Поняття енергії. Різновиди енергій.

oduvanchik_web

В нашому індустріальному суспільстві від енергії залежить все. З її допомогою рухаються автомобілі, відлітають в космос ракети. З її допомогою можна підсмажити хліб, обігріти житло і привести в дію кондиціонери, освітити вулиці, вивести в море кораблі.

Можуть сказати що енергією є нафта і природний газ. Проте це не так. Щоб звільнити укладену в них енергію, їх необхідно спалити, так само як бензин, вугілля або дрова.

Вчені можуть сказати, що енергія – здібність до здійснення роботи, а робота виконується, коли на об’єкт діє фізична сила ( така, як тиск або гравітація). Згідно з формулою A=F·S, робота рівна дії сили на відстань, на яку перемістився об’єкт. Просто кажучи, робота – це енергія у дії.

Ви не раз бачили, як підстрибує кришка чайника, який закипає, як мчать санки по схилу гори, як набігаюча хвиля підводить пліт. Все це приклади роботи, енергії, діючої на предмети.

Підстрибування кришки чайника було викликано тиском пари, виниклим при нагріванні рідини. Санки їхали тому, що існують гравітаційні сили. Енергія хвиль рухала пліт.

В нашому працюючому світі основою всього є енергія, без неї і не виконуватиметься робота. Коли енергія є в наявності і може бути використана, будь-який об’єкт виконуватиме роботу – іноді творчу, іноді руйнівну.

Світ наповнений енергією, яка може бути використана для здійснення роботи різного характеру. Енергія може знаходитися в людях і тваринах, в камінні і рослинах, у викопному паливі, деревах і повітрі, в річках і озерах. Проте найбільшими резервуарами накопиченої енергії є океани – величезні простори водних потоків, які безперервно переміщаються і покривають близько 71 % всієї земної поверхні.

Енергія Сонця

Останнім часом інтерес до проблеми використання сонячної енергії різко зріс, і хоча це джерело також відноситься до відновлюваних, увага, що приділяється йому у всьому світі, примушує нас розглянути його можливості окремо.

Потенційні можливості енергетики, основаної на використанні безпосередньо сонячного випромінювання, надзвичайно великі.

Відмітимо, що використання всього лише 0.0125 % цієї кількості енергії Сонця могло б забезпечити всі сьогоднішні потреби світової енергетики, а використання 0.5 % – повністю покрити потреби на перспективу.

На жаль, навряд чи коли-небудь ці величезні потенційні ресурси вдасться реалізувати у великих масштабах. Однією з найсерйозніших перешкод такої реалізації є низька інтенсивність сонячного випромінювання. Навіть за якнайкращих атмосферних умов ( південні широти, чисте небо ) густина потоку сонячного випромінювання складає не більше 250Вт/мclip_image002. Тому, щоб колектори сонячного випромінювання «збирали» за рік енергію, необхідну для задоволення всіх потреб людства потрібно розмістити їх на території 130 000 кмclip_image002[1]!

Необхідність використання колекторів величезних розмірів, крім того, спричиняє собою значні матеріальні витрати. Найпростіший колектор сонячного випромінювання є зачорненим металевим ( як правило, алюмінієвим ) листом, усередині якого розташовуються труби з рідиною, яка в них циркулює. Нагріта за рахунок сонячної енергії, поглиненої колектором, рідина поступає для безпосереднього використовування. Згідно з розрахунками виготовлення колекторів сонячного випромінювання площею 1 кмclip_image002[2], вимагає приблизно 104 тонн алюмінію. Доведені ж на сьогодні світові запаси цього металу оцінюються в 1.17·109 тонн.

З написаного ясно, що існують різні чинники, які обмежують потужність сонячної енергетики. Припустимо, що в майбутньому для виготовлення колекторів стане можливим застосовувати не тільки алюміній, але і інші матеріали. Чи зміниться ситуація в цьому випадку? Виходитимемо з того, що на окремій фазі розвитку енергетики ( після 2100 року ) всі світові потреби в енергії задовольнятимуться за рахунок сонячної енергії. В рамках цієї моделі можна оцінити, що в цьому випадку буде потрібно «збирати» сонячну енергію на площі від 1·106 до 3·106 кмclip_image002[3]. В той же час загальна площа орних земель в світі складає сьогодні 13·106 км2 [138].

Сонячна енергетика відноситься до матеріаломістких видів виробництва енергії. Великомасштабне використання сонячної енергії спричиняє собою гігантське збільшення потреби в матеріалах, а отже, і в трудових ресурсах для видобування сировини, його збагачення, отримання матеріалів, виготовлення геліостатів, колекторів, іншої апаратури, їх перевезення. Підрахунки показують, що для виробництва 1 МВт·год електричної енергії за допомогою сонячної енергетики буде потрібно затрачувати від 10000 до 40000 людино-годин. В традиційній енергетиці на органічному паливі цей показник складає 200-500 людино-годин.

Поки що електрична енергія, народжена сонячним промінням, обходиться набагато дорожче, ніж одержувана традиційними способами. Вчені сподіваються, що експерименти, які вони проведуть на дослідних установках і станціях, допоможуть розв’язати не тільки технічні, але і економічні проблеми.

Енергія вітру

Величезна енергія повітряних мас, що рухаються. Запаси енергії вітру більше ніж в сто разів перевищують запаси гідроенергії всіх річок планети. Постійно і всюди на землі дмуть вітри: від легкого вітру, який несе бажану прохолоду в літню спеку, до могутніх ураганів, що приносять незліченну утрату і руйнування. Завжди неспокійний повітряний океан, на дні якого ми живемо. Вітри, що дмуть на просторах нашої країни, могли б легко задовольнити всі її потреби в електроенергії. Чому ж таке багате, доступне та екологічно чисте джерело енергії так слабо використовується? В наші дні двигуни, що використовують вітер, покривають всього одну тисячну світових потреб в енергії [139].

Техніка 20-го століття відкрила абсолютно нові можливості для вітроенергетики, задача якої стала іншою – отримання електроенергії. На початку століття Н.Е.Жуковський розробив теорію вітродвигуна, на основі якої могли бути створені високопродуктивні установки, здатні одержувати енергію від найслабшого вітру. З’явилося безліч проектів вітроагрегатів, незрівнянно більш довершених, ніж старі вітряні млини. В нових проектах використовуються досягнення багатьох галузей знаннь.

В наші дні для створення конструкцій вітроколеса – серця будь-якої вітроенергетичної установки  —  притягуються  спеціалісти‑літакобудівель‑ники, які вміють вибрати найдоцільніший профіль лопасті, досліджувати його в аеродинамічній трубі. Зусиллями вчених та інженерів створені найрізноманітніші конструкції сучасних вітрових установок.

Енергія річок

Багато тисячоліть вірно служить людині енергія, схована в проточній воді. Запаси її на Землі колосальні. Недаремно деякі вчені вважають, що нашу планету правильніше б називати не Земля, а Вода. Адже близько трьох четвертей поверхні планети покрито водою. Величезним акумулятором енергії служить Світовий океан, який поглинає велику її частину, що поступає від Сонця. Тут плескають хвилі, відбуваються приливи і відливи, виникають могутні океанські течії. Народжуються могутні річки, що несуть величезні маси води в моря і океани. Зрозуміло, що людство у пошуках енергії не могло пройти повз такі гігантські її запаси. Раніше всього люди навчилися використовувати енергію річок.

Але коли наступило золоте століття електрики, відбулося відродження водяного колеса, щоправда, вже в іншому вигляді, у вигляді водяної турбіни. Електричні генератори, що виробляють енергію, необхідно було обертати, а це цілком успішно могла робити вода, тим більше що багатовіковий досвід у неї вже був. Можна вважати, що сучасна гідроенергетика народилася в 1891 році.

Переваги гідроелектростанцій очевидні постійно відновлюваний самою природою запас енергії, простота експлуатації, відсутність забруднення навколишнього середовища. Та і досвід споруди і експлуатації водяних коліс міг би надати чималу допомогу гідроенергетикам. Проте споруда дамби великої гідроелектростанції виявилася задачею куди складнішою, ніж споруда невеликої загати для обертання млинового колеса. Щоб привести в рух могутні гідротурбіни, потрібно накопичити за дамбою величезний запас води. Для споруди дамби вимагається укласти таку кількість матеріалів, що об’єм гігантських єгипетських пірамід в порівнянні з ним буде здаватися нікчемним.

Вже в історичному плані передбачалося будівництво великих гідроелектростанцій. В 1926 році до ряду діючих увійшла Волховська ГЕС, в наступному почалося будівництво знаменитої Дніпровської. Далекоглядна енергетична політика, яка проводиться в нашій країні, привела до того, що у нас, як ні в одній країні світу, розвинена система потужних гідроелектричних станцій.

Але поки людям служить лише невелика частина гідроенергетичного потенціалу землі. Щорічно величезні потоки води, що утворилися від дощів і танення снігів, стікають в моря невикористаними. Якби вдалося затримати їх за допомогою дамб, людство одержало б додатково колосальну кількість енергії [140].

Енергія Землі

Споконвіку люди знають про стихійні прояви гігантської енергії, що таїться в надрах земної кулі. Пам’ять людства береже перекази про катастрофічні виверження вулканів, які понесли мільйони людських життів і невпізнанно змінили вигляд багатьох місць на Землі. Потужність виверження навіть порівняно невеликого вулкана колосальна, вона багато разів перевищує потужність найбільших енергетичних установок, створених руками людини. Правда, про безпосереднє використання енергії вулканічних вивержень говорити не доводиться, поки у людей немає можливостей приборкати цю непокірну стихію, та і, на щастя, виверження ці достатньо рідкісні події. Але це прояви енергії, що таїться в земних надрах, коли лише крихітна частинка цієї невичерпної енергії знаходить вихід через вогнедишні жерла вулканів.

Маленька європейська країна Ісландія – «Країна льоду» в дослівному перекладі повністю забезпечує себе помідорами, яблуками і навіть бананами! Численні ісландські теплиці одержують енергію від тепла землі, інших місцевих джерел енергії в Ісландії практично немає. Зате дуже багата ця країна гарячими джерелами і знаменитими гейзерами – фонтанами гарячої води -, які з точністю хронометра вириваються з-під землі. І, хоча не ісландцям належить пріоритет у використанні тепла підземних джерел, жителі цієї маленької північної країни експлуатують підземну котельну дуже інтенсивно. Столиця — Рейк’явік, в якій проживає половина населення країни, опалюється тільки за рахунок підземних джерел.

Але не тільки для опалювання черпають люди енергію з глибин землі. Вже давно працюють електростанції, які використовують гарячі підземні джерела. Перша така електростанція, зовсім ще малопотужна, була побудована в 1904 році в невеликому італійському містечку Лардерелло, названому так на честь французького інженера Лардереллі, котрий ще в 1827 році склав проект використання чисельних в цьому районі гарячих джерел. Поступово потужність електростанції росла, в дію вступали все нові агрегати, використовувалися нові джерела гарячої води, і в наші дні потужність станції досягла вже значної величини – 360 тисяч кіловат. В Новій Зеландії існує така електростанція в районі Вайракеї, її потужність 160 тисяч кіловат. В 120 кілометрах від Сан-Франциско в США виробляє електроенергію геотермальна станція, потужністю 500 тисяч кіловат [141].

Енергія світового океану

Відомо, що запаси енергії в світовому океані колосальні. Так, теплова (внутрішня) енергія, яка відповідає перегріву поверхневих вод океану в порівнянні з донними, скажімо, на 20 градусів, має величину порядку 1026 Дж. Кінетична енергія океанських течій оцінюється величиною порядку 1018 Дж. Проте поки що люди уміють утилізовувати лише нікчемні частки цієї енергії, та і то ціною великих капіталовкладень, що дуже повільно окупаються, так що така енергетика дотепер здавалася малоперспективною.

Проте вельми швидке виснаження запасів викопних палив (перш за все нафти і газу), що відбувається, використання яких до того ж пов’язано з істотним забрудненням навколишнього середовища (включаючи сюди також і теплове «забруднення», і підвищення рівня атмосферної вуглекислоти, яка загрожує кліматичними наслідками ), різка обмеженість запасів урану ( енергетичне використовування яких до того ж породжує небезпечні радіоактивні відходи ) і невизначеність як строків, так і екологічних наслідків промислового використання термоядерної енергії примушує вчених та інженерів приділяти все більшу увагу пошукам можливостей рентабельної утилізації обширних і нешкідливих джерел енергії і не тільки перепадів рівня води в річках, але й сонячного тепла, вітру і енергії в світовому океані.

Широка громадськість, та і багато фахівців ще не знають, що пошукові роботи із видобування енергії з морів і океанів набули останніми роками у ряді країн вже досить великі масштаби і що їх перспективи стають все більш обіцяючими.

Найочевиднішим способом використання океанської енергії є споруда приливних електростанцій (ПЕС). З 1967 р. в гирлі річки Ранс у Франції на приливах заввишки до 13 метрів працює ПЕС потужністю 240 тис. кВт з річною віддачею 540 тис. кВт·год. Радянський інженер Бернштейн розробив зручний спосіб споруди блоків ПЕС, буксируваних на плаву в потрібні місця, і розрахував рентабельну процедуру ведення ПЕС в енергомережі в години їх максимального навантаження споживачами. Його ідеї перевірені на ПЕС, побудованій в 1968 році в Кислій Губі біля Мурманська; своєї черги чекає ПЕС на 6 млн. кВт в Мезенській затоці на Баренцовому морі.

Несподіваною можливістю океанської енергетики виявилося вирощування з плотів в океані швидкорослих гігантських водоростей келп, які легко переробляються в метан для енергетичної заміни природного газу. За наявними оцінками, для повного забезпечення енергією кожної людини-споживача достатньо одного гектара плантацій келпа.

Великої уваги набула «океанотермічна енергоконверсія» (ОТЕК), тобто отримання електроенергії за рахунок різниці температур між поверхневими і засмоктуваними насосом глибинними океанськими водами, наприклад при використовуванні в замкнутому циклі турбіни таких летких рідин як пропан, фреон або амоній. Деякою мірою аналогічними, але ймовірно, більш далекими уявляються перспективи отримання електроенергії за рахунок відмінності між солоною і прісною, наприклад морською і річковою водою.

Вже немало інженерного мистецтва вкладено в макети генераторів електроенергії, що працюють за рахунок морського хвилювання, причому обговорюються перспективи електростанцій з потужностями на багато тисяч кіловат. Ще більше обіцяють гігантські турбіни на таких інтенсивних і стабільних океанських течіях, як Гольфстрім.

Уявляється, що деякі з океанських енергетичних установок, що пропонувалися, можуть бути реалізовані, і стати рентабельними вже в наш час. Разом з тим слід чекати, що творчий ентузіазм, мистецтво і винахідливість науково-інженерних працівників поліпшать існуючі і створять нові перспективи для промислового використання енергетичних ресурсів світового океану. Думається, що при сучасних темпах науково-технічного прогресу істотні зсуви в океанській енергетиці повинні відбутися в найближчі десятиріччя. Океан наповнений позаземною енергією, яка поступає в нього з космосу. Вона доступна і безпечна, і не забруднює навколишнє середовище, невичерпна і вільна. З космосу поступає енергія Сонця. Вона нагріває повітря і утворює вітри, що викликають хвилі. Вона нагріває океан, який накопичує теплову енергію. Вона приводить в рух течії, які в той же час змінюють свій напрям під впливом обертання Землі.

З космосу ж поступає енергія сонячного і місячного тяжіння. Вона є рушійною силою системи Земля – Місяць і викликає приливи і відливи.

Океан – це не плоский, млявий водний простір, а величезна комора неспокійної енергії. Тут плескають хвилі, народжуються приливи і відливи, перетинаються течії, і все це наповнено енергією.

Бакени і маяки, що використовують енергію хвиль, вже усіяли прибережні води Японії. Протягом багатьох років бакени – свистки берегової охорони США діють завдяки хвильовим коливанням. Сьогодні навряд чи існує прибережний район, де не було б свого власного винахідника, який працює над створенням пристрою, що використовує енергію хвиль.

Починаючи з 1966 року два французькі міста повністю задовольняють свої потреби в електроенергії за рахунок енергії приливів і відливів. Енергоустановка на річці Ранс (Бретань), що складається з двадцяти чотирьох реверсивних турбогенераторів, використовує цю енергію. Вихідна потужність установки 240 МВт – одна з найпотужніших гідроелектростанцій у Франції.

В 70-х роках ситуація в енергетиці змінилася. Кожного разу, коли постачальники на Близькому Сході, в Африці і Південній Америці піднімали ціни на нафту, енергія приливів ставала все більш привабливою, оскільки вона успішно конкурувала в ціні з викопними видами палива. Незабаром за цим в Радянському Союзі, Південній Кореї і Англії зріс інтерес до контурів берегових ліній і можливостей створення на них енергоустановок. В цих країнах стали всерйоз подумувати про використання енергії приливів хвиль і виділяти кошти на наукові дослідження в цій області, планувати їх.

Не так давно група вчених океанологів звернула увагу на той факт, що Гольфстрім несе свої води поблизу берегів Флориди із швидкістю 5 миль за годину. Ідея використовувати цей потік теплої води була вельми принадною.

Чи можливо це? Чи зможуть гігантські турбіни і підводні пропелери, що нагадують вітряні млини, генерувати електрику, витягуючи енергію з течій і води? «Зможуть» – такий в 1974 році був висновок Комітету Мак-Артура, що знаходиться під егідою Національного управління з дослідження океану і атмосфери в Маямі (Флорида). Загальна думка полягала в тому, що мають місце певні проблеми, але всі вони можуть бути вирішені у разі виділення асигнувань, оскільки «в цьому проекті немає нічого такого, що перевищувало б можливості сучасної інженерної і технологічної думки». Один з вчених, найбільш схильний до прогнозів на майбутнє, передбачив, що електрика, одержана при використовуванні енергії Гольфстріму, може стати конкурентноздатною вже в 80-ті роки.

В океані існує чудове середовище для підтримки життя, до складу якого входять живильні речовини, солі і інші мінерали. В цьому середовищі розчинений у воді кисень живить всіх морських тварин від найменших до найбільших, від амеби до акули. Розчинений вуглекислий газ так само підтримує життя всіх морських рослин від одноклітинних діатомових водоростей до бурих водоростей, що досягають висоти 200-300 футів (60-90 метрів).

Морському біологу потрібно зробити лише крок вперед, щоб перейти від сприйняття океану як природної системи підтримки життя до спроби почати на науковій основі витягувати з цієї системи енергію. При підтримці військово-морського флоту США в середині 70-х років група фахівців в області дослідження океану, морських інженерів і водолазів створила першу в світі океанську енергетичну ферму на глибині 40 футів (12 метрів) під залитою сонцем гладінню Тихого океану поблизу міста Сан-Клемент. Ферма була невелика. По суті своїй, все це було лише експериментом. На фермі вирощувалися гігантські каліфорнійські бурі водорості. На думку директора проекту доктора Говарда А. Уїлкокса, співробітника Центру дослідження морських і океанських систем в Сан-Дієго (Каліфорнія), «до 50% енергії цих водоростей може бути перетворено на паливо – в природний газ метан. Океанські ферми майбутнього, що вирощуватимуть бурі водорості на площі приблизно 100 000 акрів (40 000 га), зможуть давати енергію, якої вистачить, щоб повністю задовольнити потреби американського міста з населенням в 50 000 чоловік».

Океан завжди був багатий енергією хвиль, приливів і течій. У стародавні часи, спостерігаючи рух водних потоків, рибаки нічого не знали про «приливну енергію» або про «вирощування бурих водоростей», проте вони знали, що виходити в море легше під час відливу, а повертатися назад — під час приливу. Їм, звичайно, було відомо і про те, що іноді хвилі важко і жахливо б’ють об берег, викидаючи каміння на його скелі, і про «морські річки», які завжди виносили їх до потрібних островів, і про те, що вони завжди зможуть прогодуватися молюсками, ракоподібними, рибою і їстівними водоростями, які ростуть в океані…

В наші дні, коли зросла необхідність в нових видах палива, океанографи, хіміки, фізики, інженери і технологи звертають всю більшу увагу на океан як на потенційне джерело енергії. В океані розчинена величезна кількість солей. Чи може солоність бути використана як джерело енергії?

Може. Велика концентрація солі в океані навела ряд дослідників Ськріппського океанографічного інституту в Ла-Колла (Каліфорнія) та інших центрів на думку про створення таких установок. Вони вважають, що для отримання великої кількості енергії цілком можливо сконструювати батареї, в яких відбувалися б реакції між солоною і несолоною водою.

Температура води океану в різних місцях різна. Між тропіком Рака і тропіком Козерога поверхня води нагрівається до 82 градусів по Фаренгейту (27 ºC). На глибині в 2000 футів (600 метрів) температура падає до 35, 36, 37 або 38 градусів по Фаренгейту (2-3.5С). Виникає питання: чи є можливість використовувати різницю температур для отримання енергії? Могла б теплова енергоустановка, що пливе під водою, проводити електрику? Так, і це можливо. В далекі 20-ті роки нашого сторіччя Жорж Клод, обдарований, рішучий і вельми наполегливий французький фізик, вирішив дослідити таку можливість. Вибравши ділянку океану поблизу берегів Куби, він зумів-таки після серії невдалих спроб одержати установку потужністю 22 кіловати. Це виявилося великим науковим досягненням і віталося багатьма вченими. Використовуючи теплу воду на поверхні і холодну на глибині і створивши відповідну технологію, ми маємо в своєму розпорядженні все необхідне для виробництва електроенергії, запевняли прихильники використання теплової енергії океану. «Згідно з нашими оцінками, в цих поверхневих водах є запаси енергії, які в 10 000 разів перевищують загальносвітову потребу в ній».

«На жаль, — заперечували скептики, – Жорж Клод одержав в затоці Матансас всього 22 кіловати електроенергії. Чи дало це прибуток?» Не дало, оскільки, щоб одержати ці 22 кіловати, Клоду довелося затрачувати 80 кіловат на роботу своїх насосів.

Сьогодні професор Ськріппського інституту океанографії Джон Ісаакс робить обчислення більш акуратно. За його оцінками, сучасна технологія дозволить створювати енергоустановки, які використовують для виробництва електрики різницю температур в океані, які забезпечували б економію електроенергії в два рази більшу, ніж загальносвітове споживання на сьогоднішній день. Це буде електроенергія, вироблювана електростанцією, що перетворює термальну енергію океану (ОТЕС).

Звичайно, це – прогноз підбадьорливий, але навіть якщо він виправдається, результати не вирішать світові енергетичні проблеми. Зрозуміло, доступ до запасів електроенергії ОТЕС надає прекрасні можливості, але (принаймні поки) електрика не піднімає в небо літаки, не рухає легкові і вантажні автомобілі і автобуси, не поведе кораблі через моря.

Проте літаки і легкові автомобілі, автобуси і вантажівки можуть приводитися в рух газом, який можна витягувати з води, а вже води-то в морях достатньо. Цей газ – водень, і він може використовуватися як пальне. Водень – один з найпоширеніших елементів у Всесвіті. В океані він міститься в кожній краплі води. Пам’ятайте формулу води? Формула Hclip_image005O значить, що молекула води складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Витягнутий з води водень можна спалювати як паливо і використовувати не тільки для того, щоб приводити в рух різні транспортні засоби, але і для отримання електроенергії.

Все більше число хіміків і інженерів з ентузіазмом відноситься до «водневої енергетики» майбутнього, оскільки одержаний водень досить зручно берегти: у вигляді стислого газу в танкерах або в зрідженому вигляді в кріогенних контейнерах при температурі — 423 градуси по Фаренгейту (-203 С). Його можна зберігати і в твердому вигляді після з’єднання з залізотитановим сплавом або з магнієм для утворення металевих гідридів. Після цього їх можна легко транспортувати і використовувати при необхідності.

Ще в 1847 році французький письменник Жюль Верн, який випередив свій час, передбачав виникнення такої водневої економіки. В своїй книзі «Таємний острів» він передбачав, що в майбутньому люди навчаться використовувати воду як джерело для отримання палива. «Вода, – писав він, – дасть невичерпні запаси тепла і світла».

З часів Жюля Верна були відкриті методи витягання водню з води. Один з найперспективніших з них — електроліз води. Через воду пропускається електричний струм, внаслідок чого відбувається хімічний розпад. Звільнюються водень і кисень, а рідина зникає. В 60-ті роки фахівцям з НАСА вдалося так успішно здійснити процес електролізу води і так ефективно збирати водень, який вивільняється, що одержуваний таким чином водень використовувався під час польотів за програмою «Аполлон».

Таким чином, в океані, який складає 71 відсоток поверхні планети, потенційно є різні види енергії – енергія хвиль і приливів; енергія хімічних зв’язків газів, живильних речовин, солей і інших мінералів; прихована енергія водню, що знаходиться в молекулах води; енергія течій, які спокійно і нескінченно рухаються в різних частинах океану; енергія, яку можна одержувати, використовуючи різницю температур води океану на поверхні і в глибині, ці енергії можна перетворити в стандартні види палива.

Такі кількості енергії, різноманіття її форм гарантують, що в майбутньому людство не відчуватиме в ній нестачі. В той же час не виникає необхідності залежати від одного-двох основних джерел енергії, якими, наприклад, є викопні види палива і ядерного пального, що давно використовуються, методи отримання якого були розроблені недавно.

Більш того, в мільйонах прибережних сіл і селищ, що не мають зараз доступу до енергосистем, тоді буде можливим поліпшити життєві умови людей.

Жителі тих місць, де на морі буває сильне хвилювання, зможуть конструювати і використовувати установки для перетворення енергії хвиль.

Люди, що живуть поблизу вузьких прибережних заток, куди під час приливів з ревом уривається вода, зможуть використовувати цю енергію.

Для всієї решти людей енергія океану у відкритому водному просторі перетворюватиметься в метан, водень або електрику, а потім передаватися на сушу по кабелях або кораблях.

І вся ця енергія таїться в океані споконвіку. Не використовуючи її, ми тим самим просто її марнуємо. Зрозуміло, важко навіть уявити собі перехід від таких звичних, традиційних видів палива — вугілля, нафти і природного газу – до незнайомих, альтернативних методів отримання енергії.

Різниця температур? Водень, металеві гідриди, енергетичні ферми в океані? Для багатьох це звучить як наукова фантастика. І, не дивлячись на те, що видобуток енергії океану знаходиться на стадії експериментів і процес обмежений та дорогий, факт залишається фактом, що із розвитком науково-технічного прогресу енергія в майбутньому може значною мірою добуватися з моря. Коли – залежить від того, як скоро ці процеси стануть достатньо дешевими. Зрештою справа упирається не в можливість добування з океану енергії в різних формах, а у вартість такого добування, яка визначить, наскільки швидко розвиватися той або інший спосіб.

Коли б цей час не настав, перехід до використання енергії океану принесе подвійну користь: заощадить громадські засоби і зробить більш життєздатною третю планету Сонячної системи – нашу Землю.

Перший удар по суспільній кишені задано в 1973 році підйомом цін на викопні види палива. Особливо зросли ціни на нафту — основний вид палива в XX столітті, який використовується в промисловості, сільському господарстві, для опалювання. Вслід за цим відбулося підвищення рівня інфляції, а оскільки наукові дослідження і експерименти теж вимагають асигнувань, пошуки нових видів палива підняли ціни ще вище.

Викопні види палива виснажуються, ми вимушені їх економити і збільшувати енергозабезпечення за рахунок будівництва ядерних реакторів, які вимагають значних фінансових витрат і викликають побоювання у людей, що живуть поблизу. Звичайно, енергоспоживання знизиться, якщо бути більш економними. В США, населення яких складає 5,3 % від загальносвітового і де використовується 35 % всіх видів викопного палива і гідроелектроенергії світу, споживання енергії може бути легко знижено до 30 – 32 % , а то і до 25 %. Існує навіть думка, що по справедливості Сполучені Штати повинні знизити споживання енергії до 5,3 %.

Країни, що розвиваються, прагнуть досягти рівня життя промислово розвинених країн, що визначається використанням великої кількості енергії. Сьогодні народи Азії, Африки і Латинської Америки прагнуть перейти від суспільства, в якому використовується в основному фізична праця, до суспільства з розвиненою індустрією.

Для того, щоб задовольнити потребу в рівноправному розподілі дешевої енергії між всіма країнами, буде потрібно така її кількість, яка, можливо, в тисячі раз перевищить сьогоднішній рівень споживання, і біосфера вже не справиться із забрудненням, що викликається використанням звичайних видів палива. Проте президент Інституту досліджень в області електроенергії в Лягло Альто (Каліфорнія) Чонси Старр вважає: «необхідно визнати, що світове споживання енергії розвиватиметься саме в цьому напрямі і так швидко, як тільки дозволять політичні, економічні і технічні чинники».

Оскільки змагання за володіння видами палива, що виснажуються, загострюється, витрата громадських засобів ростиме. Зростання це продовжиться, оскільки необхідно боротися із забрудненням повітря і води, теплотою, що виділяється при при згоранні викопних видів палива.

Чи варто хвилюватися у пошуках нових джерел викопного палива? Навіщо дискутувати з питання про будівництво ядерних реакторів? Океан наповнений енергією, чистою, безпечною і невичерпною. Вона там, в океані, тільки і чекає того, щоб вивільнитися. І це – перевага номер один.

Друга перевага полягає в тому, що використання енергії океану дозволить Землі бути надалі жилою планетою. А ось альтернативний варіант, який передбачає збільшення використовування органічних і ядерних видів палива, на думку деяких фахівців, може призвести до катастрофи: в атмосферу стане виділятися дуже велика кількість вуглекислого газу і теплоти, що загрожує смертельною небезпекою людству.

«Дурниці, – усміхаються скептики. – Ми постійно удосконалюємо повітряні фільтри і очисні споруди. Ще рік-два і фабричні димарі випускатимуть практично чисте повітря. Хіба ми не очищаємо вихлопні гази автомобілів? Скоро ви взагалі забудете, що таке пари двоокису сірки.»

Проте вуглекислий газ і теплота, що виділяється в атмосферу димарями фабрик і інших промислових підприємств, а іноді і великими багатоквартирними комплексами, які використовують викопні види палива, викликають велику турботу.

Але хто помітить, що в повітрі стало більше вуглекислого газу ? Він безбарвний і не має запаху. Він пузириться в прохолодних напоях. А хто помітить поступове, повільне підвищення атмосферної температури Землі на один, два або три градуси по Фаренгейту? Помітить планета, коли вуглекислий газ через деякий час обкутає її подібно ковдрі, яка перестане пропускати надмірне тепло в космос.

Жак Кусто, піонер освоєння і дослідження океану, вважає: «коли концентрація вуглекислого газу досягне певного рівня, ми опинимося неначе в парнику». Це значить, що теплота, яка виділяється Землею, затримуватиметься під шаром стратосфери. Тепло, що нагромаджується, підвищить загальну температуру. А збільшення її навіть на один, два або три градуси по Фаренгейту призведе до танення льодовиків. Мільйони тонн льоду, що розтанув, піднімуть рівень морів на 60 метрів. Міста на побережжі і в долинах великих річок виявляться затопленими.

З даного питання, як і з багатьох інших, учені розділилися на два табори. В одному таборі вважають, що потовщуючись, шар вуглекислого газу викличе підвищення температури і приведе до танення льодовиків, тобто, за визначенням доктора Говарда Уїлкокса, перетворити Землю на парник. Прихильники іншого табору вважають, що саме цей шар перегороджуватиме шлях теплу, випромінюваному Сонцем, що стане причиною настання нової ери заледеніння [142-150].

Отже, що ж людство повинно робити? Чи будемо ми виснажувати залишки викопного палива, будувати все більше число ядерних реакторів, ризикуючи змінити температуру атмосфери, або ж звернемося до океану – криниці невичерпної енергії – і шукатимемо спосіб витягання цієї енергії для досягнення наших цілей – ось в чому полягає питання.

В 21 столітті вчені-океанологи закликають припинити порожні дискусії і відмовитися від надії на те, що «технологічний розвиток вирішить всі проблеми на суші». Вони хочуть звернути увагу суспільства на океан, який заряджає енергією позаземного походження, енергією доступною, яка не забруднює навколишнє середовище, і відновлюваною.

Атомна енергія

Відкриття випромінювання урану згодом стало ключем до енергетичних комор природи. Головним, що зразу ж зацікавило дослідників, було питання: звідки береться енергія проміння, що випускається ураном, і чому уран завжди трішки тепліший навколишнього середовища? Під сумнів ставився або закон збереження енергії, або затверджений століттями принцип незмінності атомів. Величезна наукова сміливість була потрібна від учених, які переступили межі звичного, відмовилися від усталених уявлень

Такими смільчаками виявилися молоді вчені Ернест Резерфорд і Фредерік Содді. Два роки наполегливої праці із вивчення радіоактивності привели їх до революційного на ті часи висновку: атоми деяких елементів схильні до розпаду, що супроводжується випромінюванням енергії в кількостях, величезних в порівнянні з енергією, яка звільняється при звичайних молекулярних видозмінах.

Небаченими темпами розвивається сьогодні атомна енергетика. За тридцять років загальна потужність ядерних енергоблоків виросла з 5 тисяч до 23 мільйонів кіловат!

У принципі енергетичний ядерний реактор влаштований досить просто, в ньому, так само як і в звичайному казані, вода перетворюється на пару. Для цього використовують енергію, що виділяється при ланцюговій реакції розпаду атомів урану або іншого ядерного палива. На атомній електростанції немає величезного парового казана, що складається з тисячі кілометрів сталевих трубок, по яких при величезному тиску циркулює вода, перетворюючись на пару. Цю махину замінив відносно невеликий ядерний реактор.

Найпоширеніший в наш час тип реактора — водографітний.

Ще одна поширена конструкція реакторів так звані водоводяні. В них вода не тільки відбирає тепло, але і служить сповільнювачем нейтронів замість графіту. Конструктори довели потужність таких реакторів до мільйона кіловат. Потужні енергетичні агрегати встановлені на Запорізькій, Балаковській і інших атомних електростанціях. Незабаром реактори такої конструкції, мабуть, наздоженуть за потужностістю і рекордсмена півторамільйонника Ігналінської АЕС.

Але все-таки майбутнє ядерної енергетики, мабуть, залишиться за третім типом реакторів, принцип роботи і конструкція яких запропоновані ученими, – реакторами на швидких нейтронах. Їх називають ще реакторами-розмножувачами. Звичайні реактори використовують сповільнені нейтрони, які викликають ланцюгову реакцію в досить рідкісному ізотопі – урані-235, якого в природному урані всього близько одного відсотка. Саме тому доводиться будувати величезні заводи, на яких буквально просівають атоми урану, вибираючи з них атоми лише одного сорту — урану-235. Решта урану в звичайних реакторах використовуватися не може. Виникає питання: а чи вистачить цього рідкісного ізотопу урану на будь-який тривалий час або ж людство знов зіткнеться з проблемою нестачі енергетичних ресурсів?

Більше тридцяти років тому ця проблема була поставлена перед колективом лабораторії Фізико-енергетичного інституту. Вона була вирішена. Керівником лабораторії Олександром Іллічем Лейпунським була запропонована конструкція реактора на швидких нейтронах. В 1955 році була побудована перша така установка.

Переваги реакторів на швидких нейтронах очевидні. В них для отримання енергії можна використовувати всі запаси природних урану і торію, а вони величезні. Тільки в Світовому океані розчинено більше чотирьох мільярдів тонн урану.

Але всі 400 атомних електростанцій, які працюють зараз на планеті, не можуть створити загрозу, хоча б порівнянну із загрозою, яка виникає від 50 тисяч боєголовок.

Немає сумніву в тому, що атомна енергетика зайняла чільне місце в енергетичному балансі людства. Вона безумовно розвивається і надалі, безвідмовно поставляючи таку необхідну людям енергію. Проте знадобляться додаткові заходи щодо забезпечення надійності атомних електростанцій, їх безаварійної роботи, а вчені та інженери зуміють знайти необхідні рішення.

Оставьте комментарий к статье