I. Мировые энергетические потребности

We use cookies. Read the Privacy and Cookie Policy

I. Мировые энергетические потребности

Рассмотрим эту проблему с двух точек зрения: с точки зрения потребления, то есть спроса на энергию, и с точки зрения производства энергии, то есть ее предложения.

Энергия может быть определена как способность производить работу. Количество энергии, которое человек имеет в своем распоряжении для удовлетворения различных нужд, некоторым образом характеризует степень цивилизации общества, к которому он принадлежит. Открытие человеком новых источников энергии происходило в жестокой борьбе с природой и изменяло мир больше, чем использование мускульной силы человека и животных на протяжении тысячелетий. Мы живем в эпоху господства «количества», и ничто не может заменить этот фактор. Необходимо отметить, что энергия может принимать самые различные формы и что следует отличать энергию, производящую материальные блага, от энергии, создающей комфорт; это две крайние точки в общей гамме различных способов использования энергии.

Энергия является, пожалуй, самым важным фактором, определяющим богатство любой страны. Для измерения любых величин нужно иметь единицу измерения.

Энергия может измеряться в самых различных единицах, начиная от калорий, которые служат для измерения тепловой энергии, и кончая электроновольтом, принятым в ядерной физике. Следует отметить, что не всегда различные формы энергии удобно измерять одними и теми же единицами, будь то килограммы условного топлива, киловатт-часы или термии. В настоящее время стремятся разработать таблицу коэффициентов, которые позволяла бы сравнивать между собой различные формы энергии.

1. Потребление энергии.

Сравнивая очень большие количества энергии, специалисты чаще всего употребляют либо единицы электричества, прочно вошедшего в наш быт (мегаватт-час, равный 103 киловатт-часов, или 106 ватт-часов), либо специальные единицы, обозначаемые буквой Q (энергия в 1Q соответствует тому количеству энергии, которое выделяется при сгорании 33 млрд. т угля). Благодаря этому мы можем делать сравнения в мировом масштабе, пользуясь привычными для нас числами.

В единицах Q можно выразить рост потребления энергии, связанной с изменением условий жизни человеческого общества.

а) Количество израсходованной во всем мире энергии с начала нашей эры до середины XIX века составляло 9–10 Q, что соответствует в среднем 1/2 Q за 100 лет. Разумеется, потребление энергии из века в век росло, причем особенно быстрый рост наблюдался в XVII и XVIII столетиях. Поэтому считается, что в середине прошлого века мировой расход энергии был порядка 1 Q за столетие.

б) За период с 1850 по 1950 год мировое потребление энергии составило примерно 5 Q.

Экономический и Социальный совет ООН довольно точно подсчитал количество энергии, израсходованной во всем мире за 1952 год. Согласно этим подсчетам, в 1952 году во всем мире было израсходовано 10,2 млрд. мгвт-ч энергии, причем это количество распределялось следующим образом: промышленность — 5,8 млрд. мгвт-ч-, бытовые нужды — 3,3 млрд. мгвт-ч, транспорт — 0,8 млрд. мгвт-ч, сельское хозяйство — 0,3 млрд. мгвт-ч.

Отсюда можно сделать вывод, что потребляемая энергия распределяется неравномерно и что потребности в энергии совершенно не соответствуют энергетическим ресурсам.

в) Оценивая перспективы в области энергетики, необходимо учитывать ряд факторов.

Первый фактор — рост населения.

В начале нашей эры на всем земном шаре жило около 300 млн. человек. К середине XVII века эта цифра удвоилась. Но особенно быстрый рост населения наблюдался в течение последних 50 лет. Так, в 1900 году общая численность населения земного шара оценивалась в 1,5 млрд. человек. В 1920 году она достигла 1,8 млрд., в 1930 году — 1,99 млрд., в 1940 году — 2,2 млрд., в 1950 году — 2,5 млрд. и, наконец, в 1954 году — 2,6 млрд. человек. Таким образом, за 34 года численность населения на земле увеличилась на 50 %!

В 1954 году четыре государства имели население свыше 100 млн. человек: США (162 млн.; по состоянию на 1 мая 1956 года — 167,65 млн.), СССР (216 млн.), Индия (377 млн.), Китай (574 млн.). Шесть государств имели население от 50 до 100 млн. человек: Великобритания и Германия (по 50 млн.)[9], Бразилия (57 млн.), Пакистан и Индонезия (по 80 млн.), Япония (88 млн.). Два государства имели население от 30 до 50 млн. человек: Франция (43 млн. в 1954 году; по состоянию на 20 мая 1956 года — 43,5 млн.) и Италия (47 млн.). Наконец, около 20 государств имели в 1954 году население от 10 до 30 млн. человек.

Из этих цифр видно, какое место в мире занимает Франция по количеству населения. Если сравнить эти цифры с данными о количестве населения в 1937 году, то видно, что население Советского Союза и Соединенных Штатов Америки выросло в одинаковых размерах, а именно на 27 %. Что касается плотности населения на квадратный километр, то она для разных стран неодинакова: в СССР она составляет примерно 10 человек, в США — около 20, а во Франции — 80 человек (точнее, по состоянию на 1 мая 1956 года — 79).

Всем известно, что потребление энергии находится в прямой зависимости от национального дохода страны. Больше всего энергии расходуют наиболее развитые в промышленном отношении и, следовательно, наиболее богатые страны. На первом месте стоят США (37 % всей потребляемой в мире энергии), затем идут СССР (15 %) и Англия.

В настоящее время прирост населения на земном шаре составляет 35 млн. человек в год. Это значит, что каждый день население земли увеличивается на 100 тыс. человек, или на 4 тыс. человек в час, то есть больше чем на одного человека в секунду!

Согласно подсчетам, к концу XX века население земного шара составит 3,5–5 млрд. человек, а к 2050 году оно достигнет 11 млрд. человек!

Второй фактор — рост индивидуальных потребностей.

Сам человек за 8 часов работы производит энергию, не превышающую 0,5 квт-ч. Согласно имеющимся данным, современный человек, то есть житель развитого в промышленном отношении государства, потребляет ежедневно в среднем 23 квт-ч, что соответствует мускульной энергии 45 человек. Принимая во внимание, что ежегодный прирост потребления энергии на одного человека составлял в период с 1860 по 1900 год 2,2 %, в период с 1900 по 1939 год — 2,5 %, а в настоящее время равен 4 %, можно полагать, что в ближайшем будущем потребление энергии возрастет в еще больших масштабах.

Третий фактор — индустриализация новых обширных районов.

В этой связи прежде всего следует подумать об азиатских странах, а именно о Китае и Индии, которые в ближайшие десятилетия будут испытывать все большие и большие потребности в энергии. Достаточно напомнить, что Северная Америка, население которой составляет 7 % населения земного шара, потребляет 40 % всей производимой в мире энергии, в то время как Азия, Африка и Латинская Америка, население которых в сумме составляет 60 % человечества, расходуют всего 20 % энергии.

Если бы все страны мира достигли такого же уровня развития промышленности, как США, им потребовалось бы в 6 раз больше энергии. Поэтому существует опасность, что развитие народов, которое мы считаем нормальным, может затормозиться.

Учитывая эти факторы, надо полагать, что к концу XX века, то есть через одно поколение, мировое потребление энергии достигнет примерно 10 Q за столетие, а к 2050 году оно поднимется до 70 Q! Если выразить это в мегаватт-часах, можно сказать, что в 2000 году потребление энергии составит 84 млрд. мгвт-ч; это втрое больше того количества энергии, которое предположительно будет израсходовано в 1975 году (27 млрд. мгвт-ч).

В переводе на условное топливо это составит: в 1955 году — 3 млрд. т, в 1975 году — 6 млрд. т и в 2000 году — 15 млрд. т.

В общем, в 2000 году мировые потребности в энергии будут в 6–8 раз выше, чем в настоящее время.

2. Энергетические ресурсы.

Мы видели, что спрос на энергию громаден. А каковы же возможности удовлетворения этой огромной потребности, каковы мировые энергетические ресурсы?

а) Горючие ископаемые

В настоящее время от 80 до 85 % всей вырабатываемой в мире энергии производится за счет сжигания так называемых горючих ископаемых: каменного угля, нефти, газа. Гидроэлектроэнергия, как и мускульная, покрывает лишь менее 21 % мировой потребности в энергии. Остальная часть общего количества энергии, то есть около 15 %, получается за счет сжигания дерева и отходов сельскохозяйственного производства. Мы видим, что доля всех других источников энергии, кроме горючих ископаемых, незначительна. Поскольку серьезного увеличения этой доли нельзя добиться даже для гидроэлектроэнергии, которая пока имеет весьма ограниченные возможности, для обеспечения постоянно растущего спроса на энергию нужно, чтобы доля горючих ископаемых продолжала повышаться.

До 1880 года основным видом топлива было дерево. Затем его сменил каменный уголь. До 1900 года каменный уголь обеспечивал 90 % всей вырабатываемой в мире энергии, однако в последующие годы его доля стала уменьшаться, а доля нефти, газа и воды — расти.

Согласно статистическим данным, мировая добыча угля в 1955 году составила примерно 1600 млн. т, превысив добычу предыдущего года на 8,3 %. За исключением Великобритании, добыча угля возросла во всех странах, обладающих крупными запасами каменного угля, и главным образом в Соединенных Штатах Америки, Советском Союзе и Китае. Количество добытого в этих странах угля соответствует половине выработанной во всем мирз энергии.

По подсчетам ученых, общие запасы горючих ископаемых, имеющих промышленное значение, не превышают 50–100 Q. Если считать эти цифры точными и верить подсчетам будущих потребностей в энергии, то можно сделать вывод, что через несколько столетий все запасы горючих ископаемых, которые, по мнению геологов, накапливались в земной коре в течение 250 млн. лет, будут полностью исчерпаны.

Приведенные выше данные говорят о том, что в ближайшем будущем — для одних стран несколько раньше, для других несколько позже — произойдет разрыв между спросом на энергию и ее производством. Поэтому крайне необходимо отыскать новые источники энергии.

Для решения этого вопроса имеется много возможностей. Можно использовать энергию морских приливов и морских течений, геотермическую энергию, энергию ветра. Действительно, ведь именно благодаря рациональному использованию ветряной мельницы Голландия добилась в XVII веке такого расцвета. Но самые большие надежды возлагаются на использование солнечной энергии. Для того чтобы наглядно показать значение этого вида энергии, напомним, что солнечные лучи, падающие на Париж, должны приносить буквально за несколько мгновений 50 млн. квт лучистой энергии. Впрочем, до земли доходит лишь незначительная часть этой энергии, источник которой находится на удалении 150 млн. км от нашей планеты.

б) Ядерное горючее

Согласно статистике, мировые запасы урана и тория соответствуют энергии порядка 1500–2000 Q. Иными словами, ядерное горючее способно в самый короткий срок заменить обычные горючие ископаемые и обеспечить удовлетворение мировых потребностей в энергии в течение многих веков — конкретно этот срок будет зависеть от роста потребления энергии, который заранее предугадать очень трудно.

Содержание урана в руде, конечно, различно в зависимости от вида руды. По самой низкой оценке среднее содержание урана в верхних слоях земной коры равно одному грамму на тонну.

Следовательно, этого металла в земной коре содержится не меньше, чем меди, свинца или цинка, в 100 раз больше, чем серебра, и в 1000 раз больше, чем золота. Урановые руды встречаются довольно часто. Общее количество ядерного горючего в земной коре (считая ее толщину равной 60 км) оценивается в 100 триллионов тонн. Наиболее значительными месторождениями урановых руд являются залежи в Бельгийском Конго, в Иоахимстале и Колорадо. Кроме того, собираются начать разработку крупных месторождений в Канаде, Южной Африке и Австралии. Мировая добыча урановой руды в настоящее время составляет примерно 10 тыс. т. Специалисты считают, что сейчас можно добывать ежегодно 1 млн. т природного урана, причем добыча 1 кг урана обойдется около 10 тыс. франков.

Из этих руд получают металлический уран. После того как получен природный металлический уран, из него очень сложными способами (например, способом газовой диффузии) извлекаются изотопы, в том числе уран 235. Чтобы лучше понять трудности, связанные с разделением изотопов урана, нужно сравнить стоимость килограмма природного урана, равную 30–40 долларам, со стоимостью килограмма урана 235, достигающей 25 тыс. долларов. Строительство завода, производящего 3,35 т обогащенного до 90 % урана из 1000 т природного урана, обошлось бы в 160 млрд. франков!

Из тория также можно получать уран 235. На Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии много говорилось о возможностях, которые открывает перед нами использование тория. По заявлению некоторых ученых, 1 т природного тория может заменить 7 т урана.

Но, если мы обеспечены запасами энергии по меньшей мере на десять поколений, что произойдет, когда ядерное горючее будет в свою очередь израсходовано? На этот вопрос, который при нормальном ходе событий возникнет не раньше, чем через несколько веков, можно, как нам кажется, ответить уже теперь. Ядерное горючее, о котором мы говорили выше, то есть уран и торий, является источником энергии, высвобождающейся в процессе деления их ядер. В военных целях эти вещества служат для производства атомных бомб, подобных тем, которые были сброшены на Хиросиму и Нагасаки. Однако, как мы видели выше, существуют еще термоядерные бомбы основанные на принципе соединения ядер легких элементов, таких, как водород и его изотопы. Эти могучие разрушительные средства помогли доказать возможность получения ядерной энергии путем синтеза. По мнению председателя Женевской конференции по мирному использованию атомной энергии, через 20 лет учёные найдут способы получения и контролируемого использования этого нового вида энергии. Термоядерная энергия, которую следовало бы скорее называть энергией синтеза, будет обладать большими преимуществами перед энергией, получаемой в результате деления ядер. Она будет дешевле и при прочих равных данных более мощной, чем энергия деления ядер. Но самое главное ее преимущество будет заключаться в том, что ее применение не связано с опасностью радиоактивного заражения, являющейся серьезным препятствием для использования атомной энергии в мирных целях.

Нам кажется, что использование термоядерной энергии будет осуществлено раньше, чем через 20 лет, особенно если учесть недавнее открытие антипротона. Сейчас идут разговоры о создании при помощи взрыва термоядерных бомб подземных котлов диаметром в несколько сот метров, которые смогут питать теплоэлектростанцию в течение нескольких месяцев, а также о том, чтобы в огромные воронки, образованные взрывами термоядерных бомб, направить морскую воду и заставить ее вращать установленные у края таких воронок турбины. Впрочем, разве Булганин и Хрущев не заявили во время своей поездки в Англию в конце апреля 1956 года, что русские уже нашли практическое решение этого вопроса? Что думать об этих заявлениях? Возможно, что не все в них соответствует действительности, но бросается в глаза то обстоятельство, что если примерно год назад крупнейшие специалисты говорили, что использование термоядерной энергии в мирных целях станет возможным не раньше чем через 25 лет, то теперь это является вопросом всего лишь нескольких лет, а может быть даже и месяцев.

Как только использование термоядерной энергии станет реальным фактом, энергетическая проблема будет снята с повестки дня, так как запасы водорода в природе практически неограниченны. На нашей планете водород очень распространен; например, он входит в состав воды, которая покрывает три четверти земной поверхности.

Следовательно, ближайшее будущее, как нам кажется, уже обеспечено, а за отдаленное будущее также вряд ли следует опасаться.

Когда проблема использования термоядерной энергии будет решена, можно будет утверждать, что проблема обеспечения энергии не возникнет практически ни для одного из будущих поколений, тем более что к тому времени будет найден способ использования других видов энергии, например солнечной.