Энергетическая и сырьевая проблемы.

Практикум №5.

Энергетическая и сырьевая проблемы.

Текст для осмысления.

Энергетическая и сырьевая проблемы – это, прежде всего, проблемы надежного обеспечения населения топливом и сырьем. Раньше эта проблема относилась к отдельным районам и странам с «некомплектным» составом природных ресурсов, но в 70-е годы она приобрела глобальные масштабы, хотя общее количество энергии и сырья, содержащееся в земных недрах и в околоземном пространстве настолько велико, что теоретически не может быть и речи об их исчерпании. Проблема состоит в том, что разведанные запасы нефти, природного газа и других видов топлива и сырья ограничены, горно-химические условия добычи ухудшаются, территориальный разрыв между районами добычи и потребления увеличивается, а районы добычи смещаются в районы нового освоения с экстремальными природными условиями и т. д. Все это ставит человечество перед необходимостью жесткой экономии сырья и энергии, а так же использования новых ресурсосберегающих технологий.

Значение энергии для развития человечества.

Вся история материальной культуры челове­чества неразрывно связана с освоением различных форм энергии. Нынешний уровень развития производительных сил в мире в значительной мере обусловлен наличием и совершенством энергетиче­ской базы. Энергетика — это основа промышленности всего мирового хозяйства. Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммуналь­ных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергети­ки.

Приблизительно 1/4 всех потребляемых в мире энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики. Остальные 3/4 прихо­дятся на промышленное и бытовое тепло, на транспорт, металлургические и химические процес­сы. Ежегодное потребление энергии в мире приближается к 10 млрд. т условного топлива, а к 2010 году оно достигнет, по прогнозам экспертов 20-27 млрд. т. Теплоэнергетика использует в основном твердое топливо. Самое распространенное твердое топливо нашей планеты — уголь. И с экологической и с экономической точки зрения метод прямого сжигания угля для получения электроэнергии не лучший способ использования твердого топлива.

Динамика мировой добычи важнейших видов минерального сырья.

Виды минерального сырья

1901-1920

1921-1940

1941-1960

1961-1980

млрд. тонн в % от добычи с нач. века млрд. тонн в % от добычи с нач. века млрд. тонн в % от добычи с нач. века млрд. тонн в % от добычи с нач. века Уголь 21,8 15,4 25,7 18,2 35,5 25,1 58,5 41,3 Нефть 1,1 1,8 3,4 5,6 11,7 19,3 44,5 73,3 Природ. газ 0,3 1,1 1,0 3,7 4,8 17,7 21 77,5 Уран - - - - 144 22,5 497 77,5 Железная руда 2,9 10,9 3,3 12,4 5,9 22,2 14,5 54,5 Бокситы 7,6 0,6 29,9 2,5 207 17,2 956 79,7 Медь 17,5 8,9 28,5 14,6 49,2 25,2 100,3 51,3 Цинк 14,4 9 25,1 16,1 38,8 24,9 78 50 Никель 0,4 3 1,3 9,9 3,1 23,5 8,4 63,6 Вольфрам 39 4,3 128 14,1 223 24,6 520 57 Молибден 3,6 0,2 98 5,4 443,4 24,5 1267 69,9 Золото 12,1 18,2 14,6 22 17,1 25,8 22,5 34 Алмазы 86 7,6 136,5 12,1 242,5 21,6 659 58,7 Асбест 1,8 2,5 5,7 8,1 19,2 27,1 44,1 62,3 Калийные соли 10,6 3,1 35,7 10,5 74,3 21,9 219 64,5 Фосфатные руды 80 4,2 172,5 9,2 377,5 20,1 1250 66,5

Учёные предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, а так же об истощении других важнейших ресур­сов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д. В мире действительно существует ряд природных ограничений. Так, если брать оценку количе­ства топлива по трем категориям: разведанные, возможные, вероятные, то угля хватит на 600 лет, неф­ти - на 90, природного газа - на 50 урана - на 27 лет. Иными словами, все виды топлива по всем кате­гориям будут сожжены за 800 лет. Предполагается, что к 2010 г. спрос на минеральное сырье в мире увеличится в 3 раза по сравнению с сегодняшним уровнем. Уже сейчас в ряде стран богатые месторож­дения выработаны до конца или близки к истощению. Аналогичное положение наблюдается и по дру­гим полезным ископаемым. Если энергопроизводство будет расти сегодняшними темпами, то все виды используемого сейчас топлива будут истрачены через 130 лет, то есть в начале XXII в. И все же вряд ли правомерно говорить о дефиците природных ресурсов на нашей планете. Челове­чество вовлекло в хозяйственный оборот меньшую часть ресурсов Земли: глубина разрезов не превы­шает 700 м, шахт - 2,5 км, скважин - 10 тыс. м. Наконец, основные резервы сбережения ресурсов со­держатся в отсталой технологии, из-за которой не используется значительная часть природных ресур­сов.

Альтернативные источники энергии.

Разумеется, трудно даже представить себе переход от столь привычных, традиционных видов топ­лива - угля, нефти и природного газа - к незнакомым, альтернативным методам получения энергии.

Энергия рек.

Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы назы­вать не Земля, а Вода, ведь около 3/4 поверхности планеты покрыты водой. Огромным ак­кумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солн­ца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рожда­ются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поис­ках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились исполь­зовать энергию рек.

Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье - в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году. Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка неболь­шой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется нич­тожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций.

Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала Земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря не использованны­ми. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колос­сальное количество энергии.

Энергия Солнца.

В последнее время интерес к проблеме использования солнечной энергии резко возрос. Потенциальные возможности энергетики, основанной на использовании непосредственно солнеч­ного излучения, чрезвычайно велики. Использование всего лишь 0,0125% количества энергии Солнца могло бы обеспечить все сегодняшние потребности мировой энергетики, а использование 0,5% - полностью по­крыть потребности на перспективу.

К сожалению, вряд ли когда-нибудь эти огромные потенциальные ресурсы удастся реализовать в больших масштабах. Одним из наиболее серьезных препятствий такой реализации является низкая ин­тенсивность солнечного излучения. Даже при наилучших атмосферных условиях (южные широты, чис­тое небо) плотность потока солнечного излучения составляет не более 250 Вт/м². Поэтому, чтобы кол­лекторы солнечного излучения "собирали" за год энергию, необходимую для удовлетворения всех потребностей человечества нужно разместить их на территории 130 000 км²!

Атомная энергия.

За время существования нашей цивилизации много раз происходила смена традиционных источ­ников энергии на новые, более совершенные. И не потому, что старый источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда: и, тем не менее, однажды люди приручили огонь, на­чали жечь древесину. Затем древесина уступила место каменному углю. Запасы древесины казались безграничными, но паровые машины требовали более калорийного "корма". Но и это был лишь этап. Уголь вскоре уступает свое лидерство на энергетическом рынке нефти. И вот новый виток: в наши дни ведущими видами топлива пока остаются нефть и газ. Но за каж­дым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Немудрено, что нефть и газ будут с каждым годом стоить нам все дороже. Замена? Нужен новый лидер энергетики. Им, несомненно, станут ядерные источники.

Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к энергетическим кладовым природы. Запасы урана, если, скажем, сравнивать их с запасами угля, вроде бы не столь уж и велики. Но зато на единицу веса он содержит в себе энергии в миллионы раз больше, чем уголь. При получении электроэнергии на АЭС нужно затратить, считается, в сто тысяч раз меньше средств и труда, чем при извлечении энергии из угля. И ядерное горючее приходит на смену нефти и углю... Всегда было так: следующий источник энергии был и более мощным. То была, если можно так выразиться, "воинствующая" линия энергетики. В погоне за избытком энергии человек все глубже погружался в стихийный мир природных явле­ний и до какой-то поры не очень задумывался о последствиях своих дел и поступков.

Невиданными темпами развивается сегодня атомная энергетика. За тридцать лет общая мощность ядерных энергоблоков выросла с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт! Некоторые ученые высказывают мнение, что в XXI веке около половины всей электроэнергии в мире будет вырабатываться на атомных электростанциях. В принципе энергетический ядерный реактор устроен довольно просто - в нем, так же как и в обыч­ном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной ре­акции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор. Самый распространенный в настоящее время тип реактора водографитовый. Еще одна распространенная конструкция реакторов - так называемые водо-водяные. В них вода не только отбирает тепло от твэлов, но и служит замедлителем нейтронов вместо графита. Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона киловатт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожской, Балаковской и других атомных электростанциях. Вскоре реакторы такой конструкции, видимо, догонят по мощности и рекордсмена - полуторамиллионник с Игналинской АЭС.

Но все-таки будущее ядерной энергетики, по-видимому, останется за третьим типом реакто­ров, принцип работы и конструкция которых предложены учеными, - реакторами на быстрых ней­тронах. Их называют еще реакторами-размножителями. Обычные реакторы используют замедлен­ные нейтроны, которые вызывают цепную реакцию в довольно редком изотопе-уране-235, кото­рого в природном уране всего около одного процента. Именно поэтому приходится строить ог­ромные заводы, на которых буквально просеивают атомы урана, выбирая из них атомы лишь од­ного сорта урана-235. Остальной уран в обычных реакторах использоваться не может. Возника­ет вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа урана на сколько-нибудь продолжительное время или же человечество вновь столкнется с проблемой нехватки энергетических ресурсов? Более тридцати лет назад эта проблема была поставлена перед коллективом лаборатории Физико-энергетического института. Она была решена. Руководителем лаборатории Александром Ильичом Лейпунским была предложена конструкция реактора на быстрых нейтронах.В 1955 го­ду была построена первая такая установка. Преимущества реакторов на быстрых нейтронах очевидны. В них для получения энергии можно использовать все запасы природных урана и тория, а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана. Но все 450 атомных электростанции, работающих сейчас на планете, не могут создать угро­зу, хотя бы сравнимую с угрозой, исходящей от 50 тысяч боеголовок.

Оптимальная стратегия развития ядер­ной энергетики на длительную перспективу будет заключаться в постепенном вытеснении тепловых реакторов бридерами. Последние находятся еще в стадии промышленного освоения, поэтому их широкое строительство начнется в начале XXI века, а для ближайших лет не­обходимо определить величину ресурсов дешевого урана и порядок вели­чины ресурсов. Имеющиеся оценки показывают, что мировые запасы дорогого урана весьма велики. Так, количество урана при затра­тах на извлечение до 200 долл. / кг со­ставляет величину 10(7)-10(8) т, а до 500 долл. /кг - около 10(9) т урана. Если принять, что 1 т природного урана при использовании в бридерах эквивалентна примерно 1•10(6) тут, то величина приведенных выше ресурсов 10(7)-10(8) тонн природного урана оказывает­ся эквивалентной 10(13)-10(14) тут. Из этого следует, что при ориентации ядер­ной энергетики на реакторы-размножители ресурсов природного урана в мире вполне достаточно, чтобы базировать на них долгосрочную стратегию развития энергетики. В перспективе ресурсная база ядерной энергетики может быть значительно рас­ширена за счет тория, запасы которого в земной коре, по крайней мере, в 3 раза превышают запасы урана.

Нет сомнения в том, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества. Она, безусловно, будет развиваться и впредь, безотказно поставляя столь необхо­димую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры по обеспечению надежности атомных электростанций, их безаварийной работы, а ученые и инженеры сумеют найти необхо­димые решения.

Ветровая энергия.

Огромна энергия движущихся воздушных масс. Запасы энергии ветра более чем в сто раз превы­шают запасы гидроэнергии всех рек планеты. Постоянно и повсюду на земле дуют ветры - от легкого ветерка, несущего желанную прохладу в летний зной, до могучих ураганов, приносящих неисчислимый урон и разрушения. Всегда неспокоен воздушный океан, на дне которого мы живем. Ветры, дующие на просторах нашей страны, могли бы легко удовлетворить все ее потребности в электроэнергии!

Техника ХХ века открыла совершенно новые возможности для ветроэнергетики, задача которой стала другой - получение электроэнергии. В начале века Н.Е.Жуковский разработал теорию ветродвига­теля, на основе которой могли быть созданы высокопроизводительные установки, способные получать энергию от самого слабого ветерка. Появилось множество проектов ветроагрегатов, несравненно более совершенных, чем старые ветряные мельницы. В новых проектах используются достижения многих от­раслей знания. В наши дни к созданию конструкций ветроколеса - сердца любой ветроэнергетической установки привлекаются специалисты-самолетостроители, умеющие выбрать наиболее целесообразный профиль лопасти, исследовать его в аэродинамической трубе. Усилиями ученых и инженеров созданы самые раз­нообразные конструкции современных ветровых установок.

Энергия Земли.

Издавна люди знают о стихийных проявлениях гигантской энергии, таящейся в недрах земного шара. Память человечества хранит предания о катастрофических извержениях вулканов, унесших мил­лионы человеческих жизней, неузнаваемо изменивших облик многих мест на Земле. Мощность извер­жения даже сравнительно небольшого вулкана колоссальна, она многократно превышает мощность самых крупных энергетических установок, созданных руками человека. Правда, о непосредственном использовании энергии вулканических извержений говорить не приходится - нет пока у людей возможно­стей обуздать эту непокорную стихию, да и, к счастью, извержения эти достаточно редкие события. Но это проявления энергии, таящейся в земных недрах, когда лишь крохотная доля этой неисчерпаемой энергии находит выход через огнедышащие жерла вулканов.

Маленькая европейская страна Исландия - "страна льда" в дословном переводе - полностью обес­печивает себя помидорами, яблоками и даже бананами! Многочисленные исландские теплицы получа­ют энергию от тепла земли - других местных источников энергии в Исландии практически нет. Зато очень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанами горячей воды, с точностью хронометра вырывающейся из-под земли. И хотя не исландцам принадлежит приоритет в ис­пользовании тепла подземных источников, жители этой маленькой северной страны эксплуатируют подземную котельную очень интенсивно. Столица - Рейкьявик, в которой проживает половина населе­ния страны, отапливается только за счет подземных источников.

Но не только для отопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работают элект­ростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такая электростанция, совсем еще ма­ломощная, была построена в 1904 году в небольшом итальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженера Лардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленных в этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, в строй вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды, и в наши дни мощ­ность станции достигла уже внушительной величины-360 тысяч киловатт. В Новой Зеландии существу­ет такая электростанция в районе Вайракеи, ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в США производит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.

Энергия Мирового океана.

Известно, что запасы энергии в Мировом океане колоссальны. Так, тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 граду­сов, имеет величину порядка 1026 Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной порядка 1018 Дж. Океан наполнен энергией, чистой, безопасной и неиссякаемой. Она там, в океане, только и ждет высвобождения. Использование энергии океана позволило Земле быть обитаемой планетой. А вот альтернативный вариант, предусматривающий увеличение использования органических и ядерных видов топлива, по мнению некоторых специалистов, может привести к катастрофе: в атмосферу станет выделяться слишком большое количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опасностью человечеству.

Происходящее весьма быстрое истощение запасов ископаемых топлив, использование ко­торых к тому же связано с существенным загрязнением окружающей среды, резкая ограниченность за­пасов урана (энергетическое использование которых к тому же порождает опасные радиоактивные от­ходы) и неопределенность как сроков, так и экологических последствий промышленного использования термоядерной энергии заставляет ученых и инженеров уделять все большее внимание поискам возмож­ностей рентабельной утилизации обширных и безвредных источников энергии в Мировом океане. Ши­рокая общественность, да и многие специалисты еще не знают, что поисковые работы по извлечению энергии из морей и океанов приобрели в последние годы в ряде стран уже довольно большие масшта­бы и что их перспективы становятся все более обещающими.

Наиболее очевидным способом использования океанской энергии представляется постройка при­ливных электростанций (ПЭС). С 1967 г. в устье реки Ране во Франции на приливах высотой до 13 мет­ров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВт•ч. Советский инженер Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные мес­та, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагру­зки потребителями. Его идеи проверены на ПЭС, построенной в 1968 году в Кислой Губе около Мур­манска; своей очереди ждет ПЭС на 6 млн. кВт в Мезенском заливе на Баренцевом море.

Неожиданной возможностью океанской энергетики оказалось выращивание с плотов в океане быстрорастущих гигантских водорослей, легко перерабатываемых в метан для энергетической замены природного газа. По имеющимся оценкам, для полного обеспечения энергией каждого человека - по­требителя достаточно одного гектара плантаций водорослей.

Большое внимание приобрела "океанотермическая энергоконверсия" (ОТЭК), т.е. получение элек­троэнергии за счет разности температур между поверхностными и засасываемыми насосом глубинными океанскими водами, например при использовании в замкнутом цикле турбины таких легкоиспаряю­щихся жидкостей как пропан, фреон или аммоний. В какой-то мере аналогичными, но как пока кажет­ся, вероятно, более далекими представляются перспективы получения электроэнергии за счет различия между соленой и пресной, например морской и речной водой. Уже немало инженерного искусства вложено в макеты генераторов электроэнергий, работающих за счет морского волнения, причем обсуждаются перспективы электростанций с мощностями на мно­гие тысячи киловатт. Еще больше сулят гигантские турбины на таких интенсивных и стабильных океан­ских течениях, как Гольфстрим.

Представляется, что некоторые из предлагавшихся океанских энергетических установок могут быть реализованы, и стать рентабельными уже в настоящее время. Вместе с тем следует ожидать, что творческий энтузиазм, искусство и изобретательность научно-инженерных работников улучшить суще­ствующие и создадут новые перспективы для промышленного использования энергетических ресурсов Мирового океана. Думается, что при современных темпах научно-технического прогресса существен­ные сдвиги в океанской энергетике должны произойти в ближайшие десятилетия. Океан наполнен внеземной энергией, которая поступает в него из космоса. Она доступна и безопасна, и не загрязняет окружающую среду, неиссякаема и свободна.

Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух и образует ветры, вызывающие вол­ны. Она нагревает океан, который накапливает тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в то же время меняют свое направление под воздействием вращения Земли. Из космоса же поступает энергия солнечного и лунного притяжения. Она является движущей си­лой системы Земля - Луна и вызывает приливы и отливы. Океан - это не плоское, безжизненное водное пространство, а огромная кладовая беспокойной энергии. Здесь плещут волны, рождаются приливы и отливы, пересекаются течения, и все это напол­нено энергией.

Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли прибрежные воды Японии. В тече­ние многих лет бакены - свистки береговой охраны США действуют благодаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существует прибрежный район, где не было бы своего собственного изобретателя, работающего над созданием устройства, использующего энергию волн. Начиная с 1966 года два французских города полностью удовлетворяют свои потребности в электроэнергии за счет энергии приливов и отливов. Энергоустановка на реке Ране (Бретань), состоя­щая из двадцати четырех реверсивных турбогенераторов, использует эту энергию. Выходная мощ­ность установки 240 мегаватт - одна из наиболее мощных гидроэлектростанций во Франции. Каждый раз, когда поставщики на Ближнем Вос­токе, в Африке и Южной Америке поднимали цены на нефть, энергия приливов становилась все более привлекательной, так как она успешно конкурировала в цене с ископаемыми видами топлива. Особенно возрос интерес к очертаниям береговых линий и возможностям создания на них энергоустановок в России, Южной Корее и Англии. В этих странах стали всерьез задумались об использовании энергии приливов волн и выделяют средства на научные исследования в этой области. Не так давно группа ученых океанологов обратила внимание на тот факт, что Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со скоростью 5 миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была весьма заманчивой.

В океане существует замечательная среда для поддержания жизни, в состав которой входят пита­тельные вещества, соли и другие минералы. В этой среде растворенный в воде кислород питает всех морских животных от самых маленьких до самых больших, от амебы до акулы. Растворенный углекис­лый газ точно так же поддерживает жизнь всех морских растений от одноклеточных диатомовых водо­рослей до достигающих высоты 60-90 метров бурых водорослей. Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы перейти от восприятия океана как при­родной системы поддержания жизни к попытке начать на научной основе извлекать из этой системы энергию. При поддержке военно-морского флота США в середине 70-х годов группа специалистов в обла­сти исследования океана, морских инженеров и водолазов создала первую в мире океанскую энерге­тическую ферму на глубине 12 метров под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи города Сан-Клемент. Ферма была небольшая. По сути своей, все это было лишь экспериментом. На ферме выра­щивались бурые гигантские калифорнийские водоросли. По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса, сотрудника Центра исследования морских и океанских систем в Сан-Диего (Калифорния), "до 50 % энергии этих водорослей может быть превращено в топливо - в природный газ метан. Океанские фермы будущего, выращивающие бу­рые водоросли на площади примерно 40 000 га, смогут давать энергию, которой хватит, чтобы полно­стью удовлетворить потребности американского города с населением в 50 000 человек".

В наши дни, когда возросла необходимость в новых видах топлива, океанографы, химики, физи­ки, инженеры и технологи обращают все большее внимание на океан как на потенциальный источник энергии. В океане растворено огромное количество солей. Соленость тоже может быть использована как ис­точник энергии. Большая концентрация соли в океане навела ряд исследователей Скриппского океаногра­фического института в Ла-Колла (Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок. Они считают, что для получения большого количества энергии вполне возможно сконструировать ба­тареи, в которых происходили бы реакции между соленой и несоленой водой.

Температура воды океана в разных местах различна. Между тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов по Фаренгейту (27 С). На глубине 600 м температу­ра падает до 35,36,37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3,5 С). Возникает вопрос: есть ли возмож­ность использовать разницу температур для получения энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плывущая под водой, производить электричество? И это возможно. В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод, одаренный, решительный и весьма настойчи­вый французский физик, решил исследовать такую возможность. Выбрав участок океана вблизи берегов Кубы, он сумел-таки после серии неудачных попыток получить установку мощностью 22 киловатта. Это явилось большим научным достижением и приветствовалось многими учеными. Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине и создав соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для производства электроэнергии, уверяли сторонники ис­пользования тепловой энергии океана. "Согласно нашим оценкам, в этих поверхностных водах имеются запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую потребность в ней". "Увы, - возражали скептики, - Жорж Клод получил в заливе Матансас всего 22 киловатта электро­энергии. Дало ли это прибыль?" Не дало, так как, чтобы получить эти 22 киловатта, Клоду пришлось затратить 80 киловатт на работу своих насосов. Сегодня профессор Скриппского института океанографии Джон Исааке делает вычисления более аккуратно. По его оценкам, современная технология позволит создавать энергоустановки, использую­щие для производства электричества разницу температур в океане, которые производили бы его в два раза больше, чем общемировое потребление на сегодняшний день. Это будет электроэнергия, произво­димая электростанцией, преобразующей термальную энергию океана (ОТЕС).

А вот самолеты и легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом, который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ - водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород - один из наиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой капле воды. Помните формулу воды? Формула Н-ОН значит, что молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлечен­ный из воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для получения электроэнергии.

Все большее число химиков и инженеров с энтузиазмом относится к "водородной энергетике" бу­дущего, так как полученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре - 203ºС. Его можно хранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым сплавом или с магнием для образования металличес­ких гидридов. После этого их можно легко транспортировать и использовать по мере необходимости. Еще в 1847 году французский писатель Жюль Верн, опередивший свое время, предвидел возникновение такой водородной экономики. В своей книге "Таинственный остров" он предсказывал, что в будущем люди научатся использовать воду в качестве источника для получения топлива. "Вода, - писал он, - представит неиссякаемые запасы тепла и света". Со времен Жюля Верна были открыты методы извлечения водорода из воды. Один из наиболее перспективных из них - электролиз воды (через воду пропускается электрический ток, в результате чего происходит химический распад, освобождаются водород и кислород, а жидкость исчезает). В 60-е годы специалистам из НАСА удалось столь успешно осуществить процесс электролиза воды и столь эффективно собирать высвобождающийся водород, что получаемый таким образом во­дород использовался во время полетов по программе "Аполлон".

Таким образом, в океане, который составляет 71% поверхности планеты, потенциально имеются различные виды энергии - энергия волн и приливов; энергия химических связей газов, пита­тельных веществ, солей и других минералов; скрытая энергия водорода, находящегося в молекулах воды; энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана; удивительная по запасам энергия, которую можно получать, используя разницу температур воды океана на поверх­ности и в глубине, и их можно преобразовать в стандартные виды топлива. Такие количества энергии, многообразие ее форм гарантируют, что в будущем человечество не будет испытывать в ней недостатка. В то же время не возникает необходимости зависеть от одного - двух основных источников энергии, какими, например, являются давно использующиеся ископаемые виды топлива и ядерного горючего, методы получения которого были разработаны недавно.

Более того, в миллионах прибрежных деревень и селений, не имеющих сейчас доступа к энергоси­стемам, будет тогда возможно улучшить жизненные условия людей. Жители тех мест, где на море бывает сильное волнение, смогут конструировать и использовать установки для преобразования энергии волн. Живущие вблизи узких прибрежных заливов, куда во время приливов с ревом врывается вода, смогут использовать эту энергию. Для всех остальных людей энергия океана в открытом водном пространстве будет преобразовы­ваться в метан, водород или электричество, а затем передаваться на сушу по кабелю или на кораб­лях. И вся эта энергия таится в океане испокон веков. Не используя ее, мы тем самым попросту ее расточаем.

И, тем не менее, несмотря на то, что извлечение энергии океана находятся на стадии эксперимен­тов и процесс ограничен и дорогостоящ, факт остается фактом, что по мере развития научно-техниче­ского прогресса энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря. Когда - зависит от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии в различных формах, а в стоимость такого извлечения, кото­рая определит, насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи. Когда бы это время ни наступило, переход к использованию энергии океана принесет двойную пользу: сэкономит общественные средства и сделает более жизнеспособной третью планету Солнечной системы - нашу Землю.

Для того чтобы удовлетворить потребность в равноправном распределении дешевой энергии ме­жду всеми странами, потребуется такое ее количество, которое, возможно, в тысячи раз превысит сегод­няшний уровень потребления, и биосфера уже не справится с загрязнением, вызываемым использова­нием обычных видов топлива. Так как соревнование за обладание истощающимися видами топлива обостряется, расход обще­ственных средств будет расти. Рост этот продолжится, так как необходимо бороться с загрязнением воз­духа и воды, теплотой, выделяющейся при сгорании ископаемых видов топлива.

I. Энергетическая проблема.

1) При современных объемах энергопотребления разведанных запасов органического топлива на Земле хватит ненадолго, в том числе нефти – на 40 лет, газа – на 50, угля – на 400 лет. Поисковые работы фактически не коснулись многих участков континентального шельфа в Арктике и Антарктике, обширных территорий Азии, Африки, Океании. Означает ли это, что прогнозы скорого истощения ресурсов нефти, газа и угля вообще не состоятельны?

2) Назовите минусы и плюсы «химической» энергетики (речь идет преимущественно об экологических ограничениях традиционной тепловой энергетики). Например, современная энергетика, существующая на ископаемом углеводородном топливе, ущербна, так как наносит ощутимый вред природе и человеку вследствие выбросов золы, сернистого газа, окислов азота и некоторых углеводородов. Или: природный газ – самое чистое топливо, при его сжигании образуются лишь окислы азота, образование которых можно предотвратить, используя новые технологии сжигания природного газа. Рассмотрите перегрев Земли, растрату атмосферного кислорода, используемого в процессе сжигания, радиоактивное загрязнение.

3) В 1951 г. В США построили первую атомную динамо-машину, давшую ток для четырех электроламп. В 1954 г. В СССР заработала первая в истории атомная электростанция в городе Обнинске. К середине 1990-х гг. в 33 странах мира работало свыше 430 реакторов, однако в настоящее время количество реакторов уменьшается. Приведите аргументы, к