Безальтернативная энергетика

Прослушать новость

Недавний панический доклад о грядущем дефиците нефти — а значит, катастрофическом её подорожании — подкрепили грустные замечания экспертов: мол, альтернативные технологии — вроде солнечных батарей или битуминозных песков — пока нерентабельны и нефть не заменят.

На деле многие из этих технологий отработаны ещё в незапамятные време-на и вполне пригодны к немедленному — и выгодному! — применению. Сдерживает инвесторов неопределённость положения на рынке: нефть неизменно дешевеет лет через десять после очередного всплеска, так что вложения, выгодные при нынешней конъюнктуре, могут при таком подешевении действительно — как предрекают эксперты — оказаться нерентабельны.

Но кое в чём можно верить даже экспертам. Рецепты, коим обычно сулят самое блестящее будущее — например, ветряные электростанции — действительно нерентабельны. И останутся нерентабельны, пожалуй, навсегда.

Альтернативы бывают разные. Скажем, горючие сланцы мало чем отлича-ются от обычного угля — разве что пустой породы в них заметно больше. С точки зрения профессиональных экологистов альтернативные энерготехнологии — только те, что опираются на возобновляемые источники энергии.

Между тем по второму закону термодинамики любой источник энергии рано или поздно исчерпается. То, что считают неисчерпаемым экологисты, фактически подпитывается из вполне конечного источника — Солнца.

Правда, угаснет оно лишь через миллиарды лет. На наш век хватит. Но мощность Солнца ограничена.

Человечеству на многие века хватило бы и той энергии, какую наше светило вырабатывает в считанные секунды. Но до Солнца полтораста миллионов километров. Его излучение расходится во все стороны равномерно. И на уровне земной орбиты на каждый квадратный метр приходится всего 1400 ватт.

Это немало. Так, искусственные спутники Земли, как правило, питают всю свою разнообразную аппаратуру от солнечных батарей. Пусть те превращают в электричество всего 1/8–1/7 света — нужна лишь батарея побольше.

Но спутники — вершина современной технологии. Да и мощность у них до-вольно скромна. Не зря для приёма сигнала даже с самых совершенных нужны антенны площадью порядка квадратного метра и хитрые многоступенчатые усилители — пусть даже успехи полупроводниковых технологий и позволяют упаковать все эти ступени в компактные микросхемы.

До поверхности Земли доходит — в расчёте на 1 м2 поперечного сечения планеты — всего 1100 Вт: атмосфера поглощает часть энергии — знаменитый парниковый эффект несколько охлаждает планету. Тоже довольно много. Если когда-нибудь научимся использовать весь свет, попадающий на планету, полу-чим общую мощность примерно 44*1015 Вт, если ловить будем на поверхности, и 55*1015 Вт, если в космосе. Нынешнее энергопотребление человечества — порядка 1013 Вт, т. е. на три порядка меньше. Даже с учётом ожидаемого роста — примерно в 2.5 раза в ближайшую четверть века — резерв колоссален.

Увы, по меньшей мере 9/10 солнечной энергии требуется на неэлектрические нужды: от фотосинтеза в растениях (в том числе океанских одноклеточных водорослях, вырабатывающих основную часть столь нужного нам кислорода) до обычного освещения. Да и КПД всех существующих способов переработки света в электричество весьма далёк от единицы. Даже теоретически мы сможем использовать примерно 1/100 солнечной энергии.

Правда, это тоже на порядок больше, чем нам нужно. Но…

Солнечная батарея площадью 1 м2 имеет мощность 100–150 Вт в идеальных условиях — когда повёрнута перпендикулярно свету при чистом небе. Среднесуточная её мощность даже на экваторе вдвое меньше. Цена же при нынешних технологиях — примерно $500. То есть $8–10 за среднесуточный ватт. Обычные же энергоустановки — примерно $1. Какая уж тут рентабельность!

Причём ограничения тут принципиальные. Плотность светового потока так мала, что для его промышленного использования нужны очень громоздкие установки. Или громадные посевные площади — если мы (как предлагает сейчас Буш) намерены перерабатывать на топливо кукурузу и сахарный тростник.

Ископаемые топлива — концентрат солнечной энергии, падавшей на Землю миллионы лет. Плотность извлекаемой из них мощности на многие порядки выше плотности солнечного света. Соответственно для её переработки нужны системы несравненно компактнее сопоставимых по мощности солнечных.

Правда, есть на Земле и механизмы естественной концентрации солнечной энергии. Но самые удобные из них — реки, собирающие её со многих тысяч км2 — уже используются почти на пределе допустимого: дальше нужны либо затопление громадных плодородных просторов, либо строительство в вечной мерзлоте, либо ещё какие-то не менее разорительные затеи.

Нагляднейший пример бесперспективности экологичной энергетики — ветроэлектростанции. Лопасти ветряка должны охватывать огромную площадь, чтобы собирать приемлемую мощность даже при слабом ветре. А чтобы при таком размере выдержать напор сильного ветра, их приходится делать из са-мых прочных материалов по сложной технологии. Между тем основную часть времени ветряк вертится слабо. В итоге энергозатраты на его изготовление зачастую превышают энергию, которую он выработает за весь срок службы.

Исследование прочих энергетических альтернатив даёт столь же неутешительный результат. Барьер низкой плотности энергопотока в рамках известного материаловедения непреодолим.

Порой рентабельностью приходится пренебречь. В космосе не обойтись без солнечных батарей, на уединённых маяках и полярных станциях — без ветря-ков. Но в качестве массовой замены классической энергетики экологически чистые альтернативы обречены остаться пиаровским инструментом в межотраслевой конкурентной борьбе да инструментом распила казённых бюджетов.