebilda Hikss.
Tieši sāļu izgulsnēšanās tiek pētīta Starptautiskajā kosmiskajā stacijā notiekošajā Superkritiskā ūdens maisījuma eksperimentā, kas tiek veikts NASA sadarbojoties ar Francijas Kosmosa izpētes aģentūru.
"Pētot superkritisko ūdeni mikrogravitācijas apstākļos, mēs varam noskaidrot, kā uzvedas izgulsnētie sāļi," teica Hikss. "Iespējams mums izdosies izdomāt, kā novākt sāļus no sastāvdaļām, kuras ir jutīgas pret koroziju."
Eksperiments, kurā tiek izmantota Francijā izveidota iekārta (DECLIC), atrodas kosmiskās stacijas Japānas eksperimentu modulī. Izmēģinājumi tika sākti 2013. gada jūlijā un turpināsies veselu gadu.
Iegūtā informācija noderēs, lai pilnveidotu superkritiskā ūdens izmantošanu notekūdeņu attīrīšanai. Vairākos ASV Jūras karaspēku kuģos tiek izmantota šī tehnoloģija, kā arī Orlando pilsētā (ASV) ir uzsākta superkritiskā ūdens attīrīšanas iekārtu celtniecība, lai attīrītu pilsētas notekūdeņus.
NASA
Komentāri
Jupis tieši 13.01.2014 domāja šādi:
Kaut kas tur neštimmē. Ūdens reakcijā ar ogļūdeņražiem nu nekādi nevar rasties tikai ūdens un CO2. Droši vien domāts ūdeņradis (H2) un CO2. Līdzīga reakcija ir zināma jau ļoti sen, kur ūdens tvaiks reakcijā ar ogli rada H2 un tvana gāzi, CO - maisījumu, ko sauc par "ūdens gāzi" vai "ģeneratora gāzi". Tam nav nekāda sakara ar superkritisku fluīdu. Šai pētījumā atšķirība varētu būt, ka reakcijā piedalās ogļūdeņradis, nevis plika ogle, lai gan, cik nu mana saprašana velk, šādas vai vismaz līdzīgas reakcijas varētu panākt ar vienkāršu karsēšanu, nevis 217 atm spiedienu. Varbūt panākums ir, ka process notiek 100C temperatūrā? Varbūt Redaktors var iemest linku uz oriģinālo pētījumu, lūdzu...
Redaktors tieši 13.01.2014 domāja šādi:
Visticamāk, ka tas ir vienkāršots variants, jo patiesībā superkritiskā ūdens reakcijām un attiecīgi oksidēšanās galproduktiem ir vairāki varianti, atkarībā no vēlamā iegūstamā galaprodukta.
"Typically, the SCWO processing of an organic waste stream will leave behind only carbon dioxide and water. "
http://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/SCWM/#.UtPZy56SxIE