Согласно большинству прогнозов, нефть - самый главный источник топлива на сегодняшний день - закончится в течение ближайших 100 лет. Конечно, возможно, эти прогнозы неверны и нефти хватит на гораздо более долгий срок, а мы просто еще не нашли все залежи. Однако конечный результат от этого не меняется. Будучи невосполняемым ресурсом, нефть рано или поздно иссякнет на нашей планете. При этом современная цивилизация без нефти буквально никуда: она используется как для создания бензина, без которого не ездят машины, так и в промышленности и медицине (из нее создают одежду и лекарства). Природный газ иссякнет чуть позже, но и он иссякнет.
То есть, два важных столпа, поддерживающих современную цивилизацию, могут исчезнуть в ближайшие несколько сотен лет. Давайте взглянем, какие у нас есть альтернативы, пока она окончательно не превратилась в колосса на глиняных ногах.
Атомная энергия
Термоядерные процессы, как ни странно, самый древний и естественный вид энергии. В конце концов, само наше Солнце является термоядерным реактором невероятной величины, в котором водород превращается в гелий, вырабатывая тепло. Конечно, мы мини-солнце создать не можем, да и у нас нет столько водорода, но мы уже научились бомбардировать нейтронами уран, чтобы он контролируемо распадался и выделял энергию. Сегодня атомная энергия используется в основном для создания электростанций и ядерного оружия. Разрушительная мощь атома, воплощаемая в бомбах, служит ему плохую службу - в публичном восприятии атомная энергия ассоциируется с катастрофами и потенциальным риском тотального разрушения. Впрочем, чернобыльская авария, которая сделала Припять зоной отчуждения, едва ли повторится - современные реакторы в случае разгона цепной реакции автоматически останавливаются.
Атомная энергия обладает одним большим преимуществом перед горючим топливом - она более эффективна. Килограмм урана, используемый в АЭС, при полном выгорании выделяет энергию, равную сжиганию около 100 тонн угля или 60 тонн нефти. Другое преимущество - экологичность. АЭС не выделяют углекислый газ, как тепловые электростанции, которые вносят вклад в глобальное изменение климата. Конечно, они оставляют радиоактивные отходы, но страны мира научились складировать их безопасно для окружающей среды. Кроме того, отработанное ядерное топливо можно использовать вновь. Иными словами, урана нам хватит дольше, чем нефти и газа.
Главный недостаток атомной энергии заключается в узкой сфере применения. Мы прекрасно приспособили ее под выработку электричества, но вот в транспорте ее применять нельзя. Ядерных мини-батарей для автомобилей не существует. Впрочем, разработки в этой сфере ведутся - речь про так называемые «токамаки» (тороидальные камеры с магнитными катушками), установки для управляемого термоядерного синтеза. Вот это уже попытка получить Солнце в миниатюре. Сильное магнитное поле в таких устройствах удерживает плазму, разогретую до около 100 млн градусов (такая температура необходима для синтеза частиц). «Приручение» плазмы открывает большие перспективы, потому что ее можно будет использовать во многих сферах человеческой деятельности. Впрочем, мы пока от этого далеки: международную установку ITER планируют запустить только в 2035 году.
Геотермальная энергия
Если перевод массы в энергию пока придется отложить, то почему бы не обратить внимание на то, что находится прямо у нас под ногами? А именно - раскаленное ядро планеты. Земля состоит из нескольких слоев. Под литосферными плитами, на которых находятся континенты, лежит слой вязкой магмы, по которому эти плиты перемещаются. По сути, это расплавленные силикаты, температура которых может достигать 1300 градусов Цельсия. В местах столкновения литосферных плит магма выходит на поверхность в форме вулканической активности. Например, Исландия лежит на стыке Северо-американской и Евразийской плит и по всему острову пролегает цепь вулканов. То же самое относится и к нашей Камчатке, где в XX веке произошло одно из самых мощных извержений вулкана в истории.
Исландия сегодня знаменита в том числе тем, что построила геотермальные электростанции. Страна полностью независима от источников энергии извне и получает электричество из деятельности вулканов. Пар из нагретой в недрах земли воды приводит в движение турбины электростанции, производя энергию.
Вы сразу можете предсказать недостаток этого метода: строить такие электростанции можно только на месте стыка литосферных плит и в зоне деятельности вулканов. Соседство с последними приятным не назовешь. Это автоматически ограничивает доступ к этой энергии для большинства стран. Геотермальные электростанции есть, например, в России, США, Турции, Италии, Чили, Японии и странах Юго-Восточной Азии. Но, например, Африка, Ближний Восток, Канада, Индия полагаться на этот источник энергии не могут.
Впрочем, есть два направления развития геотермальной энергетики. Первое - это гидротермальная (например, Исландия), то есть, использование горячей воды из недр Земли. Второе - петротермальная. Оно нацелено на извлечение энергии из сухих горных пород. В таком случае, энергию можно будет получать не только из места стыка плит, но из любой точки земного шара. Звучит многообещающе, вот только это все требует достаточно дорогих технологий для бурения. Пока что это могут позволит себе только страны первого мира, вроде США и Японии. Однако в перспективе именно петротермальные электростанции могли бы стать практически неисчерпаемым источником энергии - ведь ядро нашей планеты постоянно производит тепло за счет радиоактивного распада.
Солнце и ветер
Воплощения этих двух направлений энергетики я мог наблюдать вживую, когда путешествовал по Европе. Атомные электростанции там весьма не в фаворе, поэтому европейцы часто прибегают к альтернативным источникам.
Занимаясь волонтерством на ферме в польских Бещадах, я жил у семьи, которая установила солнечные батареи. Эти люди были независимы от электричества, но нужно учитывать, что Бещады находятся на юге страны, где солнце светит достаточно часто. Им этой энергии хватало для нужд дома, однако этим солнечные батареи сегодня и ограничиваются - частным использованием. Это дорогостоящее удовольствие, и владелец дома Марцель рассказывал мне, что выложил кругленькую сумму за панели, а также за аккумуляторы (чтобы электричество накапливалось и его можно было использовать ночью, когда солнце не светит).
Если зайти в область фантастики, то полномасштабное использование солнечной энергии как замены ископаемому топливу было исследовано в рассказе Лю Цысиня «Лунный свет». Герою звонит его «я» из будущего, говорит, что у них энергетический кризис и предлагает пути решения. Среди них - так называемый кремниевый плуг, благодаря которому можно быстро превратить кремний из почвы в монокристаллы, а их - в солнечные элементы. Такая технология, согласно рассказу, позволяет превратить любую поверхность планеты в солнечную панель. Впрочем, герои сталкиваются со знакомой проблемой - огромными энергозатратами цивилизации. Чтобы обеспечить энергией Шанхай, нужно превратить в солнечные батареи территорию в 20 раз большую, чем этот город. А Шанхай, если что, второй по величине город мира.
Зато энергия ветра используется в Европе в значительных объемах. Например, во время путешествий на машине через Германию можно было наблюдать огромные ветряки, стоящие рядами по бокам автострады, словно какой-то арт-объект. Германия также лидирует по показателям производства электроэнергии за счет ветра по всей Европе - около 126000 ГВт·ч в 2019 году. Что касается остального мира, то энергию ветра активно используют такие страны, как Китай и США. В целом, получение энергии из ветра - один из самых древних способов (достаточно вспомнить такое изобретение как парус). Однако использовать эту энергию тоже можно весьма ограниченно - в основном, для получения электричества.
Другие альтернативы
Напоследок скажем пару слов еще о нескольких альтернативных источниках энергии. Водород, о котором мы уже говорили в части об атомной энергии - естественный «источник топлива» звезд. Почему бы не использовать его и нам? Проблема в том, что на Земле водорода в чистой форме нет и он связан в форме воды, пресловутой H2O. Чтобы его получить, нужно применить процесс электролиза, т.е. сперва выработать электричество. А оно вырабатывается за счет энергии, которую опять же надо откуда-то получать. Выходит, что процесс получения водорода как топлива весьма неэффективен.
Есть методы получения энергии также из волн и приливов, но как и в случае с геотермальной энергией, получить такую энергию смогут не все страны, а только те, что находятся вблизи океана. Про получение энергии из биомассы и говорить не приходится. Во-первых, мы говорим практически о любой органике, которая попадется под руку (вплоть до человеческих, простите, отходов), во-вторых, такое «топливо» тоже надо добывать (выращивать растения, рубить деревья и т.д.).
Самым перспективным для будущего видится все-таки вариант с укрощением атомной энергии в форме токамаков и других устройств для управляемого термоядерного синтеза. В самом оптимистичном варианте это случится как раз тогда, когда запасы нефти полностью исчерпаются. Впрочем, наша планета может сильно измениться к тому времени, как говорят экологи. Так ли уж велик вред выбросов углекислого газа, как пугала нас Грета Тунберг? Об этом давайте поговорим в следующей статье:
Глобальное потепление простыми словами. Насколько реальна угроза?
***
Если вам понравилась статья, вы можете поставить отметку «нравится». Если есть с чем поспорить, пишите в комментарии - мне интересно альтернативное мнение. Также вы можете подписаться на канал. Я пишу материалы о науке, истории и психологии.