Источники энергии

Вопросы энергообеспечения земного шара нельзя рассматривать в отрыве от проблем обеспечения человека пищей, водой, промышленным сырьем и уничтожения отходов. Все эти проблемы уже сейчас принимают критические размеры. Однако всестороннее исследование их не входит в задачу нашей книги. Достаточно лишь отметить, что существующие запасы ископаемых видов топлива не могут полностью удовлетворить растущие энергетические потребности общества.

Изучение имеющихся запасов угля (они оцениваются в 25*10¹² т) показывает, что при современных методах добычи их хватит не более чем на столетие. Этих запасов было бы достаточно для получения примерно 6*10¹⁸ кВт*ч энергии, если считать, что среднее значение к. п. д. преобразования энергии в целом не ниже 30%. Если бы современный уровень потребности в энергии сохранился до конца двадцатого столетия, то этих запасов хватило бы примерно на 150 лет, однако с учетом роста энергетических потребностей, о котором мы говорили в предыдущем разделе, их с трудом можно растянуть на 25 лет. Правда, в дальнейшем человечество сможет рассчитывать не только на уголь, но приведенные цифры наглядно показывают, как быстро истощаются его запасы.

Еще труднее определить долю нефти и природного газа в энергетическом балансе мира. В силу геологических особенностей их запасы невозможно оценить с такой же точностью, как запасы угля, поэтому прогноз на будущее приходится делать с учетом возможных открытий новых месторождений. Разведанные сейчас запасы соответствуют энергии 6*10¹⁴ кВт*ч, не исключено, что открытие новых месторождений позволит увеличить эту цифру, но, по-видимому, не более чем в 3 раза. Таким образом, запасы нефти и газа тоже не безграничны. Эти виды топлива более удобны, чем уголь, поэтому они усиленно вытесняли его в процессах производства энергии и тепла. Например, затраты нефти в каждом десятилетии превышают объем ее добычи за весь предшествующий период. Если нефтью покрывать хотя бы половину энергетических потребностей общества (см. рис. 3), то ее разведанных запасов не хватит даже до конца этого столетия.

Нетрудно представить себе всю сложность ситуации, связанную с зависимостью от ископаемых видов топлива, если бы не открытие и использование ядерных источников энергии. В Соединенных Штатах Америки и Англии строительство ядерных реакторов началось еще со времени осуществления Ферми (1942) первой цепной ядерной реакции^*, Топливом в таких реакторах обычно служил обогащенный уран, то есть природный уран, в котором путем предварительной обработки повышалось содержание радиоактивного изотопа ²³⁵U (его содержание в природном уране составляет около 0,7%). Однако, как оказалось, удобнее использовать в качестве ядерного горючего изотопы ²³⁹Pu и ²³³U которые получают из более распространенных изотопов ²³⁸U и ²³²Th соответственно. Процесс протекает в "реакторе-размножителе", где образование ядерного горючего происходит за счет энергии, получаемой при делении ²³⁵U. Количество получаемого таким образом ядерного топлива хотя и невелико, но вполне достаточно для работы реактора. Весьма перспективным представляется создание реакторов па быстрых нейтронах, работающих на широко распространенных радиоактивных изотопах. В настоящее время уран добывают из таких руд, в которых его содержание превышает ¹/₁₀₀₀, однако при нехватке энергии экономически оправданной станет использование руд с еще меньшим содержанием урана. Из сказанного ясно, что оценить общие запасы ядерного горючего трудно, но можно утверждать, что они исчисляются в десятках или даже сотнях миллионов тонн. Если бы все имеющиеся запасы урана и тория подверглись распаду, то из каждой тонны такого горючего можно было бы получить по крайней мере 10² МВт*ч электроэнергии. Эта цифра особенно поражает, если учесть, что тепловые электростанции дают не более 2500 кВт*ч электроэнергии на тонну угля. Как известно, в широко распространенных породах гранита относительное содержание урана и тория в среднем составляет около 2*10^-5. Возможно, когда-нибудь и этого окажется достаточно, чтобы добывать и использовать гранит для получения электричества, поскольку каждая тонна гранитного сырья может обеспечить столько же электричества, сколько 8 т угля.

^* (Первая в мире атомная электростанция была введена в действие в СССР в 1954 г.- Прим. ред.)

Нет необходимости строить дальнейшие предположения в этой области. Очевидно, что ядерная энергия позволит надолго отсрочить наступление энергетического голода на земном шаре, а когда запасы угля, нефти и газа истощатся, она, по-видимому, будет в состоянии полностью удовлетворять потребности общества в энергии. Еще более далекую перспективу связывают с реализацией управляемой термоядерной реакции, в которой предполагается использовать тяжелые изотопы водорода, получаемые из морской воды. В принципе моря смогут обеспечить человечество всем необходимым: пищей, водой, топливом и минералами. Итак, долговременный прогноз выглядит вполне оптимистично, и есть все основания надеяться, что Земля сможет обеспечить своих обитателей всем необходимым.