Научные открытия, меняющие мир - Вадим Панин

Второе – климат. Ветрогенераторы «крадут» у ветра часть его энергии. Кое-где в Европе уже заметны местные погодные изменения: воздух становится суше, а урожайность – меньше. К сожалению, спохватились ученые сравнительно недавно, и серьезных исследований, касающихся вреда для климата, еще не появилось. Раньше этот вред считали минимальным и пренебрегали им – новейшая история учит нас, что такого рода ошибки сильнее всего сказываются в будущем. Что говорить, если большую часть проблем с климатом для нас «заработали» чадящие заводы XIX века и бездумное распространение бытовой химии в 70-е годы прошлого века…

Если же ветряки будут установлены в городах, снижение скорости ветров скажется в виде «застаивания» приземного воздуха. Это только кажется, что все вредные вещества, выплевываемые заводами и автомобилями, остаются с нами и мы всей этой пакостью дышим. На самом деле большая их часть уносится ветром. Ветрогенераторы же устроят в мегаполисах настоящий штиль – и вот тут-то горожане прочувствуют, насколько свежим был воздух раньше. Постоянный смог 365 дней в году станет непременным спутником каждого города-миллионника.

От энергии ветра перейдем к энергии воды. О том, что дамбы на горных реках полезны для энергетики, но страшно губительны для экологии, человечество уже догадалось. В этой сфере идет поиск новых способов добычи тока, теперь уже с тем прицелом, чтобы они были безопасны для окружающей среды.

ГЭС нового типа бывают двух видов, и оба ориентированы не на речную, а на морскую и океаническую энергию. Первый тип работает на энергии приливов и отливов (ПЭС), второй – на энергии волн (ВЭС). Как вы понимаете, зависимость от активности Мирового океана делает такие виды станций доступными далеко не всему населению планеты Земля. Зато можно предположить, что при строительстве плавучих городов или новых мегаполисов на островах – в том числе островах искусственного происхождения – ПЭС и ВЭС станут основными производителями электроэнергии. Использование силы океана для добычи электроэнергии – новая и еще не до конца, можно сказать, освоенная концепция.

Приливные станции работают фактически за счет энергии вращения Земли. Дважды в сутки гравитация Луны и Солнца изменяет уровень воды в Мировом океане: вода движется к берегу или от него. Это движение и используется в работе станции. В общем-то, здесь принцип тот же, что и в ветроэлектростанции. Ветряки, расположенные под водой, вращаются под давлением воды и передают вращение на электрогенераторы. Преимущество ПЭС состоит в том, что, в отличие от переменчивого ветра, приливы и отливы случаются каждый день ровно по часам. А вот главный недостаток – в том, что в остальное время суток электростанция не добывает никакой энергии, так что полагаться в деле электроснабжения только на нее, увы, невозможно.

Волновые станции используют схожий эффект. В воде располагаются своеобразные качели, двигающиеся туда-обратно вместе с движением волн. Сверху к качелям прикреплены поплавки, которые и тянут их вверх-вниз. А снизу раскачивание заставляет двигаться специальный механизм, который, в свою очередь, крутит генератор. В миниатюре конструкция станции похожа на водяной насос, который заставляют работать волны, а не человеческие руки.

Функционировать ВЭС может круглосуточно; единственное, что не дает ей трудиться, – полный штиль, но он бывает относительно редко.

Пока что с волновыми электростанциями только экспериментируют, и серьезную ставку на них делать рано. Но, поскольку энергия волн больше, чем приливная, и может использоваться одновременно с энергией ветра в том же регионе (ведь без ветра нет волн), у метода есть будущее. В том числе – в качестве источника энергии для транспорта. Волновые движители, разработкой которых занято несколько флотских конструкторских бюро в разных точках земного шара, уже могут добывать энергию для турбин небольшой мощности. «Борясь с волнами», океанский лайнер «набирается сил», а потом использует их для своих нужд.

Сравнительно недавно – во второй половине XX века – человек додумался получать и запасать энергию главного небесного светила. Самый простой вариант такой станции знаком каждому из нас – это фотоэлементы в калькуляторах, которые мы называем солнечными батарейками. Такие же фотоэлементы, но гораздо больших размеров, используются в промышленных солнечных электростанциях (СЭС), называемых также гелиостанциями.

СЭС можно устанавливать на крышах домов, административных зданий, водной поверхности, а можно просто располагать на местности – их преимущество в том, что они могут занимать любые площади. Расположенная на доме солнечная батарея вполне способна снабжать «свой» дом электричеством. Причем такая добыча энергии стопроцентно экологична, ведь никаких вредных отходов не производится.

Во многих городах США уже появились «сверкающие крыши», на которых расположены такие фотоэлементы. Помимо света, в ход идет и тепло солнечных лучей, которое используется в «котлах». «Котлы» – это такие же паровые турбины, что и 100 лет назад, но для их нагревания не используется никакое топливо, кроме солнечного света.

Таким образом, дом, оборудованный по последнему слову гелиотехники, в ясный погожий день добывает энергию буквально «из ниоткуда», и ее достаточно, чтобы функционировало центральное отопление, горели лампочки и работали компьютеры. Предполагается, что компьютеризированный «дом будущего» будет устроен именно так.

Есть, конечно, нюанс – как быть в дождливые и просто пасмурные дни? Откуда брать энергию по ночам? Но не следует складывать все яйца в одну корзину – у самообеспечивающегося энергией дома должно быть несколько источников электричества.

Помимо сказанного, неудобство солнечных электростанций состоит еще и в загрязнении окружающей среды. Нет, сами они, напомню, очень экологичны. А вот их производство требует большого количества вредных веществ – мышьяка, свинца, олова и т. д.

Альтернативное предложение – размещение солнечных станций на орбите, где много места и никто не мешает. Энергия в виде микроволн будет передаваться на Землю. Но это еще более авантюрное предприятие – последствий появления в атмосфере такого количества управляемых микроволн никто пока оценить не может. Благое дело может обернуться и всемирным потопом, и мировым обледенением. Наконец, «шальные» микроволны будут просто-напросто опасны для людей, а также птиц, пролетающих через луч, идущий от спутника к принимающей станции. Вместо микроволн пытались использовать лазер, но он так сильно нагревает атмосферу, что изменения климата в районе электростанции просто не избежать.

Еще один возможный вариант решения энергетической проблемы – геотермальная энергия. Ресурс этот условно бесконечен, и называется он – тепло планеты Земля. Ядро Земли, как знает каждый школьник, раскалено и состоит из жидкой магмы огромной температуры. Этот жар нагревает подземные моря и реки, расположенные на большой глубине и состоящие из кипятка и горячего пара. Следует пробурить скважину глубиной несколько километров – и поток горячего пара ринется вверх. Его можно использовать как для турбин теплоэлектростанций, так и для непосредственного обогрева жилищ. Например, в Исландии все центральное отопление основано на использовании таких подземных горячих источников. В России же первая геотермальная электростанция была запущена еще в 1966 году. С каждым годом строительство подобных станций становится дешевле, так что их повсеместное использование – дело ближайшего будущего.

Энергия лично для тебя

Вокруг нас происходит множество процессов, способных вырабатывать энергию. Мы просто не пользуемся ими. Вот, скажем, из крана льется вода – думаете, энергии падающей воды недостаточно ни для каких нужд? Или в жару работает вентилятор – разве создаваемый им ветер нельзя использовать, как это делают на ветряных электростанциях? Разумеется, можно. И всякие «беспокойные умы» все время стремятся найти такие «тонкие места», где энергия расходуется зря, и улучшить все, что можно улучшить.

Препятствие, правда, есть, и оно весьма существенное – закон сохранения энергии не обманешь. Затраченной силы всегда будет больше, чем полученной полезной работы. В этом кроется причина того, что вечный двигатель собрать невозможно. Энергия все равно должна откуда-то поступать. Но «сэкономить» можно прекрасно. Скажем, уже сегодня различные мелкие устройства научились работать без батареек. Насадка на кран или разбрызгиватель душа подсвечивают воду разными цветами, потому что внутри их находится маленькая динамо-машинка. В Японии пульты дистанционного управления для самых новых телевизоров тоже работают без батареек – находящийся внутри их миниатюрный генератор «добывает» энергию, когда мы нажимаем на кнопки, как бы «качая» пульт мышечным усилием. Энергии немного – но ведь и усилие небольшое.