Вопрос о будущем развитии энергетики человечества можно по праву считать одним из самых главных в настоящее время. Для этого имеются две основные причины. Во-первых, наше время можно считать переломным из-за близкого истощения сырья, накопленного в былых биосферах. Вскоре, действительно, мы уже не сможем паразитировать на несовершенствах круговоротов прошлых биосфер и будем должны побеспокоиться о более падежных (возобновляемых или имеющих большие запасы) источниках. Во-вторых, следует подумать о гармоническом «вписывании» человечества в глобальный круговорот, пока он не нарушен в его основе (об этом—подробнее в следующей главе). Под этим углом зрения мы и рассмотрим некоторые возможные варианты совершенствования энергетики человечества.

Рис. 14. Рост народонаселения и удельного энергопотребления в XX в. [Скалкин и др., 1981].

1 — народонаселение, млрд чел.; 2 — удельные энергозатраты (% к 1900 г.).

К теперешнему моменту разработано несколько вариантов прогнозов развития энергетики на период до конца века и более отдаленные времена. Все они сходятся в том, что рост энергетики будет наблюдаться в любом случае, несмотря на призывы к его ограничению. И характер этого роста, по крайней мере в ближайшем будущем, остается экспоненциальным. Несмотря на рост народонаселения (рис. 14), и это следует подчеркнуть особо, (удельные расходы (или производство) энергии все же будут возрастать опережающими темпами [Скалкин и др., 1981]. Человек с мощностью основного обмена около 100 Вт рассеивает в 50—100 раз больше энергии в результате развития техники и энергетики, и этот показатель явно возрастает.

Приведем данные прогноза развития энергетики на XXI в. (рис. 15). Если к концу XXI в. атомная и ядерная энергия станут основными в энергопотреблении человечества (на рис. 15 область 4 заштрихована), то конец XX в. будет характеризоваться главным образом еще применением органического топлива, накопленного в прошлых биосферах. Рассмотрим подробнее некоторые аспекты роста и изменения структуры энергетики.

Ископаемым топливом № 1 нашего времени является нефть. Производимые из нее бензин, керосин, дизельное топливо используются в большом числе энергетических машин в качестве основного горючего. Добыча нефти к концу XX в. может достигнуть громадных величин — до десятка миллиардов тонн. И хотя разведанные ее запасы растут, нет сомнения, что более чем на 100 лет ее не хватит. По оценкам экспертов, скорость извлечения нефти из земных глубин п миллион раз превышает возможные максимальные скорости ее накопления в прошлом. Все труднее добывать нефть из недр, все сложнее до нее добираться, да и доля ее экономически выгодного изъятия не превышает 30—60% от имеющейся. Падают и энергетические характеристики. Хотя еще Д. И. Менделеев говорил, что сжигать нефть — это «все равно, что топить ассигнациями».

Рис. 15. Прогноз развития мировой экономики и изменение ее структуры [по Легасову и др., 1985, модифицировано].

Области: 1 — уголь; 2 — нефть; 3 — природный газ; 4 — ядерное и атомное топливо; 5 — остальные источники энергии, включая возобновляемые источники.

Согласно простому, но очень показательному расчету, проведенному Линдсеем Грантом, консультантом Экономического фонда США, нефти при теперешних темпах ее потребления не хватит надолго. Даже если предположить, что вся масса Земли состоит из нефти (?!), то она будет исчерпана за срок около 350 лет, если скорость увеличения ее потребления останется такой же, какой она была до 1973 г. (цит. по [Литературная газета, 1984, 18 апр., № 16 (4978)]).

Примерно то же самое можно сказать об угле, невозобновляемом горючем этого же типа. В начале XX в. он был лидером по использованию в энергетике мира. Запасы его примерно в 10—20 раз больше, чем нефти. Однако он, особенно его наиболее распространенный вариант — бурый уголь, обладает пониженной калорийностью. При сжигании от него остается много отходов и сильнее загрязняется окружающая среда, главным образом ядовитыми оксидами серы и азота, а также зольными выбросами.

Перспективен в настоящее время природный газ, широко используемый в быту и промышленности, но его запасы не превышают запасов нефти, и он тоже заслуживает внимания как химическое сырье, но не как топливо. То же самое относится и к горючим сланцам, торфу и другим ископаемым «подаркам» прошлых биосфер. Сроки их использования ограничены даже в не столь отдаленном будущем.

Принципиально новым видом энергии, перспективным для использования человеком, является ядерная. Основы для ее применения были разработаны в результате достижений одной из самых развитых наук — теоретической и экспериментальной физики. К сожалению, первой серьезной демонстрацией мощи атома были взрывы в военных целях в конце второй мировой войны в японских городах Хиросиме и Нагасаки.

Пионером мирного применения энергии атомного распада стал СССР. 27 июня 1954 г. вступила в строй первая в мире атомная электростанция (АЭС) в г. Обнинске. Ее мощность достигала всего 5 тыс. кВт, но главное достоинство заключалось в практической проверке мирной атомной технологии. В настоящее время мощность одного блока стандартной АЭС составляет 1 млн кВт (т. е. в 200 раз больше первенца), а общее производство энергии в мире с помощью атома достигло в 1980 г. 8 млрд МВт·ч, что приблизилось к 5% от ее общего производства. В 70-х годах более сорока стран пришли к решению о создании у себя атомной энергетики. По некоторым оценкам, к 2000 г. на атомных станциях будет производиться до 30—50% всей электроэнергии. Преимущества применения урана ясны: 1 кг этого горючего дает энергии почти столько же, сколько железнодорожный состав каменного угля.

При использовании энергии атома на одно из первых мест выдвигаются проблемы безопасности. Действительно, опасность атомного взрыва очевидна и, увы, уже продемонстрирована на людях. На АЭС взрывного деления тяжелых ядер урана или плутония не происходит, скорость атомного распада строго регулируется с помощью графитовых поглотителей избыточных нейтронов. Теоретически опасность нерегулируемого взрыва почти нулевая (по расчетам — один случай на миллион лет). Более опасно радиоактивное загрязнение среды при возможных авариях, что и показала трагедия Чернобыля. Далеко не просты проблемы надежного захоронения радиоактивных отходов реакции. Радиоактивные шлаки после извлечения из них ценных урана и плутония для повторного использования необходимо тщательно упрятать поглубже, так как они остаются радиоактивными в течение целого ряда лет.

При должных мерах безопасности средний радиационный фон около АЭС ниже, чем около обычных промышленных предприятий. Правда, цена этому немалая: около 1/3 всех отпускаемых средств должно тратиться на природоохранительные цели, и экономия здесь недопустима.

Упомянем еще одну положительную сторону применения мирного атома. Работа АЭС не связана со сгоранием топлива, а это значит, что не потребляется кислород и не образуется избыточный углекислый газ, как при работе тепловых электростанций. Кроме того, не требуется подачи и нет загрязнения большого количества воздуха (подробнее об этом — в следующей главе).

Имеются ли серьезные ограничения на широкое распространение атомной энергии? Поскольку источник невозобновляем, то надолго ли хватит урана? По самым осторожным расчетам, его хватит на несколько столетий. Особые перспективы в этом смысле сулит разработка реакторов на «быстрых нейтронах». В реакторах этого типа с повышенным удельным тепловыделением балластный уран-238 превращается в плутоний, который тоже является атомным горючим. Параллельно с расходом топлива может идти его накопление в удобной для использования форме и даже в нарастающих количествах. Пока реакторы такого типа сложны и дороги, но это уже обычные задачи совершенствования технологий.