Дело не в голоде

Прогнозисты считают, что количество энергии, которую должен будет потреблять человек в предстоящее столетие, равно: 0,5–0,75 Q уже в 2000 году и 2–3 Q в 2050 году. Много ли это по сравнению с ресурсами, которыми обладает Земля? Давайте к ним и обратимся.

Все они делятся на возобновляемые и невозобновляемые. К первым относятся солнечная энергия, тепло Земли, приливы океанов. Они не прекратят существования, пока будут Солнце и Земля. Невозобновляемые ресурсы не восполняются природой или восполняются очень медленно, гораздо медленнее, чем их расходуют люди. Скорость образования новых горючих ископаемых в недрах Земли определить довольно трудно. В связи с этим оценки специалистов резко различны: от 0,00001 Q до 0,0005 Q в год. Если даже принять самое большое это число, то все равно скорость накопления топлива в недрах Земли в тысячу раз меньше скорости его потребления. Поэтому такие ресурсы и называют невозобновляемыми. С них мы и начнем, для удобства сведя все данные в таблицу, в которой для сравнения приведем ожидаемое потребление в 2000 году. Все величины приведены в единицах Q.

Что же вытекает из этих данных? Во-первых, запасы органического топлива при уровне потребления двухтысячного года в 0,5–0,6 Q могут быть исчерпаны через 400–800 лет. Но это может случиться и раньше! В таблице приведены потенциальные ресурсы. При теперешних методах добычи из них можно извлечь около половины, а другую половину просто «не угрызешь». Кроме того, и энергопотребление не останется на уровне 2000 года, а будет расти. Поэтому, если принять ежегодное энергопотребление равным 2 Q, запасов хватит на 120–160 лет.

Большую тревогу вызывает намечающееся истощение нефти и газа. Через несколько десятков лет известные залежи их могут оказаться исчерпанными. Так что же, кризис? Да. Но только не всеобщий энергетический, а нефтяной и газовый. Однако тут нужно быть осмотрительным. Подобные оценки по нефти, сделанные в 1952 году, показывали, что запасов «черного золота» хватит всего на 25 лет. Но уже в 1966 году разведанные запасы возросли настолько, что срок обеспеченности нефтью возрос до 33 лет. Сейчас мы говорим уже о 40–60 годах.

Существует также битуминозная нефть. Ее столько же, сколько и обычной, но ее добыча пока считается неэкономичной. А ведь, кроме освоенных и разведанных нефтегазовых месторождений, возможно открытие и освоение совершенно новых глубинных ресурсов. Так, по мнению американского ученого Т. Гоулда, в нижних слоях земной коры, возможно, находятся громадные запасы метана, энергетический эквивалент которых даст около 1000 Q!

Как бы то ни было, но сейчас мы должны ориентироваться на выявленные фактические ресурсы органического топлива, так как стратегия развития энергетики должна быть беспроигрышной. Да и не только энергетики. Нефть и газ — ценнейшее химическое сырье.

Из нефти научились делать кормовые белки для животных. Газ нужен металлургической промышленности. Надо беречь эти дары природы, нельзя истратить все их запасы только на энергетику.

А что же уголь? Ведь его одного хватило бы на 100–150 лет! С углем свои проблемы. Во-первых, его транспортировка — дело весьма трудоемкое. В нашей стране, как уже говорилось, основные запасы угля сосредоточены на востоке, а основное потребление — в европейской части. Во-вторых, широкое использование угля связано с серьезным загрязнением атмосферы, засорением поверхности земли и ухудшением почвы.

Но даже, если можно было бы пренебречь отрицательными последствиями сжигания угля, к сожалению, его нельзя использовать во многих отраслях промышленности, и народного хозяйства. Чтобы расширить область применения, разрабатываются методы переработки его в газообразное и жидкое топливо. Однако еще нет экономичных для этого способов.

В разных странах все перечисленные проблемы выглядят различно, но решение их почти везде одно — всемерное внедрение атомной энергетики. Какими же запасами топлива она обладает?

В атомной энергетике их величина в большой мере зависит от эффективности его использования. Реакторы существующих типов потребляют около 1,5 процента природного урана. Если ориентироваться только на такие установки, то мировые запасы ядерного топлива эквивалентны всего 2–3 Q. На уровне потребления 2000 года его хватит лишь на 50–70 лет, а 2020 года и того меньше — лет на 8-10.

Если применять тепловые реакторы усовершенствованного типа, то энергоемкость существующих запасов топлива возрастет до 8-12 Q. Для реакторов-размножителей на быстрых нейтронах видится уже 50-100 Q.

В случае их развития положение изменится коренным образом, ибо в таких реакторах-размножителях ядерное топливо используется в 25–35 раз более эффективно, чем в реакторах и тепловых нейтронах. Тогда можно пойти и на добычу урана из морской воды, где запасы урана практически безграничны (50-100 тысяч Q).

Такими же возможностями обладает и разрабатываемая термоядерная энергетика.

Так почему же люди заговорили об энергетическом кризисе, если запасов только органического топлива хватит на сотни лет? А в резерве еще ядерное!

Запасов топлива на планете еще вполне достаточно для жизни многих поколений. Весь вопрос в том, сколько оно стоит. И именно с этой стороны нужно рассматривать сейчас энергетическую проблему. Нефти, газа в недрах земли еще много, но их добыча стоит все дороже и дороже, так как эту энергию приходится добывать из более бедных и глубоко залегающих пластов, из небогатых месторождений, открытых в необжитых, труднодоступных районах. Гораздо больше приходится и придется вкладывать средств для того, чтобы свести к минимуму экологические последствия использования органического топлива. Так что суть проблемы во все увеличивающихся затратах на производство энергии.

Атомная энергия внедряется сейчас не потому, что она обеспечена топливом на столетия и тысячелетия, а из-за ее дешевизны по сравнению с энергетикой на органическом топливе. Атомная энергетика должна расширяться для экономии и сохранения на будущее нефти и газа.

В условиях удорожания топлива особую остроту приобретает проблема повышения эффективности его использования. Ныне в среднем это только 10–15 процентов. Скажем, коэффициент полезного использования топлива в легковом автомобиле всего 10 процентов, а при обогреве помещений и того меньше — не превышает 6–8 процентов. Резервы здесь громадные, и успехи могут быть достигнуты немалые. Именно поэтому эффективности использования энергии, ее экономии и в нашей стране и за рубежом уделяется все большее внимание.

Сэкономить в большом и малом — в настоящее время задача не менее важная, нежели открыть новое месторождение или добыть лишнюю тонну топлива. Правда, борьба за экономию принимает за рубежом порой анекдотичную форму. Так, в Англии, сообщает лондонский еженедельник «Фармез уикли», владельцы молочных ферм, уплатив 300–500 фунтов стерлингов, могут приобрести оборудование для утилизации тепла, содержащегося в парном молоке. При охлаждении литра такого молока с 30 до 4 градусов выделяется около 0,03 киловатт-часа энергии. Добытое тепло передается газообразному теплоносителю, температура которого повышается до 55 градусов при прохождении через компрессор. Это тепло используется для нагревания воды или обогрева в зимнее время.

Не заманчив этот способ. Им не погасить надвигающийся энергетический кризис. Не о таком удешевлении энергии идет речь. В поисках более дешевой энергии в последнее время специалисты все чаще обращают свой взгляд на возобновляемые источники: Солнце, тепло Земли, энергию приливов океана.

Многие считают, что будущее принадлежит дарам Солнца. Действительно, ежегодное количество солнечной энергии, падающей на верхние слои атмосферы, эквивалентно 10000 Q. Этого громадного количества, несомненно, хватило бы на тысячи лет. Важно только уметь пользоваться этой энергией. Хотя до поверхности Земли доходит ее небольшая часть — 1500 Q, а все равно ее очень много. Основное препятствие к экономичному использованию солнечной энергии — ее малая концентрация — всего 150–200 ватт на квадратный метр поверхности. Скажем для сравнения: плотность энергии, поступающей в домашний чайник, когда он стоит на газовой плите, больше в тысячу раз. Поэтому главные усилия в освоении солнечной энергии направляются на методы ее концентрации. Другой путь использования солнечной энергии- Преобразование ее в один из видов, более удобных для использования.

Обратите внимание на табличку, в которой приведена энергоемкость различных возобновляемых источников в единицах Q.

Как видно из этой таблички, запасы гидроэнергии относительно невелики. Но она не что иное, как концентрированная солнечная энергия, которая успешно используется человеком. В СССР и США уже приносят пользу 20–30 процентов всех гидроэнергоресурсов.

Около двух процентов солнечной энергии переходит в энергию движения воздушных масс. Это в год около 30 Q. К сожалению, на поверхности Земли плотность энергии ветра невелика. Существенным недостатком является и непостоянство его силы. Даже при плотности энергии ветра, равной 500 киловаттам на квадратный километр, ветряные установки очень громоздки. Диаметр ротора ветряного электрогенератора мощностью всего 1000 киловатт должен быть около 50–60 метров.

Низкая эффективность вызывается зависимостью коэффициента полезного действия таких установок от скорости ветра. При изменении его скорости всего на 20 процентов коэффициент полезного действия таких двигателей падает сразу на 70 процентов. Поэтому, хотя человек начал осваивать энергию ветра тысячи лет назад и имеет в этом деле громадный опыт, трудно ожидать, что этим источником будет внесен большой вклад в энергообеспечение человека.

Широко используется солнечная энергия, заключенная в растениях. Ежегодно леса дают около 0,5 Q. Это почти в два раза больше всех видов энергии, которые человек потреблял в 1980 году. Сейчас по разным причинам используется незначительная часть годового прироста древесины. Тут играет роль неуниверсальный вид этого топлива, относительно невысокая его калорийность, трудности организации равномерной добычи по всем лесным массивам, транспортировки и экономические соображения.

Большая часть растений полезно использует только один процент солнечной энергии, хотя есть такие виды, у которых этот коэффициент приближается к 5 процентам.

Разрабатываются различные планы использования фотосинтеза для энергетики. Так, американский ученый Т. Уилкокс предлагает использовать в качестве топлива морские водоросли. Отдельные их виды, из которых можно получать метан, могут, по его утверждению, давать с гектара несколько тонн массы. Самым серьезным препятствием для выращивания биомассы как источника энергии является необходимость в больших площадях. Так, чтобы покрыть за счет биомассы только нынешнюю потребность США в газе, нужно занять растениями 6 процентов территории страны. Сторонники этого направления в энергетике стремятся с помощью генной инженерии повысить эффективность фотосинтеза.

Примерно по таким же причинам пока не видно экономичных путей преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую с помощью фотоэлементов или, концентрируя излучение, с помощью зеркал. Пока стоимость получения электроэнергии с применением современных солнечных фотоэлектрических элементов в 100 раз выше, чем на обычных электростанциях. Однако специалисты, занимающиеся фотоэлементами, полны оптимизма, и считают, что им удастся существенно снизить их стоимость. Сейчас уже разрабатываются проекты солнечных электростанций на орбите. Для них уже есть и название: ССЭС — спутниковые солнечные электростанции. В их создании — свои трудности: при мощности 10 миллионов киловатт такая станция будет весить около 70 тысяч тонн. Энергия на Землю будет передаваться в виде микроволнового излучения на наземную антенну площадью 100 квадратных километров.

Можно привести еще очень много проектов использования различных источников энергии. Здесь и использование тепла океана, и геотермальная энергия, и водород, получаемый при закачке воды в магму, и приливы океанов, и океанские течения.

Точки зрения специалистов на перспективы использования возобновляемых источников энергии очень различаются. Комитет по науке и технике в Англии, проанализировав перспективы освоения перечисленных источников энергии, пришел к выводу, что их использование на базе современных технологий окажется в два-четыре раза дороже строительства АЭС. Другие специалисты в различных прогнозах этим источникам энергии уже в 2000 году отводят значительное место: от 5 до 10 процентов.

По-видимому, источники возобновляемой энергии будут применяться в отдельных районах мира, благоприятных для их эффективного и экономичного использования, но в крайне ограниченных масштабах. Основную долю энергетических потребностей человечества должны обеспечить уголь и атомная энергетика. Правда, пока нет настолько дешевого источника, который позволил бы развивать энергетику такими быстрыми темпами, как бы этого хотелось.

Сейчас и на предстоящие десятилетия наиболее дешевым источником энергии представляются ядерные, а затем, возможно, и термоядерные редакторы. С их помощью человек и будет двигаться по ступеням технического прогресса. Будет двигаться до тех пор, пока не откроет и не освоит какой-либо другой, более дешевый источник энергии.