Энергетика будущего — не ветряк, а реактор

Человеку, не имеющему ни опыта самостоятельных разработок, ни хотя бы серьёзной подготовки по математизированным наукам и ремёслам, отличия науки и техники от магии представляются если не вовсе надуманными, то по меньшей мере незначимыми. От точных занятий ждут не менее чуда.

В последние предкризисные годы — в связи с очередным циклом роста стоимости сырья в целом и энергоносителей в частности — особое чудо выпрашивалось в энергетике. Особо эффектным направлением энергетического чудотворчества с давних пор служит тема возобновляемых энергоресурсов.

В нашей вселенной действует не только первый закон термодинамики (невозможность вечного двигателя), но и второй (невозможность получить энергию охлаждением одного предмета без нагрева другого) и даже третий (невозможность извлечения из нагретого тела всей содержащейся в нём энергии). Тут никакой энергоресурс нельзя считать вполне возобновляемым. На практике речь идёт о ресурсах, возобновляемых потоком энергии от Солнца (а в очень отдалённой перспективе — и других космических объектов). Но этой энергии хватит ещё на миллиарды лет, так что в рамках наших повседневных планов ресурсы и впрямь можно считать неограниченно возобновляемыми.

Да и технически дело представляется несложным. Солнечный свет можно использовать в полупроводниковых батареях. Вызванный им нагрев — в тепловых станциях. Можно перехватывать результаты нагрева — ветер, речные потоки, морские течения…

Увы, изящные инженерные решения упираются в сухие числа. На уровне орбиты Земли плотность солнечного излучения — 1400 ватт на квадратный метр. До поверхности нашей планеты доходит всего 1100: немалую долю тепловой части спектра перехватывают и переизлучают водяной пар и углекислота — так называемые «парниковые газы» (кстати, это сопоставление чисел уже доказывает лживость парниковой теории глобального потепления: я уже не раз говорил об этой грандиозной коммерческой фальшивке).

Это вроде бы немало. Даже если учесть, что вращение Земли позволяет в каждой данной точке улавливать в лучшем случае порядка четверти потока (в основном он падает не перпендикулярно поверхности, а вскользь). Но на естественные ограничения налагается ещё и техническое, именуемое КПД — коэффициент полезного действия.

Лучшие современные солнечные батареи преобразуют в электроэнергию примерно одну восьмую, а то и десятую долю падающего на них светового потока. Причин этому много. Одна из важнейших в том, что энергия квантов естественного света размазана по всему диапазону возможных частот, а для создания зарядовой пары в полупроводнике нужна определённая энергия. Часть фотонов, падающих на батарею, вовсе не располагает энергией, достаточной для генерации тока, а другая часть использует лишь часть своей энергии: приёмы использования одного фотона для генерации нескольких зарядов слишком сложны и ненадёжны, чтобы строить вокруг них серьёзную систему.

КПД ветровых турбин тоже далёк от идеала. Вдобавок длинные лопасти, достаточные для работы при слабом ветре, легко разрушаются сильным воздушным потоком. Приходится либо разворачивать их плоскости по ветру, выключая электростанцию как раз в те моменты, когда она могла бы давать наибольшую мощность, либо использовать для лопастей новейшие материалы — особо прочные и поэтому особо сложные в производстве.

Учёные, инженеры, экономисты давно изучили проекты использования возобновляемых энергоресурсов. В обозримом будущем могут быть рентабельны только классические электростанции на реках да немногочисленные приливные станции в нескольких особо удобных бухтах. Остальные чудеса изобретательского гения за весь срок работы выдадут меньше энергии, чем уйдёт на их изготовление. Они полезны разве что в местах, где не наладить энергоснабжение из обычных источников: на уединённых маяках и автоматических метеостанциях, в горных ретрансляторах радиосигнала, в космосе…

Радикальный прорыв в материаловедении мог бы изменить картину. Но пока ничего подобного не предвидится. Материаловедение опирается на физику твёрдого тела, та — на квантовую механику, а последние радикальные квантовомеханические открытия сделаны уже около восьми десятилетий назад (даже лазер, созданный в начале 1960-х — следствие из статьи Эйнштейна, написанной ещё лет за сорок до его сотворения).

Мало помогут и нанотехнологии — главный сегодня источник ожиданий чуда. Механические свойства комбинаций микрочастиц и матриц тоже неплохо изучены.

Радикальный рост прочности (и долговечности) вряд ли уложится в столь скромные затраты, чтобы обеспечить рентабельность тех же ветряков или малогабаритных приливных турбин.

На нынешнем уровне развития науки и техники единственный перспективный вид энергоресурсов — делящиеся материалы. Ядерные станции — самые безопасные (даже с учётом катастрофы в Чернобыле). А при переходе на цикл с преобразованием некоторых неделящихся изотопов в пригодные для реактора — самые рентабельные. Политические угрозы вроде государственного и частного терроризма легко устраняются организационными мерами. Стройте реакторы — и забудьте околонаучные мифы о возобновляемых энергоресурсах.