Что нас ждет, когда закончится нефть, изменится климат и разразятся другие катастрофы XXI века

Основываясь на объективных знаниях, можно определенно сказать, что нет ни одной компании, работающей с так называемым альтернативным топливом или энергией, которая позволит нам вести тот образ жизни, к которому мы привыкли в эпоху нефти. Никакое альтернативное топливо не позволит функционировать большей части систем, которые нас сейчас обслуживают — начиная от производства продуктов питания, обрабатывающей промышленности до инфраструктуры городов, транспортного сообщения и обычных бытовых вещей, связанных с ведением домашнего хозяйства. У нас действительно проблемы.

Известные альтернативы обыкновенной нефти, о которых я буду рассказывать в этой главе, — это природный газ, уголь и битуминозный песок, сланцевая смола, этанол, ядерное топливо, солнечная, ветряная энергия и энергия приливов, а также гидрат метана. Определенно, мы будем использовать какие-то из этих источников, но все эти вещества не заменят нам природное горючее. В некоторой степени все источники неископаемого топлива зависят от основного расхода нефти. Вы не сможете изготовить металлические ветряные двигатели, используя только технологию энергии ветра. У вас не получится создать свинцово-кислотный аккумулятор для солнечных электродвигателей, используя лишь солнечную энергосистему.

Так называемая водородная экономика, благодаря которой появятся машины, работающие на водородном топливе, просто фантазия. Я бы сказал, опасная фантазия, которая может внушить нам обманчивое чувство безопасности. Когда экономика, основанная на природном топливе, начнет давать сбой, мы не сможем плавно войти в эпоху водородной экономики, если она вообще начнется. В лучшем случае мир окажется в экономическом хаосе и испытает социальный стресс на переходном этапе от эпохи природного топлива до той, что придет ей на замену. Возникает вопрос, как долго будет длиться этот переходный этап: десять лет, сто лет, тысячу лет или бесконечно.

Верить в то, что «рыночные экономики» автоматически перейдут на альтернативное природное топливо, все равно, что верить в волшебство, как в случае с «культом Даров небесных» (или «культом карго») на островах Южного моря[31].

Склонность людей верить в волшебное спасение и счастливый конец усугубляется невероятным триумфом технологического прогресса, который сопровождал нефтяную эпоху Сами но себе технологии стали неким видом сверхъестественной силы. Они показательно претворили в жизнь все те чудесные вещи, о которых люди могли когда-то только мечтать — от полета на самолете или кинофильма до сердечных имплантантов. Нет никакого сомнения в том, что технологии продлевают срок жизни, уменьшают физическую боль, а некоторым людям дарят особенно роскошную жизнь. Полное надежд население Земного шара, включая политических и бизнес-лидеров, рассматривает нарастающую угрозу истощения нефтяных запасов как одну из проблем, которые до этого успешно решали технологии и человеческая изобретательность. Поэтому кажется вполне естественным предположить, что они снова одержат победу. Однако эта вера слепа.

Во-первых, мы считаем, что энергия и технология — синонимы. Эти два понятия идут рука об руку, но они означают отнюдь не одно и то же. Нефть стала необычным и уникальным открытием геологии, позволившим нам использовать энергию, накопленную Землей за миллионы лет. Технологии представляют собой лишь инструмент для работы с топливом, но не само топливо как таковое. Кроме этого, технологии связаны с законами физики и термодинамики, которые гласят, что ничего нельзя получить даром и не существует таких вещей, как «вечный двигатель». То есть многие из наших современных технологий просто не будут работать без нефти. Без нефтяной «опоры» нам будет не хватать технологических инструментов, чтобы получить альтернативное горючее. Мы будем просто не в состоянии его произвести. Предлагаю рассмотреть проблемы, связанные с использованием разных видов альтернативного топлива.

Природный газ

Под природным газом я подразумеваю метан. Среди разнообразных газов, которые выходят из недр Земли, метан (СН₄) самый легкий. Он составляет 75 % рыночной продукции, используемой в промышленности, производстве электроэнергии и отоплении. Такие газы, как пропан, бутан и другие, в процессе разделялись и легко разжижались, потому что они более плотные и тяжелые.

Природный газ бесцветен и не имеет запаха. Для того чтобы люди могли почувствовать, что произошла утечка, к природному газу добавляют очень маленькое количество диметилсульфида, который придает газу неприятный запах. Метан взрывоопасен, когда его концентрация в воздухе составляет от 5 до 15 %. Природный газ образуется так же, как и нефть, но в условиях очень высоких температур и давления — когда складчатые пласты горной породы тектоническими силами проталкиваются глубоко вниз под «нефтяное окно», поэтому газовые залежи, как правило, связаны с нефтяными месторождениями.

Природный газ — замечательное топливо. Он легко выходит из-под земли под собственным давлением, не требуя энергозатрат на добычу. Его также можно извлечь из угля, но энергетические затраты на добычу угля и последующее извлечение метана увеличивают себестоимость газа. Это «чистое» горючее, при горении практически не образующее твердых частиц, но выделяющее углекислый газ, — главный «тепличный» газ. Природный газ легко транспортируется при обычной температуре воздуха по трубопроводной сети от буровой скважины до конечного потребителя. Метан не так универсален, как бензин, но прекрасно справляется со многими задачами. Газ является исходным сырьем для различных отраслей промышленности: применяется в производстве широкого спектра химикатов, лекарственных препаратов и пластмасс. Также он широко используется в сельском хозяйстве.

В начале XX века природного газа было настолько много, что он считался ненужным побочным продуктом нефтяной промышленности и регулярно сжигался в устьях скважин. После Второй мировой войны создание в США всеобъемлющей национальной трубопроводной сети сделало газ полезным товаром широкого потребления. Пик добычи нефти в Америке случился в 1970 году, а добыча природного газа прошла свой собственный пик немного позже — в 1973 году, достигнув отметки 648,5 миллиарда кубических метров. С тех пор объемы добычи природного газа сокращаются.

Примечательно, что запрет ОПЕК на поставку нефти в США в 1973 году подтолкнул многих домовладельцев перейти с масляных на газовые обогреватели как раз в тот год, когда наступил пик добычи газа, хотя о том, что это был пик, стало известно позже. Природный газ являлся чистым, дешевым, легкодоступным продуктом. Травмирующий запрет ОПЕК породил идею об экономии энергии, которая воплотилась в применении более эффективной газосжигательной технологии. Однако к 1978 году стал очевиден факт сокращения запасов газа. Правительство Картера забило тревогу и запретило использовать природный газ или нефть в качестве топлива для новых заводов, производящих энергию. Предлагалось использовать уголь и атомную энергию. В марте 1979 года на атомной электростанции, расположенной на острове Три-Майл рядом с Гаррисбергом, штат Пенсильвания, произошло частичное расплавление активной зоны реактора и выброс небольшого количества радиоактивных веществ. После этого развитие атомной промышленности в Америке на неопределенное время приостановилось.

Тем временем к середине 1980-х годов потребление природного газа упало по сравнению с началом 1970-х годов на 24 %. Газодобывающие компании становились банкротами. Для того чтобы спасти промышленность, правительство Рейгана отменило постановления Картера. На электростанциях снова разрешили использовать природный газ. В апреле 1986 года в Советском Союзе на Чернобыльской АЭС произошла авария, которая была намного страшнее той, что случилась на АЭС «Тримайл-Айленд».

У Соединенных Штатов заканчивались запасы природного газа и нефти. Все месторождения, которые можно было разведать, уже разведали. Уголь считался «грязным» топливом. Атомная энергетика из-за недавних катастроф вызывала массу сомнений. К тому времени Америка ввозила почти половину жидкой нефти. Хотя США добывали газа меньше, чем годами раньше, они и использовали его меньше.

К 2000 году в США, несмотря на прогресс в технологии бурения, приемлемые налоги и интенсивные поисково-разведочные работы в Мексиканском заливе, объемы добычи природного газа все еще оставались на 10 % меньше, чем в 1973 году. Пробел между потреблением и добычей заполнялся растущим импортом из Канады и небольшими объемами сжиженного природного газа, поставляемого из-за океана. Несмотря на то что Америка была основной нефтедобывающей страной, Мексика стала чистым импортером природного газа. Удивительно, что Североамериканское соглашение о свободной торговле (НАФТА) вынуждает Соединенные Штаты продавать техасский газ Мексике, который она затем должна возместить импортированным канадским газом. В свою очередь Канада, тоже прошедшая свой пик добычи газа, по соглашению НАФТА должна продавать газ США по рыночной цене[32].

В 1999 году Национальный нефтяной совет США прогнозировал, что к 2010 году газа будут добывать достаточно, чтобы удовлетворить спрос, который увеличится на 36 %. Предсказания организации оказались ошибочными. Объемы добычи природного газа в Америке сегодня неумолимо снижаются на 5 % в год, несмотря на современные технологии бурения.

Когда газ заканчивается, он просто перестает выходить на поверхность, в отличие от нефтяных скважин, откуда под давлением фонтаном выходит нефть, превращаясь в поток и затем через большой промежуток времени медленно струясь (часто смешанная с водой) в предсказуемом направлении.

Существует определенная опасность в резком уменьшении объема поступаемого газа. В этом случае давление в трубопроводных сетях упадет угрожающе низко. Когда работа трубопровода наладится, газ, текущий от водонагревателей и плит, оставленных во включенном положении в момент падения давления, может спровоцировать взрыв. Восстановление давления в трубопроводах будет делом сложным и затратным, даже после того, как объемы подаваемого газа пополнятся.

Когда запасы газа начнут истощаться, появится необходимость его добычи в труднодоступных местах. Но здесь возникает классический вопрос энергетической экономики: энергетическая рентабельность (полученная энергия/израсходованная энергия — ERoEI). Она относится в той или иной мере ко всем видам топлива и каждому процессу получения и использования энергии. И она возвращает нас к основному закону физики и метафизики: вы не можете получить что-то из ничего. В начале процесса добычи нефти в Техасе показатель ERoEI был замечательным — примерно 20 : 1. Нефть располагалась близко к поверхности, в местах, где было легко работать. Она била из земли под своим собственным давлением. В итоге, когда давление было стабилизировано, ее можно было выкачивать и расходы по выкачиванию были невысокими. Поскольку год за годом приходилось выкачивать нефть все с больших глубин во все более сложных и труднодоступных местах, используя более передовые (и дорогие) методы бурения, коэффициент выглядел уже не таким привлекательным. Добыча нефти в суровых штормовых условиях Северного моря, например, более дорогостоящая, чем бурение равнинных земель Техаса, хотя с экономической точки зрения все еще остается рациональной. В конечном счете, однако, достигается предел, на котором теоретически еще возможно добывать нефть из земли (очищать и распределять), используя меньше энергии, чем даст сама эта нефть, но эта ситуация может стать экономически невыгодной для крупных добывающих компаний. Мировые нефтедобывающие корпорации занимаются своим делом из-за огромных доходов. Они представляют собой гигантские развитые организмы, которые появились с особой целью внутри особой экологической экономики. Если некоторые главные элементы этой экологии меняются — например коэффициент соотношения затраты/прибыль — организмы погибают, несмотря на то что в мире еще остается довольно много залежей нефти и газа. Заходя немного вперед, главное равенство, поддерживающее все мировые гигантские экономические организмы, от нефтяных компаний до нефтедобывающих государств, не может долго оставаться равенством. То есть однажды эти комплексные системы и их подсистемы остановятся, а запустить их снова будет либо очень сложно, либо вообще невозможно — «синдром Шалтай-Болтая». (Более подробно о сбое систем я рассуждаю в главе 6.)

Возвращаясь к энергетической рентабельности, будущая добыча природного газа может превратиться в экономическое бездействие. Запасов остается все меньше и меньше. Никакое неистовое и дорогое бурение месторождений не спасет положение. Естественно, что увеличение цены вследствие дефицита товара приведет к «уничтожению спроса». Поскольку нет альтернативных энергетических источников, которые способны взять на себя работу, которую сейчас выполняет газ, уничтожение спроса станет эквивалентно снижению уровня жизни населения.

Предложений по увеличению добычи газа явно недостаточно.

В данном случае имеет значение тот факт, что вы получаете газ, который добывается в той местности, где вы проживаете. И это представляет для вас большую проблему. Природный газ распределяется по обширной трубопроводной сети. Небольшие насосы поддерживают его перемещение, что обходится примерно в стоимость 0,03 % газа на 160 километров. Все происходит при температуре окружающего воздуха. Для того чтобы доставить газ из-за моря, его необходимо ожижить и поместить в специальные танкеры на кораблях, где он будет находиться под высоким давлением в состоянии очень холодной жидкости. Все это требует дополнительных расходов. Сжиженный природный газ (СПГ) затем выгружают в специальное портовое оборудование в странах назначения, повторно испаряют ожиженные углеводородные газы и распределяют по трубопроводам. Капитальные расходы настолько высокие, что этот процесс экономичен только при долгосрочных контрактах, действующих не менее 20 лет. А перспективы столь длительной международной стабильности с каждым днем становятся все призрачнее. Самые большие запасы природного газа находятся как раз в тех странах — Ближнего Востока и Азии, — политическая ситуация в которых очень нестабильна. А это означает, что с этими государствами едва ли удастся заключить долгосрочные контракты.

Стоит учесть, что танкеры, перевозящие сжиженный природный газ, очень взрывоопасны, что делает их прекрасной мишенью для террористов. Но даже при благоприятных обстоятельствах транспортировка СПГ намного опаснее, чем перевозка нефти. Портовое оборудование и терминалы в случае нападения или диверсии в равной степени уязвимы. И это большая проблема. Даже если вдруг оперативно будет построена система терминалов и танкеров, сомнительно, что, к примеру, американцы смогут позволить себе невероятно дорогой импортный газ.

Водородная экономика

Распространенное мнение о том, что водород сможет спасти технологическую цивилизацию от надвигающейся катастрофы, — типичный пример того, насколько недальновидно стало наше зависимое от нефти общество. Идея, конечно, привлекательная, поскольку при горении водорода выделяется лишь водяной пар и, соответственно, окружающей среде не причиняется вреда. К тому же самого водорода в избытке. Было бы замечательно, если бы вся механизированная инфраструктура и оборудование нашего общества просто перешли на водород, но такого не произойдет. Что-то можно перевести на водород, но не все. Водород не заменит нам нефть и газ в полном объеме.

План по переходу от нефти и газа на водородную экономику обычно связан с технологией топливных элементов. Сам топливный элемент представляет собой кусок пластмассы, помещенный между несколькими углеродными пластинами, которые проложены между двумя концевыми пластинами, действующими как электроды. Эти пластины имеют дорожки, которые распределяют топливо и кислород. Они модульные и могут быть размещены так, чтобы производить энергию. Топливные элементы действуют в 2–3 раза мощнее, чем двигатель внутреннего сгорания, и при этом не требуют никаких движущих частей. В процессе, обратном электролизу, водород, введенный через каталитическую металлическую мембрану, соединяясь с кислородом, производит пар и электрический ток. В автомобиле, работающем на топливных элементах, электричество от топливного элемента приводит в действие двигатель. Однако из-за того, что получать чистый водород очень дорого, в качестве топлива предпочитают использовать природный газ или метанол.

О топливных элементах известно уже давно. Сэр Вильям Роберт Гров продемонстрировал возможность получения электроэнергии с помощью кислорода и водорода в топливном элементе еще в 1893 году. В конце 1950-х годов НАСА начало создавать компактный электрогенератор на топливных элементах для использования его во время космических полетов. Расходы не имели значения. Расчетная масса энергоустановки из водородно-кислородных топливных элементов намного меньше, чем у батарей. И это очень важно, потому что в космосе каждый грамм на учете. Позднее в пилотируемом космическом корабле астронавты смогли даже пить воду, производимую топливными элементами.

Нет сомнения в существовании и пользе топливных элементов. Но возникают многочисленные и настораживающие вопросы по поводу водородной экономики. Проблема в том, что водород не совсем топливо. Это скорее «носитель» энергии, чем топливо. Для получения водорода требуется больше энергии, чем производит сам водород. Таким образом, сегодня производство водорода зависит от других известных источников энергии, которые по той или иной причине представляют собой проблему — это все те же нефть, природный газ, уголь, вода, солнце, ветер. В некоторой степени термин «водородная экономика» — это прикрытие для ядерной экономики, поскольку ядерная экономика предполагает масштабную выработку электроэнергии, подразумевается, что многочисленные современные атомные станции могут с экономической точки зрения производить огромное количество водорода. Я собираюсь вернуться к вопросу ядерной энергии позже.

Безусловно, водород производится сегодня в промышленном масштабе и имеет множественное применение. Но если сравнивать количество водорода, используемое промышленностью, с объемом сжигаемой нефти, то оно невелико. Применение водорода в качестве промышленного катализатора или химического компонента — это одна сторона вопроса, совсем другое дело рассматривать водород как энергетически ценный ресурс. Когда речь идет о сотнях миллионов автомобилей, водород, как говорят инженеры, не поможет. Если мы будем получать из водорода меньше энергии, чем затрачивать на его получение, стоит ли игра свеч? К тому же «водородная экономика» не сможет обогреть десятки миллионов жилых и производственных зданий.

Вселенная на 73 % состоит из водорода. Правда он не находится в свободном состоянии на планете Земля, а связан с другими элементами в химические соединения. Вода, Н₂O — самое распространенное соединение: два атома водорода соединены с одним атомом кислорода. Такие углеводороды, как нефть и природный газ (метан), естественные природные соединения, которые способны при горении высвобождать энергию.

Почему бы не попытаться синтезировать нефть и природный газ из водорода и углерода? Потому что для начала водород необходимо освободить, а уже потом соединить с углеродом. А это требует больше энергии, чем сможет дать конечное соединение. (Синтезирование бензина из угля — другой вопрос, так как здесь речь идет об очистке одного углеводорода с целью получения другого, что до сих пор остается очень дорогостоящим процессом.) Углеводороды, существующие в природе, представляют собой накопленную в течение тысячелетий солнечную энергию, впитанную растениями и очищенную геологической формацией. Вспышка, возникающая при воспламенении унции угольного топлива, длится пару секунд. А ведь это энергия, полученная от доисторического папоротника, накапливавшего солнечный свет в течение девяти лет. Сто лет нефтяной цивилизации — ничто по сравнению с геологическим временем. Нефть и газ — невозобновляемые природные ресурсы, запасы которых ограничены. Мы не можем создать их искусственным путем из свободных элементарных частиц водорода и углерода. В этом-то и проблема. Что касается загрязнения, то в процессе синтезирования метана (СН₄) из угля и метанола (СН₄ОН) из нефти и биомассы производится больше углекислого газа, чем если бы эти элементы просто горели.

Вода, с другой стороны, не воспламеняемая. Для того чтобы отделить легковоспламеняющиеся атомы водорода от атомов кислорода, требуется много энергии. Это можно сделать с помощью электролиза, пропуская электрический ток через сосуд с водой и захватывая «расщепленные» газы. Другой способ получить водород заключается в нагревании воды до очень высокой температуры с целью «вымывания» природного газа при очень высоком давлении, которое отделяет атомы водорода. Конечно же, это предполагает, что богатые месторождения природного газа будут использоваться как исходное сырье. Также потребуется много энергии для нагревания воды. Процессы «освобождения» водорода всегда ассоциируются с потерей чистой энергии. Энергетическая рентабельность в среднем составит примерно 1 : 1,4. То есть, вы получаете одну единицу энергии из 1,4 единицы вложенной энергии. Это нерентабельно. Вспомните, что в 1930-х годах в Техасе показатель ERoEI нефти составлял 20 : 1, и вы прекрасно поймете, почему нефть предпочтительнее.

Существует множество дополнительных проблем в отношении водорода как альтернативы углеводородного топлива. Речь идет о его хранении и транспортировке. Чрезвычайно низкая плотность водорода, дающая низкий атомный вес, означает, что ему необходимо много пространства. В автомобилях он должен находиться в сжатом состоянии и содержаться в резервуарах под высоким давлением. Такой «топливный» бак будет занимать много места. Сжимание газа требует много энергии — а это дополнительные расходы. Для того чтобы создать автомобиль, работающий на водородном топливе и не уступающий по своим техническим характеристикам современному автомобилю с бензиновым двигателем, потребуется 703 кг/см² водорода, находящегося под сверхвысоким давлением. Этого можно добиться, используя сверхпрочные углеродные волокна для укрепления баков. Такой бак может выдержать удар от столкновения на большой скорости. Вопрос в том, сможет ли «устоять» более чувствительное внутреннее содержание. Если нет, то водород, находящийся под чрезвычайно высоким давлением, начнет быстро выходить. А это огнеопасное вещество. Смесь водорода с воздухом загорается в широком диапазоне концентрации от 4 до 75 % и взрывается от малейшей искры. Поскольку водород выделяет много тепла при снижении давления, он может самовозгораться от удара, когда газ начнет выходить из бака через поврежденные клапаны.

Чтобы поместить водород в бак, нужно решить еще две задачи. Во-первых, этот газ легко рассеивается. Его крайне тяжело удерживать. Кроме этого, водород чрезвычайно едкий. Он любит вступать в реакцию с другими элементами и соединениями. Внутренняя часть бака, соединительные муфты для труб, клапаны и пломбы — это те детали, которые намного быстрее разъедаются водородом, чем такими газами, как метан. К тому же, в отличие от бензина, который остается жидким при постоянной температуре воздуха, сжатые газы сложно перемещать из одной емкости в другую. Опять же, для того чтобы заправиться водородом на АЗС, потребуется дополнительная энергия.

Помимо прочего, возникает вопрос о доставке водорода на АЗС. Бензин транспортируется в негерметизированных цистернах на грузовых машинах. Жидкий водород необходимо доставлять в баках, где он находится под невероятно высоким давлением. Груженая 40-тонная автоцистерна предназначена для перевозки примерно 25 тонн бензина. Из-за того, что водород такой легкий, указанная цистерна сможет вместить только 0,5 тонны водорода. Если сравнить энергопотребление грузовой машины с энергоценностью ее груза, то становится очевидным, что в плане транспортировки водород неэкономичен практически на любом расстоянии.

Трубопроводы для распределения водорода представляют собой большие проблемы. Существующую систему для подачи природного газа нельзя просто так использовать. Газовые трубопроводы недостаточно широкие для водорода. Водород может разъесть стыки труб и разрушить смазку в насосах на насосных станциях, отвечающих за прокачку газа и расположенных через определенные интервалы на протяжении всей газовой трубы. Склонность водорода к рассеиванию может оказаться причиной большой протечки. Таким образом, для подачи водорода существующую систему трубопроводов необходимо реконструировать, а это будет стоить миллиарды долларов (при условии, что получится решить и другие технические проблемы). Маловероятно, что это произойдет. Добавьте к этому еще и то, что необходимо будет изменить инфраструктуру каждой отдельной заправочной станции.

Все это сводится к тому, что автомобиль, использующий в качестве топлива водород, и вся соответствующая инфраструктура не могут в равной степени заменить системы, основанной на нефтяном топливе. Особая сущность нефти и уникальность систем, которые мы создали для ее использования, ставят нас в затруднительное положение. Кроме этого, нынешняя система имеет огромный социальный смысл. Было продемонстрировано, что автомобиль, работающий на топливных элементах, построить можно, по крайней мере дорогой опытный образец. Но что будет, если начать его массовое производство? Продавать такой автомобиль придется по цене, которая для обычных людей окажется слишком высокой, — не менее, чем за $80 000 (в 2005 году). Таким образом, невозможность приобретения автомобиля станет проблемой для общества, в котором личный транспорт, по сути, представляет собой неотъемлемую часть повседневной жизни.

Чем больше вы узнаете подробностей о «водородной экономике», тем отчетливее понимаете, что она с трудом применима к нашей жизни.

Подводя итог, можно сделать вывод, что «водородная экономика» вряд ли будет существовать. Можно находить все новое применение водороду и даже продолжать производить химические продукты с его использованием. Расширенная атомная инфраструктура может снизить расходы на получению водорода путем электролиза. Но в наши планы не входит менять современные автомобили на машины, работающие на водородном топливе. И если вдруг появятся удивительные технологические достижения, которые изменят известные законы термодинамики и смогут сделать процесс получения водорода таким же дешевым, как добыча нефти, тогда период Глобальной Катастрофы нам известен — между «сегодня» и тем светлым будущим.

Уголь

Уголь стал топливом, давшим толчок промышленной революции. Впервые уголь обнаружили в Англии на морском побережье, где волны омывали скалы. Было трудно собирать это вещество в большом количестве. Гораздо легче было срубать деревья, конечно, если они вам принадлежали. Уголь использовали в основном те, у кого не было земли и, соответственно, леса. Из-за запаха, который уголь выделял при горении, его считали менее качественным, чем древесина, и менее подходящим для обогрева и приготовления пищи. Печи и камины, для которых уголь подходил как нельзя лучше, еще не были изобретены. Когда же в XIX веке лесные массивы Англии начали неумолимо сокращаться, и бедным, и богатым пришлось перейти на уголь. Основные энергетические характеристики угля, сравнимые с древесиной, обнаружились только тогда, когда леса стало мало, а также появилось усовершенствованное отопительное оборудование.

В один прекрасный момент уголь стал важным и ценным продуктом и его начали активно добывать. Появились угольные шахты, которые часто затапливало. Вскоре необходимость выкачивания воды из шахт побудила разработать паросиловые установки, работавшие на угле, которые, в свою очередь, привели к созданию паровых машин, приводящих в движение лодки, паровозы и производственное оборудование. Англия расслабилась. Продукты горения угля сильно загрязняли окружающую среду, но благодаря этому топливу столько всего делалось, что вопрос об экологии отошел на второй план. Несмотря на убивающий смог, состоявший преимущественно из угольной копоти, в Лондоне не появилось ни одного серьезного движения против использования угля. Однако к XX веку началось активное использование нефти и популярность угля постепенно падала. Нефть легче добывалась — особенно в начале — и была более универсальным топливом, чем уголь.

Сегодня, когда запасы нефти истощаются, возможно, уголь вернет былую славу. Лучше всего он подходит для запуска стационарных турбин, которые применяются на электростанциях. Исторически сложилось так, что уголь стал первым топливом для обогрева современного дома. Возможно, все вернется на круги своя, несмотря на то, что люди привыкли к чистым, удобным, фактически автоматизированным газовым обогревателям. Возвращение к обогреву углем будет означать потерю роскоши и комфорта. К тому же уголь в своей обычной твердой форме явно не применим к главному «потребителю топлива» — автомобилю.

Уголь можно использовать как топливо для локомотивов, но все же разумнее было бы применять электрическую тягу. Хотя бы по той причине, что окружающей среде в этом случае наносится меньше вреда.

На стороне угля выступает угольная добывающая промышленность. Она утверждает, что его запасов в недрах земли еще достаточно много. Хватит на сотню лет. Как знать. Мы уже добыли немало угля. Притом самого лучшего качества. И он находился ближе к поверхности, его было легко получить. Большую часть оставшихся запасов, возможно, будет трудно и энергетически затратно добывать. Существует несколько различных точек зрения на то, сколько угля мы действительно сможет использовать. Я не сомневаюсь, что частично мы вернемся к углю, когда наши проблемы с нефтью и газом постучатся в дверь, но уголь не будет дешевым и его качество оставит желать лучшего. Уголь не заменит нам нефть и газ, к тому же он сам когда-нибудь закончится. Использование угля частично зависит от того, какое будущее у атомной энергетики, о которой речь пойдет дальше. Если ее противники победят, тогда логично предположить, что для выработки электроэнергии станут использовать уголь. По крайней мере какое-то время, если мы захотим жить в освещенных домах.

Уголь способствует глобальному потеплению. При горении уголь выбрасывает в атмосферу большое количество токсичных веществ. Он оставляет невероятно много твердых отходов (от 5 до 20 %) по отношению к своему собственному объему. Одна электростанция, работающая на угле, может производить более 1 миллиона тонн твердых отходов в год. Уголь при горении выбрасывает в атмосферу 60 % от всего объема выхлопных газов (остальное выбрасывают легковые и грузовые автомобили). Уголь связан с ртутным загрязнением. Кроме этого, угольная пыль является одной из причин возникновения астмы. Однако есть возможность установить очистители, которые не позволят выбросам попадать в атмосферу, но тогда электричество станет намного дороже, и политическое желание очистить промышленность задавит более суровое желание экономии. В любом случае, даже если удастся избавиться от выбросов тяжелых металлов, уголь все равно будет загрязнять атмосферу, выделяя при горении огромное количество углекислого газа, главного виновника глобального потепления.

Помимо прочего, угольная промышленность крайне разрушительна для ландшафта и окружающей среды. На сегодня наиболее распространенный метод добычи угля — открытая разработка месторождений. Такой способ добычи уничтожает целые районные ландшафты местности и отравляет грунтовые воды на больших глубинах. Используя уголь как главный источник энергии, мы делаем большой шаг назад на пути человеческого прогресса. Но необязательно, что все произойдет именно так. Средневековье — мрачные времена — после достижений Римской империи тоже казалось шагом назад, но прогресс не остановился. То, с чем столкнемся мы, больше похоже на Смутные Времена.

Гидроэлектроэнергия

Гидроэлектроэнергия — энергия, получаемая за счет использования энергии водного потока. Гидроэлектростанции обычно размещаются вблизи рек. Сила потока воды воздействует на турбины, которые, вращаясь, приводят в движение генератор, вырабатывающий электроэнергию. Гидроэлектроэнергию можно также получить, используя энергию приливов, но такой способ более сложный и дорогостоящий.

При работе гидроэлектростанций не образуется углекислый газ (правда, он образуется при изготовлении гидрокомпонентов). Самое последнее поколение турбин дает до 90 % энергетического выхода. Воды много, на нее можно положиться. Но и здесь есть свои минусы. Например, проблемы заиления дамб. Почва и другие вещества, смываемые рекой, образуют ил позади дамбы, из-за чего она постепенно перестает выполнять свою функцию. Кроме этого, не все регионы одинаково обеспечены мощными водными потоками. Счастливчики те, кто живет рядом с бурными реками.

Более того, если мы примем воду за основной источник энергии, она лишь частично заменит нам газ и нефть. Сможем ли мы строить заводы и заниматься их техническим оснащением без основного дешевого природного топлива? Остается не так много времени до того момента, когда у нас не будет возможности ремонтировать вышедшее из строя оборудование. Во время Глобальной Катастрофы не будет и финансовой возможности заменить его. Тогда вся электроэнергия станет местной, и некоторым районам повезет гораздо меньше, чем другим.

Солнечная и ветряная энергия

Под солнечной энергией мы обычно подразумеваем либо пассивные, использующие солнечную энергию строительные технологии, которые позволяют зданиям накапливать солнечное тепло, либо активное превращение солнечной радиации в электричество при помощи фотоэлементов. В более глубоком смысле понятие «солнечный» можно также отнести и к природному топливу потому что оно представляет собой солнечную энергию, накопленную за многие миллионы лет в углеводородных соединениях, а также к топливной древесине и коровьему навозу. Но я хотел бы поговорить о первых двух категориях.

Пассивная солнечная энергия мощная. Дом, который вы строите, становится жилым и комфортным. Ключевая особенность «домодернистской» архитектуры заключалась в использовании солнечного света для отопления и освещения зданий. Такие традиционные технологии развивались медленно на протяжении многих веков. А в наше время нефти и газа было так много, что архитекторы увлеклись вопросами стиля, забыв о традиционном подходе, основанном на использовании пассивной солнечной энергии. XX век стал эрой стеклянных стен в офисных зданиях, имитации окон, титановых фасадов и других модных штучек для «украшения» зданий, целью которых являлось заявить о гениальности их создателей. Такого рода снисходительное, самовлюбленное поведение было возможно лишь во времена дешевой энергии, когда мода, роскошь и популярность стояли на первом плане. Но, увы, все меняется.

Нужно заметить, что основная масса людей все же предпочитала традиционный вид зданий. Но подвох в том, что дома выглядели традиционно только внешне. В других аспектах они были чрезвычайно экспериментальными, особенно в плане строительных материалов. Такие материалы, как пенопластовые плиты, создали проблемы конденсата и гниения. Строители не учитывали региональные особенности.

Активная солнечная энергия — производство энергии на основе энергии Солнца — это другой вопрос. Существует проверенная технология. Она работает, хотя не так хорошо, как технологии, основанные на природном топливе. Я не уверен, что производство энергии от энергии Солнца может существовать без нефти и газа. Мы знаем, как сделать батареи с фотогальваническим элементом из силикона, пластика и металла, и также знаем, как изготовить свинцовые и пластиковые аккумуляторы, а еще мы знаем, как создать зарядные устройства, инверторы и другие приборы для накопления и передачи электроэнергии. Но сможем ли мы создавать подобные вещи в будущем без нефти, газа и угля? Наверное, нет. Для производства батарей многократного цикла глубокого заряда-разряда и солнечных панелей требуется много энергии и, соответственно, большое количество баррелей нефти. Кроме этого, чтобы запустить массовое производство всех компонентов со стандартными техническими характеристиками, необходимо задействовать целую группу отраслей промышленности — от металлургии до изготовления пластмасс. Я не уверен, что активная солнечная энергия нам поможет во время Глобальной Катастрофы, она лишь на какое-то время заменит природное топливо.

Кроме того, с бытовой, практической точки зрения, чрезвычайно много времени уходит на обслуживание батарей, которые приходится периодически менять. Даже при самом высоком качестве обслуживания аккумуляторный блок необходимо менять каждые десять лет, а это стоит тысячи долларов. Срок службы самих солнечных панелей немного дольше, но даже они подвержены негативному воздействию ультрафиолета, воды и льда. Таким образом, в определенных районах, где мало солнца, использование подобной системы бессмысленно даже в том случае, когда нет другого выбора.

Возможно, будут изобретены более совершенные батареи и более эффективно работающие солнечные элементы. Однако за последние годы, несмотря на постоянные исследования в данной области, не удалось совершить кардинального прорыва.

Распространено ошибочное мнение, что такие альтернативные источники энергии, как солнце, ветер и им подобные, смогут заменить систему, основанную на природном топливе. Сама по себе энергосистема, работающая на солнечном свете, не загрязняет атмосферу, но определенно атмосфера загрязняется при производстве компонентов. Производство батарей, панелей, электронной аппаратуры, проводов и пластмассы немыслимо без добычи полезных ископаемых и работы заводов, функционирующих на природном топливе.

Что же нас ждет, когда не станет природного топлива? Совершенно неясно, например, можно ли будет использовать атомную энергию для производства солнечных компонентов. Ведь до настоящего времени атомная энергия использовалась исключительно для получения электричества, а не для масштабного промышленного производства. Будет ли это возможным?

Что касается ветряной энергии, то, с одной стороны, она может то, чего не может солнечная энергия. Энергия ветра, поглощаемая ветряными турбинами, в отличие от солнечной энергии, накапливается иначе, особенно тогда, когда «ветряная ферма» (несколько ветровых энергоустановок — ветряков) производит намного больше энергии, чем необходимо. Можно закачивать воду в водохранилище, чтобы приводить в действие гидротурбины в автономном режиме. Но это зависит от благоприятных топографических условий. Кроме того, в процессе преобразования можно потерять значительное количество энергии. Идея в том, что сжатый воздух или газы подаются в соляные отложения или водоносные породы, из которых энергию можно забрать, чтобы приводить в действие электрические генераторы. Найти подходящее место для подземного хранения сжатого воздуха — это уже другой вопрос. А для достижения эффективности сжатый воздух необходимо использовать в сочетании с природным газом. Турбины, работающие на природном газе и сжатом воздухе, в три раза эффективнее, чем турбины, работающие только на газе. Существует вероятность того, что энергию ветра можно использовать для получения синтетического метана путем преобразования углекислого газа с помощью катализатора при соответствующей температуре и давлении. Но с другой стороны, опять же возникают вопросы экономичности и универсальности.

Вопрос о рациональности использования энергии ветра, так же как и энергии солнца, возвращает нас к уже известной проблеме: смогут ли эти источники энергии работать без поддержки нефти, угля и газа? Конечно, можно вырабатывать электричество, используя ветряные турбины. Да, европейцы много вложили в «ветряные фермы». Дания в 2003 году получала от ветровых энергоустановок 18 % всей электроэнергии. Ветряные установки Германии производили более 10 000 МВт электричества, Испании — более 3000 МВт. Существование ветряных ферм стало возможным потому, что мир находится на историческом пике нефтяного производства. Благодаря природному топливу стало возможным получение специальных легированных металлов, необходимых для изготовления турбин, а также строительство заводов для их массового производства и изготовления запасных деталей — ветряные турбины довольно хрупкие и часто ломаются. Что произойдет, когда мы лишимся огромной технологической поддержки нефтяной экономики?

Развитым промышленным странам необходимо создать инфраструктуру альтернативной энергии задолго до того, как основной источник нынешнего процветания исчезнет. Стоит уже сегодня задуматься о завтрашнем дне.

Что произойдет, когда люди всего мира столкнутся в борьбе за оставшиеся запасы нефти? Нарушится относительный международный порядок, который позволяет мировой экономике планомерно работать, — порядок, к которому мы привыкли. Возникнет взаимное недоверие, скорее всего, разразятся международные военные конфликты.

Я хочу подчеркнуть, что представление большинства людей об «альтернативной» энергии, основанной на передовых технологиях, довольно туманно. Многие полагают, что тактика использования оставшихся резервов для подготовки к постнефтяному будущему состоит в том, чтобы оттянуть время, пока «они» — ученые — зануды — новаторы — гении не предложат новый и более совершенный источник энергии. А вдруг такое чудо произойдет? В истории случались и более невероятные вещи. Но идея ожидания технологического чуда всего лишь своеобразная вариация культа карго. С точки зрения групповой психологии такая идея ставит человеческую расу в затруднительное положение, заставляя сдать последний экзамен с первого раза.

Когда исчезновение природного топлива лишит нас некоторых технологических достижений, это, возможно, повлечет за собой потерю технологических знаний. Римляне достигли чрезвычайно высокого уровня мастерства в технике железобетонного строительства. После того как империя пала, знания были утрачены. Величественные соборы средневековой Европы во всем своем великолепии представляют собой более примитивные строительные технологии — всего лишь соединение камней известковым раствором, — чем такие сооружения, как Пантеон, построенный на тысячу лет раньше. Тогда от основания до вершины свода применялись более тонкие кладки и более легкие смеси бетона. Такой уровень строительных технологий был достигнут вновь только в начале XX века. Проекты римской архитектуры не смогли бы воплотиться в жизнь без комплексной социально-экономической основы римского государства. Если разрушится современная социально-экономическая основа, сколько времени пройдет, прежде чем наши знания уйдут в небытие? Через 200 лет кто-нибудь будет знать, как построить или хотя бы починить обыкновенный двигатель? Уже не говоря о ветряной турбине.

Сегодня мы владеем достаточными знаниями для того, чтобы понять, насколько неприемлемый образ жизни ведем, и хотя бы попытаться подготовиться к непредсказуемым поворотам судьбы. Существующие знания, основанные на законах физики и химии, настолько обширны, что, вероятно, задержатся на какое-то время в будущем, и нам будет легче справляться с трудностями, чем людям XVIII века, обладавшим не такими большими познаниями. Я не предлагаю вернуться к допромышленному образу жизни. Современная жизнь сама по себе уже привела к огромной потере знаний об экологически безопасном существовании, которое мы вели на протяжении тысячи лет.

Существуют другие способы использования энергии солнца и ветра. И они не основываются на таких высокотехнологических устройствах, как солнечные панели и турбины. Например, трудовая лошадь — это сельскохозяйственное «орудие труда», подпитываемое солнцем, способное к самовоспроизводству, говоря техническим языком, оно самозаменяемое. И оно подразумевает совершенно другую систему ведения сельского хозяйства. Садоводство — вид деятельности с использованием энергии солнца. В наши дни садоводство превратилось в некое наружное украшение и не более того. Во время же Глобальной Катастрофы нам придется выращивать себе пропитание.

Природное топливо позволило людям создать чрезвычайно сложные широкомасштабные системы. Альтернативные источники энергии не совместимы с подобными системами. Они не смогут заменить в них нефть и газ. Многие, возможно, думают, что все, что нам нужно сделать, это просто переключиться на другие ресурсы. Вместо нефте- или газогенерирующих установок мы будем использовать ветряные фермы или массивные солнечные панели. Но такого не будет. Желание оставаться частью все той же широкомасштабной системы, работающей теперь на альтернативном топливе, всего лишь останется желанием, которое никогда не осуществится.

Синтетическая нефть

Уголь можно переработать в высококачественную синтетическую нефть и бензин, потому что он представляет собой твердую углеводородную версию той же самой доисторической органической вязкой массы, из которой образовалась нефть. Во время Второй мировой войны нацисты широко использовали уголь, поскольку запасов нефти у них практически не было. Но зато были богатые месторождения угля. В 1930-е годы, когда Соединенные Штаты половину своей энергии получали от угля, в Германии 90 % энергии давал уголь и только 5 % нефть. Когда Адольф Гитлер пришел в 1933 году к власти, он заручился поддержкой огромной химической компании «Ай-Джи Фарбен», производившей синтетическую нефть из угля. Процесс был изобретен в Германии в 1913 году лауреатом Нобелевской премии химиком Фридрихом Бергиусом. Компания «Ай-Джи Фарбен» приобрела права на производство. Синтетическую нефть получали путем добавления водорода к углю при высокой температуре и давлении в присутствии катализатора. Процесс был энергоемким и дорогим, но цена в то время не имела значения. К сентябрю 1939 года, когда Гитлер готовился напасть на Польшу, в Германии действовало 14 гидрогенизационных заводов, производящих синтетический бензин и авиационное топливо, еще 6 заводов находились в процессе строительства.

Уголь дал примерно половину жидкого топлива, которое было необходимо гитлеровской армии в надвигающейся мировой войне. Вторая половина могла быть доставлена из Румынии и России. Но Гитлер не хотел зависеть от этих стран. В итоге он решил захватить нефтяные месторождения Советского Союза около Баку. Неудача с планом молниеносного завоевания России (план «Барбаросса») и невозможность захвата румынских нефтяных месторождений оставили немцев без желаемого горючего.

Я полагаю, можно со всей уверенностью утверждать, что экономика без нефти станет намного слабее. Не будет такой деловой активности. Появятся проигравшие, которые не смогут позволить себе ни синтетическое топливо, ни автомобили, которые на нем будут работать. Другими словами, тот факт, что нефть можно получить из угля, не означает, что с точки зрения экономики такая нефть заменит природную. Синтетическое топливо можно производить, как и водород, но не в промышленных масштабах.

Единственное место, где синтетическое топливо, полученное из угля, найдет свое применение, так это в вооруженных силах. Хотя и этот вопрос спорный.

Тепловая деполяризация

В энергетических кругах весной 2003 года случился большой переполох, когда журнал «Discover» опубликовал скандальную статью «Нефть из чего угодно». Американская компания «Changing World Technologies», имеющая завод в штате Миссури, заявила, что она может взять любое углеродное сырье, «включая потроха индейки, пластиковые бутылки, старые компьютеры, городской мусор, стебли кукурузы, бумажные отходы, медицинские отходы, отходы от перегонки нефти и даже такое биологическое оружие, как споры сибирской язвы», и превратить его в три ценных продукта: высококачественную нефть, полностью сгорающий газ и необходимые минералы. Называется такое чудо тепловой деполяризацией и представляет собой высокотехнологичный метод имитации, чрезвычайно ускоряющий процесс природного образования геологической нефти из органических остатков.

В данном случае использовался механизм, сходный с применяемым при очистке сырой нефти, только в меньшем масштабе. Компания заявила, что процесс был на 85 % более энергоэффективен при использовании кишок индеек. То есть на каждые 100 БТЕ[33], выделяемые из сырья, для осуществления процесса требуется всего 15 БТЕ. Самый изобретательный момент заключался в добавлении в гидросмесь воды, что помогало на первой фазе процесса, когда осуществлялось основное «варение» при 260 °C и при давлении в 42,18 кг/см² превращать жиры, протеины и углеводороды в карбоновую кислоту. При резком понижении давления примерно 90 % воды выталкивалось. На второй стадии процесса углеводородные цепи продолжали дробиться, превращаясь в легкую нефть. На третьей фазе нефть очищалась. В зависимости от молекулярного веса углеводороды подразделялись на керосин, бензин, бензин-растворитель и т. д. Выделяющийся горючий газ использовался, в свою очередь, как топливо для осуществления процесса.

Сухое сырье, такое как полихлорвиниловая пластмасса, полученная из измельченных электроприборов и строительных материалов, перемешивалось с водой для получения полезных химических продуктов, например соляной кислоты или углеводородного горючего. Различное перерабатываемое сырье требовало разных «рецептов» и времени обработки. Компания «Changing World Technology» утверждала, что она может безопасно переработать любой вид ядерных отходов. Первый промышленный завод, стоивший компании 20 миллионов долларов, был построен рядом с птицеперерабатывающим заводом «ConAgra Foods Butterball». Представители компании заявили, что они с помощью своего метода производят нефть по цене 10 долларов за баррель (данные 2003 года).

Все это звучит очень хорошо. Но не все так просто с этим методом тепловой деполяризации. Казалось бы, кладем отходы — получаем нефть. (И ведь отходы будут всегда, не правда ли?) Тепловая деполяризация использует отходы нашей непредсказуемой изобилующей нефтью экономики, превращая их обратно в нефть (предположительно) со скромными 15 % энергетических затрат соответственно второму закону термодинамики («закон энтропии»). Подвох в том, что на первом месте здесь снова стоит нефтяная экономика. Например, процесс разведения кур возможен исключительно в сельскохозяйственной системе, основанной на дешевой нефти и природном газе. То есть необходимы удобрения для повышения урожайности зерновых, а также затраты на содержание птицы, технологические процессы, замораживание, перевозку и сбыт. Без природного топлива в таких масштабах производства не обойтись. А объем отходов в виде перьев, кишок и фекалий недостаточен для производства нефти путем тепловой деполяризации.

Похожая картина и с другим предполагаемым «сырьем» процесса тепловой деполяризации: покрышками, пластиковыми бутылками, старыми компьютерами, городским мусором и прочими отходами. Все эти вещи — продукты нефтяной эпохи. Замените нефть, и рано или поздно у вас не будет этого сырья. Тепловая деполяризация — отличный действенный метод переработки мусора и отходов современной жизни. Но условия существования меняются. Поэтому довольно скоро наш корабль, работающий на нефти, пойдет ко дну. Когда это произойдет, мы не сможем получать достаточно нефти из отходов, потому что их будет недостаточно.

Биомасса

Забудьте о биомассе. Это всего лишь более грубая замена тепловой деполяризации. Идея в том, чтобы добавлять в топливо органические материалы, например кукурузные стебли, прутьевидное просо, ивовые прутья и древесные опилки. Программы по использованию биомасс полностью основаны на нефти, особенно в рамках таких сельскохозяйственных отходов, как кукурузные стебли. Ведь кукуруза выращивается в промышленных условиях. Тратится чрезвычайно много бензина и природного газа на производство удобрений, сбор урожая и транспортировку. Это относится практически ко всем программам, поддерживающим этанол (алкоголь, получаемый из растений), «безвредную для окружающей среды» добавку к бензину. Затраты бензина и природного газа, необходимых для выращивания кукурузы и последующего получения этанола, могут быть больше, чем объем синтетического горючего, полученного из этой кукурузы.

На самом деле мы наверняка будем вынуждены прибегнуть к отдельной форме использования биомассы в будущем, но не таким образом, как это видится защитникам окружающей среды. То есть нам, возможно, придется вернуться к допромышленному образу жизни, когда для отопления жилищ использовались дрова. Но в связи с этим начнут стремительно уменьшаться лесные массивы.

Гидрат метана

Считается, что значительные запасы метана, по меньшей мере в два раза превосходящие объемы всего известного природного топлива на Земле, скопились в виде газового гидрата в отложениях на дне мирового океана. Это некая форма «льда», состоящего из молекул метана, существующего только при низких температурах и очень высоком давлении, который имеется на глубине около 300 метров. Гидрат метана представляет собой возможный альтернативный источник энергии, но с некоторыми оговорками. Во-первых, его очень трудно, а точнее дорого, добыть, то есть требуется затратить больше энергии, чем в дальнейшем удастся получить из него. На сегодняшний день для промышленных целей гидрат метана еще не был извлечен.

Гидрат метана к тому же опасен. Неудачные работы по добыче на такой глубине приводили к взрывам и разрушению буровых платформ и кораблей. Физические свойства гидрата метана таковы, что при его добыче происходит невероятная дестабилизация вещества, вследствие чего вода и метан разъединяются. После чего высвобожденный крайне огнеопасный газ поднимается на поверхность. Промышленность заинтересована в бурении в гидратных зонах, которые могут нарушить устойчивость поддерживающих платформы опор. Повреждение океанического дна также может стать причиной многих бед на поверхности — от создания смертельной угрозы рабочей команде корабля до нанесения вреда окружающей среде. Ядовитый газ не только опасен для человека. Метан, высвободившийся в атмосферу, создает в десять раз больший тепличный эффект, чем углекислый газ. Таким образом, пытаясь добыть гидрат метана, мы выбрасываем в атмосферу опасный метан, причем его объем много больше, чем количество добытого газа.

Нулевая энергия

Это некий загадочный теоретический процесс, описанный учеными, занимающимися квантовой физикой. Его назвали «квантовым даром, за который придется, в конце концов, заплатить». Теория о нулевой энергии предполагает использование энергетического потенциала «темной материи» Вселенной. Трудная для понимания физика, занимающаяся нулевой энергией, утверждает, что космические силы, отвечающие за гравитацию, имеют доступ к неограниченным запасам дешевой, безвредной энергии Земли. Хочу отметить лишь два момента по поводу теории нулевой энергии: 1) понятие полезного максимума в инженерии гласит, что если что-то звучит слишком хорошо, чтобы быть правдой, то на самом деле это неправда. В данном случае мы наблюдаем классический пример фантастических изобретений, как, например, двигатели внутреннего сгорания, которые могут работать на воде, и особые карбюраторы, благодаря которым обычный автомобиль сможет проехать 300 километров на 4 литрах топлива. Сегодня нулевая энергия, кажется, попадает в эту категорию. Но кто знает? Ведь то же самое можно было сказать об атомной энергии в 1893 году; 2) если и существуют какие-то вещества с нулевой энергией, то вряд ли они найдут применение до того, как мир окажется в большой беде вследствие истощения углеводородных ресурсов. Но, как и другие альтернативные источники, такая инновация, как нулевая энергия, может исчезнуть без надежной поддержки природного топлива.

Атомная энергия

Все так называемые альтернативные источники энергии, описанные выше, так или иначе не смогут долго обходиться без нефтяной поддержки. Последняя возможная замена нефти — это атомная энергия. Около 20 % электричества в США вырабатывают АЭС. Во Франции такие станции дают почти 70 % энергии (оставшуюся часть, в большей степени, вырабатывают гидроэлектростанции). Несмотря на то что использование атомной энергии превратилось в нечто естественное, со временем она выльется в очень большую проблему как в экономическом, так и политическом плане.

Для поддержания привычного образа жизни нам придется в XXI веке какое-то время использовать атомную энергию как основной способ получения электроэнергии.

В конце концов, мы будем вынуждены изменить наше отношение к землепользованию и транспорту. Нам придется радикально поменять жизнь, от многого отказаться. Политика также перейдет на новый уровень отношений, форм и ценностей. Но если мы хотим, чтобы цивилизация продолжила существовать как прежде, потребуется электричество, а получить его в середине XXI века можно будет только с использованием атомных реакторов.

Я не убежден, что без природного топлива мы сможем длительное время строить и обслуживать атомные реакторы. Но энергия ядерного распада настолько мощнее чем энергия солнца, ветра, биомассы и прочего «альтернативного» топлива, что капиталовложения оставшихся запасов природного горючего в атомную энергетику смогут дать больше, чем размышления о том, покроет ли это расходы или нет. И возможно, человечество получит больше времени, чтобы выйти из создавшегося положения. Может быть, через 30 лет для обслуживания реакторов нам придется прибегнуть к углю или синтетической нефти. Но основное уравнение атомной энергетики очень простое: при расщеплении одного атома урана получается в 10 миллионов раз больше энергии, чем при горении одного атома угля. Уран даст в 2 миллиона раз больше энергии на единицу массы, чем нефть.

Для выработки электроэнергии урана хватит примерно на сотню лет. Встречающийся в природе уран состоит из двух изотопов: на 99,3 % из урана U-238 и на 0,7 % из урана U-235. Последний более подвержен ядерному делению. Сегодня большинство атомных заводов используют обогащенный уран, в котором концентрация урана U-235 увеличена с 0,7 % до 4–5 %. Уран относительно дешевый — он стоит приблизительно $30 за килограмм. Количество урана, необходимое для обеспечения электроэнергией в течение всей жизни семьи из четырех человек, уместится в банке из-под пива.

В мире примерно 400 запатентованных ядерных реакторов-электрогенераторов. Реакторы выделяют тепло в процессе контролируемого расщепления атомного ядра. Тепло используется для создания пара, который выбрасывается в электротурбины. При этом не образуется никаких газов, способных навредить экологии, — ни углекислого газа, ни озона, ни какого-либо еще. Но огромное количество загрязняющих атмосферу газов выделяется в процессе сооружения и обслуживания реактора. Сами отходы реактора содержат сотни радиоактивных токсинов.

Топливные стержни у большинства реакторов содержат гранулы обогащенного урана. Критическая масса расщепляющегося вещества регулируется увеличением или сокращением этих стержней внутри активной зоны реактора. Примерно каждые два года топливные стержни в реакторе истощаются и требуют замены. Процесс замены стрежней может занять месяцы, хотя прогрессивные методы сократили срок в некоторых случаях до нескольких недель. Использованные топливные стержни все еще радиоактивны и накалены. Самая большая проблема в работе атомной электростанции — это утилизация использованного топлива. И это больше политическая проблема, чем материальная. Никто не хочет иметь по соседству хранилища опасных для жизни и здоровья отходов.

Использованные топливные стержни можно перерабатывать. При этом достаточное количество расщепляющего материала, получаемого от одной загрузки сырья, обеспечивает еще один год работы реактора. Хотя в итоге отходы все равно необходимо утилизировать. В течение десятилетий они скапливаются по всему миру. Средний реактор производит примерно 1,5 тонны отходов в год. С тех пор как в 1957 году первая промышленная атомная электростанция начала вырабатывать электричество, общий объем использованного топлива составил 9000 тонн.

Надо сказать, что требуется 500 лет, чтобы отработанное ядерное топливо стало не более опасным, чем встречающаяся в природе урановая руда.

На самом деле здесь можно говорить лишь об относительной безопасности. Не стоит забывать, что угольная промышленность унесла больше жизней, чем ядерная промышленность за прошедшие 50 лет. За последние 40 лет в США, Западной Европе, Японии и Южной Корее на атомных электростанциях не произошло ни одного чрезвычайного происшествия, унесшего человеческие жизни. Несчастье на Чернобыльской атомной электростанции 26 апреля 1986 года в бывшем Советском Союзе — другое дело. Тридцать один человек погиб из-за взрыва и последовавшего за ним пожара. Многие тысячи, кто имел отношение к устранению последствий аварии, умерли от рака.

Чернобыльский реактор представлял собой разработанную в России модель РБМК. Он был спроектирован таким образом, что в случае перегрева скорость реакции автоматически увеличивалась, а не уменьшалась. Говоря простым языком, на Чернобыльской АЭС изначально существовала угроза аварии. В бывшем Советском Союзе было создано 16 реакторов РМБК. Многие из них до сих пор работают. Реакторы в Соединенных Штатах и в Западной Европе, Японии и Южной Корее спроектированы по-другому.

Использование так называемых бридерных реакторов, реакторов-размножителей, может расширить в далеком будущем горизонты получения атомной электроэнергии. Реакторы-размножители используют широкодоступный изотоп урана U-238 вместе с небольшим количеством расщепляющегося урана U-235 для производства расщепляющегося изотопа плутония Ри-239. Но плутоний чрезвычайно токсичен и взрывоопасен.

США отключили свой единственный опытный образец реактора-размножителя и сейчас не проводят никаких существенных исследовательских программ или программ-разработок. Но в других странах, например в Японии и России, разработки такого реактора продолжаются. В Великобритании и Франции работы прекращены.

С тех пор как была создана водородная бомба, появились надежды разработать процесс промышленного ядерного синтеза, с помощью которого можно было бы вырабатывать электроэнергию. При синтезе атомные ядра больше объединяются, чем раскалываются, а именно связываются два атома водорода, образуя элемент гелий. Такой же процесс заставляет Солнце светить. Во время ядерного синтеза выделяется просто огромное количество энергии. Люди воспроизвели этот процесс при разработке водородной бомбы. Но мы еще не изобрели никакого практического метода, позволяющего контролировать эту невероятную силу.

Возможно, самая сложная атомная загадка заключается в следующем: ядерный синтез хорош для выработки электроэнергии, но для многих процессов, которые зависят от электричества, этот способ не подойдет. Например, вы не сможете летать на самолетах, работающих на энергии ядерных реакторов[34]. Сложно на такой энергии ездить и грузовым машинам. В современной жизни только 36 % потребляемой энергии существует в форме электроэнергии, получаемой разными способами: при использовании угля, воды, ядерного деления. Так продолжалось несколько десятилетий. Остальную энергию получали в результате горения углеводородов — нефти и природного газа. Таким образом, в XXI веке количество электроэнергии, получаемой путем ядерного деления, скорее всего, увеличится, но необязательно компенсирует потери, которые придется пережить из-за истощения запасов природного топлива (и вследствие борьбы за оставшиеся запасы). В домах будет гореть свет и холодильник будет охлаждать продукты, но без химических удобрений, которые производятся с использованием природного газа, и сельскохозяйственных машин и оборудования, работающих на дизельном топливе, нам придется полностью изменить принципы ведения сельского хозяйства. В итоге мы должны будем практически полностью изменить уклад нашей жизни. И атомная энергия — это, возможно, единственное, что будет связывать нас с нынешней цивилизацией.