Экзамен на разумность

Первичной реакцией этого варианта будет реакция разложения углекислого газа (CO₂), протекающая при высоких температурах:

1) CO₂ = C + O₂

Данная реакция при наличии достаточно мощного источника энергии не представляется особенно затруднительной для массового разложения углекислого газа на составляющие элементы. Полученный кислород из реакционной зоны удаляется и идет на обработку для дальнейшего использования, а углерод направляется на дальнейшее превращение.

Следующая стадия представляет собой получение карбида кальция (CaC₂). В промышленности его получают путем нагревания угля с негашеной известью в электрических печах при температуре порядка 2500 °С по реакции:

2) 3C + CaO = CaC₂ + CO

Угарный газ (CO) в дальнейших превращениях не участвует и выводится из зоны реакции. Однако называть его при этом «отходом» было бы несправедливо, так как его вполне реально, к примеру, использовать на реакцию с хлором (CO + Cl₂ = COCl₂) — образовавшийся фосген является применяемым сырьем для производства полимеров в современной промышленности, либо как составную часть синтез-газа (см. ниже).

3) CaC₂ + 2H₂O = Ca(OH)₂ + C₂H₂

Получившийся в результате этой реакции ацетилен (C₂H₂), являясь основным продуктом, выводится из зоны реакции. На основе ацетилена как исходного сырья имеются промышленно используемые технологии синтеза таких важнейших продуктов, как уксусная кислота, синтетический каучук, пластмассы, различные растворители и пр.

Гашеная известь (Ca(OH)₂) нагревом с отщеплением воды переводится в негашеную (CaO) и направляется на начало процесса:

4) Ca(OH)₂ = CaO + H₂O

Получившаяся в качестве побочного продукта вода может быть сконденсирована и направлена на третью стадию процесса.

Таким образом, итоговая реакция процесса, исключая побочную «фосгеновую» ветвь и реакции, связанные с восстановлением окиси кальция, который в реакциях является в принципе нерасходуемым, будет такой:

3CO₂ + H₂O = 3O₂ + CO + C₂H₂

Исходными веществами для процесса будут являться такие простейшие и распространеннейшие вещества (наличие воды на Марсе признано в настоящее время в научных кругах уже не подлежащим сомнениям), как углекислый газ (CO₂) и вода (H₂O), а продуктами будут являться кислород (O₂) (необходимый как непосредственно для дыхания, так и, к примеру, как окислитель для двигателей транспорта, как вещество для химического синтеза различных веществ и т. п.), угарный газ (CO) (который может быть превращен, к примеру, в фосген, который, в свою очередь, может использоваться как сырье для дальнейшего синтеза и т. п.) и ацетилен (C₂H₂), который является важным сырьем химического синтеза разнообразнейших веществ.

Так, одно из применений ацетилена заключается в производстве из него бензола (C₆H₆):

3C₂H₂ = C₆H₆

Также возможна полимеризация по другому пути — при пропускании ацетилена через раствор хлористой меди и хлорида аммония в соляной кислоте при 80 °С образуется винилацетилен, который в дальнейшем, при присоединении HCl, превращается в хлоропрен, применяемый для получения синтетического каучука.

При присоединении воды, протекающем при каталитическом действии солей ртути (реакция Кучерова), получается виниловый спирт, который изомеризуется в уксусный альдегид. Данная реакция имеет большое промышленное значение, т. к. уксусный альдегид является в технике веществом, которое в огромных количествах применяется для получения уксусной кислоты, этилового спирта и ряда других веществ.

Также ацетилен служит в промышленности исходным продуктом для синтеза таких растворителей, как, например, трихлорэтилен и т. д.

Химически чистый ацетилен в смеси с этиленом (данный газ именуется «нарцилен») может применяться в качестве наркоза при хирургических операциях.

Итак, данный вариант получения сырья для химического производства марсианской колонии позволяет наладить производство на месте столь важных веществ, как каучук, различные растворители, ароматические вещества (производные бензола), уксусная кислота и т. д., что, несомненно, должно представлять интерес при проектировании серьезного освоения Марса. Предполагается, что создание технологии цепочки производств, максимально автоматизированных и взаимосвязанных, должно являться одной из главных задач проекта освоения.

Возражением может служить тот момент, что реакции начального этапа требуют для своего осуществления больших количеств энергии. Однако, не имея на иных планетах (равно как и в трудных для жизни уголках нашей планеты) большинства доступных ресурсов, мы должны идти по пути их «замены», а точнее, создания с помощью других доступных ресурсов, имеющихся в наличии, тех, что нам требуются. Одним из таких базовых ресурсов должна стать энергия. (О ресурсах см. в части 4.)

В качестве таких источников могут выступать на первых порах атомные электростанции, привезенные с Земли, а в дальнейшем энергетика ТБС-поселений должна строиться на основе использования местных возможностей — к примеру, энергии ветра, солнца или перепада ночных и дневных температур и т. п. В любом случае колонии обязаны иметь мощную энергетику.

Другой из возможных вариантов использования углекислого газа как источника углерода для дальнейшего синтеза сложных веществ:

Этот вариант основан на каталитических превращениях синтез-газа.

Первичной реакцией этого варианта также будет реакция разложения углекислого газа (CO₂), протекающая при высоких температурах, но идущая до промежуточной стадии — образования угарного газа (CO). Ее можно представить следующим образом:

2CO₂ = 2CO + O₂