Швейцария и ее упущенные шансы в области геомеханики

Оползни и наводнения могут иметь фатальные последствия. Технологии, разработанные в Лозаннском Политехе (EPFL), помогут качественно решить вопрос стабилизации почвы. Keystone

Геомеханика изучает механическое состояние земной коры, особенности ее напряженно-деформационного состояния и процессы, идущие в ней под воздействием естественных физических причин. Недавно швейцарский ученый написал прорывную работу в этой области, удостоившись со своей монографией престижной международной премии. Однако поговорка «нет пророка в своем отечестве» вполне верна и в Швейцарии.

Этот контент был опубликован 27 марта 2018 года - 11:00
Марк-Андре Мизере ( Марк-Андре Мизере)

Льесс Лалуи (Lyesse Laloui), директор «Лаборатории механики грунтов» («LMS») при «Высшей федеральной технической школе Лозанны» («Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne») занимается лабораторными исследованиями грунтов для целей проектно-изыскательских и строительных организаций. Несмотря на все свои заслуги, он остается скромным и не теряет связи с реальностью. «Что в этой книге такого выдающегося? Спросите об этом членов жюри „Премии имени Роберта Роберваля“ („Prix Roberval“)».


А между тем эта премия действительно может стать значительной вехой в его научной карьере, пусть и получил он ее не один, а вместе со своими коллегами Лораном Вуйе (Laurent Vuillet) и Цзянь Чжао (Jian Zhao). В январе 2018 года трое ученых были отмечены ею за свои заслуги в области популяризации и продвижения на французском языке самых передовых достижений современных науки и техники. Уточним также, что ученые, которые стали предыдущими лауреатами этой награды, позже вошли в число обладателей Нобелевской премии — и это говорит о многом.

Книга, принесшая им признание научного сообщества, носит сдержанное название «Механика грунтов и горных пород» («Mécanique des sols et des roches»). «Особенность ее заключается в том, что она объединяет разделы науки, ранее всегда рассматривавшиеся раздельно: в одном речь идет о механике грунта, о его свойствах и о процессах, происходящих в нем, во втором мы имеем дело с механикой горных пород и с моделированием их разрушений.

Но самое главное, она проливает свет на темы, которые до сих пор считались исключительно прерогативой узкоспециализированных монографий и не рассматривались в качестве вопросов, носящих практический характер и актуальных, скажем, для учащихся профильных вузов, или для инженеров-строителей. То есть в этой монографии речь идет о вопросах, тесно связанных с перспективами развития энергетики, с рисками, обусловленными непредсказуемостью природных процессов, с проблемами охраны окружающей среды», — резюмирует профессор Л. Лалуи.

Тепло из фундамента

Как получить энергию для отопления квартир, не сжигая привычной солярки? Некоторые разработки в этом направлении уже сделаны, например, можно посмотреть на то, чего смогла добиться так называемая геотермия. Проблема только заключается в том, что она предполагает слишком глубокое бурение, в результате чего затрагиваются слои земной коры глубокого залегания, что ведет к повышению риска землетрясений. А если посмотреть на ситуацию с другой стороны?

Любой дом стоит на фундаменте, который, как правило, уходит относительно глубоко в грунт, так что слои с повышенным температурным режимом оказываются сравнительно недалеко. Поэтому вполне можно было бы попытаться получать даровую энергию из-под земли посредством фундаментных конструкций, заглубленных на достаточное расстояние от поверхности земли и имеющих у себя внутри специально проложенные трубы, наполненные теплоносителем (хладагентом) на основе, например, этиленгликоля.


Закольцевав эти трубы в единую систему и замкнув ее на достаточно мощный тепловой насос (своего рода холодильник, работающий в обе стороны и производящий не только холод, но и тепло) можно получить экологически чистую систему, обеспечивающую обогрев зимой и охлаждение летом. Но при этом надо знать, как будут вести себя грунты и скальные породы в ситуации периодического сначала отбора у них тепловой энергии, а затем возврата этой энергии обратно? В Швейцарии лозаннская «LMS» является одним из пионеров как в разработке такого рода технологии, так и в решении технических задач на прогнозирование развития напряженно-деформационного состояния грунтов.

Кое-где эта технология уже находит свое применение, например, ее использовали в ходе строительства нового терминала в международном аэропорту Цюриха. Однако о широком ее внедрении в стране пока говорить не приходится. Чем это можно объяснить? Инерцией политических кругов, экономическими сложностями или просто силой привычки? «Свою роль тут играют все три фактора, каждый понемногу. А ведь иногда политический импульс «сверху» может оказаться для внедрения инновационных технологий очень даже кстати», — говорит Льесс Лалуи и приводит в качестве примера Лондон. Его власти за последние несколько лет реализовали проект, в рамках которого в почвы были заглублены 5 тыс. таких «геоэнергетических комплексов», что представляет собой очевидный мировой рекорд.

В данном случае мэру Лондона пресловутым «административным ресурсом» удалось воспользоваться в очевидное общественное благо, распорядившись каждый раз перед реализацией крупного девелоперского проекта, еще на стадии подготовки проектно-сметной документации, просчитывать и степень целесообразности установки такого рода «геотермальных систем отопления». В большинстве случаев их установка оказывалась вполне рентабельной, что и способствовало широкому распространению этой технологии.

Прогресс неизбежен

Оказавшись обладателями уникального и зрелого технического ноухау в этой области, англичане привлекли к себе внимание компании «Google», которая как раз сооружала тогда свой новый кампус в Калифорнии. В итоге сегодня это здание оснащено сразу 2 500 «геоэнергетическими комплексами». Швейцария тоже поначалу активно развивала геотермию, однако она пошла немного иным путем, который привел ее в тупик: после двух землетрясений, в Базеле и Санкт-Галлене, вызванных, как посчитали эксперты, экспериментами в области сверхглубокой геотермии, в стране было принято политическое решение прекратить опасные опыты.

Внешний контент


Льессу Лелуи не остается ничего иного, кроме как сожалеть о таком повороте событий. Сегодня его лаборатория принимает участие в строительстве в Париже 13-ти станций метро, предусмотренных планом модернизации сети общественного транспорта, приуроченным к Олимпийским играм 2024 года. Во Франции геоэнергетические наработки швейцарцев идут на ура, а вот самой в Лозанне, где сейчас идет подготовка к строительству третьей линии автоматического метро, ни о чем подобном даже не заговаривают. Почему?

«Виноваты отсутствие политической воли, а также тот факт, что швейцарские архитекторы порой могут быть очень большими традиционалистами. Нам приходится буквально на пальцах растолковывать то, как работает эта технология, и убеждать их хотя бы попробовать использовать ее, вместо той, к которой они привыкли. Свою роль играет и финансовый аспект: интеграция геоэнергетических структур делает монтаж всего «нулевого цикла» более дорогим, хотя в среднесрочной перспективе такого рода инвестиции способны окупить себя несколько раз, ведь они будут обеспечивать зданию поступление практически бесплатной энергии на протяжении как минимум 50-ти следующих лет.


Но прогресс неизбежен. В этом Льесс Лалуи убежден абсолютно. Зародившись в Калифорнии, мода на такие «гео-установки» сначала завоевала Соединенные Штаты, а недавно она добралась до Европы. В странах Евросоюза уже решено в период до 2020 года перейти на строительство новых объектов жилой и коммерческой недвижимости только с нулевым или минимальным потреблением энергии. Швейцарии, в конце концов, тоже придется последовать этим же путем, только уже в принудительном порядке.

Бедное швейцарское государство

Технология закачивания углекислого газа под землю — это еще одна сфера, в которой «LMS» обладает безусловным лидерством. Однако и тут ситуация складывается похожим образом: инертность политики и сила привычки инвесторов пока не дали этой технологии шансов на глобальный успех. 

«С количественной точки зрения этот метод, безусловно, является наилучшим способом извлечения углекислого газа из атмосферы и его утилизации с целью противодействия опасным климатическим изменениям», — говорит Лесси Лалуи. В Японии, Канаде и США эту технологию уже развивают очень серьезно, хотя самыми продвинутыми здесь пока являются норвежцы. 

«Производители СО2 по закону обязаны оплачивать процедуру забора газа, в то время как государство берет на себя расходы по его транспортировке и хранению. Видите, рука государства не всегда принимает неверные решения, рынок отнюдь не всегда все способен решить и предусмотреть». Но как раз в Швейцарии государство отличается ограниченностью как ресурсной, так и властной. «Когда мы начали работать над этой технологией четыре или пять лет назад, мы собирались построить опытную площадку, подобную той, что немцы создали под Берлином», — говорит директор «LMS». 

«Чтобы убедить население в его пользе, нам важно было наглядно показать и доказать, что проект способен эффективно действовать. Швейцарское Федеральное ведомство энергетики (Bundesamt für Energie) выделило даже нам деньги на НИОКР, а вот Ведомство по вопросам охраны окружающей среды (Bundesamt für Umwelt) придерживалось довольно сдержанных позиций. Мы уже не говорим о том, что недра в Швейцарии входят в область полномочий и предметов ведения субъектов федерации, кантонов, а потому добиться в этой области разработки какого-то единого федерального законодательного решения фактически нереально». 

В итоге группа швейцарских лабораторий, членом которой является «LMS», получила разрешение провести «углеродную секвестрацию» на базе двух уже существующих подземных объектов: в районе перевала Гримзель (Grimselpass), соединяющего Бернское нагорье с кантоном Вале, и в недрах лаборатории «Монт Терри Рок» («Mont Terri Rock Laboratory») в городе Сен-Урсан (Saint Ursanne), что в кантоне Юра. Льесс Лэлуи опять-таки глубоко сожалеет, считая, что методика эта вполне разработанная и зрелая, и что Швейцария упускает свой шанс в области, где она может стать лучшей в мире.

Внешний контент


Возникает разумеется вопрос о степени влияния такого рода инноваций на окружающую среду. По словам Лесси Лалуи проблем тут не будет ровным счетом никаких: с учетом температуры и давления, на глубине в 1 километр единица объема углекислого газа подвергается 500-кратному сжатию, превращаясь, в конечном итоге, в то, чем углекислота и была изначально, то есть в камень-известняк.

Биоцемент для почвы

Существует и еще одна сфера, где Швейцария могла бы стать глобальным новатором. Насколько данная технология окажется жизнеспособной — пока сказать нельзя. Она все еще находится на экспериментальной стадии, а конкурентов у «LMS» нет, то есть попросить поделиться опытом тут просто некого. С другой стороны, лаборатория проф. Лесси Лалуи не только разработала эту технологию, но и на всякий случай запатентовала ее. Речь идет о придании грунтам заранее заданных технологических параметров путем применения технологии так называемого «биологического кондиционирования», например, с целью повышения степени устойчивости грунтов в ситуации внешних механических воздействий как колебательно-динамического (удары), так и постоянного (давление) характера.

Решение этой задачи помогло бы на меньших площадях строить более тяжелые здания. Кроме того, данная технология могла бы стать вкладом в повышение сопротивляемости дорожных насыпей, например, в условиях наводнения или оползней. Принцип этой технологии заключается в следующем: в почву заселяется особый штамм бактерий, жизнедеятельность которых ведет к образованию в грунте устойчивых кристаллических связей, связывающих почву и повышающих ее коэффициент механической сопротивляемости.

Этот метод куда более экономичен и экологичен, по сравнению, например, с технологиями, предусматривающими инъекции в почвы цементных растворов. Для продвижения этой технологии при лаборатории «LMS» был создан инновационный стартап «Medusoil». В ноябре прошлого 2017 года со своей идеей «биологического бетона» он занял второе место на «World Link-KIC Launchpad», крупнейшем в мире конкурсе бизнес-идей в сфере разработки технологий перехода к устойчивому развитию. С точки зрения Льесса Лалуи этот метод имеет все шансы стать еще одной прорывной разработкой из Швейцарии — если та, конечно, сможет окончательно преодолеть свой консерватизм мысли.

Эта статья была автоматически перенесена со старого сайта на новый. Если вы увидели ошибки или искажения, не сочтите за труд, сообщите по адресу community-feedback@swissinfo.ch Приносим извинения за доставленные неудобства.

Поделиться этой историей