Альтернативная энергетика

Опубликовано: 27.09.2010 Автор: mifov.net в рубрике Энергетический кризис

Альтернативные методы производства энергии до сих пор не распространены слишком широко — они экономически невыгодны. Но, может быть, нужно бросать все и немедленно переходить на них хотя бы благодаря их экологической чистоте?

Ну да, с разбегу.

Поп-экологи часто тыкают пальцем в солнечные батареи и ветрогенераторы, с пафосом призывая покаяться, отринуть грехи предков и броситься покрывать крыши фотопластинами и ветряками, отказываясь от бесовских электростанций. Так, мол, все будет экологически чисто и радостно всем без исключения.

Однако такие пропагандисты почему-то всегда забывают упомянуть, что экологическая чистота метода зависит не только от способа работы устройства. Для объективной оценки необходимо учитывать весь жизненный цикл устройства — со стадии производства до стадии утилизации. И вот если мы присмотримся к солнечным панелям поподробнее, то тут-то и выяснится, что в целом они весьма негативно влияют на чистоту окружающей среды. Дело в том, что компонентами фотоэлементов являются такие вещества, как фосфор и галлий, которые вместе со своими соединениями относятся к первому-второму классу опасности (чрезвычайно и высокоопасные вещества). Их производство весьма грязно в экологическом плане, а эффективных методов утилизации отработавших свое солнечных панелей попросту не существует. В настоящий момент их просто выбрасывают на свалку, в результате чего вся химическая гадость оказывается в окружающей среде. Лопасти ветряков производятся из легких металлов наподобие алюминия, чье производство, во-первых, также чрезвычайно грязно и, во-вторых, требует такого количества электроэнергии, произвести которое сами ветряки просто не в состоянии. Далее, массовое применение солнечных батарей способно существенно понизить среднесуточную температуру, а ветряков — изменить розу ветров в данной местности. Следствием окажется, например, изменение картины выпадения осадков, что моментально ударит по сельскому хозяйству. Кроме того, понижение температуры воздуха приведет к конденсации водяного пара в атмосфере (проще говоря, к появлению облаков), что резко понизит выход электроэнергии. Генерируемый лопастями ветряков инфразвук — не самый благоприятный фактор из тех, что влияют на здоровье и психику человека, да и сами лопасти способны нанести серьезный урон поголовью крупных птиц. Наконец, солнечные батареи эффективны только в местах, где постоянно светит солнце — а это преимущественно пустыни, откуда энергию еще нужно довести до цивилизации. Да панели еще и требуется постоянно чистить от пыли, иначе выработка энергии резко падает. Поэтому подобные альтернативные средства могут оправдать себя только в глухомани, куда тянуть линии ЛЭП невыгодно, а других источников энергии просто нет.

Приливные станции также опасны для окружающей среды. Они приводят к застою вод в прибрежной зоне, к ее загниванию и вымиранию местной флоры и фауны. Геотермальные электростанции могут действовать только в сейсмически активных зонах (что ведет к постоянному риску их разрушения). Опять же, встает проблема транспортировки электроэнергии к цивилизации. Прокладка ЛЭП весьма разрушительна для местности, по которой она проходит.

Ну, про атомные станции наслышаны все. И взорваться могут, и отходы генерируют опасные… Между прочим, на данный момент это наиболее безопасный и чистый способ производства электроэнергии, что бы ни кричали истерики из «Гринписа». Да, проблема утилизации их отходов стоит весьма остро, но объем этих отходов относительно невелик. Человечество в процессе жизнедеятельности производит (и сбрасывает в окружающую среду) массу ядовитой дряни, которая убивает куда быстрее и мучительнее, чем рак, вызванный радионуклидами. Но образ врага уже сложился, и с этим трудно что-то поделать. Как результат — вместо того, чтобы разрабатывать эффективные методы утилизации ЯО, человечество страдает фигней, пытаясь полностью запретить атомную энергетику.

Зачастую, кстати, опасность радиоактивного загрязнения окружающей среды вольно или невольно преувеличивают. Так, в свое время наделало немало шуму применение американскими войсками в Югославии боеприпасов из обедненного урана. Впоследствии неоднократно заявлялось, что этот уран, попадая в естественную среду, вызывает повышение уровня радиации, рост числа канцерогенных заболеваний и тому подобные ужасные последствия. Возможно, в лабораторных условиях эти боеприпасы и являются причиной чего-то подобного, но на практике, как показали недавние исследования, все это страшилки чистой воды. В районах применения урановых боеприпасов радиационный фон не отличается от естественного, а увеличения количества онкологических заболеваний не отмечено. Вообще обедненный уран никак не вредит человеческому организму, попадая в него с водой и пищей. Опасность возникает только при попадании мелкодисперсной урановой пыли в легкие.

Завершая тему, необходимо признать непреложный факт: производство энергии в принципе не может быть экологически чистым. Равно как не может быть экологически чистым ее использование. Как минимум всегда имеет место тепловое загрязнение окружающей среды, про которое, опять же, горе-экологи то ли предпочитают умалчивать, то ли вообще о нем не подозревают. Между тем, вреда оно наносит ничуть не меньше, чем химическое или радиационное загрязнение. Так, сбросы горячей (даже идеально чистой) воды из охлаждающих контуров электростанций в прилегающие реки приводят к бурному размножению микроскопических водорослей и уменьшению содержания в воде кислорода. Это, в свою очередь, ведет к гибели рыб и прочей живности.

Поговорим об альтернативных двигателях для автомобилей. Известных мне альтернатив, собственно, три.

Первая — упомянутый выше бразильский спирт. Это действительно реальная замена бензина. Одна беда — для его производства требуется массовое производство сахарного тростника или иного сахаросодержащего продукта. Хорошо теплой Бразилии, а России что делать? У нас и с сахарной свеклой-то проблемы. Разумеется, можно производить топливо и из простых дров, но это гораздо менее эффективно, чем применение углеводородов. Кроме того, леса и так сводятся куда быстрее, чем восстанавливаются.

Вторая альтернатива — электродвигатели. Все очень здорово до тех пор, пока не встает вопрос о том, как их питать. На сегодня известен единственный метод запасать электричество впрок — аккумуляторы. Но пока не существует аккумуляторов, способных соперничать по емкости с бензобаком. Кроме того, аккумуляторы содержат огромное количество весьма опасных химических элементов и соединений — от свинца и серной кислоты в классическом варианте до кадмия, никеля, кобальта и лития в последних версиях (второй, максимум третий класс опасности химических веществ). Эффективных методов утилизации аккумуляторов, равно как и солнечных батарей, не существует, так что они отправляются на свалки целиком, отравляя все вокруг.

Есть еще, впрочем, возможность питать автомобили от солнечных батарей. О них — смотри выше.

Наконец, еще один любимый конек попсовых экологов — водородный двигатель. Действительно, трудно возразить против выхлопа, на сто процентов состоящего из водяного пара. Однако для того, чтобы добыть водород, требуется огромное количество электроэнергии. Откуда ее взять? См. выше. Говорить после этого об экологической чистоте водорода становится как-то неприлично. Опять же, на данный момент не существует эффективных методов транспортировки и хранения водорода: он чрезвычайно взрывоопасен, а в жидком виде еще и весьма текуч и разрушительно действует на материал контейнера (насыщение металла водородом повышает его хрупкость). Да, придуманы безопасные способы запасать его в пористых структурах (например платиновых), но пока они так и не могут покинуть пределы лабораторий и от народа куда дальше, чем народовольцы.

Резюмируя данный раздел, хочется заметить следующее. На данный момент человечество обладает массой возможностей добывать энергию, и энергетический голод ему не грозит (была бы энергетическая инфраструктура). Однако все эти способы являются опасными для окружающей среды… как, впрочем, и все человеческая деятельность. Сэ ля ви, к сожалению.

Нехорошие тенденции и фатальные последствия человеческой деятельности. К их числу относятся парниковый эффект с глобальным потеплением, озоновая дыра и, до кучи, ядерная зима.

Начнем с парникового эффекта. Предполагается, что, сжигая углеводороды, человечество выбрасывает в атмосферу огромные объемы углекислого газа. Поскольку углекислый газ задерживает тепло, излучающееся с поверхности планеты в инфракрасном диапазоне, температура на планете неуклонно повышается. В результате нас ожидают такие малоприятные вещи, как таяние арктических и антарктических льдов (очередной такой прогноз я слышал в момент написания данного текста), подъем уровня Мирового океана, затопление прибрежных территорий (несчастная Голландия…), связанное с изменением климата вымирание эндемиков, бури, ураганы, а также всеобщий глад и мор впридачу. Ой ли?

Когда речь идет о природном явлении, необходимо прежде всего ответить на два основных вопроса: (1) существует ли оно и (2) связано ли оно с человеческой деятельностью. Касательно глобального потепления утвердительно ни на один этот вопрос нельзя ответить даже в первом приближении.

Существование потепления можно подтвердить только в результате долгосрочных систематических наблюдений, причем в глобальном масштабе. Для этого необходимо иметь плотную сеть метеостанций, десятилетиями собирающих статистику. Но как раз в этом отношении ситуация оставляет желать лучшего. Большая часть планеты, покрытая океаном, а также занятая малоразвитыми государствами, до сих пор систематически не наблюдается. Более того, после распада Советского Союза из-за экономических проблем была закрыта значительная часть метеостанции, причем, как правило, северных. То есть в мировую копилку резко перестали поступать сведения о температурах в одном из самых холодных регионов планеты. Как это повлияло на средние вычисляемые температуры? Догадаться несложно. Так что само по себе наличие глобального потепления до сих пор остается под большим вопросом, и все заявления политиков и поп-экологов о его наличии есть не более чем политические спекуляции.

Но ладно. Предположим, что глобальное потепление действительно существует. Давайте посмотрим, а в состоянии ли человечество вызвать этот эффект своей деятельностью? Итак, основная причина — это углекислый газ и прочие углеродсодержащие газы типа метана, которые промышленность в ужасающих количествах выбрасывает в атмосферу. В ужасающих?

Масса атмосферы Земли оценивается в 5,151015 тонн. Углекислый газ составляет примерно три сотых процента ее состава (если точно, то 0,036%). Следовательно, масса чистого углерода в атмосфере составляет примерно 1,85 триллиона тонн. При этом есть еще и Мировой океан, который, по оценкам, содержит примерно в 60 раз больше растворенного СО2, чем атмосфера, и находится с ней в газовом равновесии.

А теперь вспомним, что мировая годовая добыча угля оценивается примерно в пять миллиардов тонн, нефти — чуть меньше. Даже если мы предположим, что все это — чистый углерод (что неверно) и весь он будет выброшен в атмосферу в результате сжигания (что тоже неверно), все равно мы имеем годовой выброс СО2, не превосходящий пяти тысячных доли того его содержания, что уже имеется в атмосфере, и одной десятитысячной доли от общего его содержания в атмосфере с океаном. То есть даже при такой норме выброса за столетие человечество сумеет увеличить содержание углекислоты в окружающей среде на один процент от его текущего количества. Ну и о чем вообще разговор?

Следует заметить, что в данный момент не существует точных математических моделей, описывающих погодные явления в масштабах планеты. Все они грубы и весьма приблизительны в связи с тем, что описываются неустойчивыми системами дифференциальных уравнений, где малейшие отклонения в начальных условиях приводят к большому разбросу конечных результатов, а также учитывают лишь незначительное число действующих факторов. Наиболее надежными средствами прогнозирования до сих пор остаются непосредственные наблюдения — на метеостанциях, спутниках и т.п. А эти средства до сих пор не позволяют дать точный ответ на вопрос — идет ли потепление, и если идет, то в каких масштабах. Более того, некоторые ученые делают прямо противоположные выводы: что из-за понижения солнечной активности планете грозит новое оледенение наподобие того, что случилось в средние века в Европе. Однако сляпанные политиками под давлением ‘зеленых’ соглашения (включая Киотский договор) давно привели к тому, что торговля квотами на выбросы углекислого газа в перспективе превращается в выгодный бизнес для многих стран (включая Россию с ее захиревшей промышленностью), а потому просто так теория парникового эффекта в историю не уйдет, даже если не имеет ничего общего с действительностью.

Про озоновую дыру над Антарктидой, к счастью, в последнее время писать почти перестали. Паника насчет истончения озонового слоя улеглась, дыра вроде бы торчит себе по месту постоянной прописки и глобально расти не собирается, панихиду по безвинно забитым экологами фреонам давно отпели и на том успокоились. Но нет-нет, да проскальзывает тут и там очередной ужастик на данную тему.

Наконец, ядерная зима. Эта сказка сделала свое доброе дело — не позволила политикам устроить атомную войну в надежде отсидеться в надежных бункерах, пусть и потеряв большую часть подданных. Но нужно признать, что основана эта теория на все тех же высосанных из пальцев посылках и грубых математических моделях, описывающих лишь стремление их авторов поскорей защитить докторские диссертации. Математических моделей, описывающих ядерную зиму, было несколько, и они кардинально противоречили друг другу. К счастью, сосредотачиваться на этих противоречиях в свое время никто не стал. Сегодня же вопрос с ядерной зимой стоит такой же, что и с существованием потустороннего мира — узнать точный ответ нам не дано, если только не покончим жизнь самоубийством.

Леса — зеленые легкие планеты, понижающие уровень углекислого газа и производящие кислород. К сожалению, это также миф. Во-первых, как известно из школьного курса биологии, растения тоже дышат, причем объемы поглощенного на свету углекислого газа и выделенного кислорода примерно совпадают с объемами выделенной в темноте углекислоты и потребленного кислорода. Во-вторых, растения, особенно деревья, связывают часть углерода в своих тканях. Но немедленно после смерти растения начинается процесс гниения, в результате чего весь углерод снова оказывается вовлеченным в общий круговорот (и, в частности, выбрасывается в атмосферу в составе разных газов). Общее количество углерода, выведенное из оборота в виде нефти и угля, составляет десятитысячные доли процента от его общей массы. Так что на общий баланс кислорода в атмосфере растения не влияют.

Конечно, остается еще вопрос о том, откуда у Земли вообще взялась кислородная атмосфера. Гипотезы имеются самые разные: от распада разнообразных соединений и минералов в результате вулканической деятельности на ранних этапах формирования планеты до разложения воды на составляющие в верхних слоях атмосферы под влиянием космических лучей. Но в целом однозначного ответа на этот вопрос современная наука не имеет.

Планета, Которая Обиделась. Еще одна совершенно бредовая завязка прогностических текстов определенного толка — это обидевшаяся на людей Земля. Ну, мало ли почему — лишний золотой слиток выкопали, последнего жирафа на мясо пустили или повоевали больше, чем положено, не суть. Главное, что Она Обиделась Раз И Навсегда и начала истреблять человеков пачками: землетрясениями, цунами, ураганами и прочими приятными способами. О глупости такого подхода я даже распинаться особо не буду. Напомню только, что на поверхности человеческой кожи живут мириады бактерий и даже грибков, о чем большинство людей благополучно не подозревает. Эта мелюзга активно питается выделениями организма — от пота до омертвелого эпителия. Но люди почему-то не лупят себя молотком по башке в надежде избавиться от перхоти. Да и вообще требуется серьезное воспаление, чтобы средний индивид начал мазаться хоть какой-то антисептической мазью. Если перенести подобное воспаление в масштабы планеты, нужно, чтобы люди умудрились распылить по ветру солидные участки земной коры на глубину хотя бы в десяток километров. А так один тропический ураган, зародившийся абсолютно естественным путем, причиняет поверхности планеты больше разрушений, чем вся Вторая Мировая война.

Евгений Лотош