Александр Проценко - Энергия будущего

• Название: Энергия будущего
• Автор: Александр Проценко
• Жанр: Прочая научная литература

Технический прогресс невозможен без энергии. О путях обеспечения человека энергией, об энергетических ресурсах планеты, о той роли, которую должна сыграть термоядерная энергия в будущем, идет речь в книге доктора наук А. Проценко. Издание рассчитано на самые широкие круги читателей.

---

Исследователи установили, что в кубическом сантиметре парижского воздуха более 100 тысяч пылинок, а над Тихим океаном — всего 500. В две тысячи раз меньше! Это крайний случай. Тем не менее считается, что запыленность в сельской местности в среднем всего лишь в 10 раз меньше, чем в городе.

Энергетика является мощным источником ежегодного поступления в атмосферу 140–160 миллионов тонн очень вредного газа — двуокиси серы. Это следствие сжигания угля и нефти. Поступление двуокиси серы из природных источников эквивалентно 600 миллионам тонн. Значит, человеческая деятельность ответственна за четвертую часть серы, проникающей в биосферу.

Содержание в атмосфере окислов азота на 90 процентов определяется природными источниками. Но наибольшие возмущения в состав атмосферы вносит окись углерода, образующаяся в энергетических установках.

Основная часть этого вредного газа выделяется двигателями внутреннего сгорания. А это составляет около трех четвертых всего количества окиси углерода.

Вес атмосферы земного шара, состоящей в основном из азота и кислорода, равен 5 триллионам тонн (5*10^12 тонн). Поэтому поступление в нее всего каких-то сотен миллионов тонн в год различных газов, казалось бы, не может существенно изменить ее состав. И в самом деле, в результате различных физико-химических реакций, происходящих в атмосфере и при ее взаимодействии с поверхностью Земли и океанов, в ней поддерживается некоторая постоянная и небольшая концентрация вредных газов. Скажем, на миллиард частей воздуха приходится всего 1–4 части двуокиси азота или серы.

Но это только кажется, что данная величина маленькая.

В действительности она недалека от предельно допустимой для человека 30 частей серы на миллиард частей воздуха. Концентрация двуокиси серы в городах в среднем составляет уже около 15–20 частей, то есть в 20 раз больше средней по земному шару, что говорит о приближении к пределу допустимого. А во многих городах она, увы, еще выше. Так, в 1964 году в Чикаго она была уже равна 150 частям на миллиард, то есть в 5 раз превышала предельно допустимую.

Загрязнение атмосферы ведет к ухудшению здоровья, потере трудоспособности, гибели людей. Не всегда заметно, что причина заболеваний кроется в составе атмосферы. Но статистика и чрезвычайные ситуации рельефно отражают действительное положение дел. Вот одна из таких ситуаций. 5 декабря 1952 года перед взором жителей Лондона произошло нечто невероятное: солнце совершенно исчезло с небосвода. Необычайно плотный смог — смесь дыма, тумана и вредоносных газов — держался над английской столицей 3–4 дня. По официальным данным, за это время умерло более 4 тысяч человек. Английские специалисты определили, что воздух над столицей содержал несколько сот тонн дыма и двуокиси серы.

Автомобильный транспорт повышает концентрацию окиси углерода и азота до 10–20 частей на миллион частей воздуха. При определенных условиях под действием солнца в воздухе происходит длинная цепочка реакций и образуется фотохимический смог. Им в настоящее время «заражены» почти все крупные города многих зарубежных стран — Нью-Йорк, Чикаго, Бостон, Детройт, Милан. В Токио июльский смог 1970 года привел к отравлению 8 тысяч человек. Более 400 человек пострадало 24 мая 1974 года от отравления ядовитым смогом в Токио и прилегающих к нему районах. Там при наступлении жарких и безветренных дней уже несколько раз концентрация вредных для здоровья газов поднималась выше допустимых пределов. По токийскому радио и телевидению можно услышать такие сообщения:

«Внимание! Говорит токийский центр по контролю за загрязнением воздуха. Предупреждаем жителей квартала Кото, Эдогава и Котсусина. В воздухе повысилось количество вредных веществ. Внимание! Срочно прекратить школьные занятия на открытом воздухе, детей вернуть в классы. Как можно меньше находиться на улице. Пользуйтесь автомобилями только при крайней необходимости…»

Только в 1972 году такие тревожные сообщения объявлялись 176 раз — смог угрожал жителям удушьем.

Население Советского Союза избавлено от смога; и все же есть еще города, в которых превышены предельно допустимые концентрации по некоторым газам.

Нужно сказать, что ситуация с двуокисью седы усложняется тем, что еще нет эффективных способов очистки продуктов сгорания угля и нефти.

Увеличение содержания в воздухе серы вызывает не только заболевания и смертность, но и приводит к ряду других нежелательных последствий, таких, как повышенная коррозия металлических конструкций, приносящая миллиардные убытки, кислотность дождевой воды, замедляющая рост лесов и развитие культурных растений. Есть и менее печальные последствия. Ученые из Бирмингемского университета (Англия) заявили, например, что процент натуральных блондинок (наверное, и блондинов) с каждым годом снижается. Причина — увеличение в воздухе серы, которая вызывает потемнение волос.

Пожалуй, на этом примере стоит остановиться и сказать, что один Рубикон энергетика уже перешагнула или стоит на его берегу. Нельзя ей дать перейти его.

Среди отрицательных явлений, связанных с развитием энергетики, обращает на себя внимание повышение температуры окружающей среды. В первую очередь тепловые сбросы сказываются на температуре водоемов.

Нужно сказать, что воздействие энергетики (в общем случае всей промышленности) на природу изучено пока недостаточно. Незнание же, как известно, порождает полярные точки зрения на многие проблемы, по которым хотелось бы иметь более определенные суждения, Так, по поводу подогрева воды в водоемах одни специалисты говорят, что он вреден, и называют этот процесс тепловым загрязнением, вызывающим нарушение биологического равновесия. Но вот в конце сентября 1977 года в центре ядерных исследований Карлсруэ (ФРГ) собралось одно из самых представительных совещаний: свыше 100 специалистов из различных стран.

В конце концов они пришли к довольно неожиданному выводу, что нагревание вод не должно иметь вредных последствий, наоборот, одновременное, мол, повышение температуры и содержания кислорода в воде создает благоприятные условия для развития микроорганизмов, разлагающих вредные вещества.

Совещание в ядерном центре не было случайным. Дело в том, что атомные электростанции имеют более низкий КПД, чем электростанции на органическом топливе.

Это означает, что в АЭС для выработки одного и того же количества электроэнергии не только используется больше тепла, но и больше его сбрасывается в окружающую среду.

Вопреки выводам совещания в Карлсруэ многие специалисты считают, что, по-видимому, в некоторых случаях подогрев воды в водоемах вреден. В связи с этим конструкторы стремятся разрабатывать АЭС, потребляющие минимальное количество воды. Такие АЭС будут полезны и даже необходимы там, где вообще нет воды или ощущается ее большой недостаток. Так можно избежать повышения температуры водоемов.

В настоящее время неизбежно общее повышение и температуры атмосферы в местах нахождения электростанций, промышленных предприятий или крупных индустриальных районов. А это приводит к возникновению нежелательных воздушных потоков, изменению влажности воздуха и солнечной радиации — в общем, к изменению микроклимата. Правда, плотность искусственной энергии, обусловленной деятельностью человека, пока еще невелика: всего 0,02 ватта на квадратный метр поверхности Земли. Мощность же солнечного излучения почти в 10 тысяч раз больше. И конечно, такое искусственное энерговыделение не может вызвать возмущений атмосферы планеты. Но уже есть районы, где плотность искусственного энерговыделения существенно выше и вызывает опасение. Например, на территории Японии она равна 2 ваттам на квадратный метр поверхности, то есть почти один процент от солнечного, а в Рурском промышленном районе ФРГ она выше уже в 10 раз (20 процентов от солнечного). Ясно, что такие источники энергии могут серьезно влиять на микроклимат в прилегающих районах.

Метеорологи считают, что дальнейший рост искусственного энерговыделения в районах, подобных Руру, Бельгии, юго-востоку США, скажем, на один порядок может вызывать не только значительное изменение микроклимата, но и нарушения в генеральной циркуляции атмосферы всей планеты. Таков еще один рубеж для энергетики, при приближении к которому нужно задуматься, как же быть с климатом.

Очень широко, особенно в последние годы, обсуждается вопрос об общем перегреве Земли в результате деятельности человека. Часто пишущие об этой проблеме прибегают к чрезмерному упрощению. В результате появляются статьи под устрашающими заголовками:

«Энергетика — стоп!», «Время ледников приходит» или уже упоминавшаяся «Ожидается мезозой».

Действительно, расчеты, проведенные многочисленными учеными, показывают, что повышение доли искусственного тепла до 2–3 процентов от солнечного может вызвать изменение теплового баланса Земли и ее климата. Однако, как пишет академик Е. Федоров, доля искусственного тепла, равная 2–5 процентам, — это 30–75 единиц Q в год. Как мы видели ранее, такого уровня энергетика за счет известных сейчас источников энергии достигнет лишь через 200–500 лет. Но многие исследователи справедливо отмечают, что такое изменение теплового баланса в атмосфере Земли, какое вызывается при 2-5-процентной доле искусственных источников энергии, может возникнуть значительно раньше и произойдет оно за счет изменения прозрачности атмосферы.