Почему солнце «спущено» на Землю

 

По оценкам экспертов ООН, производство электроэнергии на планете до середины XXI века увеличится в 8—10 раз. Даже если иссякнут классические источники энергии, природа обладает еще грандиозными энергетическими ресурсами, доступными для промышленного использования.
В земной коре на глубине 7—10 км, по самым грубым приблизительным оценкам, аккумулирована теплота, которая в 5000 раз больше теплотворной способности всех видов топлива на планете. Энергия ветра также измеряется астрономическими цифрами. Только по минимальным подсчетам, она в 100 раз превосходит сегодняшние потребности человечества в электроэнергии. Эта энергия постоянно обновляется и, в сущности, вечна, как энергия Солнца.
«Вечные» источники энергии не загрязняют атмосферу, и их негативное влияние на природную среду можно свести к минимуму. Попытки использовать силу ветра своими корнями уходят в далекие от нас времена. Вспомним, например, ветряные мельницы, с которыми некогда боролся благородный рыцарь Дон-Кихот. Однако человек практически полностью отверг «услуги» ветра, вступив в эпоху тепловой энергии и паровых машин, хотя и сейчас в некоторых странах можно встретить ветряные мельницы. Силу ветра можно реально считать базой развития будущей энергетики, которая в состоянии частично восполнить энергоресурсы Земли. В США, например, планируется к 2000 году удовлетворять на 20% потребности в энергии за счет ветра, а в Швеции - на 40%. В Дании, Франции, Японии, ФРГ, Финляндии, Канаде разработаны государственные программы широкого использования энергии ветра. В СССР ведутся широкие исследовательские работы в области использования силы ветра, планируется построить 150—200 тыс. ветряных агрегатов. Мощность каждого из них будет незначительна — от 1 до 30 кВт. Но все вместе они смогут производить колоссальную энергию. Современные электрические ветряные установки снабжены автоматическими системами стабилизации оборотов ротора, которые помогают им ориентироваться по направлению ветра и.
Тайфуны, ураганы, бури также несут громадную энергию, составляющую миллионы киловатт на 1 кв. км. Но если наступает затишье, ветровая энергия практически уменьшается до нуля. Поэтому изменение скорости ветра только на 20% означает перепад в производстве энергии на 70%. Особые трудности возникают при аккумуляции энергии ветра, активность которого невозможно предвидеть, тогда как потребители, в частности промышленность, требуют постоянного притока энергии. Человек еще не научился делать запасы электрической энергии в большом количестве, как, например, угля и нефти, поэтому решить эту проблему еще предстоит в будущем.
Кроме перечисленных существуют и другие трудности на пути создания мощных ветровых электростанций. Так, плотность воз-, духа в 800 раз меньше плотности воды, а это в свою очередь требует соответственно увеличения площади лопастей ветровых агрегатов. Трудности возникают и при монтаже ветровых колес, что технически и экономически затрудняет их строительство. Но ученые оптимистически смотрят в будущее и считают, что все эти проблемы будут решены уже до конца нашего столетия.
Огромна и энергия морских приливов. Однако практическое ее использование затруднено, поэтому моря и океаны смогут удовлетворить только 1 % мировых энергетических потребностей.
Энергетические проблемы человечество сможет решать и при помощи направляемых термоядерных процессов даже тогда, когда будут исчерпаны ресурсы урана и тория. Энергетический источник этих процессов — дейтерий (тяжелый изотоп водорода), ресурсы которого в океанах и морях безграничны. Вода содержит дейтерия в количестве 1/350 от веса воды.
Академик Н. Н. Семенов писал, что если один грамм дейтерия освобождает при термоядерной реакции теплоту, идентичную теплоте сгорания 10 т угля, то можно считать, что мировые ресурсы топлива огромны. Чтобы получить энергию, равную теплоте, выделяемой при ежегодном сгорании всех видов топлива, которое сейчас производится, потребуется извлечь из воды дейтерий в виде куба, сторона которого будет равна 160 м.
Солнце является источником всех основных видов энергии на нашей планете. Энергия ветра — следствие неравномерного освещения земной поверхности Солнцем. Энергия, получаемая в результате сгорания угля, нефти и газа,— это трансформированная солнечная энергия, которую абсорбировали растения и микроорганизмы в течение более миллиона лет. Но можно и непосредственно трансформировать солнечную энергию в электрическую с коэффициентом полезного действия 10—15%. Конечно, такой КПД незначителен. Однако следует иметь в виду, что до недавнего времени и это выглядело недостижимым, хотя гелиотехника является одной из древнейших отраслей техники.
Каждую секунду Солнце посылает на Землю 4х1013 больших калорий (ккал). Между тем даже в абсолютно чистой атмосфере рассеивается и абсорбируется до половины всего солнечного излучения, а до поверхности Земли доходит лишь 50 %.
На Землю поступает только половина миллиардной части солнечного излучения— 173 блн. кВт, т. е. 1,5 трлн. кВт-ч в год, что в 22 500 раз больше современного мирового потребления электроэнергии. Между тем невозможно использовать всю солнечную энергию, ведь 47% ее непосредственно переходит в теплоту в морях и океанах, 23% обеспечивает круговорот воды в природе, 0,2%! трансформируется в механическую энергию (морские течения, приливы, волны, ветры), а 0,023% превращается в результате фотосинтеза в органическую материю. Кроме того, сколо 30% отражается поверхностью Земли и возвращается в мировое пространство.
И тем не менее общее количество солнечной энергии, поступающей на Землю, грандиозно и в десятки раз превосходит количество энергии, которое можно было бы получить в ближайшие 100 лет путем термоядерных реакций.
Как гласит древнегреческий миф, в городе Солнца Гелиополисе жила сказочная птица Феникс, обладающая чудесными способностями. Сожженная солнечными лучами, она вновь возрождалась из пепла. И наука в современную эпоху доказала, что рождение и воскрешение из огня действительно возможно!
...Работает атомный реактор, топливо постепенно сгорает, а в «топке» рождается новое, еще более эффективное топливо...
Первый ядерный реактор на быстрых нейтронах был построен во Франции. Ученые назвали его «Фениксом». Название очень поэтично, но совсем не отражало существа дела: ведь то, что сгорело, нельзя возродить, иначе это противоречило бы всем известным законам физики. Однако в реакторе на быстрых нейтронах происходят процессы, противоположные названным законам.
Сегодня атомную энергию получают исключительно из тяжелых ядер урана и тория. Однако количество этих элементов в, земной коре ограничено, и, как мы отметили выше, именно с водой человечество связывает утоление своего «энергетического голода».
В океанах и морях аккумулирована термоядерная энергия, которая в состоянии покрыть все энергетические потребности человечества. Конечно, это только теоретические представления: если бы действительно «сгорели» моря и океаны, то человечество фактически было бы уничтожено.
С учетом того что реальные природные ресурсы для термоядерных реакций огромны, человек сможет создать свои искусственные «солнца» и как бы дополнить действие основных источников света и энергии.
Часто говорят, что все совершенно в природе и несовершенно в технике. Так ли это? Возьмем, например, обычного быка. Он — основная двигательная сила во многих аграрных развивающихся странах. Посмотрим на этот «мотор» глазами инженера Томаса Овена из Вашингтона. Высок ли у быка коэффициент полезного действия? У растений он составляет 1%, а у быка? При использовании его тягловой силы хозяину возвращается только 3% энергии, полученной быком при потреблении пищи, т. е. КПД быка составляет 0,03%. Другими словами, он является «мотором» с КПД, близким к нулю.
Физики, однако, успели найти эффективные пути повышения используемого коэффициента при трансформации абсорбированной солнечной энергии. Возьмем, например, зеленое зерно хлорофилла. Оно абсорбирует, трансформирует и аккумулирует энергию солнечного луча, собирая органические молекулы в длинные и жесткие цепи. Сжигая дерево и уголь в печах, мы разрушаем структуру этих молекул и освобождаем энергию, скрытую в них. Между тем КПД этого процесса, который постоянно происходит в природе, очень мал.