Борис Ляпунов - Химия завтра
Никому из фантастов не пришло в голову описать, что бы произошло, если бы вдруг исчез весь животный и растительный мир Земли. Что было бы, если бы исчезли микробы, изменилась сила тяжести или скорость света? Об этом, как и о многом другом, они писали. Поместить же современного человека на первобытную Землю или, еще лучше, на чужую планету, где жизни еще нет, — вот о таком обороте дела не было сказано ни слова.
А ведь при всей фантастичности подобного предположения в нем есть над чем призадуматься.
Стоит выйти за пределы Земли, и мы попадем в бесплодный мир. Быть может, Марс или Венера составят исключение. Но какое? Полеты автоматических станций к этим нашим соседям разрушили надежду найти там даже отдаленное подобие Земли, Пришлось расстаться с мечтой о марсианах и пышной растительности на Венере.
И представим себе человека, попавшего на каменистую, голую пустыню вроде Луны, этакого грядущего Робинзона, вооруженного техникой и химией. Он бы, пожалуй, там не пропал.
Мы умеем уже получать искусственно различные вещества — и такие, какие есть в природе, и нечто совершенно новое, чего в ней нет. Еще шаг — и будет получен уже не простейший, а любой, даже самый сложный белок. Это произойдет вот-вот, может быть, еще до конца XX века.
Тогда наш космический Робинзон в химической лаборатории на своем корабле смог бы наладить производство воды, искусственных белков, жиров, углеводов и витаминов, если, конечно, окружающая мертвая природа предоставила бы ему нужные элементы. Ему не так уж много их и понадобилось бы. Углерод, водород, азот, кислород, фосфор и еще некоторые другие — уже по мелочам.
Между прочим, необязательно ему пришлось бы создавать столь же сложные белки, какие содержит природная пища. Можно было бы ограничиться и соединениями попроще, скажем, аминокислотами, А что касается витаминов, то даже и сейчас ими приходится пополнять естественную пищу.
Чтобы закончить разговор о космонавте, стоит сказать немного о том, что же послужит ему сырьем для химической кухни. Простейшие углеводороды — не редкость во Вселенной. Предполагают, что нефть можно найти даже на Луне. В связанном виде найдутся на планетах и другие атомы, которые есть в живой природе.
Давая волю фантазии, можно допустить, что космонавт сделает недостающие элементы из других, из тех, какие найдет. В сырье у него недостатка не будет, А из нефти, если действительно он ее встретит, ему уж и совсем нетрудно будет приготовить искусственный белок.
Теперь перекинем мостик из космоса на Землю. Никто, конечно, не думает лишать человека привычной животной и растительной пищи. Человечество будущего, безусловно, вынуждено будет дополнять природу. И недаром так настойчиво идет оно к синтезу белка, Оно, безусловно, воссоздаст искусственно все составные части пищи. Ему хватит для этого химических запасов, которые хранятся в земной коре, Океане и атмосфере.
Черпая оттуда все, что понадобится, люди будут хозяйничать разумно и не нарушат заведенный природой круговорот элементов. Если чего-либо не хватит, пробел восполнит та же химия вместе с ядерной физикой, — превращение элементов уже реальность XX века.
Вот почему у нас есть основания утверждать, что человечество, решив социальные проблемы, сможет решить с помощью химии и проблемы питания. Ему не придется опасаться голодной смерти, даже если не миллиарды, а десятки миллиардов людей станут населять нашу планету.
Растущему человечеству предрекали голодную смерть. Угроза оказалась несостоятельной. Но в последнее время появилась другая, и весьма реальная, опасность. Если ее не устранить, то лишь ограниченное число людей сможет жить на земном шаре. И число это вовсе не велико — 20 миллиардов. Таков вывод, к которому пришел ученый Раймон Фюрон, подсчитав наши запасы пресной воды. Пройдет менее полутора веков — и предел будет достигнут.
Теперь даже степень экономического развития любой страны иногда выражают количеством потребляемой воды. «Душа населения» — та единица, к которой статистики относят все в мире, — приобрела еще один весьма существенный показатель. Она расходует воды 500 кубометров в год в Западной Европе и 1000 — в США.
Уже сейчас Токио, крупнейший город мира, страдает от жажды. Уже сейчас Америке в сутки требуется около миллиарда кубометров воды. А ее не хватает. Через двадцатилетие же понадобится два миллиарда!
Городской житель расходует в сутки не меньше четырехсот литров пресной воды — такова статистика.
Сколько же потребляют воды все города земного шара за сутки, за месяц, за год? А население растет, людям нужно все больше воды. У нас, например, за тридцать лет расход ее увеличился в двадцать пять раз!
Фактически любая вещь, какую бы мы ни взяли, требует для своего создания воды — не питьевой, так технической. Все равно пресной. Каждая тонна стали, например, — это 350 тонн воды! А тонна серной кислоты — больше 700! Вода становится наиважнейшим сырьем, и недостаток ее все острее дает о себе знать.
Меньше трети процента всех запасов влаги на нашей планете составляют воды рек и озер. Атмосфера дает еще меньше — пять десятитысячных. Львиную долю занимает Океан — соляной раствор. Остаток, и очень небольшой, приходится на долю полярных льдов и ледников.
Соленой воды у человечества в изобилии, пресной — жалкие крохи. Правда, можно пустить в дело ледовые глыбы айсбергов. Правда, пресная вода запасена в недрах Земли, хотя ее там не так уж много. Но даже если и найдут еще подземные пресные источники, их все равно не хватит.
И мы обращаем поэтому свои взоры к единственному богатейшему резервуару, подаренному природой, — Океану. Только он способен утолить жажду человечества.
Соль из воды можно выпаривать. В южных районах эту работу выполнит солнце — в гелиоопреснителях. Однако лучше это сделает химия с помощью ионитов. Но иониты не могут обессолить воду так, чтобы ее можно было пить. Хотя пренебрегать этим методом не стоит — молекулярные сита еще не сказали своего последнего слова.
В роли опреснителя выступает электрохимия. Воду пропускают через несколько полупроницаемых мембран. Под действием тока частички солей ионизируются, мембрана сортирует их, а ионы уже нетрудно нейтрализовать.
Соли, конечно, не выбрасывают. Они сами по себе ценнейшее сырье.
Существует и такой проект опреснительной установки. Если опустить глубоко в море шар из полупроницаемой пленки, то наружное давление будет проталкивать в него воду, соли же останутся «за бортом». Шар наполнится пресной водой, и останется только откачать ее по трубопроводу.
Лед всегда пресный. Нельзя ли избавиться от солей, заморозив морскую воду? Да, и это лучше сделать опять-таки с участием химии.
Можно в морозильную камеру впрыснуть сжиженный газ, который, как в обычном холодильнике, быстро отнимает тепло у воды. Появляются кристаллы пресного льда. Их легко отделить, а газ снова использовать для вымораживания.
Еще один дешевый способ опреснения придумали химики. Можно пропустить воду сквозь пористый пластик, покрытый химическим фильтром. Все соли задерживаются. Установка может работать очень долго. Нужно лишь изредка менять фильтр, что несложно.
В роли опреснителя выступает биохимия. Есть водоросли, способные на свету питаться солями морской воды. Ими надо заселить освещенные бассейны и оттуда забирать опресненную воду.
И, наконец, едва ли не лучшим опреснителем станет ядерный реактор, Он сможет испарять воду, освобождая ее от солей. Здесь игра стоит свеч. Старый способ выпаривания будет выгодным, если им воспользоваться на новой основе. На каждый киловатт мощности можно получить кубометр пресной воды в сутки! Недаром сейчас считают атомную энергетику той палочкой-выручалочкой, которая обеспечит человечество пресной водой.
Мы нуждаемся в воде. А сырья для ее химического синтеза сколько угодно. Кислород есть в атмосфере, водород — в нефти или природном газе. Около каждого нефтяного месторождения можно было бы устроить завод по производству воды. И, конечно, особенно важным был бы такой завод где-нибудь в пустынях, где воды мало, а нефть нередко в изобилии залегает под землей. Тогда не потребовалось бы бурить глубокие скважины и искать пресноводные подземные моря. Может быть, не нужны были бы искусственные водохранилища.
Но каким путем на этих заводах добывать воду? Природа подсказывает: с помощью ферментов. Среди них мы найдем синтезаторы воды. У шелкопряда, например, они приготовляют воду из кислорода воздуха и водорода пищи. Похожее происходит у кактуса, и энергию для этого дает солнечный свет.
Искусственно получаемая пресная вода отличается от природной, в которой все же остаются кое-какие соли. Вода ведь бывает жесткая и мягкая, вкусная и невкусная.
Если мы пищу хотим улучшить химическими добавками, то не придется ли то же сделать с водой? Может быть, и не стоит добиваться совершенно чистой воды, а лишь частично ее опреснять? Может быть, лучше готовить питьевую воду, подправляя природу, как подправляем мы пищу?