Географическая картина мира книга 1 Максаковский В П (стр. 165 из 187)
В-четвертых, очень большие перспективы имеет использование в качестве топлива водорода. По мнению некоторых специалистов, этот путь может коренным образом изменить всю будущую техногенную цивилизацию. По-видимому, наибольшее применение водородное топливо найдет сначала в автомобилестроении. Во всяком случае, первый водородный автомобиль еще в начале 1990-х гг. выпустила японская «Мазда». Для него была разработана и новая конструкция двигателя.
В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком А. Ф. Иоффе, по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.
Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.
До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.
Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).
Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.
Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам И. В. Бестужева-Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».
Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *1024 кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.
Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.
В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ПТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ПТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ПТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.
Рис. 151. Прогноз роста мирового энергопотребления до 2060 г.
Существует много сценариев развития мировой энергетики на долгосрочную перспективу. По некоторым из них глобальное энергопотребление в середине XXI в. увеличится до 20 млрд т (в нефтяном эквиваленте), причем по объему этого потребления развивающиеся страны к этому времени обгонят развитые (рис. 151). А к 2100 г. даже при среднем варианте глобальное энергопотребление может возрасти до 30 млрд тут (рис. 152).
Одновременно произойдут и важные структурные изменения: уменьшится доля ископаемых видов топлива и возрастет доля возобновляемых, в особенности, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) – таких как солнечная, ветровая, геотермальная и приливная. Все они принципиально отличаются от традиционных источников минерального топлива своей возобновляемостью и экономической эффективностью. Большие перспективы имеет и использование биотоплива, в особенности биоэтанола. Американские ученые-футурологи предполагают, что к 2010 г. альтернативные источники будут давать уже 10 % производимой в мире энергии, к 2016 г. КПД энергетических установок возрастет до 50 %, к 2017 г. начнется повсеместное использование топливных батарей, а с 2026 г. – коммерческое использование термоядерных реакторов.
Из всего сказанного напрашивается вывод о том, что для крайне пессимистического взгляда на энергетическое будущее человечества вряд ли есть достаточные основания. Конечно, может произойти истощение отдельных бассейнов топлива, которое повлияет и на судьбу отдельных районов горной промышленности. Но перспектива абсолютного недостатка топлива все же маловероятна. Все-таки суммарные разведанные запасы большинства топливных ископаемых обеспечивают возможность сохранения достаточно высоких уровней добычи – по крайней мере до середины XXI в., когда может вовсю заработать термоядерная энергетика.
Рис. 152. Прогноз роста мирового энергопотребления до 2100 г.
Что же касается общего количества энергии, содержащейся в земных недрах и ежегодно возникающей на нашей планете и в околоземном пространстве, то оно настолько велико, что теоретически, по-видимому, не может быть и речи о возможности исчерпания энергетического потенциала человечества в сколько-нибудь обозримом будущем.
На этом мировом фоне, положение России выглядит довольно противоречивым. С одной стороны, Россия занимает третье место в мире по общему потреблению первичных энергетических ресурсов (1,2 трлн т). Уже разведанных запасов нефти ей хватит на 55, а природного газа на 85 лет. К тому же ее недры таят в себе еще много неразведанных богатств. С другой стороны, энергоемкость ВВП в России в начале XXI в. были в 2,5 раза выше, чем в США и в 3,5 раза – чем в Западной Европе. Отсюда вытекает необходимость перехода к менее расточительной энергетической политике, к лучшему использованию достижений НТР. А вот и конкретный пример такого рода: в 2016–2030 гг. предполагается завершить создание демонстрационный, а к 2050 г. – промышленной термоядерной электростанции.
166. Глобальная сырьевая проблема и пути ее решения
Глобальная сырьевая проблема имеет ряд общих черт с проблемой энергетической, поэтому неудивительно, что их иногда рассматривают вместе в виде единой топливно-сырьевой проблемы. Действительно, сущность сырьевой проблемы также заключается в тех возрастающих трудностях снабжения сырьем, которые раньше возникали на национальном или региональном уровнях, а ныне стали обнаруживаться и на глобальном уровне. Об этом свидетельствует мировой сырьевой кризис 1970-х гг., отрицательно сказавшийся на всех сырьевых отраслях, да и на всем мировом хозяйстве. Подобные «сбои» случались и позднее, что свидетельствует об известной цикличности развития, с которой и связано либо увеличение, либо уменьшение потребностей в разного рода сырьевых материалах.
Но между сырьевой и энергетической проблемами существуют и определенные различия, объясняющиеся как различиями в сферах применения топлива и сырья, так и тем, что само количество видов минерального (не говоря уже о неминеральном) сырья измеряется не единицами, а многими десятками.
Главной причиной возникновения глобальной сырьевой проблемы также следует считать постоянный рост объемов минерального сырья, извлекаемого из недр Земли, особенно ускорившийся во второй половине XX в. Достаточно привести данные о том, что только в 1960–1980 гг. было извлечено 50 % меди и цинка, 55 % железной руды, 60 % алмазов, 65 % никеля, калийных солей и фосфоритов и около 80 % бокситов от общего объема их добычи с начала века. В результате началось истощение многих бассейнов и месторождений, ускорилось обеднение многих используемых руд, возросло количество извлекаемой из недр пустой породы. Эту явно негативную тенденцию часто иллюстрируют примером с медной рудой, добываемой в США, Замбии, некоторых других странах. Так, на медных рудниках американского штата Монтана содержание меди в руде снизилось с 30 % на начальном этапе освоения до 0,5 %. Этот процесс затронул разные виды горно-металлургического, горно-химического и других видов сырья.