Для пытливого ума читателя, не являющегося специалистом в области истории энергетики, но стремящегося представить и понять прошлое, настоящее и будущее этой базисной для жизни всего человечества отрасли, мы предлагаем размышления на данную тему известного публициста, писателя и журналиста Виталия Бабенко.

ЧТО ИМЕЕМ?

Как не парадоксально это звучит, но история человечества, по сути, представляет собой иллюстрацию развития энергетики. Для того чтобы добыть тепло, свет и приготовить пищу люди готовы были использовать любое топливо. К примеру, в начале ХIХ века для этих целей активно использовался китовый жир, что привело к массовому истреблению животных. Конечно, «китовое топливо» применялось не во всех странах. В глобальных масштабах, для этих целей служили древесина и уголь, по праву считавшиеся основными энергетическим источниками жизни человечества. Однако вместе с открытием в 1859 году в Пенсильвании первой нефтяной вышки, к основным энергоносителям добавились нефть и газ. Так постепенно, в результате поиска оптимального топлива, сложилась современная классическая энергетическая картина мира, базирующаяся на трех углеводородных китах: угле, нефти и газе. И сегодня 85% общего объема производства мировой энергии вырабатываются за счет сжигания углеводородов, из которых: 45% получается за счет угля и газа, 40% - нефти, а оставшиеся 15% формируются из 7%, приходящихся на возникшую 125 лет назад гидроэнергетику, 6,5 % - на используемый с середины ХХ века атом и 1,5% - иные, альтернативные источники энергии.

Если учесть, что население Земли постоянно и быстро растет, то закономерно увеличиваются и объемы потребляемого им углеводородного топлива. Проблема заключается в том, что газ, нефть и уголь относятся к невозобновляемым ресурсам. Новый уголь, на месте выработанного, образоваться вновь уже не может. Предположения о том, что при особых геологических условиях за длительное время газ и нефть могут возобновиться, до сих пор остаются только теоретическими догадками. Потому-то на протяжении последних столетий эксперты и ученые постоянно ведут расчеты запасов углеводородных ресурсов, ведь иначе человечество ожидает неминуемый энергетический коллапс или энергетическая смерть. Стоит отметить, что особенно панические картины рисовались учеными и публицистами в 60-е годы ХХ века. Сегодня прогнозные оценки менее эмоциональны, чем 40 лет назад. Согласно им, разведанных или легко извлекаемых запасов углеводородов человечеству должно хватить до конца ХХI века. Причем, если угля еще много, то нефти и газа – нет. Вот почему вопрос о том, как обеспечить фонд углеводородов для следующих поколений, по-прежнему сохраняет свою актуальность. Однако энергетические приоритеты уже меняются. Идет поиск и реализация проектов по использованию новых источников энергии, что без сомнения приведет к пересмотру структуры сложившейся энергетической картины мира.

НОВАЯ СТРУКТУРА ЭНЕРГЕТИКИ

При определении параметров энергетики будущего, необходимо исходить не столько из ограничения потребления традиционных углеводородных источников, сколько из энергетической эффективности их использования и энергосбережения. Особенно ярким примером этому может служить Нигерия, в которой существуют значительные запасы газа. Но из-за того, что нигерийцы не способны его потреблять, обрабатывать и транспортировать, он просто вылетает «в трубу», тогда как при эффективном использовании горящие 30 лет газовые факелы Нигерии способны были бы снабдить энергией почти половину африканского континента. Россия не Нигерия, но и у нее есть резервы по росту эффективности использования энергетических запасов. Несмотря на то, что углеводороды обеспечивают 55% валютных поступлений страны и 34-36% доходов российского бюджета, что закономерно переводит энергетику в статус национального преимущества, мы по-прежнему на производство единицы ВВП затрачиваем в 3-4 раза больше энергии, чем в развитых странах. К слову сказать, 90% валового мирового продукта изготавливается сегодня в странах-импортерах энергоресурсов. И их спрос на энергоносители постоянно растет. Что требует вести поиск новых углеводородных месторождений.

Всем известно, что 23 поверхности нашей планеты покрыты водой. Причем, 40% мирового океана – это воды над шельфами, которые представляют собой продолжение континентов. Именно здесь много нефти. Но шельфы – это неглубокие воды, тогда как именно на глубинах более 3-х км находится 23 неразведанных нефтяных запасов. Это не теоретические догадки, а результаты серьезных исследований и геологических разведок. Конечно, нефть на глубинах считается очень тяжелой, так как залегает она даже не на дне, а под дном. Но сегодня уже есть реальные проекты по ее добыче.

Кроме того, в последние годы ведется активная разработка северных и арктических месторождений. Нефти много не только в Баренцевом море, еще больше ее в Арктике. И если начать освоение арктической нефти, то мир получит освобождение от ближневосточной зависимости, а Россия хорошее пополнение к своим запасам.

С этой целью, наша страна в 1997 году стала участницей Конвенции ООН «О морском праве». По этой Конвенции шельф определяется как продолжение континента на небольших, и достаточно больших глубинах. Такое толкование шельфа автоматически обосновывало российские притязания практически на половину Арктики. Если шельф наш, то и потенциальная нефть тоже. С этим категорически не согласны другие участники Конвенции: Канада, США, Норвегия и Дания. Поэтому пока России пришлось временно отказаться от своих притязаний. Однако в будущем году с окончанием 10-летнего срока и, согласно положению Конвенции, Россия должна обосновать свои права на часть Арктики, а стало быть на арктические нефть и газ. Причем, не только подводные нефть и газ. Газовые запасы могут существовать в виде гидратов и квадратов. Это ледяные структуры, где в кристаллах воды заключены молекулы газа метана или, проще говоря, газированный лед. Лед, который горит! Такие гидратные месторождения, расположенные в северных территориях, представляют собой значительный энергетический потенциал.

Завершая рассказ о традиционных энергетических источниках, необходимо сказать об угле. В целом, темпы развития угольной энергетики значительно опережают темпы развития других энергетических составляющих. Россия, в данном случае, исключение из общемировой тенденции. На сегодняшний день, ученые предлагают новые технологии, которые позволяют, например, из угля делать водород. Но, к сожалению, это пока только перспектива. Вообще, использование водородного топлива является наиболее экологически чистым источником энергии, так как при сгорании в кислороде от водорода остается только вода и все. Конечно, водородное топливо нельзя рассматривать как полную замену существующих видов энергоресурсов. Проблема заключается в том, что, во-первых, в свободном виде данное топливо не существует, а, во-вторых, его производство само по себе очень энергозатратно. Ведь для того, чтобы разложить путем электролиза воду на ее составляющие: кислород и водород, нужно затратить столько энергии, сколько водород как топливо не возместит. Причем, получение водорода в промышленных масштабах диктует необходимость его безопасного хранения только в сжиженном виде, кроме того, сам процесс сжигания, а также транспортировки являются сложными технологическими проблемами. Пока нет ни одной страны, имеющей водородную энергетику. Хотя, в США, например, в 1996 году был принят «Закон о водородном будущем». Согласно ему в течение 20 лет энергетика Соединенных Штатов должна в основном перейти на водородное топливо. Помимо американцев, темой водородной энергетики активно занимаются китайцы. Именно Китаю принадлежит четверть от мировых патентов на водородные элементы.

Почему же весь мир так увлечен разработкой водородного топлива? Потому что необходимо искать способы борьбы с загрязнением земной атмосферы. Так как сжигание любого из традиционных углеводородов, будь то нефть, газ или уголь, приводят к выделению двуокиси углерода или СО2 - углекислого газа, являющегося причиной возникновения парникового эффекта. Считается, что за время, прошедшее с начала промышленной революции, содержание углекислого газа в атмосфере нашей планеты увеличилось, в среднем, на 30-35%. И если сохранить темпы ХХ века по объемам энергопотребления, интенсивности выброса в атмосферу продуктов горения, то к средине ХХI века уровень углекислого газа в два раза превысит тот, который был до промышленной революции. А к концу XXI века он еще в два раза увеличится. За счет чего, среднемировая температура может значительно повыситься. Что неизбежно приведет к таянию льдов Арктики и Гренландии, а также повлияет на уровень мирового океана, со всеми сопутствующими последствиями, когда могут исчезнуть с лица Земли Голландия, Мальдивы и половина Бангладеш. Поплывут российские города и поселки, стоящие на вечной мерзлоте в нефте- , газоносных районах. Уже доказана взаимосвязь между глобальным потеплением, вызванным парниковым эффектом в земной атмосфере, и небывалыми по сокрушительности ураганами, такими как Катрина. Если мы не хотим разогрева планеты и дальнейшего усиления парникового эффекта, то для человечества становится жизненно необходимым сокращение потребления углеводородного топлива. И не потому что его мало, его пока еще хватает, а потому что его сжигание создает реальные угрозы для жизни не только отдельных стран, но и всей человеческой цивилизации. Оптимально, если бы уже к средине ХХI века половина энергостанций на Земле были безэмиссионными – не дающими выброса углекислого газа в атмосферу. Но это вопрос отдаленной перспективы, хотя уже сегодня есть альтернативные варианты получения энергии. К примеру, с помощью солнечных батарей.

За прошедшие 10-15 лет КПД пленочных солнечных элементов, по сравнению с их предшественниками - кристаллическими, значительно вырос, а стоимость, наоборот, снизилась. Прямые солнечные лучи, попадающие на кусок пленки, развернутый, к примеру, на крыше дома, позволяет аккумулировать энергию для бытовых целей. Но есть и более сложная технология, когда солнечные элементы выносятся в космос на достаточно далекую от Земли орбиту. В этом случае энергия, получаемая из космоса, принимается гелеостанциями или гелеоспутниками. С помощью микроволновых приемников энергия космоса поступает на Землю и перерабатывается в электрический ток. Еще лет десять назад запуск мощного солнечного энергоспутника стоил триллионы, а теперь всего 200 млрд. долларов. И хотя во многих странах к этому проекту отношение скептическое, аэрокосмическое агентство США сочло его перспективным и выделило на его разработку 400 млн. долларов. Менее экзотично и более традиционно воспринимается, к примеру, выработка электроэнергии за счет ветра. Много ветровой энергии вырабатывается в Германии, а в Дании, вообще, 17% общей энергетики получают именно за счет ветра. Ветровые станции могут быть очень мощными. «Мицубиси», например, выпускает даже мегаватные ветряки!

Кроме ветра, также широко используется энергия подземных вод и подземного тепла. Такие станции есть и у нас на Камчатке. Но все же рекордсменом по использованию энергии геотермальных вод является Исландия, в которой доля геотермальной и гидроэнергетики в объеме вырабатываемой энергии составляет 99%! Почти вся энергия! Никаких нефти, угля и газа. Практически идеальная модель энергетики без сжигания углеводородов и загрязнения окружающей среды. Принцип экологичности характеризует также и станции, работающие на перепаде температур. Использование температурного перепада между теплой водой на поверхности океана и холодной на глубине применимо на Гавайях или Индонезии.

Вообще, вариантов получения энергии достаточно много. Например, она может вырабатываться благодаря циркуляции испаряющейся жидкости или легко сжижаемого газа, становящегося то жидкостью, то газом, и вращающим турбины. Есть приливные и поплавковые станции. Альтернативных источников получения энергии, на самом деле, довольно много. К ним можно отнести и использование биогаза из шахтного метана. Конечно, последние характеризуются не такими высокими экологическими показателями, так как дают выброс СО2, но это новые энергетические технологии. Пока новые.

Основным показателем конкурентоспособности альтернативных источников энергии по сравнению с традиционными, конечно, является цена. Динамика изменения себестоимости одной единицы энергии дает основания для оптимистичных прогнозов. Так, если еще 15 лет назад себестоимость одного киловатта, полученного за счет солнечной энергии, равнялся 50 центам, то сегодня он обходится всего в 10! Ветровая энергия 20 лет назад позволяла обеспечить один киловатт за 35 центов, сейчас – только 4 цента! Данные показатели свидетельствуют о том, что разрыв стоимости единицы традиционной и альтернативной энергии уже практически нивелировался.

И, напоследок, еще об одном виде энергии, разработки проектов по которой начались в нашей стране более 50 лет назад - о термоядерной энергии. Еще академик Сахаров вместе с лучшими отечественными учеными работал над термоядерным реактором. Однако до сих пор этот реактор пока сохраняет статус проекта. Сложность заключается в том, что трудно обеспечить режим самоподдерживающейся термоядерной реакции. Зажечь плазму не представляет особой сложности. Самым трудновыполнимым является сохранение самоподдерживающейся, постоянно идущей реакции, при которой, за счет синтеза легких элементов в тяжелые вырабатывается гигантская по объемам энергия. Работа над термоядерным реактором сложна, но выполнима. Запуск первого опытного термоядерного реактора промышленного образца запланирован на 2007 – 2008 годы. Это международный проект, в котором помимо России участвуют такие страны как США, Япония и Франция. Считается, что термоядерный реактор гораздо безопаснее атомного. Теоретически, да. Но есть одна проблема. Для того, чтобы получать энергию от термоядерной реакции надо в качестве топлива использовать дейтерий и тритий. Это радиоактивные вещества, но страшны не они сами по себе, а продукт их реакции - нейтрон. Нейтронное излучение негативно воздействует как на материалы, делая даже бетон и сталь хрупкими и колкими, так и на людей. Более безопасным, по мнению ученых, должна быть реакция сжигания того же самого дейтерия, но с гелием, у которого в ядре два протона и один нейтрон. В этом случае, реакция будет идти с выделением большей энергии, а на выходе будет получен He4 – нейтральный газ и водород, который сам по себе является хорошим топливом. И никаких нейтронов, никакого разрушения, никакого воздействия на людей, никакого излучения. Проблема лишь в том, где взять He3, ведь на Земле его нет. Но он есть на Луне. Луна как тело Солнечной Системы постоянно бомбардируется солнечным ветром, одной из составляющих которого и является столь необходимый нам гелий - He3. Проекты по извлечению He3 из лунного грунта насчитывают уже 15 лет. Сегодня они переходят в практическую плоскость. Американцы объявили, что к 2020 году построят на Луне станцию, может быть, даже не одну, чтобы заниматься извлечением, и в дальнейшем доставкой на Землю He3. Их конкурентами готовы стать Китай и Япония. Можно смело утверждать, что в мире начинается «лунная гонка».

В СССР, в свое время, тоже существовала «лунная программа». Она, конечно же, была засекречена. Но спустя годы стало известно, что разрабатывалась она главным образом для того, чтобы советские космонавты первыми в мире совершили полет на Луну. Американцы нас опередили и программа была свернута, хотя какие-то наработки все же остались. Сегодня Россия рассматривает планы по освоению и разработке лунных недр. Хотя сроки начала реализации данных планов не конкретизируются, но поторопиться стоит. Так как в космическом праве есть один нюанс. В нем ничего не говорится про недра. Про поверхность планет говорится, а про их недра нет. Пользуясь этим, три очень предприимчивых американца создали компанию и уже «застолбили» за собой право на 75% территории Луны. Так, на всякий случай, чтобы продавать, в последствии, право на разработку лунных ресурсов. Такой оперативности от них не ожидал никто, в шок пришли даже соотечественники.

Если же попытаться подсчитать, сколько будет стоить энергия, вырабатываемая термоядерным реактором с использованием Не3, то за основу можно взять стоимость доставки одного килограмма груза. При доставке на орбиту он обходится примерно в 20 000 долларов, а его возвращение в 60 000 долларов. В результате получаем 80 000 долларов. Много? Да, но это безотносительно стоимости килограмма Не3. А она составляет 16 000 000 долларов! Настолько велика его энергетическая ценность. Поэтому арифметическое действие на сложение теряет всякий смысл.

ПОДВОДЯ ИТОГИ

Вообще-то строить прогнозы – дело хорошее, но часто неблагодарное. Развитие НТП может очень быстро смешать все карты и направить научную мысль человечества совсем в другое русло. Поэтому вполне может статься, что уже нашим детям нефть и вовсе не потребуется. Ведь сегодня уже практически никто не помнит о конфликте, разгоревшимся в ХIХ веке между Францией и Германией за рурский угольный бассейн. А причина этого кроется в том, что уголь перестал являться приоритетным энергетическим ресурсом. Ему на смену пришла нефть. Но мы не можем знать наверняка, будет ли в средине ХХI века нефть также важна и необходима, как в конце ХХ. Энергетика как форма богатства может и развратить, и стимулировать развитие. Но ни одна страна мира не может развиваться только за счет экспорта энергоресурсов. Поэтому-то так важно участвовать в научных разработках новых и перспективных источников энергии. Будь-то термоядерная или водородная энергетика, арктическая или лунная программы. Недавно, президент Буш в своем послании Конгрессу США заявил, что к 2025 году Америка должна сократить импорт энергоресурсов (нефти и газа) на 75%! На целых три четверти! Это означает только то, что ведутся работы, позволяющие американцам это сделать. Причем, сделать не за счет разработки собственных углеводородных месторождений, а благодаря применению нанотехнологий. А это значит, что еще через каких-нибудь15 – 20 лет на эту технологию перейдут Япония, Китай и Индия. То есть те страны, которые сегодня больше всего потребляют и импортируют энергию. Есть о чем задуматься.

  

Тамара ДАЙН, г. Красноярск. Газета «Красноярские новости», 19 апреля 2006 г.