Натан Мирвольд и Четвертое поколение

Натан Мирвольд любит решать сложные задачи^[551] – возможно, больше, чем что-либо другое на свете. Он поступил в колледж, когда ему было четырнадцать, а окончил Принстонский университет – с тремя степенями магистра и степенью доктора философии – в двадцать три. После этого провел год со Стивеном Хокингом, изучая космологию, после чего стал знаменитым палеонтологом, завоевал несколько наград на фотоконкурсах и стал шеф-поваром высокой кухни – и все это в свободное от работы время. Работал же Мирвольд главным технологом Microsoft и ушел в отставку, заработав состояние, которое, по выражению журнала Fortune,^[552] «насчитывает не меньше девяти цифр». После этого он стал одним из основателей компании – акселератора инноваций Intellectual Ventures, но и это было только разминкой. «С моей точки зрения, основная проблема, которую нам нужно решить в этом столетии, – это как распространить американские достижения в области неуглеводородной энергетики на весь мир, – говорит он. – Это серьезнейший энергетический вызов».

Мирвольд не ошибается. Земная цивилизация в настоящий момент потребляет 16 тераватт-часов энергии^[553] – в основном получая ее из углеводородных источников. Если мы серьезно настроены на борьбу с энергетической нищетой и на повышение глобальных стандартов жизни, то мы должны в три – а возможно, и в четыре – раза увеличить этот объем в ближайшие двадцать пять лет. Но если мы при этом хотим также стабилизировать количество CO₂ в атмосфере и остановить его на уровне 450 частиц на миллион^[554] (это считается количеством, при превышении которого могут произойти катастрофические необратимые изменения климата), нам нужно сделать так, чтобы 13 из этих 16 тераватт-часов были «чистыми». Иными словами: каждый год мы, люди, выбрасываем в атмосферу почти 26 миллиардов тонн CO₂, то есть около 3,7 т на каждого человека на планете.^[555] У нас есть чуть больше двух десятилетий, чтобы сократить это число практически до нуля и в то же время увеличить производство глобальной энергии,^[556] чтобы удовлетворить потребности «восходящего миллиарда».

Многие считают, что солнечная энергия станет повсеместно доступной и появятся способы ее хранить,^[557] так что с помощью Солнца мы сможем удовлетворять свои потребности в возобновляемой энергии. Но есть и другие, включая Мирвольда, которые уверены, что нам нужно прибегнуть к другому источнику – атомной энергетике. На самом деле это мнение никогда еще не было так популярно.

Его разделяла и администрация Джорджа Буша-младшего,^[558] и администрация Обамы.^[559] В пользу атомной энергетики высказываются такие серьезные экологи, как^[560] Стюарт Бранд, Джеймс Лавлок и Билл Маккиббен. Это мощное лоббирование в пользу вида энергии, который раньше так же страстно отвергали, озадачивает людей – но в основном потому, что они основывают свое мнение на фактах сорокалетней давности. Говорит Том Блис,^[561] автор книги «Рецепт для планеты: безболезненное излечение наших кризисов в энергетике и экологии» (Prescription for the Planet: The Painless Remedy for Our Energy and Environmental Crises):

Большинство противников атомной энергетики вспоминают об аварии на АЭС Три-Майл-Айленд в 1970-х годах, после чего развитие этой индустрии в США было заморожено. Но исследования не прекратились – прекращено было лишь новое строительство. Мы на два поколения ушли от тех ранних технологий – и они с тех пор претерпели гигантские изменения.

Ученые классифицируют атомную энергетику по поколениям реакторов. Реакторы I поколения были построены в пятидесятые-шестидесятые годы;^[562] ко II поколению относятся все реакторы, работающие в США сегодня. Реакторы поколения III значительно дешевле и безопаснее, чем предшественники, но наиболее мощной поддержкой пользуются технологии IV поколения. Причина понятна – эти технологии были специально разработаны, чтобы решить все проблемы, которые долгое время ассоциировались с атомной энергетикой: безопасность, стоимость, эффективность, радиоактивные отходы, дефицит урана и даже угроза терроризма, – не создавая при этом новых проблем.

Существуют два основных варианта реакторов IV поколения. Первый – это реакторы на быстрых нейтронах, имеющие более высокую температуру активной зоны,^[563] поскольку нейтроны там движутся быстрее, чем в традиционных реакторах на тепловых нейтронах. Второй вариант – это жидкосолевые реакторы.^[564] И те, и другие могут использовать уран-238 и торий, которого на Земле в четыре раза больше, чем урана, и который не оставляет долгосрочных радиоактивных отходов.

Общее правило технологий IV поколения^[565] – они «пассивно безопасны», то есть в случае нештатной ситуации способны остановить процесс самостоятельно, без участия человека. Большинство быстрых реакторов, например, используют в качестве теплоносителя расплавленный металл. Когда расплав перегревается, он расширяется, плотность расплава падает и реакция замедляется. По словам ядерного физика из Аргоннской национальной лаборатории Джорджа Стэнфорда, активная зона реактора IV поколения не может расплавиться:^[566]

Мы это точно знаем, потому что во время публичных демонстраций Аргоннская лаборатория в точности воссоздала условия, которые привели к авариям на Три-Майл-Айленд и в Чернобыле, – и ничего не случилось.

Но больше всего энтузиазма у многих вызывают так называемые «реакторы у вас во дворе».^[567] Эти небольшие модульные ядерные реакторы замкнутого цикла, которые производятся фабричным способом (что делает их дешевле). Они полностью запечатаны и разработаны с таким расчетом, чтобы служить в течение десятилетий без технического обслуживания. Несколько знакомых лиц – такие компании, как Toshiba или Westinghouse, – а также некоторое количество новичков, среди них TerraPower – компания Натана Мирвольда,^[568] – пришли в этот бизнес из-за огромного потенциала подобных устройств.

Пригласив в качестве соинвесторов Билла Гейтса и венчурного капиталиста Винода Хослу, Мирвольд основал Terra-Power, чтобы разработать и вывести на рынок реактор на бегущей волне (traveling wave reactor, TWR), который он описывает как «самый простой в мире пассивный реактор-размножитель на быстрых нейронах». В TWR нет движущихся деталей, он не может расплавиться и способен безопасно работать в течение более пятидесяти лет, самым буквальным образом без всякого человеческого вмешательства. И при этом не требует ни дальнейшей утилизации отработанного топлива, ни его переработки, ни каких-либо сооружений для хранения радиоактивных отходов. Более того, сам корпус реактора служит надежным резервуаром для захоронения. По сути дела, TWR – это источник энергии в духе «построить и забыть», что делает его идеально подходящим для развивающихся стран.

Конечно, для удовлетворения энергетического голода третьего мира потребуются десятки тысяч таких мини-электростанций. Мирвольд осознает масштаб проблемы, но замечает:

Если мы собираемся достигнуть нашей цели – энергетического изобилия, то самый большой прирост понадобится в таких регионах, как Африка или Индия. Именно потому мы и разрабатываем эти реакторы – безопасные, легкие в управлении и легко тиражируемые. Мы просто обязаны сделать так, чтобы они были пригодны к использованию для развивающихся стран.

Важны и преимущества для окружающей среды, которые сулит эта технология:

Мы можем обеспечивать мир энергией в течение следующей тысячи лет, просто сжигая обедненный уран и отработанные топливные стержни, которые мы сегодня храним штабелями.

Когда же мы сможем увидеть первый такой реактор? Мирвольд хочет, чтобы демонстрационная версия заработала уже в 2020 году. Если это план осуществится, то TerraPower получит огромное преимущество: большинство реакторов IV поколения, по-видимому, выйдут на рынок не раньше 2030-го. И, что еще более важно, Мирвольд убежден, что энергия TWR может продаваться дешевле, чем угольная, – и именно это позволит ей распространиться по всему миру.

Идеальная энергия

Найти источник энергии – только часть проблемы; не менее важно то, как мы доставляем энергию. Представьте себе «умную» сеть линий электропередач, переключателей и сенсоров,^[569] способных мониторить и контролировать энергию до уровня каждой лампочки. Это мечта сегодняшних инженеров-энергетиков. В настоящее время существует только одна по-настоящему повсеместная «умная» сеть – это интернет, и поэтому Боб Меткаф^[570] постоянно сравнивает современные электрические «тупые» сети с первыми днями телефонной связи.

Меткаф, основатель 3Com Corporation и в настоящее время генеральный партнер Polaris Venture Partners – специалист по инвестициям в энергетику. На заре своей карьеры Меткаф участвовал в создании и Arpanet, и Ethernet, так что он прекрасно знает, что это такое – построить нечто столь же колоссальное, как WWW. Он вспоминает:

В самом начале все было устроено вертикально. Компьютеризацией занималась IBM, линиями связи – AT &T. Голосовая связь, видео и данные – всё это были раздельные сервисы: голос был синонимом телефонной связи, видео ассоциировалось исключительно с телевидением, а данные – с телетайпом, встроенным в ЭВМ, работающую в режиме разделения времени. Это были три разных мира с разными сетями и разными регулирующими организациями. Интернет растворил все эти различия и барьеры.

Сегодня мы наблюдаем подобную балканизацию^[571] в энергетике, но Меткаф убежден, что эти барьеры в производстве, дистрибуции, индексировании, контроле, хранении и потреблении вскоре полностью исчезнут:

Когда трафик в Arpanet начал резко увеличиваться, мы прежде всего попытались протолкнуть его через старую инфраструктуру AT &T, сосредоточившись на как можно более эффективном сжатии данных. Мы пытались упаковать данные так же, как мы сегодня пытаемся упаковать энергию. Тогда, как и сейчас, проблема была в централизованной сетке, недостаточно надежной, чтобы отвечать нашим потребностям. Но через сорок лет после Arpanet речь идет вообще не о сжатии – у нас настоящее изобилие информации. Архитектура интернета в конце концов позволила увеличить поток данных в миллион раз. Так что если интернет может послужить руководством к действию, то, как только мы сможем построить следующее поколение энергетических сетей – то, что я называю Enernet, – мы будем просто купаться в энергии. У нас будет такое изобилие энергии, что мы при всем желании не сможем ее потратить.

Какие же свойства должны быть у подобной «умной» сети? Меткаф рисует картину распределенной сетчатой схемы, чем-то похожей на сотовую, которая сделает возможным обмен энергией между огромным количеством производителей и потребителей через местные и региональные сети:

Любой сможет поставить энергию или забрать ее, так же просто, как компьютеры, телефоны или модемы подключаются в наши дни к интернету.

Возможно, самое важное из предсказываемых Меткафом изменений – это появление возможности хранения огромных запасов энергии:

Старая телекоммуникационная сеть совершенно не имела возможностей хранения информации и была похожа на сегодняшние электрические сети. Ваш аналоговый голос входил в сеть с одного конца и выходил с другого. Но все это серьезнейшим образом изменилось. Сегодняшний интернет дает множество способов хранения информации в любом возможном месте – на сетевом коммутаторе, на сервере, у вас дома, у вас в телефоне. Завтрашние умные электросети также смогут хранить энергию: прямо в бытовых приборах у вас дома, у вас в машине, в вашем квартале и в каждой точке производства энергии.

Cisco, один из лидеров индустрии сетевого оборудования, внесла огромный вклад в строительство умных электросетей.^[572] Лора Ипсен^[573], старший вице-президент, отвечающая за энергетический бизнес Cisco, объясняет:

Сегодня у нас более полутора миллиардов подключений к интернету. Но это немного, если сравнивать с числом подключений к электрическим сетям, – последних как минимум в десять раз больше. Только подумайте, сколько электроприборов включено в розетку у вас дома, и сравните их с количеством устройств, имеющих IP -адрес. Здесь кроются огромные возможности.

Ипсен считает, что мы стремительно движемся к миру, где каждое устройство, потребляющее электричество, будет иметь свой IP и станет частью распределенного глобального искусственного интеллекта:

Эти подключенные к общей сети устройства, какими бы маленькими ни были, будут сообщать сети о своем потреблении энергии и отключаться, когда они не нужны. В итоге мы сможем удвоить или утроить эффективность отдельного здания или населенного пункта.

У Cisco весьма агрессивный таймлайн для достижения этой цели. В ближайшие семь лет, по словам Лоры Ипсен, в умных электросетях будут доминировать «мониторинг и отклик». Сенсоры, подключенные к интернету, будут отслеживать потребление энергии и регулировать спрос, смещая время использования не самых необходимых в пиковое время устройств – например, сдвигая работу посудомоечной машины на ночь, когда энергия дешевле. В ближайшие десять лет, начиная с 2012 года, солнечная энергия и энергия ветра будут стремительно интегрироваться в бытовое потребление, давая возможность владельцам коммерческой и жилой недвижимости обойтись без использования централизованной электросети для большинства своих потребностей. По сути дела, цель всего этого – интегрированная распределенная генерация энергии, объединенная с «умными» электроприборами, имеющими собственные IP -адреса, и с распределенным хранением. Все это позволит нам пользоваться, как выражаются в Cisco, «идеальной энергией».