О чем я и пытаюсь довести мысль молодому человеку.

Глава 5 часть 1  обновлено

— Ключ к выживанию поселения  полная автономность, а она, в свою очередь невозможна без развитой системы транспорта, связывающей производства, жилые модули и фитотроны, — начал я свой доклад. — По экономическим соображения  в ЦИК  выбрали транспорт  который при движении не касается поверхности рельсов и перемещается с помощью электромагнитного поля известный как  магнитоплан.  Скорости достигают  тысчи км. в час, расход электроэнергии в три, а эксплуатационные расходы на обслуживание километра пути в двенадцать раз меньше по сравнению с электровозами.
— Маглев дорогое удовольствие! — подал голос Тимур. — Если память не изменяет, стоимость постройки километра не менее  восьмидесяти миллионов долларов.
— Вы озвучили сумму постройки по технологии EDS, а там в устройстве пути используются сверхпроводящие магниты. Мы будем внедрять более перспективную и дешёвую технологию — «Inductrack III». Вместо электромагнитов там используются постоянные магниты, которым не требуется источник питания для создания магнитного поля, а значит составу не требуется сложная система управления с обратной связью для стабилизации левитации.  Низкий уровень магнитного поля, малый радиус поворота, устойчивость к температурным колебаниям, бесшумная работа и простая конструкция подвески, преимуществ у технологии масса!  Далее углубляться в детали технологии не будем и обратимся к языку цифр.   Металлоёмкость пути на километр — двести десять тонн стали, двадцать алюминия и шестьдесят меди. Цена металла — шестьсот тысяч долларов. Однако, учитывая, что алюминий, медь и железо мы будем добывать самостоятельно, а силовые элементы пути — петли, кабель и массивы  Хальбаха изготавливать на автоматических линиях, то себестоимость километра пути не превысит миллиона долларов, что в семь раз дешевле обычной железки, и в сорок раз высокоскоростной! В этом нет ничего необычного. Самая дорогая часть постройки любой железной дороги — земляные работы или бетонирование пути, а нам ни то, ни другое не понадобится. 
Второй тип магнитоплана основан на отечественной технологии МАГ-Транс и совмещает электродинамическую технологию магнитопланов с технологией постоянных магнитов.  Магниты установлены на всём протяжении пути, так что колёса и питание платформе не требуется. Планируется два типа колеи, под среднюю платформу грузоподъёмностью три тонны и малую с максимальной грузоподъёмностью одна тонна. На платформы можно крепить как пассажирские капсулы, так и грузовые контейнеры разных типов.  Использование   поворотных кругов позволит организовать движение под любыми углами. Платформы с кабинками и контейнерами смогут двигаться по шахтным стволам, в том числе одновременно вверх и вниз, обгонять друг друга в соответствии с приоритетом, что вдвое снизит время ожидания.  Область применения — шахтные лифты, автоматические склады и производства, фитотроны. Постоянные магниты дорогое удовольствие, поэтому система МАГ особенно выгодна в местах с интенсивным грузооборотом и в шахтах. При высоте шахты в пятьсот метров цена тросового лифта получается в семнадцать раз дороже!
Ведутся переговоры о продаже патентов с концерном ThyssenKrupp разрабатывающим подобные системы. На полный спектр НИОКР всех элементов транспортных систем и организация соответствующих производств — сверхпроводящие магниты, линейные двигатели, кабель, индукторы, массивы Хальбаха, а также профили методом экструзии стали потребуется два года и не менее полутора миллиарда долларов, при условии, что мы найдем и доработаем до ума технологию литья магнитов типа самарий-кобальт.  Помимо укладки пути магниты нам необходимы и для линейных двигателей больших вагонов, вес которых может достигать ста тонн. Один килограмм постоянного магнита поднимает пятьдесят килограмм груза, вот и считайте.
— Странный выбор магнитов. Коэрцитивная сила магнитов неодим-железо-бор будет намного выше, — выкрикнули из зала.
— Всего то на двадцать процентов. Не забывайте только  что неодим в два раза  дороже самария, а последний   мы сможем извлекать из породы. Тем более самариевые магниты технологичней и по целому ряду параметров превосходят неодимовые. Сейчас я прервусь и попрошу выступить Ирину Валерьевну Стеклову из института Биофизики. 
К трибуне подошла молодая девушка с коротким каре светлых волос и слегка вздернутым носиком на симпатичном лице и звонким голосом начала доклад.
— Здравствуйте! В Советском Союзе больше пятидесяти лет назад был создан проект БИОС-3, который моделировал замкнутую экосистему длительного жизнеобеспечения человека в космических условиях. На основе этого проекта в две тысячи пятом был создан международный центр замкнутых экологических систем, и он продолжил изучение закономерностей функционирования биосферы, где я и работала до последнего времени. Андрей Владимирович не случайно обратился к нам за помощью. Всего через несколько лет после катастрофы условия жизни на планете будут мало отличаться от открытого космоса. При разработке замкнутой системы жизнеобеспечения «Ковчега», она получила кодовое имя «БИОС-4», мы использовали накопленные в СССР знания.  Проект включает несколько контуров жизнеобеспечения, — сменился слайд.
— Газовый цикл — кислород-углекислый газ.  Средний человек потребляет девятнадцать кубических метров чистого кислорода в день. Дерево диаметром полметра и высотой сорок метров производит примерно девяносто литров чистого кислорода в день, обеспечивая человеку четырнадцать процентов его ежедневной потребности. Несложно подсчитать, что в случае высаживания деревьев необходимый объём подземного пространства для выработки кислорода составит шестьдесят тысяч кубометров.
— Ничего себе!
— Некоторые виды деревьев, например тополь более эффективно вырабатывают кислород, но до хлореллы им как до луны пешком. Тридцать литров водорослевого реактора с хлореллой очень высокой плотности, до миллиарда клеток в кубическом сантиметре питательного раствора, хватит для обеспечения воздухом одного человека. Клетки хлореллы делятся каждые девять часов, цикл регенерации кислорода происходит раз в двое суток. Биореактор на водорослях поглощает СО2 в четыреста раз эффективней деревьев. Колония клеток в реакторе не демонстрирует признаки старения, обладает свойствами саморегуляции, самонастройки. Утилизирует также окись углерода и метан, вырабатываемый человеком.  Производство реакторов планируется наладить в виде контейнеров объёмом двадцать, сто, пятьсот и тысячу литров, объединяемых в стойки. Реакторы будут оснащены светодиодными лентами и быстросъёмной крышкой со встроенными магнитами.   Фитотроны, животноводческие зоны и промышленные секторы оборудуют датчиками и соединят каналами для обмена CO2 и O2 с клапанами и демпферами.  В промышленных секторах потребуются адсорберы для регенерации углекислого газа и тоннели-газгольдеры с кислородом.
Второй контур — круговорот питательных веществ. Чтобы замкнуть круговорот газов и воды на сто процентов для трех испытателей, наш институт биофизики довёл полезный объём станции БИОС-3 до тысячи кубометров. Большую часть помещения занимали фитотроны для выращивания растений.  В первом, конвейерным способом выращивали карликовую пшеницу, имеющую укороченные стебли для уменьшения объёма несъедобной биомассы. Урожайность пшеницы составила триста центнеров с гектара, но это не предел, за полвека наука шагнула далеко вперёд. Размещая лотки, друг над другом в строго контролируемых температурных условиях удалось  кратно повысить урожайность пшеницы. Конструкция из десяти слоёв (каждый толщиной в метр) позволит получать две тысячи тонн с гектара в год, что в шестьсот  раз больше средних показателей. Использование круглосуточного интенсивного освещения в условиях высокой концентрации углекислого газа и бесперебойная  подача питательных веществ, а также, создание сортов пшеницы приспособленных для закрытых помещений поможет  поднять урожай пшеницы ещё выше, ведь при таких параметрах среды она способна  давать по пять урожаев в год.
Второй фитотрон с овощами включал сою, салат, солерос, лук, чуфу необходимую для получения растительного масла, морковь, редис, свёкла, картофель, огурцы, щавель, капуста, укроп, лук. Все овощи карликовых сортов. Площади фитотронов хватило чтобы обеспеченность одного испытателя ежедневным рационом в четыреста грамм свежих овощей и двести зерна.
  Для  БИОС-4 планируется разработать более совершенные универсальные  оранжереи для плодовых деревьев и двадцать два специализированных  фитотрона функционирующих по  типу  вертикальных ферм. С шестидесятых годов много воды утекло. В  мире появились  теплицы пятого поколения. Мы пойдем дальше  и уберем ручной  труда на 90 процентов, все фитотроны  оснастят  рельсовыми агромостами. По ним будут перемещаться  портальные и горизонтальные арки, в том числе  с трех и шести-осевыми  манипуляторами на которые можно устанавливать  сменные насадки – универсальные и специализированные  захваты  для сбора плодов, ягод, форсунки для  искусственного опыления и разбрызгивания удобрений, секаторы, фрезы для электро-культиваторов, триммеры, , микроволновые генераторы СВЧ и блоки  электроискрового уничтожения сорняков и другие, в том числе каллаборативные ( работающие совместно с человеком) насадки.
   На профиль помимо светодиодов будут крепить  системы  капельного полива, шланги для индивидуальной подачи углекислого газа  к растению, пчёлопроводы, датчики, сверхвысокочастотные влагомеры, форсунки генерации  искусственного тумана для опрыскивания растений омагниченной, электризованной водой обогащённой удобрениями.   Искусственный туман  создаёт в фитотроне  уникальный микроклимат, в два раза поднимает урожайность, а  воды сравнению с капельным поливом воды требует в двадцать раз меньше. Лазеры на парах меди и золота для фотоактивации семян – дополнительная энергия в семенах способствует более интенсивному поглощению питательных веществ, росту и в итоге увеличению урожая.   Предпосевная  электромагнитной обработки семян в сочетании с пневмомеханическим протравливанием и выдерживанием в биологически активных  растворах с добавками микроэлементов и неодима    приводит не только к повышению урожайности, но также и к повышению резистентности к грибковым и бактериальным заболеваниям зерна.
  Изоляция видов, электромагнитная и СВЧ обработка почв, магнитная стимуляция рассады,  широкое использование  гидрогеля, органических гербицидов,  фунгицидов, инсектицидов  на основе нейтральных минералов, грибков, бактериальных культур,  нематод и растительных экстрактов в сочетании с подкормками микроэлементными и органическими удобрениями позволит значительно  увеличить урожай. Двести шестьдесят кубометров хватит чтобы обеспечить в течении года человека всем спектром растительной продукции, включая масла.
   В БИОС-3 использовалась гидропоника, но мы решили от неё уйти. При гидропонном способе выращивания к растению подсоединяют трубки  с  питательным  раствором содержащим необходимые  макро и микроэлементы. Система дорогая, требует квалифицированного обслуживания,  растворы необходимо обновлять, постоянно проверять их рН и химический состав.  Растворы  засоряют трубы,  вызывают коррозию металлических частей, а  прочистка  и ремонт трубопроводов дорогое удовольствие. Кроме того, случайная передозировка удобрений   способствует накоплению нитратов в плодах растений  и химическим ожогам. Безвкусные, резиновые помидоры и клубника –как раз вызвана  неверной дозировкой в гидропонике. Гидропоника требует  сложного дорогостоящего оборудования, постоянную балансировку питательных растворов и их регулярное внесение.
  Подобных  недостатков лишена ионотопоника. Технология  была создана наши исследователями  в рамках разработки искусственной почвы при моделировании полетов на Марс, выращивания растений на субмаринах, полярных станциях и в других экстремальных условиях. Из названия понятно что используется принцип ионного обмена между субстратом и корнями растений. Иониты отдают полезные вещества, а впитывают метаболиты. Субстрат состоит из смеси двух типов синтетических ионообменных смол: катионита и анионита растворённых в природном минерале – цеолите содержащей в своем составе все необходимые питательные макро и микроэлементы.  Иониты прочные, химически стойкие, не разлагаются при воздействии кислорода, света и при обычной температуре. Питательные вещества, а субстрате  их в 60 раз больше чем самым плодородном  грунт находятся в составе субстрата, поэтому растения  поливают лишь чистой водой, путём периодического затопления снизу.
Субстрат способен удерживать питательные элементы (ионы К+, Са++, Мg++, Fe+++ и SO4– ), постепенно отдавая их корневым волоскам растений в порядке обмена на продукты распада, выделяемые корнями. В субстрате присутствуют как макро-элементы NPK (азот-фосфор-калий), и Mg-Ca-S (магний-кальций-сера) циклов  питания растений, так  и микроэлементы. Обмен между ионами субстрата и выделенными корнями протекает в водной среде. Скорость обмена корневых выделений с ионами, сконцентрированными в субстрате, напрямую зависит ряда сложных биохимических процессов,  микроклимата, влажности, температуры, вентиляции, степени освещенности, филоонтогенеза.   Наш  субстрат универсальный и индивидуально  «настраивается» на выделение элементов питания растений в обмен на выделяемые их корнями продукты растительного метаболизма.  Передозировка, недокармливание и химические ожоги исключены – растения получают питание под присмотром опытного «диетолога», но без потребности в высокооплачиваемом специалисте-человеке.  2-3 процента такого субстрата достаточно добавить к любому  грунту -  песок, отсев, торф и этого хватит на три года. Растения на ионитной «почве» прекрасно растут и развиваются без всякой подкормки два- три года и  по вкусу не отличаются от выращенных в естественном грунте, под  солнцем.
В качестве субстратов планируем использовать гранулированный торф и сапропель, керамзит, вспученный кварцит шарообразной форм, его в отличии  от натуральных, можно быстро регенерировать. Ещё более перспективен волокнистый субстрат из кварцевого войлока.  Выращивание растений на таком  субстрате исключает большие затраты времени, потому что отпадают такие сложные виды агротехники, как уход, прополка, рыхление, подкормка и т. п., свойственные почвенной культуре. В связи с тем, что ионитный субстрат насыщен питательными веществами, не требуется частых перевалок и пересадок и растения  пересаживают раз в два-три года.   В стерильной среде создаются более благоприятные условия для хорошего роста и развития растений, а  необходимость вести борьбу с вредителями и болезнями сводится к минимуму. В целом  тема искусственных почв столь обширна, что я не вижу смысла  подробно её  рассматривать.  Себестоимость растений выращенных с помощью субстратов в три раза меньше чем гидропонных. Хотя гидропонику мы будем применять в  аквакультуре и  системах вертикального озеленения, в том числе  моховых и торфяных стенках.
  Для интенсификации фотосинтетической продуктивности растений ЦИК необходимо разработать светодиоды с высокими уровнями фото-синтетически активной радиации, приближающейся к полуденным интенсивностям солнечного света. Это позволит нам увеличить производство кислорода и урожай съедобной биомассы в полтора, а то два раза, не увеличивая размеров и массы системы, а также обеспечить регенерацию атмосферы. Светодиоды, селекция растения и подбор штаммов хлореллы с увеличенным содержанием хлорофилла является ключевой задачей проекта БИОС-4 на ближайшие два года. 
— А с животной пищей как обстоят дела? — спросили Ирину.
— Проблема. Но решаемая проблема.  В проекте БИОС-3 полной независимости по продуктам добиться не получилось. Обеспечение растительной пищи — шестьдесят процентов калорий, остальное консервы.  На одного человека, в год, требуется семьдесят два килограмма мяса, тридцать рыбы, триста яиц и триста двадцать литров молока и молочных продуктов.  Выращивание усреднённого килограмма мяса требует в три раза больше объёма, чем килограмм растительной пищи. Корове с ежедневным удоем в двенадцать литров молока каждый день необходимо предоставить  шестьдесят килограмм травы, или  пятнадцать тысяч квадратных метров для выращивания травяных смесей, зерна и овощей. Нас выручат культиваторы пищевых микроводорослей. Модульная установка площадью два квадратных метра производит пятьдесят литров суспензии хлореллы в сутки с низкой ценой пятьдесят копеек за литр что  хватит для прокорма свинофермы численностью  тысячу голов. Используя культиваторы пищевой хлореллы и вертикальные фермы, реакторы зоопланктона  и комбинированные акватроны ( рыба – растения )  для зоотронов  потребуются дополнительные  600 кубометров на человека.
Главная задача – обеспечить полноценный круговорот питательных веществ. Мы не можем себе позволить выращивать условные помидоры, вывозить их с полей десятки тонн, а после восполнять недостаток  азота и фосфора десятками тонн удобрений. Кругооборот воды в фитотронах происходит через трубы, конденсаторы влаги и фильтры, содержащие ионообменные смолы, цеолиты и активированный уголь. Минерализацию продуктов жизнедеятельности человека и животных проводят ступенчато. Первый этап — разделение на фракции и кавитационное обеззараживание в импульсном генераторе-диспергаторе. Второй — окисление в аэробных ферментерах и газо-вихревых биореакторах, в присутствии окисных катализаторов или. Метан пойдёт для топливных элементов, а жидкие удобрения в компостеры. Полученные растворы  используется для непосредственного питания водорослевых реакторов или гидропонной подкормки растений в фитотронах. Кругооборот газов, воды и минералов замкнут и рассчитан для каждого сектора.  Оборудование моделируется   в виде масштабируемых модулей с типовыми коннекторами подвода и удаления газов, растворов и электричества.
К сожалению, рассчитывать на полноценный объём биосферы в первые годы после катастрофы не приходиться и мы  разрабатываем несколько альтернативных технологий получения белка без света - выращивание грибов на торфяных и древесных брикетах, производство растительного мяса из соевого легоглобина, грибного порошка и бобовых белков, скармливание несъедобных частей растений мучным червям – личинкам мучного хрущака Tenebrio molitor и дальнейшей переработкой их на белок.  Ферментное выщелачивание опилок или других древесных отходов с получением пищевого крахмала - из ста килограммов целлюлозы возможно получать до десяти килограммов пищевого крахмала который обеспечит человека углеводами на тридцать дней, а отходом производства будет  обычная глюкоза.
  По мере исчерпания запасов органики начнём развивать промышленный синтез аминокислот для подкормки животных и рыб.  Науке давно известны бактерии и дрожжи, биомасса которых увеличивается в пятьсот раз быстрей, чем у самых урожайных сельскохозяйственных культур, а для их питания годятся самые дешевые источники азота и углерода, в том числе метан или нефть.  В приоритете два направления — синтез белков в ферментерах из метана бактериями Methylococcus capsulatus и синтез искусственных жиров по цепочке угарный газ – пропилен -глицерин. По лицензии очень приобрести  технологии синтеза про и пребиотиков, аминокислот и витаминов. 
Чтобы ускорить окупаемость проекта в течении двух лет на тёплом ярусе Ковчега планируется организовать выращивание вешенки на торфяных блоках и зоотроны для животных. Зелёный корм из пророщенной пшеницы обойдется в три раза дешевле комбикорма, суспензия из хлореллы в десять. Витаминов там хватает, а значит гормонов роста и антибиотиков не потребуется, курицам даже свет не нужен. Мы уже проводили один эксперимент.
Бройлеры, в полнотой темноте, набирают всего на двадцать процентов меньше товарного веса. Курицы. гуси, кролики, улитки, нутрия и даже японская исполинская саламандра — для каждого вида разработан детальный замкнутый цикл зоотрона, не требующий света и рассчитанный на дешевые корма. Окупаемость проектов восемь месяцев. 
Зоотроны с крупными животными оснастят автоматическими системами удаления навоза, кормежки, доения и мойки животных.  Беговые дорожки, бассейн, налобные фонари с подсветкой для глаз ( в перспективе очки VR ) и моховые вертикальные стенки минимизируют вредные последствия содержания животных в замкнутом пространстве. 
Не менее важное  направление- коммерческое выращивание гидробионтов, достигающих товарного веса за четыре - пять месяцев в замкнутых, неосвещенных, рециркуляционных аквакультурных системах объёмом сто тысяч литров —австралийский сибас, карп, линь, клариевый сом, тиляпия, морские гребешки, миноги, креветки и морские черви — гэбул.  Мы доработала технологию Биофлок.
— Ирина вы поясняйте термины, а тут многие не в курсе.
— Хорошо. «Флоки», это затравка небольшого размера, сгусток из водорослей и бактерий определенных видов. Можно сказать что это  частицы активного ила  включающие сообщества из бактерий, простейших, грибов, водорослей и многочисленных микроскопических животных - дафнии, коловратки, копеподы, нематоды, циклопы и прочие. Затравку как правило выливают в   ёмкость для выращивания рыбы и она там самостоятельно развивается.
— Что-то похожее на бактериальные затравки для морских аквариумов. 
— Так это они и есть. У нас наработано две сотни видов  флоков для морских и пресноводных животных. Флоки позволяют выращивать рыб на ограниченной площади и поддерживают высокое качество воды. Благодаря флокам  мы исключили сложные системы фильтров оставив только  UF фильтр и фильтр из кварцевого песка. Смесь детрита ( совокупность мелких неразложенных частиц растительных и животных организмов или их выделений, взвешенных в воде или осевших на дно водоёма) с аммоно, - нитро и денитрифицирующими бактериями, водорослями и простейшими образуют биологический фильтр и одновременно нижнюю  ступень пищевой цепочки рыб — пояснила Ирина .
— При интенсивной аэрации продукты жизнедеятельности рыб усваиваются бактериями, которые в свою очередь образуют колонии   перерабатывающие   органические соединения углерода, азота и фосфора из сложных продуктов жизнедеятельности рыбы в простые соединения и протеин. Бактерии, в свою очередь, потребляют планктоны (реснички, копеподы, коловратки, нематоды). А рыбы или зоопланктон в свою  потребляют планктоны  активно или пассивно. Таким образом, мы получаем рециркуляцию питательных веществ, уменьшение энергии на циркуляцию воды и обогащение воды кислородом. Можем наладить производство муки из флоков с уникальным составом, включить биофлокового материала в рационы питания животных,  исключение патогенных микроорганизмов,  снабжать рыбу кислородом из “зелёной” воды что значительно  повышает их продуктивности.
  Замкнутый цикл регенерации отходов и большой объём воды на особь рабы, а также дешевые корма с растительными белками позволят снизить её цену до двадцати рублей за килограмм. Пищевой цикл производства кормов для рыб мы дополним биомассой дрожжей синтезируемых в ферменторе  из метана, биомассой хлореллы и зоопланктона выращиваемых в  реакторах. 
Альтернативой промышленному выращиванию рыбы в больших водоёмах тоннелях является аквакультура. При выращивании рыб в контейнерах с высокой плотностью в воде в значительных количествах накапливаются продукты обмена рыб. Окисление продуктов обмена рыб и остатков кормов приводит к накоплению в воде значительного количества нитратов и фосфатов. Их концентрация зависит от плотности посадки рыб, норм кормления и возможности удаления отходов при помощи различных отстойников и фильтров.
  Продукты азотного обмена могут быть использованы при выращивании овощных и иных культур в качестве питательных веществ. Мы разработали замкнутые система совместного выращивания рыб и растений в типовых контейнерах-акватронах с помощью флоков. Химикатов, в том числе и пестицидов,  как и в случае с большими бассейнами не требуется. Фильтры позволяют отделять твердые и крупные частицы от воды, после чего вода  сразу возвращается в систему.  Твердые частицы оседают в био-башне где постепенно разлагаются и распадаются благодаря процессам брожения.  Система циркуляции органических соединений перерабатывает отходы и остатки корм для рыб и позволяет  снимать по два-три урожая в год. При этом урожаи   будут как минимум выше на 50 процентов чем комплексах с классической гидропоникой.
   Отдельное пищевое направление — насекомые, а именно выращивание сверчков и личинок жука-дровосека, пчёл на белок. Разработка искусственных кормов для них уже ведётся, в частности, для личинок пчел разработано искусственное маточное молоко и питательные растворы глюкозы с аминокислотами и витаминами. Белковый порошок из насекомых в два раза дешевле курятины, так как они вырастают до товарного размера всего за шесть недель. Светодиоды, по мере их производства следует использовать для сезонного выращивания высокодоходных культур — экзотические цветы, малина, голубика, клубника, томаты, перец, редис, салаты и зелень, смородина, киви. Привитые карликовые плодовые деревья — яблони, сливы, груши, абрикосы, инжир, черимойя, манго и хурма. Ирина отпила из стакана и сменила слайд.
- Несколько слов про заготовку припасов.   Выращенные под солнцем зелёные корма обходятся значительно дешевле светодиодных и чем больше мы из запасем сейчас, тем лучше. Для понижения себестоимости зелёных кормов мы рекомендовали ЦИК  организовать плантации для выращивания бамбука и саговых пальм на зелёную массу в бедных странах Африки и Юго-Восточной Азии. Уровень солнечной активности там высок, а цена рабочей силы низкая. Зеленую массу можно доставлять контейнеровозами в виде замороженных блоков. Собственные плантации в средней полосе лучше заказывать у собственников и фермеров с предоставлением им техники в лизинг.
Зелёные корма будут ферментироваться (закваски и высокотемпературная ферментация) и замораживаться методом шоковой заморозки. Блоки складируются в термоизолированные подземные крио-хранилища сечением восемь на восемь метров, объёмом двадцать тысяч кубометров, пробитых в толщах гипса холодного яруса. От стен, блоки силоса изолируют плитами пеногипса с вакуум-порошковой изоляцией – внутри каждой плиты фольгированный пакет с засыпкой из вспученного перлита тонкого помола и чешуек алюминия. Очень эффективно и недорого, основная часть тепла передаётся излучением, и порошок является великолепным экраном переотражающим его. Срок хранения замороженного силоса, веток и других побегов в крио-хранилищах составит не меньше семи лет, а при организации теплообмена с криогенными температурами на поверхности неограниченно долго. Работает закон массы -   чем больше объём  замороженной продукции, тем дольше она будет храниться.  Для хранения замороженного зерна, риса, круп и консервов разрабатываются индивидуальные температурные режимы. 
Остальная органика: сахара, спирт, торф, сапропель, черноземы, опилки не требуют специальных условий хранения. Консервы и замороженное мясо-рыба разделены по срокам годности — год, три и пять лет. На длительные сроки продукты будут закладываться в криогенные цистерны с жидком азотом, а перед этим подвергаться сушке в дегидраторе. Мы провели анализ себестоимости сублимационной сушки (замораживание и возгонка в вакууме) и криогенной заморозки. Расход энергии на килограмм продукта в случае сублимированния три киловатт-часа, а процесс длиться двадцать часов. Оборудование для такого вида сушки дорого, стоит от ста тысяч долларов, а сроки окупаемости составляют пять-семь лет. Масла, жиры не подвергаются сублимации, а сублимированные продукты требуют дорогую упаковку и хранятся не более пяти-двадцати лет.
  Криогенная заморозка лишена данных недостатков. Большой расход на испарение азота компенсируется увеличение размеров криобаков.  Внутренний криогенный резервуар имеет ширину двенадцать метров, высоту три и сто метров в длину, а полезный объём три тысячи пятьсот кубометров. Скорость испарения азота в резервуаре составляет пять грамм в час на литр жидкого азота, что в десять раз меньше, чем аналогичные параметры для криогенных железнодорожных систем. Баки сварены из нержавеющей стали, имеют комбинированную порошковую и экранно-вакуумную изоляцию и содержат, извлекаемые через люк, двадцити футовые контейнер-платформы, заполненные пластиковыми упаковками с продуктами. Криогенная заморозка рекомендуется для рыбы, мяса, жиров, молочного порошка, какао-бобов, фруктов и других животных и растительных продуктов, получение которых в крупных объёмах в первые годы будет невозможным.
Я немного увлекалась, — сказала она, оглядывая зал. — Закругляюсь!  Андрей Владимирович, нам необходимы дополнительные исследования по минерализации отходов и по противодействию деградации микробиологических свойств почв. Минимальный объём инвестиций по проект БИОС 4 - 1 млрд 800 млн. долларов. Количество исследователей — 2300 человек. 
— Благодарю за доклад, Ирина. Деньги, деньги, деньги! Нужны везде и много. Кто бы нам станок печатный подарил?!  Н-да. Я ненадолго задумался и продолжил.
- Для функционирования систем жизнеобеспечения «Ковчега» нам потребуется ещё один контур — система теплообмена. В организме любого живого существа непрерывно выделяется тепло, которое должно отводится в окружающую среду, иначе организм перегреется и погибнет. Светодиоды, топливные элементы, живые организмы и промышленные установки выделают тераватты энергии, с утилизацией которой массив кварцита не справится.  Если не предусмотреть дополнительных мер, то температура в тоннелях быстро выйдет за оптимальный температурный коридор.  Теплообмен на планете обеспечивает смена дня и ночи, ветра, перенос тепла между массами воды и грунта — сотни факторов.  Подобный массив породы очень похож на вакуум, малая теплоёмкость создает большие проблемы, решать которые будут три изолированные друг от друга контура теплообмена с промежуточными теплоносителями. Каждый контур разделён на сегменты в зависимости от задач. Контур тёплого яруса включает воздушные и водяные каналы для теплоносителей и служит для перераспределения тепла между фитотронами, зоотронами, бассейнами проекта «Биосфера» и промзонами в пределах восемнадцати - двадцати семи градусов.  В контуре установлена гигрорегулируемая система пассивной вентиляции, вихревые кондиционеры, цеолитовые и водяные аккумуляторы тепла или холода, создающие области естественной циркуляции.
Второй контур полностью водяной и отвечает за обмен теплом между тёплым и холодным ярусом. Холодную воду прокачивают через радиаторы воздух-вода, вода-вода, пассивные аккумуляторы или трубы в стенах.  Далее по трубам теплая вода перекачивается на промежуточный уровень, примерно семьсот метров, а оттуда ещё выше, на холодный ярус «Ковчега», где проходит через чугунные радиаторы в гипсовой толще и остывает.  Внедрение тепловых насосов и малых турбин, вырабатывающих энергию при сливе, экономит до семидесяти процентов энергии на циркуляцию. Семьсот метров — семьдесят атмосфер. Очень высокое давление, означает высокую скорость теплообмена и кратное сокращение насосов.
Теплоносителем третьего контура является газ пропан, циркулирующий под давлением в сто атмосфер, который будет переносить низкие температуры к складам, в жилые и производственные зоны.  При нормальном давлении теплоёмкость пропана в пять раз превосходит воздух, а в сжатом виде он в восемь раз уступает воде, сохраняя все достоинства газа. Радиаторы из криогенного чугуна будут уложены на глубине одного метра от поверхности, а трубы верхней части контура будут изготовлены из криогенной стали.  Система полноценно заработает в режиме обратного теплового насоса при падении температуры до минус сорока двух градусов, тогда газ будет конденсироваться, сжижаться и в таком состоянии стекать по трубам в теплообменники нижних ярусов. Для охлаждения криогенных цистерн с продуктами будет построен ещё один контур с азотным теплоносителем. 
Над расчётами контуров обмена сейчас работает команда теплотехников. Пока ясно одно — клапаны, насосы, кварцевые лампы для обеззараживания, температурные демпферы, датчики газов, температур и давления, вентиляторы, рекуператоры, фильтры, радиаторы, тысячи и тысячи километров труб — всё это очень дорогое удовольствие. Система теплообмена обойдётся нам дороже чем транспорт и проходка тоннелей вместе взятые!  Приглашаю доктора химических и физико-математических наук Перова Сергея Сергеевича, который доступно объяснит, зачем требуется столь основательная система теплообмена. Сергей Сергеевич, прошу вас.
— Здравствуйте, коллеги! Признаться, не очень вериться в катастрофу, но я привык доверять профессионалу и не буду лезть в тему, где понимаю не более, чем свинья в апельсинах.  Я начальник отдела роста института кристаллографии имени Шубникова и светодиоды дело всей моей жизни. 
Фотосинтез — ключевой процесс, который происходит в каждом растении и обеспечивает весь цикл оборота питательных веществ. Спектр, воспринимаемый растениями, наглядно показан на рисунке, — Сергей Сергеевич указал на экран. — Энергетическая эффективность света в листе определяется кривой McCree 1972. Хлорофилл поглощает максимум солнечного света в синей и красной части спектра. В свою очередь, зелёная составляющая практически полностью отражается растениями, что и неудивительно. Ведь цвет любого предмета, воспринимаемого человеческим глазом, не что иное, как отражённая часть солнечного света.  Растения отличаются составом хлорофилла, а значит, максимум поглощения в красной зоне спектра тоже может быть разным. Одним видам растений достаточно облучения в 660 нм, а другие прекрасно растут под воздействием лучей инфракрасного диапазона. Изобретение фитосветодиодов, работающих в фитоактивном спектре частот, значительно увеличило эффективность фотосинтеза.  В нашей лаборатории разработан белый фитосветодиод, обеспечивающий оптимальное освещение для наилучшего роста растений со световым потоком триста люменов на ватт, что в тридцать раз эффективней лампы накаливания.  Лампы потребляют в шесть раз меньше электричества, чем натриевые, а срок службы некоторых лабораторных образцов достигает ста двадцати тысяч часов — тринадцать с половиной лет непрерывной работы! Светодиоды практически не излучают тепла, что позволяет размещать их в непосредственной близости от листьев, всхожесть семян увеличивается на двадцать процентов, рассада на девяносто процентов быстрее набирает биомассу, на такую же величину замедляется скорость роста растений в высоту, но в то же время увеличивается их масса, прирост корневой системы семьдесят процентов, количество хлорофилла  возрастает вдвое, а цветение начинается раньше на неделю.  Помимо спектра, на урожайность влияет тепловой режим и продолжительность светового дня.
При безоблачной погоде поток солнечной энергии, достигающий земной поверхности в полдень, находится в интервале от 700 до 1300 Вт/м2 в зависимости от широты, долготы, высоты над уровнем моря и от времени года.  Чем южней находится растение, тем больше света ему требуется.  Большинство культур хватает тринадцатичасового светового дня, но у некоторых эта потребность может быть больше, поэтому в теплицах для каждого вида индивидуально подбирается количество и тип ламп, определяется их высота над растениями.
Люкс — количество люменов на метр квадратный, общепринятая единица освещения. К примеру, обычная освещённость летом в средних широтах в полдень семнадцать тысяч люменов, в море на глубине пятидесяти метров двадцать, а в безлунную ночь всего две тысячных.  Растениям для развития требуется световой поток от тысячи до двенадцати тысяч люменов.  Соответственно, чем больше люменов на ватт, тем меньше мы тратим энергии на освещение. Чем выше уровень освящения, тем активней рост растений. Уровень мощности для питания диодов в современных теплицах составляет от двадцати до ста Вт/м2. Однако нам не нужна досветка, нам потребуется полностью искусственное освещение, а тут начинаются совсем нехорошие цифры в триста и четыреста Вт/м2. Если взять наши лучшие светодиоды и среднюю температуру в плане облучения светом разных растений, то на квадратный метр потребуется 220 ватт.  Девушка рассказала про полезный объём фитотрона, но не про площадь освещения. 
— Из расчёта на человека четыреста квадратных метров, для полного обеспечения растительной пищей, семьсот двадцать смешанный и тысяча двести максимальный, — тут же ответила Ирина.
— Замечательно! Давайте возьмём второй вариант. Мощность всех светодиодов сто сорок четыре киловатта, ну хорошо, с учётом того, что не все лампы работают круглые сутки, сто двадцать.  Два миллиона человек — двести сорок миллионов киловатт только на освещение, что больше, чем установленная мощность всех электростанций России, — шум в зале. — Кхм. Основная технология — это выращивание светодиодов с квантовыми точками, с комбинацией металлорганических и органических материалов на кремниевой подложке, — Сергей Сергеевич достал из портфеля и выложил на стол внушительных размеров папку. — Всё это планы НИОКР и развития необходимых производств для того, чтобы не вылететь в трубу с такими объёмами, — пояснил профессор. —  Необходимо организовать сквозной цикл производства начиная от кремния.  Печи бесхлорного получения солнечного кремния, карботермией в потоке синтез газа, установки получения тетрафторида, кремния роста кристаллов диаметром пятьсот миллиметров, газовой эпитаксии, производство радиаторов и люминоформ, определяющих светоотдачу и скорость старения излучателя, драйверы для питания светодиодов конце концов. Ты многое упустил, Андрей! — он повернулся ко мне. — Потребуются ведь не только промышленные и фитодиоды для растений, крайне желательно освоить технологии производства гибких экранов OLED и больших экранов, набираемых из диодов с квантовыми точками технологии QNED и Mini-LED. Сенсорная депривация, страшная вещь! Представляете  что с  будет людьми будет через год, через два, три после пребывания в замкнутом пространстве? Ведь даже в тюрьме есть прогулки, а тут ничего не будет.  Депрессии, провал иммунитета, самоубийства.    Виртуальная реальность на больших мониторах и шлемы VR в качестве медицинского инструмента позволит генерировать виртуальное  естественное окружение — бескрайние пространства полей, моря, океаны, швейцарские Альпы, да всё, что угодно! 
Есть ещё отечественные разработки которые желательно организовать в Ковчеге. Уникальная катодолюминесцентная лампа разработанная МФТУ, работающая по принципу телевизора, не теряет яркость и не боится перегрева, а цена в два раза дешевле светодиодов.  Далее, в Томском университете разработаны технологии третьего поколения OLED на основе бис-карбазолилфталонитрила, позволяющие организовать печать всех функциональных слоёв в одном технологическом процессе. По деньгам  это на порядок дешевле и технологичней традиционной «трехслойной» технологии. OLED для шнуров и широких лент много где  заменит  светодиоды.
Остро необходима система искусственного солнца типа итальянской  CoeLux, которая выглядит как окно с небом и солнцем за стеклом. Знаете, эта несложная конструкция создает просто потрясающий эффект.  Солнечное окно можно смонтировать на потолке в спальне, чтобы каждое утро, просыпаясь, взбадривать себя лучами солнца. Или в ванной комнате, чтобы принимать ванну с ощущением, будто вы находитесь где-нибудь на пляже в Испании. Знаете, когда я в первый раз её увидел, то был абсолютно уверен в том, что перед мной настоящее окно, из которого на стол попадают солнечные лучи.
— Знаю я эту систему, — выкрикнул со своего места Тимур. — Стоит у меня в офисе. Профессор, а вас не смущает, что цена этого окна за десять тысяч бакинских?
— Да бросьте! Если будет финансирование, то мы её раз в пятьдесят опустим. Поручу работу паре толковых аспирантов. Заменим подвижную оптическую систему, которая создает ощущение расстояния между «небом» и «солнцем», поработаем с материалами, воссоздающими рассеивание света и имитирующими небосвод. Сделаем ещё лучше, добавим Луну и свет звёзд.
— Свет Луны крайне необходим многим животным и растениям во время развития. — добавил басом мужчина с бородой.
— Вот-вот. Андрей, если серьезно походить к вопросу, необходимо организовать производство ксеноновых ламп для освещения больших залов, а также, люминофорной керамики и био-люминисцентного источника света, например, мох, в геном которого встроен механизм синтеза люциферазы от Arachnocampa Luminosa — грибного комарика, обитающего в Новой Зеландии. Такой мох, выращенный на гидропонной сетке, не требует электричества, это снизит потребность в дорогих светодиодах.
— Сергей Сергеевич, вы тут столько всего предложили, голова кругом идёт. Так что у нас по деньгам?
— Бюджетный вариант — пять миллиардов двести миллионов, полноценный — двенадцать миллиардов шестьсот миллионов и две тысячи исследователей!
— Ну что же, благодарю вас! Дмитрий, поднимайтесь на трибуну, ваша очередь, — я подал знак полноватому мужчине в очках.
— Бронин Дмитрий. Кандидат наук. Институт высокотемпературной химии, лаборатория твердооксидных топливных элементов, — представился он. — Проект «Ковчег» энергетически чрезвычайно затратен. По самым скромным оценкам на каждого человека необходимо сто семьдесят КВт установленных мощностей. Выработка за год составит запредельные 1 490 Мвт*часов, что в двести двадцать пять раз выше годового потребления электроэнергии на человека в России. Цена каждого киловатт-часа генерируемых мощностей ключевой параметр, и по этому параметру наши метановые, твердооксидные, топливные элементы вне конкуренции. При условии организации полного цикла производства, цена киловатта составит всего сорок долларов, против тысячи у считающейся очень «дешевой» газовой турбины. Срок службы электролита и катодов составил двадцать шесть тысяч пятьсот часов. В отличие от традиционных технологий, топливный элемент преобразует химическую энергию водорода в электрическую в процессе электрохимической реакции, напрямую.  КПД топливных элементов нашей разработки составляет восемьдесят пять процентов, из которых на электричество приходиться шестьдесят два процента, а на тепло двадцать три.  Отсутствие термодинамического ограничения коэффициента использования энергии делает их более эффективным, чем двигатели внутреннего сгорания и снимает ограничения цикла Карно.
  Твердотельные оксидные топливные элементы, употребляемые в проекте, отличаются простотой конструкцией и позволяют использовать «грязное», неочищенное топливо, такое как природный газ, метан, пропан, биогаз или синтез-газ.  Анод, катод и электролит изготовлены из смесей оксида циркония, оксида иттрия и бария, оксида церия-гадолиния.  Все элементы выполняются в виде плоских плат, изготавливаемые методом отливки, что позволяет автоматизировать производство. При подаче к аноду метана происходит его прямое окисление кислородом.  На катоде образуются ионы кислорода, которые мигрируют через пористую кристаллическую решетку на анод, где взаимодействуют с ионами водорода, образуя воду и углекислый газ, попутно высвобождая свободные электроны. В батарее топливных ячеек вырабатывается неустойчивый постоянный ток, который отличается низким напряжением и большой силой. Для преобразования его в переменный ток, используется полупроводниковый преобразователь напряжения. Кроме этого, в состав блока входят ионисторы медь-графит, управляющие устройства и схемы защитной блокировки, позволяющие отключать топливный элемент в случае различных сбоев. Мощность типовых элементов от одного кВт до двух МВт.  Из кубометра природного газа можно извлечь 6 кВт*часов электрической энергии и две с половиной тепловой. В нашей лаборатории есть и твёрдоокисные элементы с прямым окислением сероводорода и получение серной кислоты. 
— Минуту, это что же получается, что у вашего топливного элемента цена Киловатт*часа девяносто копеек? — оживился Тимур.
— С покупным газом где-то так.
— Если доведёте до ума, такие элементы будут улетать, как горячие пирожки.
— С таким-то финансированием, обязательно доведем! Не сомневайтесь.
— Благодарю за доклад, Дмитрий, — я вновь вышел к трибуне. — Добавлю пару слов по теме энергетики. Топливный элемент потребляет кислород, что не есть хорошо. Параллельно мы будем развивать петротермальную энергетику, использующую теплоту горных пород. Антон Игоревич предложил тепловой цикл с силиконовой жидкостью в качестве теплоносителя. При закачке жидкости насосами в глубинные скважины по системе труб, она нагревается там до двухсот сорока градусов, а затем на верхнем уровне попадает в теплообменники, где отдаёт тепло воде. Пар поступает в компактную турбину типа ПТГ 800.  Лицензию на производство мы уже купили, а саму турбину может производить наш сосед — Калужский турбинный завод. С областью нам здорово повезло — заводы и технопарки кругом, на них до половины требуемых нам деталей возможно производить.  В дальней перспективе будем работать не с турбинами, а с термоэлементами Зеебека. Подобные элементы за счёт разницы температур создают электрический потенциал, и чем она, разница, больше, тем больше вырабатываемый ток, а тепла и холода у нас в избытке. В прошлом году американские исследователи открыли новое формирование из соединений тантала, сурьмы и железа, которое вырабатывает двенадцать ватт электричества на сто ватт тепла. Очень неплохой результат, и главное, есть куда расти. Ещё один перспективный материал — сульфид самария. Он у нас станет основой для целого ряда датчиков — давления, температур, газов. Есть у него одно уникальное свойство: при нагреве до двухсот пятидесяти градусов концентрация носителей заряда скачкообразно увеличивается, и происходит перенос заряда из области образца с большей концентрацией дефектных ионов в зону с меньшей концентрацией.
— Так ему что, охлаждение не требуется? — спросили из зала.
— В точку! Термовольтаический эффект. КПД элемента в районе двенадцати процентов, но автор клятвенно обещает поднять до двадцати двух. К сожалению, цена киловатта заоблачная. Правда есть перспективы с гораздо более дешёвыми элементами на основе железа и оксида цинка, легированными медью, но них КПД ощутимо ниже.
— У меня вопрос по энергетике, — поднялся Тимур.
— Слушаю.
— На одного человек для выработки энергии требуется двести пятьдесят тысяч кубометров газа в год, на все население «Ковчега» пятьсот миллиардов. Ничего, что это больше, чем вся добыча Газпрома? Или я чего-то не понимаю?
— С газом вопрос решаемый. Его обсудим на закрытой части совещания, а сейчас позвольте продолжить.  Масштабные инвестиции и исследования невозможны без создания организации, отвечающей за проектирование, исследования и  аудит.  Соответствующая структура была создана мною четыре месяца назад и сразу взяла быка за рога. Работа с силовыми компонентами «Крота», анализ и составления плана развития всех подпроектов «Ковчега», многочисленные расчёты — всё это только цветочки.  Уверен Центр Исследований и Конструирования заменит не только штаб, строительства, госплан и бухгалтерию. Его перспективы гораздо больше. Павел Александрович Каменский! Прошу любить и жаловать, моя правая рука.  Павел, расскажите в двух словах о вашем детище.

Отредактировано Яр (30-01-2021 17:00:10)