Баек про то, что Черное море может буквально взорваться из-за чрезмерного содержания сероводорода в глубинах, ходит уже предостаточно. Разумеется, ничего там не взорвется, поскольку отсутствует кислород. Но вот потравить все живое периодическими выбросами сероводорода в верхние слои — это запросто. В особо драматичных эпизодах погибшую рыбу убирают с пляжей строительной техникой.
На фоне всех этих ужасов внезапно всплыл любопытный проект по добыче этого самого сероводорода из морской воды и переработке его в полимерную серу и чистый водород, который можно использовать для выработки электричества и в других новомодных целях.
Зародился экономически и технически проработанный ныне проект аж в 2001 году. Один из его авторов — к. т. н. Олег Сапрыкин. Под катом его рассказ о создаваемом Морском автономном энергетическом комплексе (МАЭК) для прибрежных районов Черного моря, который я составила после нашей беседы.
Почему Черное море мертвое?
Еще в XIX веке было известно, что Черное море заражено сероводородом. В среднем слои с сероводородом начинаются от 80-метровой глубины в серединной части моря и со 150–200-метровой глубины около берегов. Таким образом, жизнь в Черном море присутствует только в относительно тонком приповерхностном слое, насыщенном кислородом — по объему это не более 10%. Ниже ничего живое, кроме некоторых анаэробных бактерий, существовать не может.
Теории о том, почему так произошло, затрагивать не будем. Это предмет очень длинных и жарких споров. В разной степени здесь участвовали геологическое строение, деятельность сульфатредуцирующих бактерий, большие города на побережье со сливами канализации.
В числе причин столь масштабного накопления сероводорода называют слабые вертикальные течения (это когда слои воды плохо перемешиваются между собой) и то, что Черное море соединено с мировым океаном через относительно неглубокий — около 100 метров — пролив Босфор. Поэтому весь сероводород, образовавшийся в Черном море, в нем и остается. В общей сложности за тысячелетия накоплено, по разным оценкам, от 3 до 90 миллиардов тонн сероводорода.
Еще один спорный вопрос — есть ли равновесие между кислородсодержащими и насыщенными сероводородом слоями воды. Увеличивается ли количество сероводорода в море (и, соответственно, поднимается ли его уровень)?
Не так давно мы получили письмо от одного академика, который считает, что биологическое равновесие сложилось около 3 тысяч лет назад и неизменно по сей день, поэтому трогать уникальный сероводородный слой Черного моря нельзя ни в коем случае. Такое мнение довольно распространено. С другой стороны, в 1971 и в 2011 годах, чтобы оценить, на какой глубине начинается этот слой, проводили похожие исследования, согласно которым за 40 лет граница приблизилась к поверхности на 40 метров. Это существенный прирост.
Мы верим в измерения. И проект, о котором я хочу рассказать, начался как раз с попытки решить эту проблему.
Что нужно побережью, кроме «уборки» сероводорода
Есть одна застарелая проблема: курортам, то есть всем городкам вдоль берега, важно иметь собственное автономное электроснабжение, чтобы не зависеть от соседей, а также на случай всевозможных погодных явлений, близких к катастрофам, когда в результате аварий на линиях электропередачи обесточиваются целые регионы.
Наша идея состояла в том, чтобы использовать для локальной выработки электричества не традиционные энергоносители, а тот самый сероводород, который миллионами лет накапливался в Черном море. Реакция диссоциации позволит получить из него водород — одно из самых энергоэффективных и экологически чистых видов топлива в мире. В газогенераторе водород можно преобразовать в электроэнергию для питания домов или движения транспорта, причем в выхлопе такого газогенератора будет только чистая дистиллированная вода.
Подобный проект порождает массу вопросов: как доставлять сероводород на поверхность и не навредить экологии, где его перерабатывать, куда девать другие продукты реакции. Далее расскажу, как мы это видим.
Как это будет работать
В основе проекта — подводная электростанция «Морской автономный энергетический комплекс» (МАЭК). Она будет забирать сероводород из воды на глубине, а затем преобразовывать его в чистый водород и полимерную серу.
Ключевая идея проекта — не нужно доставать сероводород с глубины, каким-то образом доставлять его на поверхность, бояться его реакции с приповерхностными слоями воды и нарушения экосреды.
В отличие от альтернативных проектов, которые предлагают строить что-то типа нефтяных платформ в Черном море для переработки сероводорода, мы уверены, что все манипуляции можно проводить под водой — непосредственно в сероводородном слое.
Фактически мы говорим о создании подводной автономной установки, основным «продуктом» которой будет либо водород, либо электроэнергия, если весь произведенный водород тут же будут перерабатывать газогенератором, а наверх передавать только полученную электроэнергию.
Мы уже проработали основные цепочки этого производства и прикинули энергоэффективность — расчеты показывают, что наша схема вполне реализуема. Экономически эффективной будет установка мощностью порядка 300 кВт. Размер этой установки — с небольшое судно, а вес — около 10 тонн.
300 кВт — это полезная мощность на выходе МАЭК. На самом деле электростанция будет вырабатывать порядка 350 кВт и около 50 кВт использовать на поддержание собственной работы: сепараторов, газогенератора и т. п.
В час такая установка будет очищать от сероводорода около 68 тысяч кубометров морской воды. Учитывая общий объем запасов сероводорода в Черном море, тысяче таких установок его хватит на 500 с лишним лет.
Далее я остановлюсь на основных моментах, к которым мы пришли в рамках своих исследований.
Диссоциация сероводорода
Главная идея конструкции — диссоциация сероводорода на водород и чистую серу.
Существует много способов реализовать этот процесс — термо-, плазмо- или фотохимическая реакция. Мы подробно рассмотрели все существующие способы и нашли наиболее эффективный из них для наших условий — плазмохимический. Впрочем, это уже детали. Для общего понимания достаточно того, что результат этого процесса — чистый водород и полимерная сера, для ее получения не требуется вводить дополнительные производственные этапы.
Энергетические затраты на диссоциацию одной молекулы — меньше 1 эВ. Для сравнения: затраты на диссоциацию молекулы воды, чтобы получить тот же самый водород, — от 7,13 до 14,19 эВ в зависимости от условий, то есть получение водорода из сероводорода почти на порядок выгоднее.
Извлеченный в ходе реакции водород можно сразу направлять в газогенератор и преобразовывать в электричество или накапливать в металлогидридных аккумуляторах. Наша расчетная установка (на 300 кВт) по плану должна производить в час около 20 кг водорода. Ее электрическая мощность — как раз результат сжигания этого водорода в газогенераторе.
Важный момент — газогенератор в составе установки должен быть в любом случае, поскольку нам необходимо, помимо полезной электроэнергии, вырабатывать еще 50 кВт на поддержание работы комплекса. Судьба остального водорода определяет главным образом логистику.
В случае переработки всего водорода в электроэнергию на берег от электростанции будет тянуться кабель. Кроме того, побочным продуктом будет дистиллированная вода, которую можно либо сливать в море без вреда для экосистемы, либо каким-то образом накапливать и доставлять на поверхность.
Если же целью производства будет именно водород, заряженные металлогидридные аккумуляторы периодически надо будет доставлять на поверхность. Мы рассматриваем технологии, которые позволят сделать это в автоматическом режиме.
Хранение водорода в проекте
Хочу сделать небольшое отступление о металлогидридных аккумуляторах, в которых планируется накапливать и доставлять на поверхность добытый водород (в варианте установки без подключения кабелем к поверхности).
С точки зрения хранения и транспортировки водород — сложное топливо. Но за последние 15 лет технологии связывания водорода в металлогидридных аккумуляторах развились очень хорошо, причем и в нашей стране. В частности, этими вопросами занимается НИИ в Черноголовке (мы упоминали про него в недавней статье про «водородные» достижения). Более того, уже появились отечественные компании, которые производят такие аккумуляторы на промышленной основе. Сейчас металлогидридные аккумуляторы разного размера, хоть с авторучку, можно легко заказать в интернете.
В одном литре объема таких аккумуляторов может содержаться до 640 литров водорода (в связанном виде). И храниться водород в таком виде может практически неограниченно долго. Это значит, что у нас уже есть портативные емкости, которые можно зарядить с помощью нашей подводной станции и установить в автотранспорт или стационарный газогенератор на территории домохозяйства.
Полимерная сера
Полимерная сера — побочный продукт на выходе генератора водорода.
Сера — очень распространенный элемент в земной коре. Ее альфа-модификация, обычная мелкодисперсная сера, — не дефицит, она стоит около 30 долларов за тонну.
Но вот полимерная модификация, обладающая высокой молекулярной массой, — очень ценный химический продукт. Ее используют в автомобильной промышленности — при вулканизации резины на производстве автопокрышек, в качестве добавок к бетону и асфальту. Насколько я знаю, такие добавки даже тестировали на МКАДе.
Так называемый сероасфальт — асфальт с добавлениями различных вариантов модифицированной серы — показал себя в эксплуатации очень хорошо. Он имеет большую тепловую и механическую устойчивость и позволяет снизить количество битума, необходимого для укладки дороги. Кстати, асфальт с добавлениями модифицированной серы можно укладывать при отрицательных температурах.
Аналогично модифицированная сера улучшает и свойства бетона. Но не буду здесь вдаваться в подробности. Факт, что полимерная сера — продукт ценный и стоит порядка 3 тысяч долларов за тонну, на два порядка больше, чем обычная сера.
Самая простая модель подводной электростанции может выбрасывать серу, полученную в результате реакции диссоциации, на дно. В этом состоянии она не будет реагировать с окружающими веществами, а пассивно осядет. Такой подход существенно упрощает конструкцию установки и логистику продуктов, но с учетом стоимости полимерной серы это не так уж дальновидно. Наши экономические расчеты показывают, что за полимерную серу стоит бороться — она может быть коммерчески интересной. Установка может производить ее около 320 кг в час.
Если сохранять выделенную из сероводорода полимерную серу, то, разумеется, ее, как и заряженные металлогидридные аккумуляторы, придется периодически доставлять на поверхность.
Как устроен подводный робот
Автономная подводная установка — это робот, который опускается на нужную глубину, собирает окружающую воду с растворенным в ней сероводородом и перерабатывает ее, используя специальные сепараторы. Установка выделяет газ и направляет его в генератор водорода, где он разделяется на полимерную серу и водород. На выходе, помимо этих продуктов, мы имеем дистиллированную воду.
Как я отмечал выше, для своей работы установка потребляет порядка 50 кВт электроэнергии, которые сама же и вырабатывает. Ее первоначальный пуск, до переключения на выработанное топливо, можно осуществить с помощью судовой дизельной машины или, например, волновой электростанции. В принципе, уже существуют волновые станции нужной нам мощности. При ее использовании установка будет полностью автономной.
По нашим расчетам, комплекс должен работать под водой автономно 11 месяцев в году. На один месяц он будет подниматься на поверхность для технического обслуживания.
Поскольку течения в Черном море слабые, установке потребуются собственные двигатели для движения.
При выработке очередного «горизонта» сероводорода комплекс будет перемещаться или менять глубину, для этого как раз подойдут запасы водорода, который может обеспечить нужную плавучесть. Но, по нашим оценкам, двигаться придется на несколько сотен метров в сутки. А новые запасы сероводорода будут доступны, в частности, за счет перемешивания.
Логистика
Для доставки на поверхность металлогидридных аккумуляторов и полимерной серы мы хотим использовать флот небольших грузовых дронов. Они в автономном режиме смогут поднимать заряженные блоки и опускать обратно на глубину разряженные. Есть вероятность, что это будет выгоднее, чем строить трубопровод на судно, находящееся на поверхности. Но мы пока на слишком ранней стадии проекта, чтобы просчитать эксплуатацию дронов в деталях.
Почему этого не сделал никто до нас
На сероводород всегда смотрели как на типичную проблему нефтегазовой отрасли. В процессе газодобычи его стараются отделить от остальной газовой смеси и банально сжечь. Связано это с тем, что сероводород не только ядовит для живых организмов, но и химически агрессивен: очень быстро разъедает металлические детали агрегатов. Чтобы это не мешало нам создать установку, которая будет работать минимум 20 лет, 11 месяцев в году — автономно, мы предусматриваем использование специальных композитных материалов.
Когда появится первая автономная установка
Сейчас проект находится на стадии завершения научно-исследовательских работ. Впереди опытно-конструкторская стадия. Мы понимаем, как реализовать каждый из блоков технологической цепочки, но с полной цепочкой пока не экспериментировали. Нам только предстоит ее создать и оптимизировать. На это при наличии финансирования должно уйти еще лет пять.
В финансировании проекта должны принять участие сразу несколько институтов и юрлиц: Севастопольский ГУ, Институт геохимии и аналитической химии имени В. И. Вернадского, Балтийский федеральный университет им. Иммануила Канта и еще две коммерческие компании. Вдобавок мы надеемся получить грант со стороны НТИ, поскольку попали в шорт-лист проектно-образовательного интенсива Архипелаг 2022. Это поможет ускорить стадию НИОКРа.
После мы приступим к созданию первого прототипа, который должен проработать как минимум год, прежде чем мы сможем говорить о следующих этапах.
На первом прототипе мы планируем обкатать и доработать технологию, оптимизировать логистику. Только после исправления выявленных на нем ошибок начнем говорить о серийном прототипе.
После предсерийного и серийного прототипа предстоит искать потребителей. На этом этапе встанет вопрос тиражирования технологии. И тут мы рассчитываем на особые экономические зоны Черного моря.
Идея в том, чтобы первые три серийных образца обеспечили нам средства на запуск базового производства. А после выпуска еще девяти экземпляров мы планируем запуск производства композитов. В первое время мы сможем использовать чужие наработки — с производств, ориентированных на судостроение. Но если действительно замахиваться на собственный флот дронов для обслуживания автономных комплексов, необходимо иметь такие материалы под боком. Это существенно снизит себестоимость продукции и наши эксплуатационные расходы (по оценкам, процентов на 30). Но это пока отдаленные перспективы.
Комментарии (94)
oragraf
18.08.2022 15:13+3Что-то тут нечисто с цифрами и расчетами. Чтобы просто перекачать 68000 куб.м воды в час, к примеру, с глубины 500м - нужен насос на 3,8 МВт. И это без учета трения и т.п. Как эта штука будет работать на 50КВт существовать - непонятно.
Sergio73
18.08.2022 15:22+8Написано же -- вся работа на глубине, ничего качать "вверх" не нужно.
Но по большому счету как-то это все очень мутно.
Skigh
18.08.2022 17:24+6Если работа на глубине — то нужно качать вниз кислород. Против давления 500-метрового столба воды.
thatsme
18.08.2022 22:14Если водород сжигать на месте, то и вода на месте образуется, и в море остаётся. А вот как опреснитель, эта установка не годится ...
Skigh
18.08.2022 22:26+3Чтобы сжигать водород на месте, нужен окислитель на этом месте — кислород или воздух. Как опреснитель установка вполне будет работать, если она выдаёт достаточно чистый водород, а потом его сжигает.
denis-isaev
19.08.2022 01:10А почему этот условный воздуховод не может быть полужесткой конструкции? Тогда в нем не будет избыточного давления и воздух сам будет стекать под собственным весом вниз по мере его расходования.
arheops
19.08.2022 02:14+3Я смотрю с динамикой у вас еще хуже.
Погуглите, почему похожая штука не получилася для подачи воздуха водолазам.
Внизу на конструкцию будет давить вода в 50 атмосфер.
Соответственно если внутри полужесткой конструкции не будет 50 атмосфер, ее сплющит.
Если конструкция жесткая и держит 50 атмосфер, то надо либо сжигать при 1 атмосфере и эту одну поддерживать под водой(где давление 50), либо как-то выталкивать на месте с тем же давлением.
А еще будет та же потеря давления в трубопроводе. Для газа те же процессы, только коефициенты другие немножко.denis-isaev
19.08.2022 04:23Полужесткая — имелось ввиду, что воздуховод сохраняет объем, а не сплющивается от давления воды, но при этом позволяет этой вундервафле перемещаться под водой. Короче, как шланг пылесоса, только разность давлений чутка больше.
50 атмосфер — это немного. Подводная лодка вполне себе не сплющивается. Соответственно поддерживать 1 атмосферу внутри конструкции на такой глубине тоже является вполне возможным. Если реакцию в которой должен участвовать воздух лучше проводить под давлением равным окружающему в море, то что мешает там внизу из 1 атм. воздуха делать 50 и потом проводить реакцию?Skigh
19.08.2022 10:19+450 атмосфер — это немного. Подводная лодка вполне себе не сплющивается.
Очень многие подводные лодки сплющатся на глубине в 500 метров. И вы посмотрите, какой толщины у них прочный корпус.denis-isaev
19.08.2022 11:56Подводные лодки — это большие обитаемые вундервафли, с большим внутренним пространством, многообразным целевым использованием и прочими штуками не способствующими простоте конструкции. А тут нужна труба. В газопроводных трубах давления по 100 атм и они успешно тянутся на тысячи километров.
kahi4
19.08.2022 12:17+6Банка колы сдерживает огромное давление на разрыв, но на сплющивание - чуть меньше чем никакое.
denis-isaev
19.08.2022 12:31+2А бетонная банка колы наоборот. Вопрос подбора материала под задачу.
Skigh
19.08.2022 12:53+1Это какая марка бетона имеет прочность на изгиб на порядки выше прочности на растяжение?
denis-isaev
19.08.2022 13:27Мы тут обсуждаем устойчивость цилиндрического сечения (ака трубы) ко внешнему избыточному давлению. И мне кажется, что у человечества полно материалов из которых можно сделать трубу, которая будет выдерживать перепад давления в 50 атм.
Skigh
19.08.2022 13:36+2Понятно, что теоретически это возможно. В Марианскую впадину люди спускались, в конце концов. Но тут разговор идёт об экономически оправданной конструкции.
kahi4
19.08.2022 14:53+1Удержать давление внутри и не дать расплющиться конструкционно разные проблемы. Что бывает если неправильно охладить цистерну (пар внутри конденсируется и образуется сильно разряженный воздух). А я не уверен что я балдой то смогу эту цистерну помять. И это всего одна атмосфера. Глубоководные штуки просто умопомрачительный геморрой.
denis-isaev
19.08.2022 15:11То, что цистерна, заточенная под избыточное внутреннее давление, ломается при избыточном внешнем, абсолютно ничего не говорит про возможности других конструкций выдерживать избыточное внешние давление. С каким-нибудь батискафом было бы все ровно наоборот. Он может плавать по дну марианской впадины, выдерживая 1000 атм, но если его «надуть», то развалится при небольшом внутреннем избыточном давлении.
Skigh
19.08.2022 15:51+2Нет, нет и нет. При давлении изнутри, стенки работают на растяжение. При давлении снаружи — на изгиб. Любые конструкционные материалы во много раз прочнее на растяжение.
denis-isaev
19.08.2022 17:46+11) Не вижу где бы я утверждал обратное, поэтому не понимаю с каким тезисом вы спорите.
2) Изгибы бывают очень разные. У вас какой-то сферический изгиб в вакууме. К примеру, если вы будете измерять «изгиб» на нулевом отрезке, то это будет прочность на срез и она у того же бетона больше, чем на растяжение. Если вы говорите о прочности на изгиб, который измеряют при сосредоточенном напряжении на отрезок между двумя/одной опорами, то причем тут эта величина, если в случае с трубой у вас будет не сосредоточенное напряжение на кольцевой профиль? Прочность трубы для такого случая нужно не в табличке прочностей на изгиб смотреть, а рассчитывать. И она будет сильно зависеть от параметров конструкции. К примеру, в случае с метровыми стенками и миллиметровым диаметром отверстия она будет приближаться к прочности на сжатие. Поэтому не понимаю зачем обсуждать сферические прочности в вакууме?
Вы сами уже выше согласились, что задача сделать трубу выдерживающую внешнее давление в 50 атмосфер не считаете невозможной.
kahi4
19.08.2022 15:54Слушайте, я вообще мимо проходил и зацепился за банку колы. Но складывается ощущение что вы живете в мире с какой-то другой физикой. Вот простой эксперимент: найдите железную линейку и попробуйте её согнуть. Не очень сложно, не так ли? А теперь попробуйте её порвать. Если у вас получится - разговоров нет, но, скорее всего, не получится.
К чему этот абстрактный пример? К тому что сдержать внутреннее давление - это работа на разрыв. Для сферы - на равномерный разрыв сразу везде.
А сдержать сжатие - это работа на изгиб (если есть полости). Ваш пример с бетонной банкой колы работает только если банка не полая (хех, тогда это и не банка вовсе). Если внутри есть пустоты - она прекрасно сложиться внутрь. Даже если внутри цистерны наделать поперечек, которые будут работать на сжатие - любой перекос сразу же выведет систему из баланса и схлопнет.
Обычные вакуумные штуки для DIY чтобы пузырьки из эпоксидки доставать уже впечатляют толщиной стенок.
У тех же батискафов конструкция сделана с учетом таких деталей. Например, «поплавок» (самая большая часть корпуса) изначально гибкая и позволяет уравнивать внутреннее и внешнее давление, а гондола - шар с толщиной стенок в пол метра.
И это все - маленький объект. А теперь поговорим о трубе диаметром метр и длиной 500. цилиндр гораздо хуже работает на сжатие чем шар, а если учесть градиенты, течение, разные напряжения, изгибы (не дающие пользоваться, например, стеклом) - всё это возможно, но это будет мягко говоря толстостенная вещь, рентабельность которой открытый вопрос.
PS и нет, глубоководные не развалятся если их надуть изнутри, разве что окна вывалятся, которые не были предназначены на давление изнутри, да и то вряд ли.
denis-isaev
19.08.2022 17:57+2Это вы, похоже, живете в мире, в котором невозможны подводные лодки. Толщина корпуса ПЛ, способной погружаться на 500 метров — несколько сантиметров стали. При внутреннем диаметре во многие метры и профилем заметно далеким от оптимального цилиндрического. При этом мы обсуждаем трубу у которой длина сопоставима с длиной пары ПЛ, а диаметр в несколько десятков раз меньше.
шар с толщиной стенок в пол метра
Да чо уж там, берите километр! Толщина стен гондолы батискафа «Триест», который опускался на дно марианской впадины — 12см, при внутреннем диаметре 2 метра.
P.S. вот иллюминаторы и вывалятся, т.к. имеют форму усеченного конуса и совсем не заточены на давление изнутри.
P.P.S. откуда взялся диаметр трубы равный метру? в условиях задачи такого не было.
kahi4
19.08.2022 19:22Погуглил. Прочный корпус составляет до 35 мм стали у подлодок с критичной глубиной около 500 м. А еще их любят делать из титана (хорошо, не любят, но пытались). А еще у них есть такая совсем неважная вещь как шпангоуты, про которые вы умолчали, идущая каждые 300 мм, представляющие из себя довольно значительные балки. И внутренние силовые перекрытия.
Пол гондолу вы правы, но 120 мм стали это прям совсем не мало. Впрочем, не владею математическим аппаратом чтобы сказать как он должен уменьшаться в зависимости от диаметра, плюс гондола - сфера, а мы говорим про цилиндр.
Про метр диаметра где-то тут проскакивало в комментариях. Давайте уменьшим до 400 мм, выглядит правдоподобно для перекачки воды / газа.
denis-isaev
19.08.2022 20:52Метровый диаметр трубы проскакивал в другой ветке и для воды, которой нужно 68 тыс кубов в час. Для воздуха диаметр трубы не обсуждался, но насколько я понимаю суть процесса, воздуха нужно гораздо меньше. Я конечно хреновый химик, пусть знающие поправят, но на вскидку: установка обещает 20 кг водорода в час. это около 200 кубов, для его сжигания нужно будет около 100 кубов кислорода. Для прокачки 100 кубов газа в час достаточно трубы диаметром 5 см при скорости воздушного потока 15 м/с.
alcanoid
19.08.2022 21:57+1Ну выверните вы эти стенки, чтобы они при давлении снаружи на растяжение работали.
de-Bill
18.08.2022 16:03Немного водорода превратить в газ и вот вам тянущая сила. Осталось придумать оригинальное инженерное решение.
e_fail
18.08.2022 19:33+8"Качать" воду с глубины 500 метров - это не то же самое, что закачивать воду на высоту 500 метров. Грубо говоря, вы её из верхушки трубы вычёрпываете, а она опять самотёком поднимается.
arheops
18.08.2022 21:29+1Оно на самом деле еще хуже.
Ибо когда вы выкачиваете сверху, то у вас будет падение давление пропорционально расходу и обратно пропорцианально сечению трубы, за счет трения включая трение об стенки. И когда сумарное падение давления превысит всего одну атмосферу, то у вас все прекратится, черпать будете воздух.
Именно потому насосы ставят внизу трубы и они дают сильно больше 1 атмосферы.
adeshere
18.08.2022 22:04arheops, Вы, кажется, что-то не то сформулировали. Падение давления практически полностью определяется высотой столба жидкости. От сечения трубы оно не зависит вообще никак. Точнее, трение об стенки зависит, но в случае водяного насоса это обычно о-малое.
Но вывод верный - сосущим насосом выше 10м (давление на этой глубине = 1атм) воду действительно не поднять
arheops
18.08.2022 22:28Зависит. Если столб жидкости неподвижен, давление, конечно, никак не зависит от трения и диаметра трубы.
Как только вы начинаете что-то выкачивать, вода начинает двигатся и появляется зависимость.
Для малых диаметров есть калькуляторы на сайтах сантехников, можете ознакомится.
500 метров это достаточно много, чтоб при одной атмосфере эффект был более чем значительный.
В данном случае вы не поднимаете воду, а перекачиваете. И будет не 10м, а сильно больше. 10м актуально, если эти 10м выше зеркала воды. Для абсолютно горизонтального участка в первом приближении береться коефициент 10(тоесть 100м вбок до насоса).
Таблицы я не помню, но для трубы 1/2дюйм практическое значение — три атмосферы на 60м. Если у меня насос дает меньше 3атмосфер, то на 60м трубы вода практически не течет, есть у меня на даче такой участок. Не, оно течет, где-то литров 3-5 в минуту, не больше. Начинает течь нормально при поднятии до 4х. Участок абсолютно горизонтальный.
Для описанных в статье десятков тысяч литров расхода размер трубы, из которой это можно просто вычерпать не опуская вниз насос будет измеряться метрами, если не десятками. Напоминаю, тут 500м глубины. Вероятно, единственный приемлимый вариант при трубе меньше двух метров будет насос на глубине 400-450. И по насосу каждые 100м.e_fail
18.08.2022 23:04Давайте проведём мысленный эксперимент. Берём открытый с торцов кусок трубы диаметром 1 метр и длиной 500 и погружаем его вертикально в воду на всю длину, так, чтобы верхний край остался чуть выше уровня воды. Теперь берём ведро, зачёрпываем изнутри трубы, и переливаем куда-нибудь в другое место. Повторяем много раз. Я правильно понимаю, что вы утверждаете, что уровень воды внутри трубы постепенно начнёт понижаться? Если это и правда так, то при каком диаметре трубы этот эффект исчезнет?
arheops
19.08.2022 00:46+2Эффект исчезнет при бесконечном диаметре(или при бесконечно малом размере ведра).
Называется «динамический уровень воды в скважине».
Связан с трением воды при движении и конечном профиле сечения трубы.
Научно через закон Бернули обьясняется и потери на трение об стенки(а раз потери есть, по закону сохранение необходима компенсация).
Кстати, если бы эффекта не было — все реки бы моментально с бесконечной скоростью стекали бы в море ;) Да и насосы бы, в общемто, не работали.
Просто смиритесь с тем, что для прокачивания чего-то нужна энергия и она передается давлением столба.
Проверить самостоятельно можно взяв садовый шланг и бочку, чем длинее шланг тем дольше бочка будет вытекать, возможно, вы уже такое делали. Почему? Потому, что бочку можно представить насосом с напором равным ее высоте. Можно упростить, взяв трубку от капельницы и чашку чая. Можно даже сделать как вы хотите, трубку от капельницы всунуть в внутрь трубки для коктелей(в 4 раза больше), а эту трубку для коктейля погрузить полностью в воду. В этом случае трубка от капельницы будет играть роль «ведра». Полагаю, при перепаде в полметра внутри второй трубки будет не просто видимое уменьшение уровня, но оно будет сантиметров 5.denis-isaev
19.08.2022 01:19+1А разве труба опущенная в море и море вокруг нее не являются сообщающимися сосудами, уровень жидкости в которых должен сам выравниваться?
Компенсацией расходов на трение и т.п. в данном случае является давление воды моря на уровне нижней части трубы, которое превышает давление воды внутри трубы из-за разностей высоты столба воды и моря, после того как из трубы сверху откачали.
А то получается, что если в трубе уровень установится ниже, чем в окружающем море, значит в нижней части трубы давление столба воды внутри трубы ниже, чем снаружи трубы и тогда что за сила удерживает наружную воду от поступления внутрь трубы в область меньшего давления?arheops
19.08.2022 02:00+2Уровень выравнивается ТОЛЬКО в случае исключения отбора. Ну погуглите «динамический уровень в скважине» чтоли.
Да, в трубе возникает разница давления обусловленная как раз факторами выше.denis-isaev
19.08.2022 03:04+4Так это не делает отбор невозможным, это лишь ограничивает скорость отбора, а вы выше писали «черпать воздух». Или вы имеете ввиду, что максимально возможная скорость отбора будет слишком низкой?
denis-isaev
19.08.2022 04:32+1Я вот ради интереса посчитал падение давления в трубопроводе при диаметре 2м, длине 500м и производительности 68000 кубов/час составляет всего 0.6 атмосфер.
adeshere
19.08.2022 03:08+1Просто смиритесь с тем, что для прокачивания чего-то нужна энергия и она передается давлением столба.
Не хочу Вас разочаровывать, но подавляющая часть человечества с этим смирилась еще со времен Паскаля-Бернулли ;-)
Но только и Вам тоже придется смириться с тем, что прокачивание воды за счет веса столба - это далеко не единственный возможный случай. Бывает очень много ситуаций, когда столба нет, а энергию дает насос. Например, в случае обсуждаемой установки два столба (внутри и снаружи трубы) в нулевом приближении практически полностью уравновешивают друг друга. Поэтому их (столбы) можно вообще не учитывать. Подробнее написал в соседнем комментарии.
adeshere
19.08.2022 02:28+5Я правильно понимаю, что вы утверждаете, что уровень воды внутри трубы постепенно начнёт понижаться? Если это и правда так, то при каком диаметре трубы этот эффект исчезнет?
Эффект исчезнет при бесконечном диаметре.Называется «динамический уровень воды в скважине».Связан с трением воды при движении и конечном профиле сечения трубы.Научно через закон Бернули обьясняется и потери на трение об стенки(а раз потери есть, по закону сохранение необходима компенсация).
Как ни странно, но Вы оба правы ;-)
Вопрос только в соотношении величин: какой эффект главный, а каким можно пренебречь.
1. Да, при отчерпывании ведра воды из 500-метровой трубы уровень в ней сначала заметно понизится. Только вот не из-за эффекта Бернулли (при диаметре трубы больше ведра и длине трубы 500м он будет сравнительно небольшим), а из-за того, что для выравнивания уровней всю воду в трубе надо будет привести в движение. Допустим, мы вычерпнули 10см воды, это значит, что давление в нижнем створе трубы уменьшилось на 0.01атм, или на 1000 Па.
1 Паскаль - это 1 Ньютон /метр квадратный. Масса воды в столбе высотой 500м площадью 1м2 = 500 тонн. Итого, мы прикладываем силу 1000Н к массе 500 000 кг. Это даст ускорение 1/500 м/с2. В грубом приближении (если не учитывать, что по мере выравнивания уровней сила будет уменьшаться - лень сейчас интегрировать) уровень воды в трубе сравняется с уровнем моря примерно через 8 секунд.
Обратите внимание, что все площади сократились! Важно только начальное понижение уровня и глубина трубы. И что результат этого вычисления от сечения трубы вообще не зависит - если, конечно, трением можно пренебречь. Я опять-таки в таблицы не лазил, но почти уверен, что при диаметре трубы полметра (чтобы влезло ведро), скорости потока сантиметры в секунду и длине 500м трение будет поправкой второго порядка малости. У кого есть под рукой все коэффициенты - поправьте, если не так.
2. Теперь про реки. Даже если бы они были абсолютно прямыми, вода бы там вовсе не текла с бесконечной скоростью. Так как ускорение - это синус уклона, а он достаточно небольшой. Во-вторых, реки всегда изгибаются. Поэтому на каждом повороте вода тормозится, а потом ей надо опять разгоняться. Это еще на порядки увеличивает время стока. Что же касается трения о берега, а также вязкого трения в потоке воды, то они, разумеется, тоже имеют место. Мне было бы интересно если кто-то обсчитает все эти эффекты с формулами, но интуиция мне подсказывает, что для типичных равнинных рек с кучей меандров эффект Бернулли в замедлении потока воды вовсе не основной ;-)
adeshere
19.08.2022 01:56+21. Кажется, Вы меня неправильно поняли. Я отвечал вот на это утверждение, относящееся к всасывающему насосу:
И когда сумарное падение давления превысит всего одну атмосферу, то у вас все прекратится, черпать будете воздух.
Я утверждаю, что слов "суммарное" тут лишнее, и даже вводит в заблуждение. Так как никто не будет сосать воду тоннами через трубку диаметром пару см. При любых разумных параметрах всасывающего насоса 99% этой от суммы - это давление водяного столба. А в статике - ровно 100%. То есть, максимальная высота подъема жидкости с помощью всасывающего насоса всегда равна 10м плюс минус малая поправка, зависящая прежде всего от атмосферного давления.
Если труба узкая, и при быстром потоке жидкости трение начинает создавать ощутимый эффект, то это вовсе не значит, что вода перестанет подниматься, скажем, на 9.9м! Нет, она просто потечет медленнее. Скорость упадет до такой степени, чтобы эффект трения уложился в те 10см резерва, которые у нас есть (разница между условными 10м и 9.9м).
Поэтому повторю еще раз: максимальная высота подъема воды с помощью всасывающего насоса не зависит от сечения трубы. Вообще никак. И уж тем более, она никак не может быть "пропорциональна расходу и обратно пропорциональна сечению трубы". Именно это утверждение является прямой ошибкой, которую я пытаюсь исправить.
А вот что вполне может (и при малом сечении/большом расходе обязательно будет!) зависеть от соотношения сечения трубы и расхода - так это эффективность работы насоса. Только вот это утверждение верно для абсолютно любых насосов и труб. А вовсе не только для всасывающего насоса.
2.
Теперь рассмотрим второй вопрос - про насос для перекачки жидкости НИЖЕ уровня моря. В идеальном (нулевом) приближении насос в этом случае можно ставить как внизу, так и вверху - нет никакой разницы! Так как мы вовсе не пытаемся поднять воду вверх силой атмосферного давления, а перекачиваем самоуравновешенные столбы жидкости Для простоты, начнем рассмотрение со статики. Сделаем две вертикальные трубы высотой 500м, нальем туда одинаковую воду. Соединим две эти трубы перемычками внизу и вверху. Будет ли вода в этих трубах в равновесии? Да, конечно Причем на каждом уровне.
Теперь поставим в одну из перемычек насос (не важно, в нижнюю или в верхнюю). При его включении вода начнет циркулировать по трубам со скоростью, зависящей только от динамического сопротивления. Если насос маленький, а трубы большие, то сперва еще будет довольно долгий переходный процесс, чтобы вода пришла в движение (надо ее разогнать). Но в пределе все будет определяться только мощностью насоса и динамическим сопротивлением труб.
Больше того, если теперь взять эти две трубы с перемычками, и положить их горизонтально, то скорость перекачки воды останется той же самой. Так как в обоих ситуациях в начальный момент (в статике) мы имеем самоуправновешенную жидкость. Давление в каждой точке любой трубы равно весу столба жидкости над ней.
3.
Ну и теперь к теме статьи. Там вместо одной из труб - просто море. И все было бы хорошо, если бы вода в море и в нашей трубе была одинаковая. Тогда идеальная модель работает. На практике вода на разных глубинах моря отличается соленостью, температурой, содержанием газов и пр. То есть, плотность воды внизу и вверху разная. Поэтому если мы заполним нашу трубу более плотной водой из глубины, то равновесия не будет!! Вода в трубе будет весить больше, чем такой же столб воды рядом в море. Поэтому уровень воды в нашей трубе изначально (без всяких насосов) будет ниже, чем в открытом море. И как только эта разница превысит 10м, насос в верхней перемычке окажется бесполезным. Так как даже при полной откачке воздуха из нашей трубы столб жидкости в ней все равно не дойдет до насоса. Мы же пока не умеем по своему желанию создавать отрицательное давление...
Дальше уже надо считать с точными данными о плотности воды и пр. - при какой длине трубы насос можно ставить в любой перемычке, а при какой - только в нижней.
Так что задачка и правда не совсем тривиальная: надо учитывать сразу все упомянутые эффекты. Только вот делать это надо осознанно, ясно понимая, от каких именно параметров установки зависит величина каждого эффекта. А не просто
формально подставляя циферки в формулы
Иначе иногда можно получить достаточно странные результаты. Например, вот задачка из курса физики, которая привела меня в ужас: по утверждению моего знакомого репетитора, больше половины школьников не смогли с ней правильно разобраться самостоятельно. Рассмотрим наклонную плоскость и лежащий на ней деревянный брусок. Если умножить вес бруска на синус угла, то получим скатывающую силу. В начальный момент плоскость слегка смазана маслом, коэффициент трения близок к нулю, и сила трения слегка недостаточна, чтобы этот брусок удержать - он с небольшим ускорением катится вниз. До этого момента все хорошо: школьник выводит формулу для ускорения и ее применяет.
Но после этого коварный преподаватель посыпает наклонную плоскость песком. Коэффициент трения возрастает в несколько раз. Ученик подставляет новые данные в формулу... и неожиданно брусок начинает с разгоном подниматься наверх!
Это я к тому, что любая формула всегда описывает какую-то модельную ситуацию. И что прежде, чем ее применять, надо сперва проверить: а является ли эта модель хорошим приближением реального объекта, или же мы незаметно вышли за есть условия применимости формулы, когда не учтенные в ней эффекты перестают быть пренебрежимо малыми. Либо наоборот - учтенные в формуле эффекты становятся малыми по сравнению с другими воздействиями. Именно это и произошло в нашем случае, когда уважаемый оппонент начал настаивать на корректности аргумента про дельта P, не оговорив сперва точные условия рассматриваемой им задачи. Что и привело к некорректности всего текста, так как из предшествующего текста напрашивается мысль, что рассматривается другая задача.
arheops
19.08.2022 02:06Тут же не тоннами, а сотнями тысяч тонн. Такой забор требует соответственного(практически нереального) сечения трубы на 500м, что автор скромненько упускает.
Разницей в плотности воды можете пренебречь. Во первых, вода будет разжиматься по мере всплытия. Во вторых, плотность не сильно отличается, поскольку вода плохо сжимаема. А состав не настолько влияет на плотность.
Разница есть. Вам просто не удастся поднять воду на 100м с какой-то значимой скоростью если насос будет вверху… Причину я описал уже, сколько можно.
При сечении трубы в 1м2 и потоке 68 ТЫСЯЧ тонн в час у вас каждую секунду проходит 18.88 тон через метр, тоесть поток около 19мс.
Модель данной вундервафли вообще никак не отличается от стандартной скважины. Там тоже насос ниже уровня воды, труба сильно меньше обьема воды в скважине и снизу водный горизонт давит. Ну кроме нереальной глубины в 500м.
Насос прийдется ставить в самом низу трубы, поверьте. Иначе скорость в трубе прийдется снижать до долей м/с или размеры трубы делать метров 10 в диаметре, что на 500м будет стоить как гидроэлектростанция. И похожим опорным фундаментом, чтоб не унесло штормом.adeshere
19.08.2022 02:55При сечении трубы в 1м2 и потоке 68 ТЫСЯЧ тонн в час у вас каждую секунду проходит 18.88 тон через метр, тоесть поток около 19мс.
Понятно, что цифры странные. И что при скорости 19м/с и сечении метр и меньше трение очень даже придется учитывать. Но Вы-то сначала сделали общее утверждение, не привязывая его к данным конкретным цифрам. А в общем случае оно некорректное.
Разница есть. Вам просто не удастся поднять воду на 100м с какой-то значимой скоростью если насос будет вверху…
А вот здесь Вы настаиваете на своей ошибке. Еще раз: ЕСЛИ объем прокачки ограничен прежде всего динамическим трением (это основной фактор!), ТО абсолютно не важно, где стоит насос: вверху или внизу. Или даже в середине трубы. Приложенная мощность (которую насос передает потоку воды) одинакова в любом случае.
Модель данной вундервафли вообще никак не отличается от стандартной скважины. Там тоже насос ниже уровня воды, труба сильно меньше обьема воды в скважине и снизу водный горизонт давит. Ну кроме нереальной глубины в 500м.А, я кажется понял Вашу логику рассуждений! Но к сожалению, это неправильная аналогия. При использовании отсасывающего насоса (вверху) снизу давит не водный горизонт, а атмосферное давление.
Именно оно поднимает воду, если насос стоит наверху.
Колодец-то у нас обычно открытый, поэтому никакого "давления водного горизонта" нет. Это если мы рассматриваем зону аэрации. Случай водоносного горизонта с избыточным давлением (артезианский) в нашем примере нет смысла рассматривать: если вода самотеком из скважины поднимается выше поверхности, то насос не нужен вообще. А если установившийся уровень ниже поверхности, то просто рассматриваем насос, установленный в этой точке. Поскольку речь идет о модели, то будем рассматривать максимально простую модель, где есть все основные факторы. То есть, у нас есть колодец с установившимся уровнем, и насос может быть либо верху, либо на этом уровне.
Если мы хотим поднять воду на 8м (пока вроде все ок?), то даже при абсолютно эффективном насосе наверху скважины избыточное давление внизу будет 0.2атм. Почему именно 0.2атм - это разность между весом воды в трубе (столб высотой 8м) и атмосферным давлением. И это в идеальном случае, когда наш насос создает наверху идеальный вакуум, и на столб воды в трубе атмосфера не давит совсем. На практике же верхний насос обычно не сможет создавать полный вакуум, а лишь 0.1атм... Эти 0.1атм никуда не денутся, а добавятся к весу воды в трубе. Тогда избыточное давление (которое и толкает воду в трубу) будет всего лишь 0.1атм.
Если же мы ставим тот же самый насос (который создавал разряжение 0.9атм) внизу, то избыточное давление будет равно 0.9атм. В 9 раз эффективнее! И это еще у нас хороший насос попался... С плохим (который не умеет давать дельта P 0.8атм) можно даже с 8м не поднять...
Теперь рассмотрим второй пример.
Пусть к нас будет насос получше, который "умеет" нагнетать под давлением 10атм. Тогда при установке этого насоса вверху он создаст нулевое давление (напомню, отрицательного не бывает!), и заталкивающее давление будет опять-таки равно 0.2атм.
А если мы его поставим внизу - то получим избыточное давление 10атм.
Теперь уже в 50 раз больше!
Именно поэтому в скважине, где существенную роль играет атмосферное давление, разница между "верхним" и "нижним" насосом не просто есть - она огромная.
А вот в при перекачке воды в глубине океана - разницы нет.
Надеюсь, теперь понятно, что утверждение "Насос прийдется ставить в самом низу трубы" - ложное? Что, впрочем, вовсе не отменяет критику проекта по другим основаниям ;-)
adeshere
19.08.2022 11:35Черт, а ведь я вчера среди ночи глюканул, когда свои примеры придумывал. Сообразил, только когда уже от компа ушел. Для насоса внизу скважины надо вес водного столба вычитать точно так же! Ведь снаружи трубы воды в этом случае нету!
Поэтому в моем первом примере (глубина зеркала воды 8м, насос 0.9атм) выигрыша на самом деле не будет. А во втором случае (насос 10атм) выигрыш получится 0.2 атм vs 9.2 атм - вовсе не в 50 раз, а только лишь в 46!
Прошу прощения за ошибку.
Но общий вывод корректный: для насоса в скважине (если он создает перепад давлений более 1 атм) нижняя и верхняя позиции дают существенно разную эффективность. А для насоса в океане (когда давление воды в одной трубе уравновешивается ее давлением в другой - т.е. снаружи трубы) разницы не будет вообще. Если плотность воды в трубе и снаружи нее одинаковая, то в обоих положениях насоса заталкивающая сила получится одинаковой.
И еще: тут вчера написали, что при подъеме воды по трубе будет происходить дегазация сероводорода. Поэтому если этот газ не будет успевать уходить (при достаточно быстром потоке жидкости), плотность воды в трубе (где газ в виде воздушных пузырьков) может оказаться даже ниже, чем в океане (где газ ниже уровня 300м растворен, либо его нет вовсе выше этого уровня). При этом скорость потока не должна быть очень большой, т.к. пузырьки газа поднимаются сравнительно медленно (явно меньше 1м/с). При такой ситуации достаточно лишь запустить процесс, а дальше вода пойдет самотеком. Но конечно, это лишь качественный анализ; чтобы делать реальную установку, надо все посчитать с точными цифрами.
denis-isaev
19.08.2022 12:21Ваш оппонент о другом немного. Представьте, что трубу в море опустили пустую и закупоренную с нижней стороны, затем её раскупорили. Прежде чем вода в трубе появится в верхней точке (на уровне моря), пройдет определенное время. Это время будет обусловлено максимально возможной скоростью заполнения трубы водой в данных условиях. Очевидно, что поверхностным насосом не получится выкачивать воду с большей скоростью т.к. труба попросту не будет успевать заполняться. При этом если представить, что насос стоит внизу вне трубы и закачивает в неё воду, то теоретически он может обеспечить скорость заполнения намного большую.
Если быть точнее, то максимальная скорость откачивания любым насосом, расположенным внутри трубы, будет пропорциональна времени за которое уровень воды в трубе поднялся до точки расположения насоса, после её раскупоривания. Чем ниже насос — тем большая возможная максимальная скорость откачивания.
arheops
19.08.2022 11:40Если насос вверху вы на насосе не можете развить больше одной атмосферы. Именно стольок дает столб, когда насос ВВЕРХУ. Неважно какой глубины столб.
1 атмосфера = 9.8м. А вот при каком отборе возникнет динамический горизонт на -9.8м — зависит от диаметра трубы и отбора.
Потому насос ставят внизу, тогда можно на нем сделать больше одной атмосферы.
Я не знаю почему вы упорствуете. Возможно, вы не решали задачи по водным средам и сантехнике.
Также мне совсем непонятно почему у вас блин скважина отличается от точно такой же скважины с дна океана. Формулы не меняются от диаметра обсадной трубы(тут — диаметр со все море). В скважине ТОЖЕ уравновешивается столб, там снаружи трубы насоса обсадная труба и часто уровень в ней практически совпадает с поверхностью(у меня — всего -2м, к примеру, при глубине скважины 30).
В любом случае я больше не буду в этой ветке отвечать, удачи
arheops
19.08.2022 02:17Высота подьема НАД зеркалом воды не зависит и практически будет 9метров(в теории 9.8). Высота подьема на УРОВЕНЬ зеркала воды зависит от сопротивления. Через капиляр будет те же 10м при попытке хоть что-то выкачать. А так — зависит от скорости в трубе(чем больше скорость, тем меньше динамическое давление по формуле Бернулли).
Граничный случай — труба от берега до берега моря. Что вам помешает с нее через бортик переливать воду? А если она с карандаш, а вы через нее 2 тонны в секунду хотите «вылить»?
denis-isaev
19.08.2022 04:41+1При длине трубы 500м, диаметре 2м, расходе 68000 кубов/ч, для стального трубопровода падение давления составляет 0.6 атмосфер.
arheops
19.08.2022 11:45Реалистично. В трубопроводе Дружба, к примеру, труба 1020 мм
А «Сила Сибири» — 1420мм.
Теперь понятно?
И труба вертикально, на 500м.denis-isaev
19.08.2022 11:54+1В газопроводе какая разница давлений внутри трубы и снаружи? Около 100 атм. А сабжевый трубопровод можно делать хоть из целлофана (слегка утрировано) т.к. разница давлений внутри трубы и снаружи будет минимальная, главная его цель — разделить среды, чтобы не было перемешивания.
К тому же вместо одной трубы 2м можно взять 4 трубы по 1м.
vilgeforce
18.08.2022 15:27+18Ключевой момент - выделение сероводорода из его водного раствора - раскрыт чуть менее, чем никак :-(
Radisto
18.08.2022 18:05+3Все подобные проекты, которые гораздо старше вот этого, на этом и застопорились. Сероводорода там конечно много, но воды, в которой он растворен, еще больше, и выходить из нее, тем более на глубине, он не очень хочет
inakrin
18.08.2022 19:04+1Поскольку на глубине ста метров он растворён под давлением соответственно десяти атмосфер могу предположить, что перекачка воды в контейнер с пониженным давлением заставит его из воды выходить.
Radisto
19.08.2022 10:08+4Это если он насыщен при таком давлении, тогда при падении давления раствор оказывается перенасыщенным, и газовыделение должно быть (если конечно сероводород не входит в состав сульфидов, натрия и калия, к примеру). Но если он ненасыщен, то нет. Справочники говорят, что при атмосферном давлении в воде растворяется до 4 г/л, а в воде Черного моря 0.01 г/л. Кажется, вода не будет перенасыщенной даже на поверхности. Пахнуть безусловно будет, а вот с газовыделением большой вопрос. Газа мало, воды много. Может у меня данные неверные?
orfelin
18.08.2022 20:56+3Погружаем в воду трубу большого диаметра и длинной 500м. 1м торчит над уровнем моря. Погружаем насос в эту трубу на глубину 1м ниже поверхности воды - и начинаем перекачивать воду по гибкому шлангу подключенному к этому насосу чтобы она переливалась через край трубы и в море. Собственно под действием давления воды в трубу с глубины будет поступать вода обогащенная сероводородом, по мере приближения к поверхности будет выделяться газ - ведь давление падает. Осталось газ собрать и что то с ним делать дальше полезное или не очень. Наши энергозатраты на подъем воды на 1м вверх плюс минус локоть
журнал ТМ за 1989год кажется.
pae174
18.08.2022 15:30+1Если на глубине нет кислорода, нет света и нет микроорганизмов то там должны идеально сохранится всякие штуки, которые туда каким-то образом попали с поверхности - всякие затонувшие древние корабли и всё такое. Хорошо бы всё это поисследовать сначала, а то после избавления от сероводорода поздно будет.
CorneliusAgrippa
18.08.2022 15:39+7там должны идеально сохранится всякие штуки
Так и есть, вон в 18 году нашли корабль, которому 2400 лет:
demon416nds
18.08.2022 16:46+3Я конечно не бог весть какой химик
Но разложение сероводорода на серу и водород будет потреблять энергию а не вырабатывать, возможно конечно энергии от сжигания водорода и хватит покрыть недостачу но далеко не факт, с другой стороны сероводород сам по себе прекрасно горит давая на выходе оксиды серы и воду, тоесть серную кислоту, которой вполне может найтись применение в промышленности
vilgeforce
18.08.2022 17:05+2Почти так. Только при горениии сероводорода получается SO2, который нужно доокислять до SO3 для получения серной кислоты.
Глянул по справочникам - есть вариант горения до той же серы и воды. В общем, надо считать термодинамику и есть ненулевая вероятность, что сжигание H2S выгоднее сжигания получаемого водорода. Но автор опять же не привел возможные альтернативы и тем более расчеты :-( Порицание ему за этоRadisto
18.08.2022 18:02+2Процесс Клауса. Так утилизируют сероводород. Если проезжать мимо крупного нефтезавода, где есть подобные установки, можно увидеть огромные горы серы на погрузку (большие ярко зеленожелтые горы характерного цвета)
VT100
18.08.2022 20:52+3А если эту мелкокристаллическую серу расплавить и резко охладить, то получим… па-бам!… аморфную серу. По крайней мере, если не врёт учебник химии 50-х годов.
vilgeforce
18.08.2022 17:13+2В общем, можно расходиться: теплота сгорания куба сероводорода в два(!) практически раза выше теплоты сгорания водорода. Нужно только придумать как непрерывно его сжигать 24/7, 11 месяцев в году
Спасибо @demon416nds за наводку!
1Fedor
18.08.2022 18:21+1Наверное имеет смысл такая установка, только вызывают сомнения в правильности расчетов
Смотрим исходные данные:
В час такая установка будет очищать от сероводорода около 68 тысяч кубометров морской воды.Потребление
Для прокачки такого расхода 68 тыс куб/час, с давлением, хотя бы 5 атмосфер нужен элдвигатель мощностью 13,6 МВт (https://aikonrussia.ru/kalkulyatory/power/)
Не учтены расходы на подачу воздуха(кислорода) на такую глубину и удаление выхлопа-
Генерация
один куб водорода при сжигании дает 3,5 квтчас энергии, если на дне морском будет термоэлектрический генератор, кпд которого от 5% до 15%, то получаемые 20 кг водорода равны 222 куб метра(Вики:при плотности водорода при атмосферном давлении составляет 0,09 кг/м³.)
Если сжечь 222 куб м водорода, то получим 777 квтчас энергии, преобразуем с кпд 5-15 и будет 38-116 квтчас.
Если установить тепловую машину (газовый генератор, например) с трудом представляю как обслуживать. Но кпд будет выше от 30% до 50%, для такой малой мощности высокое значение кпд недостижимо и затраты возрастут за счет усложнения.
inakrin
18.08.2022 19:01+1На глубине 100 метров давление уже 10 атмосфер и объём получающегося водорода соответственно в 10 раз меньше.(пока его не подали на поверхность)
stalinets
18.08.2022 20:57+1Что-то краем уха слышал, что ещё в советское время делали эксперимент - удавалось запустить самоподдерживающуюся дегазацию и излияние воды, просто воткнув вертикально длинную трубу.
В целом очень поддерживаю это дело. Отчасти потому, что не хотелось бы лимнологической катастрофы паленатного масштаба (а кто знает, так ли уж она невозможна?..). Отчасти потому, что кто ж откажется от дешёвой энергии, и денег от её продажи? Считаю, что это начинание заслуживает серьёзных вложений - финансовых, исследовательских, технологических.
Radisto
19.08.2022 09:54Если просто воткнуть трубу, то внутри и снаружи нее будет одна и та же вода, и ничего не изменится.
stalinets
19.08.2022 18:39+1Насколько я помню, там сначала помогли качнуть, а потом само пошло. Но на фоне крутых обсуждений выше я не хочу умничать, т.к. не особо шарю в этой гидродинамике.
svv63
20.08.2022 12:45Нужен начальный толчок. Холодная вода более плотная, по мере продвижения вверх за счет теплообмена через стенку трубы нагревается и расширяется. Вот такой трубчатый монгольфьер. Какой-то журнал типа Техника-молодежи печатал в лохматые годы про вечный фонтанчик из такой трубы.
Radisto
20.08.2022 17:11Нагревается и расширяется. И становится той же плотности, что такая же вода той же температуры снаружи стенки. И никуда не течёт без насоса.
svv63
21.08.2022 11:29Наверное я не очень понятно сформулировал
XXXIX Турнир имени М. В. Ломоносова 25 сентября 2016 года Конкурс по физике
5. (8–10) Возьмем очень длинную металлическую трубку. Опустим ее вертикально в океан (в достаточно глубоком месте) так, чтобы ее конец немного выступал над поверхностью воды. Затем с помощью насоса будем откачивать из нее воду, пока вся трубка не заполнится водой из глубинных слоев. Если после этого отсоединить насос и немного подождать — из трубки сам собой начнет бить фонтан!
Опыт был реально проделан американскими физиками в Атлантическом океане несколько десятилетий назад. Высота фонтана составила 60 см (при длине трубки 1000 м). Почему возникает этот фонтан? Будет ли он работать вечно? До каких пор он будет работать, если изолировать океан от всех внешних воздействий кроме притяжения Земли? (7 баллов)
Chelidonium
19.08.2022 12:02уменьшение уровня сероводорода требуется и новому турецкому каналу, т.к.
план Стамбульского канала активизирует повсеместное возникновение вокруг
Мраморного моря и пролива Босфор запаха сероводорода, и не только запаха.
Diordna
19.08.2022 13:22Я предлагаю челночный вариант, челнок с баллонами гружёными кислородом погружается на глубину 500 м там происходит сиыковка, сжжигание и в пустые баллоны того же челнока закачивается водород, далее челнок выпускает подводный воздушный шар наполняет его любым газом. возможно это будет автономный баллон с каким-нибудь CO2, и всплывает почти на поверхности. находясь на глубине нескольких метров пристыковывается к принимающему судно выгружает водород загружается очередной порцией кислорода сдувает свой подводный воздушный шар и снова ныряет под воду. Я не знаю сколько времени прослужит подводный воздушный шар из какого материала он должен быть изготовлен. Как-то так
Skigh
19.08.2022 13:32далее челнок выпускает подводный воздушный шар наполняет его любым газом
Не забывайте, что снаружи этого «воздушного шара» — вода под давлением 50 атмосфер. Все эти операции могут оказаться, мягко говоря, непростыми.
Viacheslav01
Очередной проект на тему "Мы такие умные сейчас придем и сделаем все лучше, чем вышло у природы", закончится как обычно, "Биосфера черного моря разрушается и мы ничего не можем поделать". Может хватит?
RealBeria
Предлагаете "вернуться в пещеры", что бы не соревноваться с природой в заведомо проигрышном ("как обычно") стремлении улучшить/извлечь выгоду? Думаю подавляющее количество землян проголосует за прогресс и сопутствующий ему комфорт.
VT100
А что, можно голо-сованием отменить начала термодинамики?
dolbi
Учитывая всё возрастающий массовый психоз, не удивлюсь такой петиции в ближайшее время.
Leader-bot
Ну, если все расчеты верны, и граница сероводородного слоя неуклонно движется к поверхности, то биосфера Черного моря как раз-таки разрушается без нашего участия. Подождем?
Sun-ami
Если верна гипотеза, что источником сероводорода являются канализационные стоки городов - то биосфера Черного моря как раз-таки разрушается с нашим участием.
orfelin
как по мне - человеки не могли столько насрать в черное море особенно.
все таки официальная ( и более правдоподобная ) версия это:
из-за восстановления бактериями моря сульфатов во время разложения мёртвого органического вещества,
в силу особенностей сообщения Чёрного моря с мировым океаном — оно осуществляется через узкий пролив Босфор.
LinearLeopard
>Сероводород в Чёрном море был обнаружен в 1890 году русской океанографической экспедицией.
Жили на побережье за несколько тысяч лет до этого, а Анатолия — вообще один из первых центров цивилизации. Плюс Дунай, Днепр и Дон впадают именно туда, и до 19 века на берегах этих рек не один миллион людей жил.
farm6.staticflickr.com/5613/31550717933_a0e6bac019_o.jpg
unece.org/fileadmin/DAM/env/water/blanks/assessment/black.pdf
Так что я бы не спешил от этой версии отказываться, впрочем о выработке сероводорода человеком за год и его разложении по пути в море, не в курсе, может и не выходит миллионы тон.
Хотя беглое гугление показало, что скорее всего виноваты бактерии и плохое перемешивание воды.