Молодые ученые Сибирского федерального университета (СФУ) разработали конструкцию подводных автономных аппаратов для беспилотной добычи и транспортировки полезных ископаемых на континентальном шельфе, в том числе и в Арктике. С новым оборудованием станет возможным добыча ценных редкоземельных минералов на шельфе.
Из-за прогрессирующего уменьшения минеральных ресурсов на материках ученые предложили развернуть полномасштабную добычу полезных ископаемых со дна континентального шельфа в Арктике. Освоение ресурсов в этих сложных условиях требует новых технологий и инструментов, достаточно безопасных, чтобы использоваться в хрупких экосистемах Арктической зоны.
Для добычи и транспортировки ценного груза со дна на поверхность акватории, по мнению ученых СФУ, можно использовать автономные комплексы – машины для захвата подводной горной массы. Человеческое присутствие во время работ не требуется – автономные комплексы действуют на больших глубинах при низких температурах и в условиях плохой видимости. Разработчики утверждают: одна из основных задач на сегодняшний день – сделать эти приборы максимально энергосберегающими, чтобы добыча редких земель со дна океана стала менее затратной.
«Идея создания автономных комплексов для добычи минерального сырья появилась у нас достаточно давно. Изначально планировалось заключить грейферный ковш в корпус с двумя отсеками – спускоподъемных и отсеком основных узлов. Грейферный ковш, в отличие от обычного, не сплошной, а разъемный. Он состоит из двух половин — челюстей с зубцами, плотно соединяемых между собой при помощи специального привода. Предполагалось спускать это устройство с борта судна там, где, по мнению геологов, залегают необходимые минералы. Датчик устройства, реагируя на соприкосновение с дном, дает команду сомкнуть челюсти ковша – порода оказывается заключенной внутри. Одновременно срабатывает газогенератор, наполняющий гибкую полость устройства газом, – он выталкивает автономный комплекс на поверхность воды, как поплавок. И этот концепт мы со временем доработали», – рассказал один из авторов изобретения, доцент кафедры открытых горных работ Института горного дела, геологии и геотехнологий СФУ Павел Катышев.
По словам ученого, сильной стороной изобретения стала его полная автономность – добывать полезные ископаемые комплекс может без какой-либо связи с судном. Единственное, что требуется после автоматического всплытия «капсулы» – подцепить ее с помощью петель и поднять на борт судна.
Однако автономные комплексы имеют ряд недостатков, затрудняющих их эксплуатацию. С технической точки зрения, применение газогенератора повышает расход металла – приспособление выходит более тяжелым и затратным, чем оно могло бы быть. Проблему можно решить, если поднимать автономный комплекс на поверхность за счет выделения газа химическими реагентами или при детонации взрывчатых веществ, но это делает комплексы-«добытчики» потенциально опасными для экологического равновесия Арктики.
«Наибольшее количество газа выделяется в результате детонации тротила. Однако если мы будем использовать это вещество, возникнет сильная ударная волна. Придется сделать добычное оборудование более тяжелым, увеличить расход металла. Грунт будет разрушаться и переизмельчаться. Это хорошо для добычи, но плохо для фауны Арктического региона. Если же производить газ в результате химической «безударной» реакции – например, получать водород из гидрида лития, это будет оптимальным решением. Автономный комплекс будет подниматься на поверхность воды быстро и легко за счет большой подъемной силы. Водород опасен на земле, поскольку легко воспламеняется в присутствии кислорода, однако в толще воды это исключено – риск для окружающей среды весьма невелик», – продолжил исследователь.
Еще один интересный способ добычи редкоземельных минералов, разрабатываемый красноярскими учеными, делает акцент не на автономность добывающего комплекса, а на оригинальный способ заморозки океанического грунта азотом. Подвергшийся глубокой заморозке массив откалывается и поднимается на поверхность воды самостоятельно, как ледяной айсберг искусственного происхождения. Используя простой закон физики, согласно которому лед менее плотный, чем вода, разработчики планируют собирать «грунтовые поплавки» на борт судна и подвергать их дальнейшей переработке после оттаивания.
В настоящее время коллективом получено пять патентов на изобретение, предстоят испытания автономного комплекса в лабораторных условиях.
Напоминаем, что в рамках Года науки и технологий июль посвящен теме «Связанность территорий и освоение пространства».