Спасете вечната замръзналост
Поради размразяването на замръзналите почви, жителите на Далечния север усещат сами какво означава фразата „земята се разсейва под краката им“. Това е резултат от началото на затоплянето в регионите с вечна замръзналост. В резултат на това много участъци от терена са наводнени и подгизнали, а разположените върху тях основи и носещи конструкции са разрушени. Например в Якутск от началото на 70-те години повече от триста сгради са били сериозно повредени в резултат на слягане на размразена почва. Ако „размразяването“ продължи, както прогнозират учените, много жилищни сгради и промишлени предприятия ще трябва да бъдат възстановени, ще бъдат положени пътища и железопътни линии (например 80% от Амурската железница минава през вечна замръзналост).
Мащабът на заплахата е голям. По данни на Института за глобален климат и екология към Федералната служба по хидрометеорология и мониторинг на околната среда и Българската академия на науките зоната на вечно замръзналата земя обхваща 55% от територията на България. В Сибирския федерален окръг на него стоят градовете Норилск, Игарка и Дудинка. В района на Чита има и острови с вечна замръзналост. Въпреки ниското население, това са стратегически важни територии за България. Повече от 30% от доказаните запаси на нефт, около 60% от природния газ, находищата на въглища и торф, запасите от цветни метали, злато и диаманти, дървен материал и прясна вода са концентрирани в райони на вечна замръзналост. Някои от тези природни ресурси вече са включени в стопанския оборот. Дължината на нефтопроводите и газопроводите тук е хиляди километри. В Западен Сибир на тях се случват около 35 хиляди катастрофи годишно. Освен това около 20% от всички повреди са свързани със загубата на стабилност на основите на сградите и деформацията на опорите.
За да се премахнат последствията от размразяването на вечната замръзналост в Сибир, през следващото десетилетие,многомилиардна инвестиция. Например, според експерти на OAO AK Transneft, е необходимо да се изразходват около 6,5 милиарда долара през следващите двадесет години само за текущия ремонт на главните нефтопроводи, без да се взема предвид предстоящото размразяване на земята.
Якутският град Мирни се намира в зоната на вечната замръзналост. В него живеят около 40 хиляди души, които от около половин век получават питейна вода от язовир Ирелях. Този изкуствен резервоар съдържа 17 милиона тона прясна вода, която постоянно се попълва от Мирни. Но затоплянето на климата стигна и до тук - преди две години изтече резервоарът за вода в района. Ограден от язовир, с вечна замръзналост в основата си, той започна да се размразява: водата започна да се просмуква по границите и в основата. Поради слягането на язовира се образува многометрова пропаст, през която резервоарът губи до 4 хиляди тона вода на час. Опитите за обратно подаване на вода чрез помпена станция бяха неуспешни. Не беше възможно да се хване за друг спасителен пояс - циментова инжекция - дори този материал се оказа безсилен срещу стихиите на природата. 5 хиляди кубически метра m цимент, изпомпван в конструкцията, беше изнесен на повърхността от мощен поток.
Заплахата от "обезводняване" се оказа толкова голяма, че в Мирни беше подготвен план за евакуация на жителите и спиране на работата на диамантените мини. Тогава компанията АЛРОСА, която добива диаманти в Якутия, и специалисти от изследователския институт Якутнипроалмаз потърсиха помощ от учени от Томския институт по химия на петрола (ИПХ) на Сибирския клон на Руската академия на науките, които отдавна и успешно работят в съюз с нефтени и газови работници. По инструкции на индустриалците, химиците са създали материал, който може да образува непроницаема завеса и да спре потока вода.
Появата му е естествен резултат от работата на ICH, койтоспециализира в решаването на проблеми в областта на проучването, добива и преработката на въглеводороди. Едно от основните и най-перспективни направления, с което се занимаваме тук от около 20 години, е създаването на технологии за повишен нефтен добив. Така през последните пет години, използвайки технологиите на този институт, петролните компании Лукойл и Юкос са произвели допълнително повече от 1,5 милиона тона нефт. В България, според директора на ИФЦ СО РАН, проф.Любов Алтунина, повечето нефтени находища се разработват чрез наводняване. Водата се изпомпва в резервоара в големи количества, което измества нефта. Този метод осигурява по-висок коефициент на възстановяване на нефта, но основният му недостатък е високото съдържание на вода в нефта, достигащо 82%. С други думи, от всеки 100 тона добити от сондажи продукти 82 тона е вода, а само 18 тона е нефт. Това увеличава себестойността му. Голямо количество вода в нефтени и газови кладенци сега се бори чрез ограничаване и изолиране на водните потоци с помощта на различни непроницаеми и отклоняващи екрани. Създадени са от различни желиращи съединения. Учените са прекарали няколко години в работа с тях, но са успели да създадат богат набор от гелове: на органична и неорганична основа, с различни времена на желиране, за различни температури и геоложки и физически условия на нефтените находища.
За язовира на водноелектрическия комплекс Ирелях Любов Алтунина, която едновременно ръководи лабораторията по колоидна химия на нефта в Института за химически петролни изследвания, и Владимир Кувшинов, кандидат на химическите науки, предложиха да се използва оптималният според тях материал - криогел. Това е химичен разтвор, който при замразяване се превръща в гел ("крио" показва връзка с ниски температури).
Това вещество е в света повече от десет години.използва се в различни области: в медицината и козметологията като източник на терапевтичен студ, във винарската, газовата, петролната промишленост, в областта на биотехнологиите. Криогеловете се използват за укрепване на склонове и почви от ерозия в Канада, в САЩ - в Аляска, в България - на Колския полуостров. В същото време "химията" не предизвиква протест от еколозите - тревата расте зелена и сочна, точно както на обикновена почва. Но криогеловете в западен стил се образуват само след замразяване. „Те трябва да бъдат замразени и размразени, само тогава се получава гел, при положителни температури те не дават гелове, обяснява Любов Алтунина, „И нашата задача беше първо да получим гелове при положителни температури, които блокират водните потоци, а след това при замразяване-размразяване те се втвърдяват и стават криогелове.“
За да намерят оптималната формула на криогел, учените тестваха повече от 80 формулировки. След две години упорит труд бяха създадени безопасни и екологични разтвори от полимери с електролитни добавки, които образуват гел при температури от 0C до -20C. По време на циклични процеси на замразяване-размразяване, гелът се превръща в криогел с висока еластичност и отлична адхезия към скалата. Той блокира потока и създава екран. Колкото повече се повтаря цикълът, толкова по-силен става. И за да се предотврати измиването на веществото по време на инжектирането, към него се добавят вещества, които подобряват адхезията към скалата. Например циментът върху такъв криогел лежи като върху мека възглавница и не се счупва.
Учените тестваха новия гел в Якутия миналата есен. Беше трудно да се предвиди резултатът - в световната практика нямаше прецеденти за използването на криогел за хидравлични конструкции. На експерименталната площадка на язовир Ирелях са инжектирани пет сондажа с 51тон разтвор на състави, образуващи криогел. В резултат на това на дълбочина от 16 до 45 m се образува криогел екран с площ от около 400 квадратни метра. м и дебелина около 3 м. Той създаде непроницаема завеса: изтичането на вода от резервоара в тази зона спря.
Тази година се планира да се възобнови работата. За да се изгради водна преграда по периметъра на целия язовир, чиято дължина е 300 м, е необходимо да се изпомпват 1,7 хиляди тона гел в 117 кладенци. До края на годината учените очакват да ги напълнят само с 20-25. Възстановяването на язовира ще струва на АЛРОСА 3,4 милиона рубли. Тази сума ще се изплати повече от себе си - криогелната завеса трябва да продължи десетилетия, особено след като материалът ще се втвърди с всеки нов сезон. „Сякаш се получава нова порода“, отбелязват шеговито или сериозно експерти от Института по нефтохимия. Сега те, заедно с индустриалците, подават патент за изобретение.
Затвърдете и отстоявайте
Следващата по ред, най-вероятно, ще бъде водноелектрическата централа Vilyui. Това е първата водноелектрическа централа в страната, построена в зоната на вечната замръзналост в Република Саха (Якутия), предназначена да генерира 2,5 милиарда kWh електроенергия годишно. Третият етап от водноелектрическата централа, чието строителство започна преди повече от 20 години, трябва да осигури електричество не само на индустрията за добив на диаманти, но и в бъдеще на нефтените и газови находища в региона. Язовирът, който задържа реката до пускането на електроцентралата, наскоро започна да тече. Обемът на филтрирана вода през него днес достига 4 хиляди кубически метра. м на час е 20 пъти повече от нормата. Докато налягането може да се ограничи с помощта на помпи. Но ако притокът и налягането на водата се увеличат, дигата ще се скъса и довеждащият канал на ВЕЦ-3 ще бъде наводнен. За да избегне екстремна ситуация, АЛРОСА (коятопритежава контролен пакет акции в OAO Vilyuiskaya HPP-3) планира да използва криогел, който вече е тестван във водноелектрическия комплекс Ирелях.
В бъдеще новата технология може да служи не само за ремонт и отстраняване на аварии, но и за укрепване на почвите в района на вечно замръзналата земя. Ако разработката на учените бъде пусната в обращение от държавата или бизнеса, тогава само времето ще стане основен фактор. Според експерти най-вероятният сценарий за съдбата на вечната замръзналост е, че през следващите няколко десетилетия там ще настъпят значителни промени. Около средата на века вечно замръзналата земя на България ще бъде жалък остатък - около една пета от площта й. Ако не се направи нищо за укрепване на почвата, тогава текущите промени рано или късно ще унищожат инфраструктурата, изградена от човека на тези територии.