Физики придумали, как избавиться от выбросов в воздухе

Российские ученые предлагают использовать новый микроволновый разряд для уничтожения выхлопов

Ученые Института общей физики РАН нашли решение проблемы загазованности городов. Они предлагают использовать открытый ими новый вид микроволнового разряда для уничтожения автомобильных выхлопов и промышленных выбросов. Устройство, которое можно установить на заводской трубе, будет мгновенно нагревать ядовитые газы до нескольких тысяч градусов, и это разрушит опасные вещества. Также выхлопы можно уничтожать и прямо в атмосфере. В качестве эксперимента сотрудники ИОФ РАН успешно очистили воздух, взятый в час пик в Лефортовском автомобильном тоннеле в Москве. После обработки содержание вредных веществ в пробе сократилось в 2–6 раз.

Новый вид

В основу будущей системы очистки воздуха ляжет новый вид газового разряда, открытый учеными Института общей физики РАН и получивший название самоподдерживающегося несамостоятельного разряда (СНС).

— Мы открыли новый вид разряда, который производится тем же самым микроволновым излучением, но его физика отличается от физики известных газоразрядных процессов, — пояснил заведующий лабораторией газокинетических явлений в СВЧ-разряде ИОФ РАН Игорь Коссый.

По классическим физическим теориям микроволновые газовые разряды могут быть двух категорий: самостоятельные, протекающие без внешнего ионизирующего воздействия, и несамостоятельные, подпитывающиеся дополнительным к микроволнам ионизатором. Новый вид разряда ломает эти представления, это неизвестная ранее форма.

СНС-разряд — это последовательность переходов от самоподдерживающегося к несамостоятельному разряду. Он возникает под воздействием микроволн, генерируемых гиротроном — электровакуумным СВЧ-генератором. Появляясь в объеме газа, который существенно меньше объема микроволнового пучка, разряд распространяется «нитями» вдоль оси пучка, мгновенно нагревая газ до температуры в несколько тысяч градусов Цельсия. Потом он быстро охлаждается до исходной температуры. При этом экологически вредные примеси разрушаются. При необходимости СНС-разряду можно придавать необходимые размер и форму.

Тоннельный эксперимент

Доказать эффективность СНС-разряда для уничтожения вредных примесей ученые ИОФ РАН решили на пробах, взятых в Лефортовском тоннеле в Москве. Это одно из самых загруженных направлений города, где проезжает до 8 тыс. автомобилей в час.

В газовой смеси физики обнаружили 13 химических элементов. Концентрация четырех из них — ацетальдегида, этилбензола, трихлорметана и стирола — превышала допустимые нормы. Химический коктейль закачали в специальную камеру, где воздействовали на него 15 микроволновыми импульсами, которые спровоцировали СНС-разряд. В результате содержание этих веществ в пробе воздуха уменьшилось в 2–6 раз. Экспериментаторы уверены, что благодаря увеличению числа газовых разрядов можно добиться еще более значительного снижения концентрации вредных веществ.

У новой технологии уничтожения вредных выбросов есть значительные преимущества перед существующими. Самое важное из них — универсальность. СНС-разряд может сжигать любые виды вредных веществ, а сегодняшние методы применяются только к отдельным типам загрязнителей. Кроме того, предложенный способ очистки позволяет сэкономить на электроэнергии. По подсчетам разработчиков, для очистки 1 куб. м воздуха понадобится всего 0,005 кВт/ч.

Эффективная очистка

Идея использования СНС-разряда для очистки воздуха заслуживает внимания, считает старший научный сотрудник лаборатории импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий Томского политехнического университета Роман Сазонов.

— У такого разряда есть ряд преимуществ, например высокая концентрация электронов в плазменных каналах и быстрый нагрев газовой среды до температуры порядка 3–7 тыс. К (2,7–6,7 тыс. градусов Цельсия. — «Известия»), — объяснил эксперт.

По его словам, такие условия обеспечивают эффективную очистку от органических соединений, что и продемонстрировали физики ИОФ РАН, очистив образцы воздуха из Лефортовского автотоннеля.

Предложенный метод очистки воздуха — эффективный способ применения мощных гиротронов, которые разрабатываются в последние годы и могут работать с высоким КПД, отметил заведующий кафедрой радиоэлектроники Томского национального исследовательского государственного университета профессор Григорий Дунаевский.

Животные страхи

По мнению эксперта, использование микроволнового излучения для очистки воздуха перспективно. Но специалист также обратил внимание, что ученые намерены применять для инициации СНС- разряда излучение миллиметрового диапазона частот не только в камере, но и в открытом пространстве, что пока преждевременно.

— Дело в том, что используемая длина волны — 4 мм. Это крайне высокочастотный (КВЧ) диапазон, воздействие колебаний которого на живые организмы может быть существенным даже при очень малых мощностях. Это пока исследуется, — заметил Григорий Дунаевский.

Недостаточную изученность воздействия СНС-разряда на живые организмы отметил и профессор кафедры прикладной экологии РУДН Александр Хаустов.

— Какой эффект будет от таких воздействий на живые организмы? Никто не сует голову во включенную микроволновку. Считаю, что преждевременно говорить о высокой эффективности метода без проведения экологической экспертизы и экспериментов с живыми организмами, — сказал эксперт.

Сложности с внедрением технологии видит и доцент кафедры прикладной экологии РУДН Татьяна Ледащева, хотя и считает ее перспективной для очистки промышленных выбросов.

— Применение новой технологии могло бы способствовать решению проблемы вредных выбросов. Однако надо считать и экономическую оправданность, и сложность установки такого оборудования в дополнение к уже существующему, — сказала она «Известиям».

Применение СНС-разряда для очистки выбросов в атмосферу положительно отразится на состоянии окружающей среды, уверен координатор программы экологизации промышленности Всемирного фонда дикой природы Игорь Шкрадюк. Чтобы добиться повсеместного использования новой технологии, предстоит решить ряд практических сложностей — таких как нехватка гиротронов и их высокая стоимость.

— У нас есть масса производств, которые выбрасывают большое количество вредных веществ. Это птицефабрики, свинофермы, мясокомбинаты, нефтеперерабатывающие заводы. В таком случае начать стоит с применения СНС-разряда для очистки концентрированных выбросов этих предприятий, — считает Игорь Шкрадюк.

По словам эксперта, плазменная очистка воздуха способна принести пользу для экологии в масштабах всей планеты. Поэтому в будущем установка подобных систем на вредных производствах должна стать обязательной, считает он.

выбросы,  Физики,  ученые 

20.11.2020, 675 просмотров.