Концепции современного естествознания

Уничтожение лесов – не единственная причина эрозии почвы: это явление наблюдается и при чрезмерной эксплуатации пашни и пастбищ. Формирование почвы длительный процесс и сейчас на планете в целом разрушение почвы происходит гораздо интенсивнее, чем ее образование. Особенно значительная эрозия возникает в холмистых местностях, где выпадает много осадков и происходит активная вспашка земли. Во многих районах Юго-Восточной Азии издавна существует система террасного земледелия, которая позволяет хорошо удерживать почву даже там, где нет леса. Применение этого агроприема наряду с безотвальной вспашкой

исооружением на полях перемычек, препятствующих вымыванию почвы во время дождей – основные меры борьбы с эрозией. Примеры такой сберегающей почву культуры земледелия имеются на Бали, тогда как на соседней Яве быстрый рост населения и преобладание мелких единоличных хозяйств привели к значительному оскудению запасов плодородных земель. Вследствие эрозии во всем мире ежегодно теряется 5 млн. га плодородной пахотной земли.

На пастбищах, где происходит перевыпас скота, часто уничтожается растительный покров, удерживающий плодородный слой почвы. Растения выедаются целиком и погибают, в результате чего дождевая вода беспрепятственно размывает поверхность почвы, вызывая обширную эрозию, что в конечном итоге ведет к возникновению глубоких оврагов. Ежегодно в мире из-за перевыпаса и последующей эрозии теряется около 7 млн. га пастбищных угодий, многие из которых превращаются в пустыню.

Пустыни обычно возникают естественным образом, однако этот процесс, называемый опустыниванием, часто ускоряется в результате деятельности человека. Треть поверхности суши располагается в засушливых

иполузасушливых областях, а 700 млн. человек, населяющие эти области, находятся буквально на грани выживания. Хозяйственная деятельность этих малоимущих людей вызывает значительную эрозию почв, но у них нет иного выхода. Размеры Сахеля, полузасушливого пояса, расположенного в Африке южнее Сахары, увеличиваются из-за перенаселенности и слишком интенсивного выпаса скота. Процесс опустынивания можно остановить и снова превратить пустыню в оазис. Для этого необходимо переселить население в другие районы и насадить леса. В силу административных, социальных, экономических и политических причин эта задача чрезвычайно трудна, однако ее решение привело бы к увеличению количества и регулярности выпадения осадков, что в свою очередь через изменение величины альбедо влияло бы на климат.

Экологические познания и понимание принципов функционирования

иэволюции систем жизнеобеспечения Земли заставило многих критиче-

652

ски взглянуть на то, как используются ресурсы планеты. Если мы хотим, чтобы эксплуатируемые виды растений и животных восстанавливались, а среда обитания была пригодна для жизни, нам необходимо руководствоваться концепциями «зеленых».

В Международной программе охраны природы впервые выдвинута концепция оптимального использования экосистем Земли. Согласно ей, все население земного шара может рассчитывать на удовлетворительные условия существования до тех пор, пока система жизнеобеспечения используется нормально и не происходит подавления других обитателей планеты, ведущего к их гибели. Многие представители флоры и фауны Земли могут оказаться в будущем более полезными, чем это представляется сейчас.

653

Глава 14. Концепции развития энергетики

Камень, ветер, воду, пламя Ты смирил своей уздой.

В. Брюсов

Тепло и холод – это две руки Природы, которыми она делает почти все.

Ф. Бэкон

История развития человеческой цивилизации неразрывно связана с освоением новых видов энергии. При этом освоение новых видов энергии означает создание и новых средств повышения ее качества. Превращение тепла в механическое движение – в электричество, электричество – в электромагнитные волны радиодиапазона – все это ступени последовательного восхождения в процессе овладения более высококачественными видами энергии.

Н. Басов

За последние три десятилетия мировая энергетика испытала несколь-

ко энергетических кризисов (1973 – 1974 гг., 1973-1980 гг., 2000г., 2002 – 2003 гг.). Они, в конце концов, заставили рассматривать энергообеспечение как приоритетное направление энергетической политики человечества. Идет неумолимый рост численности населения земного шара, который в 21 веке внес основной вклад в распределение главного энергоресурса (нефти). В связи с этим, нужно внести существенное изменение в рассмотрении нефти, как главного энергоисточника, и потребному темпу замены ее на другие виды источников энергии.

Численность людей на Земле достигла 6,2 млрд. наибольший прирост численности населения был в 1963 г. сейчас ежегодный прирост стабилизировался на уровне 80 млн. чел/год. Согласно последнему прогнозу ООН, численность населения к 2050 году достигнет 8,9 млрд человек. Другие прогнозы дают значение численности от ~ 8 до 10,6 млрд. человек. Также увеличивается продолжительность жизни [41].

Сегодня без применения энергии уже невозможно производить пищу, поскольку обеспеченность пашней на душу населения катастрофически падает, обеспеченность пахотными землями по крупным регионам мира представлена в табл. 11.

654

Таблица 11 Обеспеченность пахотными землями по крупным регионам мира

(на душу населения)

Энергетика пока базируется на ископаемых топливах: нефть, уголь, газ. По некоторым данным, на сегодняшний день, в мире должно остаться около 120 млрд. тонн нефти, но также существует предположение, что нефти имеется 160 млрд. тонн.

В ближайшее время в связи с резким уменьшением количества нефти в недрах земли основные страны-потребители, будут вынуждены повышать затраты на ее покупку, что вызовет экономический спад (как это можно увидеть в настоящее время, когда цена нефти превысила отметку в 50 долларов за баррель). В первую очередь это относится к США, потребляющим в год ~ 1 млрд.т. (4 т/чел. ежегодно). Если мир признал бы такие «аппетиты» «допустимыми», то нефть кончилась бы к 2005 или 2007 году. Потребность выхода их экономического кризиса, приводит к жестокой борьбе за снижение цен на нефть и контроль больших месторождений. Война в Ираке стала прекрасным примером, иллюстрирующим слова, сказанные выше. Не исключено, что в ближайшие годы такой прецедент может повториться со странами, обладающими большими запасами «черного золота» (Саудовская Аравия (43,1 млрд.т.), Иран (14,9 млрд. т.), Венесуэла (10,3 млрд. т) и др.).

AD VОCЕM (лат.) – к слову сказать

До последнего времени началом эпохи электричества было принято считать 1786 год, когда Л. Гальвани провел свои замечательные опыты. Некоторые археологические открытия заставляют, однако, усомниться в этом. Во время раскопок у берегов Тигра в развалинах античного города Селевкия археологи обнаружили небольшие глазурованные глиняные сосуды высотой 15 см. В них находились железные стержни и запаянные медные цилиндры, судя по внешнему виду, разъеденные кислотой. Это – не первая подобная находка. Было высказано предположение, что эти не

понятные сосуды являются своего рода гальваническими элементами. Когда после тщательного исследования попытались восстановить эти элементы, т.е. залили электролит, они дали ток. Каждый такой эле-

655

мент давал 0,8 – 0,6 вольта. Сообщение об этом обошло мировую печать.

Не кроется ли здесь разгадка искусства шумерских ювелиров, умевших покрывать серебряные изделия тончайшим слоем золота? Но тогда следует допустить, что уже на самой заре человеческой культуры были известны электричество и гальваностегия. Во всяком случае иного объяснения этого высокого искусства древних шумеров у нас нет.

Приведем и другой факт, также до последнего времени не имевший объяснения. Институт прикладной физики Китайской академии наук сообщил о результатах ис-

следования гробницы полководца Западного Цзиня Чжоу-Чжу, убитого в 297 году н.э. Спектральный анализ некоторых элементов орнамента этой гробницы дал столь неожиданный результат, что анализ был повторен несколько раз. Но ошибки не было. Орнамент состоял из сплава, 10% которого составляла медь, 5% – магний и 85% –алюминий. Последнее было самым невероятным.

Первый алюминий, как известно, получен только в 1808 году, для этого был применен электролиз. Электролиз остается до сих пор основным способом получения алюминия. Значит, мы должны предположить одно из двух. Или за 1500 лет до этого был известен другой способ получения алюминия, о котором ничего не знает и над которым безуспешно бьется современная наука, или тогда уже какая-то ограниченная группа людей знала об электричестве, о явлении электролиза. В пользу последнего предположения говорит новейшее открытие, установившее, что еще в Шумере были известны «гальванические элементы».

14.1. Энергетика, ее роль в современном мире

Два человеческих стремления – к Знанию и Могуществу – поистине совпадают в одном и том же.

Ф. Бэкон

Значение ядерной энергетики не исчерпывается только тем, что она практически навсегда снимает угрозу недостатка топлива. Ядерная энергетика будет иметь и важное социальное значение.

А.П. Александров

656

«Нетрадиционная энергетика» нетрадиционная потому, что не везде еще у нас есть традиция – беречь родную природу.

В.А. Разуваев

Огромные наводнения в Европе, России, других регионах северного полушария происходившие летом 2002 года и засуха в 2003 году, показывают что достигнут предел роста традиционного способа добычи энергии при помощи сжигания органического топлива. Глобальное потепление, по мнению подавляющего большинства экспертов, вызывается глобальной эмиссией в атмосферу парниковых газов от тепловых энергостанций и автотранспорта. В этих условиях только опережающее развитие альтернативных источников энергии сможет изменить ухудшающееся состояние окружающей среды. По мнению германской страховой компании Munich Re, расходы, связанные с глобальным потеплением к 2050 году составят более $ 300 млрд. в год, из-за ущерба от загрязнения окружающей среды и других причин [42].

Более того, выявлена возможность лавинообразного роста концентрации СО2 в атмосфере даже при условии полного отказа от сжигания углеродсодержащего минерального топлива (уголь, нефть, газ), обусловленная существованием потенциально-опасных резервуаров СО2 в неживой природе, которые могут быть активизированы при повышении среднепланетарной температуры Земли. Например, в водах Мирового океана растворено в 60 раз больше СО2, чем его находится в атмосфере. При повышении температуры растворимость СО2 падает («эффект шампанского»), и значительные количества СО2 могут из океана поступать в атмосферу. В условиях разрушения природных биосистем, участвующих в извлечении СО2 из атмосферы, это может вызвать необратимые изменения химического состава атмосферы, а следовательно и климата Земли.

Уран, необходимый для атомной энергетики, очень широко распространен в земной коре. Однако экономически выгодно разрабатывать только те месторождения, где себестоимость добычи не превышает 80 долларов за 1 кг. Разведанные запасы такого урана в мире составляет всего 1,4 млн.т. Замена нефти ураном не на долго отложит мировой энергетический кризис.

Вывод почти очевиден: любой энергоисточник, претендующий на замену нефти (газа в мире не больше, чем нефти 150 трлн.м3) должен «успеть» к внедрению в первой четверти 21 века. Мощность энергоисточника, претендующего на замену нефти оценивается не менее 10 ТВт к 2025 году. Замена этого удобного топлива может потребовать на много большей мощности первичной энергии. В частности, все чаще прогнозируется потребность в энергии к 2050 году 100 ТВт до 200 ТВт, а не в 25 – 30 ТВт,

657

как делалось ранее.

О необходимости строительства Южно-Уральской АЭС директор ПО «Маяк» В. Садовников в газете «Южно-уральская панорама»: «К сожалению, не информированности и даже дезинформированности населения способствуют некоторые средства массовой информации, которые сразу и без разбору занимают ярко выра-женную антиядерную позицию. Постарались и некоторые политики, псевдоэкологи, которые хотят они того или нет, отстаивают не интересы России и родного Урала, а интересы конкурентов в борьбе за мировой рынок ядерных технологий и услуг.

Атмосфера антиядерной истерии и радиофобии, созданная и нагнетаемая ими, вредна и мешает населению объективно относиться к очень сложным проблемам.

Теперь остановлюсь на интересующих вас вопросах. Чем же реакторы нового поколения, реакторы на быстрых нейтронах, отличаются от реакторов, работавших на Чернобыльской АЭС?

Мы неоднократно говорили о преимуществах атомной энергетики, ее безопасности. Самое главное отличие реакторов БН-800, которые мы собирались строить и будем создавать на Южно-Уральской атомной электростанции, в том, что безопасность их эксплуатации обеспечивается не работой контрольно-измерительных приборов (любой прибор может отказать), не действиями персонала (любой человек может ошибиться), а физическими законами, которые не зависят от политической ситуации или настроения людей. Это так называемая присущая, внутренняя безопасность. Реактор такого типа не может взорваться. То, что эксплуатация может и должна быть безопасной, демонстрирует успешная работа (в течении двадцати лет) реактора БН-600 – прототипа реактора БН-800 – Белоярской АЭС в Свердловской области. Вопросы безопасности – главные вопросы, которые рассматриваются в проекте, выполненном ведущими научными и проектными организациями СССР. Это многотомный труд, содержание которого не перескажешь в кратком письме, да и не надо. В проекте предусмотрено все, вплоть до самых невероятных ситуаций, как например, падение самолета. Проект станции прошел все необходимые

658

этапы экспертизы, в том числе и экологические, которые осуществляли специалисты Академии наук СССР, Госкомэкологии СССР, Госплана

СССР, Минэкономики России и так далее. Каждая экспертиза подтверждала не просто возможность, а необходимость строительства ЮжноУральской АЭС. Идею строительства одобрило несколько составов Законодательного собрания области. Подписан договор между правительством Челябинской области и Минатомом РФ. В котором были учтены интересы жителей нашей области. Сегодня станция не строится только по одной причине – отсутствия денежных средств.

Как видите, безопасность реактора БН-800 не вызывает сомнений, а необходимость строительства ЮУ АЭС обусловлена не только тем, что у нас на Южном Урале не хватает электроэнергии, она слишком дорогая, а работа угольных станций отнюдь не улучшает нашу экологию. Нельзя забывать, что станция решит целый ряд экологических и социальных проблем. Мы быстрее сможем очистить водоемы и территории, загрязненные ранее, мы вовлечем в производство электроэнергии оружейный плутоний и будем сокращать его количество. Этот мощный современный энергетический объект очень поможет области.

Если читать наши газеты, слушать наше радио, смотреть наше телевидение, то можно подумать. Что мы чуть ли не единственная страна в этом мире, развивающая атомную энергетику. Как же в действительности обстоит дело? Вынужден привести ряд цифр: в США работает 104 реактора, производя 20 процентов всей электроэнергии, во Франции – 59 (76 процентов), в Японии – 53 (34 процента), в Великобритании – 35 (22 процента), в маленькой Южной Корее – 16 реакторов (41 процент всей электроэнергии), а в огромной России – 30 реакторов, которые производят лишь 15 процентов всей электроэнергии. Так что же, страны, на которые сегодня равняется весь мир и которые продолжают строить АЭС, идут по тупиковому пути? Думаю, что нет. Именно сегодня, когда ограниченность запасов нефти и газа стала очевидной, развитие ядерной энергетики – насущная потребность, а не чьи-то происки.

Каковы же преимущества этого вида энергетики? В случае развития реакторов на быстрых нейтронах, первое преимущество – вовлечение плутония, что означает практическую неисчерпаемость ресурсов. Второе

– отсутствие вредных химических выбросов парниковых газов, да и радионуклидов тоже. Еще одно немаловажное преимущество – стоимость. Почему-то считается, что атомное электричество значительно дороже. Это заблуждение. Уже сегодня электроэнергия, вырабатываемая на АЭС, дешевле электроэнергии, производимой на ТЭС. К 2010 году ожидается, что себестоимость производства энергии на АЭС будет примерно в 1,6

659

раза ниже, чем на тепловых станциях.

И сегодня мы видим, что развитие атомной энергетики продолжается. Программа сооружения новых энергоблоков разработана по годам. В 2003 году запланирован пуск третьего блока Калининской, в 2004 – пятого Курской, 2005 – второго Ростовской и пятого Балаковской АЭС, в 2008 – четвертого Калининской, 2009 – шестого Балаковской и в 2010 году – четвертого Белоярской и шестого Нововоронежской. Как бы ни старались противники атомной энергетики помешать ее развитию, им это не удастся. Развитие атомной энергетики отвечает интересам России, которые заботят и вас и меня, и всех людей, обеспокоенных судьбой нашей страны».

Об управляемом термоядерном синтезе стали говорить еще три десятилетия назад, вскоре после создания водородной бомбы. Тогда казалось, что овладение новым источником энергии совсем близко. Но ученые столкнулись со многими трудностями. Уже существует много экспериментальных термоядерных установок и строятся новые. Разрабатываемое в настоящее время устройство для получения энергии за счет реакции синтеза легких атом-

ных ядер, происходящих при очень высоких температурах (~108 К). Основное требование, которому должен удовлетворять термоядерный реактор заключается в том, чтобы энергоделение в результате термоядерных реакций с избытком компенсировало затраты энергии от внешних источников на поддержание реакции [43, 44].

Для УТС наиболее важны следующие термоядерные реакции:

где d – дейтрон (ядро дейтерия 2Н); t – тритон (ядро трития 3Н), n –

для регенерации дорогостоящего трития ( t ).

660