Развитие болезни и проблемы энергетики — они во многом схожи (вот она, физика, умеющая обобщать самые разнородные явления!). И в энергетических делах для человека только три дорожки.
Первая — остаться без энергии. В отличие от примера с микробами — исход плачевный, катастрофа!
Другой путь — хроническое топтание на месте, так сказать, перебиваться в энергетике с хлеба на квас: тоже не сахар!
Значит, вроде бы приемлемо лишь одно: путь третий — непрерывный рост энерговооруженности. Да, собственно, так оно и идет: за последние 15 лет годовой прирост энергии, доминируя над всем прочим, держится на уровне пяти процентов. Ближайшая перспектива? О ней вполне определенно высказался один из ведущих советских энергетиков академик Е. Велихов: «Основываясь на докладах (беседа шла в начале 1980 года в Гамбурге: там проходил крупный научный форум) таких организаций, как академии наук СССР, США, Международный институт прикладного системного анализа и других, мы пришли к важному выводу: несмотря на все усилия по экономии, потребление энергии будет возрастать...»
Вроде бы, такой вывод — повод для радости: «организм мира», дескать, крепнет с каждым днем. Все больше энергии становится подвластной человеческой воле...
Но тогда как же понять слова П. Капицы: «Мы сейчас внезапно почувствовали себя больными, и, чтобы не погибнуть, пора подумать, как нам лечиться...»?
Бытовая и промышленная
Понимать слова П. Капицы следует так. Считается, что мы живем в век атомный. Но так ли это? Ведь и сегодня львиную долю энергии дает нам не делящийся атом, не «Токамаки», а, как и встарь, уголь, нефть и газ. Но все, как говорится, течет, все меняется. И эти энергетические закрома в один далеко не прекрасный день будут истощены. Когда? Сказать трудно. Назывались самые различные сроки: и длинные сотни лет, и краткие десятилетия.
Улучшение методов разведки и усовершенствование глубинного бурения (сейчас добыча нефти и газа с глубин в 5—7 тысяч метров уже не считается исключением) много раз вносили существенные коррективы в эти прогнозы.
Опять же — энергия энергии рознь! Желательно, чтобы энергия была дешевой и легкодоступной. Скажем, известно, что ядерное топливо — уран и торий входят в состав обычных гранитов и базальтов. Запасы эти грандиозны. Но трудно представить себе такой уровень техники, при котором будет экономически целесообразно перерабатывать для извлечения урана или тория громадную массу гранитов и базальтов нашей планеты.
Да, запасы могут быть велики, но ясно как день, что когда-то (бессмысленно пытаться указывать точные даты) им все же придет конец. Ибо противоположное утверждение противоречило бы одному из фундаментальнейших законов физики — закону сохранения энергии. И как следствие допускало бы существование вечного двигателя.
Вечный двигатель изобрести невозможно — это факт. Но вечные источники энергии, способные прийти на смену тающим запасам ископаемого топлива, имеются. Достаточно взглянуть на наше светило, уже многие миллионы лет изливающее на Землю обильную и. все не скудеющую энергию.
Рядовые вечной энергетики — это и ветер, и луч» солнца, и сила океанских течений, и тепло земных недр... Что предпочесть? Какой источник энергии выбрать?
И тут вновь физические соображения, оказывается, могут быть очень полезны. Они помогут отделить пшеницу от плевел: отбросить технические проекты заведомо бесперспективные.
Но прежде чем присяжные физики вынесут свой приговор, полезно уточнить: а о какой, собственно, энергии идет здесь речь? Или, по-другому, куда пойдет энергия? Ведь есть энергия «бытовая» и есть «промышленная». Их нельзя путать. «Бытовая» это то, что обеспечивает нам культурный уровень жизни, ее высокий стандарт. Тут многое, привычное всякому человеку — электроосвещение, электропитание холодильников, телевизоров, электробритв, пылесосов и других приборов, красящих наш быт. Тут энергетический счет невысок — киловатты
Совсем иное — масштаб энергии «промышленной». Металлургия, машиностроение, транспорт, строительство, сельское хозяйство съедают уже многие сотни мегаватт миллионы киловатт! Энергия ни в какое сравнение не идущая с «бытовой».
И когда говорят об энергетическом кризисе, то имеют в виду именно энергию «промышленную». Только она определяет уровень валового продукта и размер национального дохода той или иной страны.
Ита1, нужны мощные и, памятуя о кризисе и невозможности вечного двигателя, неисчерпаемые, неиссякаемые (практически, конечно) источники энергии.
Что же, оглянемся вокруг. Практически вечны солнце, приливы, кипение вулканов.. Да, они вечны, но — увы! — недостаточно мощны. Плотность поступающей от них энергии невелика.
Вот, скажем, солнце. Этот великан ежесекундно расходует на тепло и свет 4200 тонн своего вещества. Каждые сутки масса солнца уменьшается почти на 400 миллиардов тонн: циклопические количества! Солнце тает на глазах, однако волнения тут преждевременны.
Вес солнца настолько грандиозен, что оно будет поддерживать «огонь в своих топках» еще примерно 100 миллиардов лет. На наш век, как говорится, хватит!
Хуже с плотностью энергии, падающей от солнца на землю. Солнце далеко. На один квадратный метр освещенной поверхности приходится лишь 100 ватт. И это оптимум: максимум того, что дает светило. А уж как людям удастся снять этот солнечный урожай — это другой (довольно уязвимый) вопрос!
100 ватт, может быть, и сносно для энергии «бытовой», но ведь нам надо насытить энергию «промышленную». А вот тут для получения, скажем, 100 мегаватт требуется площадь с квадратный километр.
Однако гораздо хуже то, что ни один из методов преобразования энергии солнечных лучей пока нерентабелен. И чтобы это дело пошло, следует снизить затраты на несколько порядков. Пока даже не видно пути, как это можно осуществить.
Возьмем теперь другой пример — энергию геотермальную. Сможет ли она решить проблему? Источник заманчив. Энергетические запасы тут неистощимы, и в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но также зависящие от времени года и от погоды, геотермальная энергия способна генерировать ток непрерывно.
Многих увлекает идея просверлить землю н добраться до глубинного тепла. К сожалению, не всегда учитывается, что нужна не температура, а энергия, и для того чтобы ее отвести из глубинных слоев, необходимы очень глубоко идущие щупальца в сторону от того отверстия, которое мы просверлили. Другими словами: нужна пористая структура, чтобы по ней можно было бы отбирать энергию от достаточно большого объема.
Еще в начале этого века изобретатель современной паровой турбины английский инженер и предприниматель Ч. Парсонс разрабатывал проект использования тепла земных недр. На глубинах 10—15 километров температура подскакивает уже до нескольких сотен градусов: в принципе можно получить пар и генерировать ток с хорошим КПД.
И вновь осечка! Из-за плохой теплопроводности (и слава богу, а то бы нам пятки жгло) земной коры, говорит физик, геотермальное тепло также не обладает достаточной плотностью потока энергии.
Правда, у нас на Камчатке действует первая в стране экспериментальная Паужетская геотермальная электростанция (сокращенно ГЕОТЭС) мощностью в 5 тысяч киловатт. Эта станция — своеобразная лаборатория, где ученые и инженеры продолжают исследовать свойства термальных вод, «доводят» оборудование, приборы, отрабатывают наиболее выгодные технологические процессы. С момента пуска Паужетская ГЕОТЭС выработала 164 миллиона киловатт-часов электроэнергии.
И в Италии, где много вулканов и тепловые потоки достаточно мощны, геотепло успешно используется. И все же вносит лишь два процента в энергетический баланс страны. Но таких районов, богатых мощными геотермальными потоками, на планете немного.
А гидроэнергия? Она дает лишь пять процентов в общем энергетическом мировом балансе, и не больше: мощных рек, да еще в горных районах, не так-то много!
Ветер? Он крайне непостоянен, и, главное, плотность энергии опять же ничтожна.
Итак, физик настаивает: ни солнце, ни тепло земли, ни сила падающей воды, ни ветер, ни многие другие источники энергии не насытят аппетита землян. Ибо все они маломощны и могут играть лишь вспомогательную роль.
Спасительный атом
Петербург столетней давности. В первом номере журнала «Природа и охота» за 1879 год читатель мог прочесть следующее: «...Все более и более возрастающая ценность, не говоря о дровах, но даже угля, озабочивает многие ученые и неученые головы. Чем в самом деле будут топить наши потомки? Не должны ли они будут погибнуть с холоду или переселиться под тропики Африки и Южной Америки и вместо дров и каменного угля довольствоваться солнечной теплотой...»
Как видим, разговоры об «энергетическом голоде» начались не вчера.
В 20-х годах нашего века было точно подсчитано: известных запасов нефти хватит не далее чем до 2000 года, угля — до 2100-го. От других источников энергии большого проку не ждали. И полагали, что где-то в конце XXI века людям придется возвратиться, так сказать, к первобытному состоянию — к волам, лошадям, к водяным и ветряным мельницам.
Если бы надвигающийся сейчас на человечество энергетический кризис дал себя почувствовать лет 40— 50 назад, до открытия ядерной энергии, человечество, несомненно, стояло бы перед катастрофой. А человеческая культура зашла бы в тупик. Но надо отдать должное ученым. Крупнейшие из них давно осознали мощь атомного ядра.
В 1922 году в голодном и холодном Петрограде в один из январских вечеров состоялся доклад 37-летнего академика А. Ферсмана. Доклад назывался «Пути к науке будущего» Уже тогда ученый пророчески предсказывал будущее использование грандиозных запасов внутриатомной энергии. «Надо только суметь завладеть этой энергией, — говорил тогда А. Ферсман, — надо ее суметь извлечь. И что эта мысль не фантазия, а реальная возможность будущего, мы видим из того, что есть вещества, которые сами выделяют эту энергию согласно вековечным и строгим законам...»