Перспективи розв'язання енергетичних проблем. Альтернативні джерела енергії

§6. Перспективи розв'язання енергетичних проблем

З якими ж джерелами енергії люди пов'язують свої надії та сподівання у майбутньому? При всіх розбіжностях у тлумаченні цієї проблеми, більшість дослідників вважає, що енерговиробництво майбутнього визначатиме: по-перше, сонячна енергія, по-друге, термоядерна енергія, по-третє, традиційна енергія (вітру, води тощо), по-четверте — водню і газу неорганічного походження Практично всі згадані джерела енергії — екологічно чисті і практично відновні.

Сонячна енергія. Сонце посилає на нашу планету безмір тепла й світла: тільки та їх частина, яка припадає на неугіддя, доступні для людини (тобто потенційні місця для геліоустановок), у тисячі разів перевищує світове споживання енергії. Існуючі ж методи утилізації такої енергії (крім сушіння білизни на мотузку) групуються переважно навколо двох: застосування термосистем і одержання теплової енергії, а також завдяки фотохімічним (фотосинтетичним) процесам.
Досить звичними на сьогоднішній день є сонячні пристрої для обігрівання житла в Ізраїлі їх має кожна п'ята сім'я, збільшується використання в США, Японії, Австралії, Франції. Причому для будинків, які розміщені в таких умовах, які є в Україні, досить сонячних колекторів загальною площею 50 м кв. У промисловості сонячним теплом можна "мити" посуд, пастеризувати пиво, прати білизну, забезпечувати загалом до 70 % потреб харчового виробництва в електроенергії. У спеціальних сонячних печах видобувають чисті метали, в сонячних водоймах — природні мінерали. Ці та інші сфери використання сонячної енергії свідчать про її великі потенційні можливості, причому суттєвими є ті обставини, що сонячна енергія екологічно чиста, легкодоступна. Втім, для сонячних проектів характерна своєрідна мініатюризація, що робить доступними геліоустановки для потреб фермера, автомобіліста, пастуха, радіостанції тощо.
У світі на стадії промислового впровадження знаходяться вже й досить крупні геліостанції. У Таргассоні (Франція) споруджено установку, яка складається з поля геліостатів (200 шт) загальною площею понад 10 тис. м кв. Всі геліостати відбивають сонячне проміння і фокусують його в одному місці — на приймачі, розміщеному на вершині 80-метрової вежі. Нагріта таким чином рідина потрапляє на турбіну, далі — генератор, струм. Чималі можливості для розвитку геліоенергетики існують в Україні, особливо в Таврії та Криму, однак вони практично зовсім не використовуються.

Принципова схема одержання енергії за рахунок термоядерного синтезу добре відома і, у випадку з водневою бомбою, втілена в життя (точніше, проти життя). Важкі ізотопи водню — дейтерій і тритій — з'єднуються між собою, внаслідок чого одержуємо інертний газ гелій і велику кількість енергії. Такі технології мають достатню ресурсну базу, адже дейтерій повсюдно зустрічається в морській воді, а тритій легко можна одержати шляхом опромінення літію безпосередньо в реакторі. Небагато проблем, вважають фізики, буде і з рештками синтезу, оскільки гелій і вода, які утворюються, будуть екологічно чисті. Проблема полягає в іншому — досягненні умов стабілізації протікання реакції, утриманні одержаної енергії.
У випадку з водневою бомбою справа вирішується просто: потрібну температуру (100 млн °С) одержують за рахунок вибуху звичайної атомної бомби, в пломені якої і відбувається реакція водневого синтезу. Якщо ж брати керований термоядерний синтез, то пропонуються найрізноманітніші варіанти здійснення реакції: найоптимальніші, очевидно, на сьогодні є варіанти "магнітної пляшки". Втім, досягнень і на цьому шляху поки що небагато (якщо брати практичний вихід енергії), очевидно, містифікацією може виявитися і сенсація з "холодним" термоядерним синтезом. У всякому разі, термоядерний синтез досі залишається сферою панування теоретичного, а не практичного розуму.
Не випадково академік П. Л. Капіца писав з цього приводу: "Основне завдання, яке стоїть перед фізикою, — це більш глибоко експериментально дослідити гідродинаміку гарячої плазми, як це потрібно для здійснення термоядерної реакції за високого тиску і в сильних магнітних полях. Це велике, важке й цікаве завдання сучасної фізики. Його розв'язання тісно пов'язане з розв'язанням енергетичної проблеми, яка стає вирішальною для нашої епохи. Звичайно, це проблема фізики № 1".

Останнім часом дедалі частіше обговорюють енергетичні перспективи чистого водню і природного газу. Водень — джерело високоякісної енергії і, щоб його одержати, треба докласти певну енергію, оскільки слід попередньо розкласти воду на водень і кисень. Тобто роль води і водню неперевершена як своєрідного консерванта енергії, за допомогою якого можна було б передавати електроенергію на значні відстані. Очевидно, перспективи такого використання водню могли б бути пов'язані і з проектами експлуатації АЕС, які, проте, мають бути розміщені або на безлюдних островах в океані (ідея П. Л. Капіци), або ж під землею в скельних породах в незалюднених районах (ідея А. Д. Сахарова).
Роль природного газу у світовій енергетиці, безперечно, буде зростати: за прогнозами, до 2030 р. його частка з 25% збільшиться до 60%. Зміни можуть навіть бути ще кардинальніші, оскільки останнім часом висунута гіпотеза про існування надглибокого газу неорганічного походження. У такому разі поклади природного газу взагалі мало піддаються обчисленню, а тому й використання його може бути без огляду на ресурси. Тому цілком можливо, що XXI ст. буде зовсім не атомною чи термоядерною ерою, а добою "глибокого газу".
Не можна обійти і ще одну важливу проблему енергетики, а саме: нерівномірність споживання енергії населенням різних регіонів, що автоматично означає і різницю в добробуті, стартових можливостях розвитку, а скористаємося для ілюстрації цієї проблеми висновками Міжнародної комісії з довкілля та розвитку (так звана "комісія Брундтланд"):

Таблиця 17. Глобальне споживання первинної енергії на душу населення

Отже, наявні величезні розбіжності у рівні життя різних груп країн, причому простежується безпосередня залежність валового національного продукту від енергоспоживання. Зрозуміло тому, що стабільне майбутнє людства немислиме без копіткої роботи щодо встановлення справедливого міжнародного енергетичного порядку. Звичайно, мова повинна йти не про силовий перерозподіл енергоресурсів, а про обмін технологіями, встановлення демократичного устрою, взаємодопомогу тощо.
Однак, фахівці прогнозують збереження диспропорцій між регіонами в майбутньому. Так, Північна Америка (за мінімального варіанта) матиме практично стабільний рівень споживання і в 2000, і в 2030 р. Росія може наростити енергоспоживання у 2—2,5 рази, такі ж високі темпи нарощення енергоспоживання характеризуватимуть економіку Японії та Західної Європи. Що ж стосується України, то для неї розв'язання енергетичних проблем лежить передовсім у сфері політичній: при досягненні справжньої незалежності Україні з надлишком вистачить і власних джерел електроенергії (переважно кам'яного та бурого вугілля). А до тих часів розв'язання їх є справою вельми сумнівною.
У цьому зайвий раз переконуємося, коли звертаємо увагу на ще один аспект функціонування та використання енергосистем. Йдеться про звичайні лінії електропередач — надзвичайно потужне джерело екологічної небезпеки, але практично не афішоване. Форсування розвитку енергетики в Україні, крім всіх відомих бід, призвело до того, що сумарна протяжність ЛЕП напругою 750 кВт збільшилася за останнє десятиріччя в 13 разів, а ліній 220, 330 та 500 кВт — вп'ятеро. Оскількиж функціонування ЛЕП пов'язане з загрозою для здоров'я людини, то необхідно відводити певну зону відчуження там, де такі лінії проходять. Проте виявляється, що близько 20 % населення республіки (а це понад 10 млн чоловік) проживає в зоні підвищеної — санітарно неприпустимої — електромагнітної небезпеки (О. В. Блохіна, 1989). Інша грань цієї екологічної проблеми — втрата земель за рахунок відчуження: площа земель, відчужена внаслідок побудови на них ЛЕП, становила близько 1,5 млн га.
Звернення до проблеми соціально-культурних вимірів енергетики дає можливість зробити декілька висновків.

Зокрема, очевидно, що енергетичні потужності, зосереджені нині в руках людини, переважають ту межу, коли вихід їх з-під контролю не ставить під загрозу існування людства. Навпаки, якась випадковість або ж зла воля можуть "запустити" механізм вивільнення енергетичних потужностей, здатних повністю знищити цивілізацію й істотно поруйнувати біосферу.
Різке нарощування енергоспоживання змушує шукати нові і піддавати суперексплуатації легкодоступні джерела енергії, внаслідок чого різко погіршується стан довкілля, посилюється забруднення багатьох екосистем.
У гонитві також за миттєвим ефектом та обсягами ігноруються віками випробувані, відновні та екологічно чисті джерела енергії, які можна і слід повернути на службу людям.

Ряд екологічних проблем, індукованих енергетикою, посилюється в умовах несправедливого соціального та міжнародного устрою. Отже, розв'язання відповідних проблем передовсім потребує встановлення політичної справедливості та нового світового устрою.
Водночас множаться зусилля фахівців, організацій, країн щодо пошуку екологічно чистих, безпечних та відновних джерел енергії, винайдення ефективних механізмів їх використання. І тут важливо, щоб потреба капіталовкладень, як правило значних, потрібних на перших стадіях реалізації відповідної стратегії, не зазнала поразки під натиском інших, сьогодні значно дешевших, але в перспективі — тупикових, тенденцій енергетики.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ ДЛЯ САМОКОНТРОЛЮ

Які джерела енергії існують на планеті?
Простежте кругообіг енергії в біосфері.
В чому полягає автотрофність біосфери? Чи можлива автотрофність людства?
Простежте історичну динаміку енергоспоживання.
Проаналізуйте структуру сучасного енергоспоживання.
Які існують шляхи енергетичної оптимізації екосистем?
Якими є подальші шляхи розвитку енергетики?
Проаналізуйте феномен Чорнобиля: психологічні, екологічні, культурні та світоглядні аспекти.

ЛІТЕРАТУРА

Алексахин В. М. Ядерная энергия и биосфера. М., 1985.
Алексеев В. В. Экология и экономика энергетики. М., 1990.
Дубинин Н. П. Эволюция популяций и радиация. М., 1966.
Конищева Н. И. и др. Ресурсосбережение: эколого-экономические аспекты. К., 1992.
Марплз Д. Р. Чорнобильська катастрофа: погляд із заходу //Ойкумена. 1991. № 4. С. 27-31.
Медведев Г. Чернобыльская тетрадь. К., 1990.
Лавров С. Б., Сдасюк Г. В. Этот контрастный мир. Географические аспекты некоторых глобальных проблем. М., 1985.
Мировая энергетика: прогноз развития до 2020 года. М, 1980.
Нельсон-Смит А. Нефть и экология моря. М., 1977.
Непорожний П. С, Козлов В. В. Экологические проблемы электроэнергетики. М., 1989.
Одум Г., Одум Э. Энергетический базис человека и природы. М., 1978.
Пасечник Л. А., Попович А. С. Энергетика: реальность и перспективы. К., 1986.
Современные проблемы экономии топливно-энергетического комплекса. М„ 1989.
Шмальгаузен И. И. Кибернетические вопросы биологии. Новосибирск, 1968.
Экономия энергии — новый энергетический источник М., 1982.
Энергетика мира: Пер. докл. XIII конгр. МИРЭК. М, 1989.
Энергетика страны и регионов: Теория и методы управления. Новосибирск, 1988.
Broda Е. The evolution of the bioenergetic processes. — Oxford, 1975.
Linton D. L. The geography of energy //Geography, 1965. V. 50. P.197-228.
Oliver J. E. Climate and man's environment: an introduction to applied climatology. New York, 1973.
Ward R. С Floods. A geographical perspective. London, 1978.
Whittow J. B. Disasters: the anatomy of environmental hazards. London, 1980.