С помощью воды можно сжигать различные вещества, сколь бы странно это ни звучало. Только для этого она должна находиться в особом состоянии – сверхкритическом.
Сверхкритическая жидкость – это особое состояние вещества, которое представляет собой нечто среднее между жидкостью и газом. Обычная вода закипает при 100 градусах по Цельсию при давлении в 1 атмосферу. При этой температуре внутреннее давление равно давлению внешнего воздуха, и жидкость может превратиться в пар.
Однако повысив давление с помощью, например, скороварки, точку кипения можно увеличить до 120 градусов. Именно поэтому пища в ней готовится очень быстро. Но бесконечно повышать температуру кипения воды все же нельзя. В определенный момент её молекулы просто перестают держаться друг за друга, каким бы большим не было внешнее давление.
Это так называемая критическая точка фазового равновесия, которая у воды находится на отметке в 374 градуса. Она достигается при давлении в 218 атмосфер. При этом значении жидкость вынуждена изменить состояние, но в обычный пар она превратиться не может. Тогда вода переходит в сверхкритическое состояние и обладает свойствами и воды, и газа.
Подобно газу, сверхкритическая вода проникает сквозь крошечные поры твердых предметов, а как жидкость эффективно способна растворять различные вещества, даже масло.
Эти качества в совокупности выглядят очень привлекательно. При такой температуре эффективно растворяются вещества, которые остаются нетронутыми в обычных условиях. Связи молекул органики под воздействием сверхкритической воды разрушаются и окисляются, свободно вступая в реакцию с кислородом.
С точки зрения химии интенсивные окислительные реакции — это горение. Поэтому горение прекращается и огонь гаснет, когда мы перекрываем приток кислорода. Это означает, что сверхкритическая вода сжигает органику практически так же, как та сгорает в огне.
Только сверхкритическая вода позволяет производить это без открытого огня, который всегда считался источником повышенной опасности. Это идеально подходит для утилизации отходов, особенно там, где огонь разводить нельзя. Например, на космическом корабле.
Исследователи из Европейского космического агентства (ЕКА) выяснили, что воздействуя сверхкритической водой на органические отходы жизнедеятельности людей можно получить обычную питьевую воду и углекислый газ, которые могут использоваться находящимися в космосе людьми. Для чего нужна вода космонавтам — и так понятно. Главное – не придавать особого значения её происхождению. Углекислый газ, тем временем, будет поддерживать жизнедеятельность растений, обеспечивающих людей кислородом и пищей.
Такая технология придется как нельзя кстати во время длительных космических полетов, например, на Марс. Однако, чтобы начать использовать её, ученым и инженерам предстоит преодолеть несколько препятствий. В ходе описанного процесса в качестве побочного продукта образуются соли. Выше критической точки любые соли, растворенные в воде, быстро выпадают в осадок. Если это происходит в корпусе реактора, металлические компоненты корпуса покрываются солью и начинают корродировать.
Эти соединения имеют свойство повреждать разного рода механизмы, а на космическом корабле это совершенно недопустимо. Впрочем, получение чистой питьевой воды из органических отходов стоит того, чтобы заняться доведением технологии до ума.
Использовать сверхкритическую воду можно не только в космосе, но и на Земле. Сверхкритическая вода способна решить, в частности, проблему пер- и полифторалкильных соединений (ПФАС). Они применялись для изготовления посуды с антипригарным покрытием и попали во многие водные источники планеты.
ПФАС иногда называют «вечными», так как они почти не разлагаются и избавиться от них крайне сложно. Но сверхкритическая вода способна разрушать молекулы ПФАС в процессе окисления. Кроме того, учеными ИТ СО РАН разработан способ обезвреживания отходов Байкальского ЦБК посредством их окисления в сверхкритической воде
«Наука для всех» в Telegram: https://t.me/sci_popular