Так что же может нас спасти в перспективе от схватки за еду, перед которой нынешние битвы за сахар у нас и масло в Испании побледнеют? Надо искать какой-то перспективный источник энергии. Более-менее простой и дешевый. В принципе термоядерный синтез подошел бы. Но как-то с прошествием лет всё больше назревают сомнения, кончится ли эта эпопея чем-то реально работающим. Вы замечаете, что базовые свершения современной цивилизации родились в 60-х? Если не считать мобильную связь и интернет. Ядерный реактор, покорение космоса, топливные элементы, гидропоника, которую недавно открыл для себя Маск, сверхзвуковые пассажирские самолеты, вычислительные машины, в том числе на полупроводниках. Если тогда не удалось слепить термоядерный реактор, как-то берут сомнения, что сейчас получится. А к исчерпанию углеводородов надо готовиться. Ну и урана тоже не бесконечные запасы.
Вот Тайлер Бендер (Tyler Bender) в статейке от мая 21 года в SpaceNews пишет:
Helium 3 harvested from the moon could one day power fusion reactors on Earth.
The lunar surface could play host to space solar power stations that beam carbon-free and nearly limitless power back to the Earth.
(Гелий-3, собранный на Луне, в один <прекрасный>день даст мощность термоядерным реакторам на Земле. Лунная поверхность может быть местом для размещения панелей солнечных батарей, которые с помощью лучей передадут свободную от углерода и практически неограниченную энергию обратно на Землю).
То есть он прозрачно намекает, что можно решить энергетические проблемы Земли с помощью космических технологий.
Разберем, насколько реально его предложение.
Начнем с Гелия-3.
Одна из трудностей создания термоядерного реактора в том, что после слияния ядер в наиболее доступной реакции слияния дейтерий плюс тритий бОльшая часть энергии уносится нейтроном:
H-2 обозначает дейтерий, то есть водород, в ядре которого ещё добавлен нейтрон, то есть ядро из протона и нейтрона, Н-3 - то же самое, но нейтрона два, называется тритий. Не-4 - это самый обычный гелий, то есть два нейтрона и два протона. Так вот, в результате этой реакции образуется энергия, которая передается нейтрону (11,4 МэВ) и гелию (3,5 МэВ). Энергия фактически здесь - это просто скорость движения, с которой частицы вылетают после взаимодействия.
Если в ядерном реакторе на уране зона деления может быть прямо погружена в воду или вода может быть вокруг ядерного реактора, что эффективно замедлит нейтроны (которые тоже там образуются), то реакция синтеза происходит в плазме, газе, нагретом до такого состояния, что электроны отделены от ядер. Это как-то плохо сочетается с водой. То есть должны быть какие-то материалы, которые преобразовали бы энергию нейтронов в тепло. Это целая проблема. Вдобавок поток энергичных нейтронов вызывает активацию всей конструкции реактора, то есть все конструкции становятся радиоактивными.
Поэтому в качестве перспективной рассматривают реакцию с участием Гелия-3:
В результате получается обыкновенный гелий-4 и протон. И суммарная энергия 18,4 МэВ. Что в протоне хорошо, что у него низкая проникающая способность, он легко тормозится и отдает свою энергию окружающему материалу, то есть нагревает его. Казалось бы, всё прекрасно. Но есть одно но. Дело в том, что реакции слияния имеют каждая свой энергетический порог. То есть ядра должны столкнуться с определенной скоростью, которая может быть получена разными способами, но в наиболее продвинутом типе термоядерных реакторов это просто скорость теплового движения. Так вот, этот энергетический порог для реакции дейтерий+тритий около 100 кэВ, а для реакции дейтерий+гелий-3 я не нашел, но гораздо больше. Произведение плотности плазмы на температуру на время удержания для реакции дейтерий-тритий в 100 раз меньше, чем для дейтерий-гелий-3.
То есть мы пока не достигли устойчивой реакции и для варианта D+T, и о реакции на Не-3 можно только мечтать. А может, и не нужно, смысла нет.
Теперь что там с солнечными панелями.
Можно и на Луне, но в общем можно и на орбите их повесить. Идея не новая, она состоит в следующем: сделаем электростанцию в космосе из солнечных панелей, а энергию передаем на Землю с помощью направленного лазерного или радиоизлучения. Есть даже отдельная секта этого направления https://space.nss.org/space-solar-power-info/
В общем в идее есть рациональное зерно. Ведь почему плохо продвигаются солнечные панели на Земле? Для их создания нужно затратить практически столько же энергии, сколько они сами потом отдадут. Для учета эффективности разных источников энергии вводят величину EROI (energy return on investment — соотношение полученной энергии к затраченной, энергетическая рентабельность). Считают её, правда, каждый по-своему, вот один вариант с учетом необходимости резервирования энергии на период облачной погоды, например.
То есть солнечные панели с EROI 1,5 - 2,3 никак не обеспечивают нормальный уровень жизни, для которого надо где-то минимум 14 - 20. Иначе все будут только и заняты производством солнечных батарей.
Но если солнечные панели подвесить в космосе, их эффективность повысится в разы. Там их можно соориентировать перпендикулярно потоку солнечного света, и он будет светить постоянно. Там нет проблемы, где разместить все эти площади. Космос безграничен)
Вот есть пример реального использования солнечных панелей на участке под Москвой. https://pikabu.ru/story/statistika_vyirabotki_solnechnoy_yenergii_s_dvukh_100vattnyikh_solnechnyikh_paneley_4864216https://pikabu.ru/story/statistika_vyirabotki_solnechnoy_yenergii_s_dvukh_100vattnyikh_solnechnyikh_paneley_4864216
Товарищ приобрел две 100-ваттные панели, то есть установленная мощность 200 Вт. И за год у него получилось выработать 111,7 кВтч, то есть средняя мощность получается 12,7 Вт. Цинично делим одно на другое, получаем 16 раз. Берем оптимистичную оценку EROI 2,3, получаем 37. Это вполне устраивает, не хуже газа и угля, даже лучше. Почему мы имеем право на такие вычисления? Просто мощность батарей на Земле гораздо меньше установленной из-за наличия ночи, облаков и так далее. В космосе ничего этого нет. Поток солнечного излучения в космосе на орбите Земли 1370 кВт/м2. Пусть кпд 30% ,имеем 400 Вт с квадратного метра постоянной энергии. Это прекрасно!
То есть теоретически с учетом подхода воспроизводимости источников энергии солнечные панели в космосе вполне имеют право на существование.
Так где же подвох? Об этом в следующем блоге.