Преодолеть Зависимость От Нефтяного Диктата

М. Я. Амусья и М. Е. Перельман, профессора физики

ПРЕОДОЛЕТЬ ЗАВИСИМОСТЬ ОТ НЕФТЯНОГО ДИКТАТА

(Всем нам, всему миру предстоит "долгая война", и ее надо выиграть)

Энергетика - основа современной цивилизации, однако горючее мы получаем в основном из потенциально враждебных стран, которые могут полностью остановить жизнь цивилизации. Что нам угрожает и что можно делать всем нам в такой ситуации - всему миру и, в частности, Израилю? Об этом - данная статья.

1. Вводные замечания

Cравнительно недавно, 23 января, Роберт Макфарлейн, советник по национальной безопасности при президенте Рейгане, и Джеймс Вулси, бывший директор ЦРУ, выступили во влиятельней газете "Файнэншиал Таймс" со статьей-призывом "Америка должна освободиться от нефтяной зависимости". Они указывают на две потенциальные опасности, могущие подорвать всю мировую экономику: растущий быстрее ожидавшегося спрос на нефть в Китае, Индии и др. и угроза нарушения поставок нефти и природного газа из зоны Персидского залива вследствие терактов.

Отмечаются четыре необходимых для этого шага. Во-первых, нужно освободиться от бензиновой зависимости, перейдя на другие виды топлива. Во-вторых, следует оснастить легковые и грузовые автомобили многотопливными двигателями. В-третьих, следует начать использование гибридных электрических автомобилей, особенно выгодных для небольших, в основном внутригородских, пробегов, коими половина пользователей и ограничивается. Ну а в-четвертых, нужно перейти к использованию в автомобилестроении более легких и прочных углеродистых композитных материалов, что может уменьшить расход горючего чуть ли не вдвое.

Эти же призывы являются основой последних выступлений президента США Дж. Буша: независимость Америки требует неотложных мер, главной из которых является скачок в развитии энергетики. В своём Послании Конгрессу о положении в стране президент Буш поставил задачу к 2025 г. сократить импорт нефти с Ближнего Востока на 75%. Поскольку из этого региона США получают около 17% потребляемой нефти, общее сокращение импорта, таким образом, составит чуть меньше 13%. Заметим, что в отличие от Никсона и Картера, он, по крайней мере, не строит "наполеоновских" планов - те обещали полностью и быстро покончить с зависимостью от нефтяного импорта. Отказался он и от иллюзорной идеи о том, что Америка сможет удовлетворить все потребности в этом сырье за счет внутренних источников - увеличив добычу нефти на Аляске, в Скалистых горах и т.д. Подобная уступка "упрямым фактам" наверняка далась техасскому нефтяному магнату нелегко.

Еще решительней выступает Рамсфилд. По его словам: "Противник нарисовал карту, на которой стерты границы государств, а на их месте находится глобальная экстремистская исламская империя". Вероятно он, министр обороны США, первым пустил в обиход название новой мировой реальности "long war" ("длительная или долгая война") с мировым фундаментализмом, которую нельзя, разумеется, выиграть без энергетической независимости.

Переименование "Всемирной войны с террором", провозглашаемой ранее, в "Длительную войну" воспринимается как стратегическая переоценка, содержащаяся в выпускаемом раз в четыре года "Докладе о военном положении США" ('Quadrennial Defense Review'), который был недавно представлен Конгрессу. Этот неологизм все чаще встречается в СМИ и сравнивается с "холодной войной", закончившейся распадом СССР. Но если "холодную войну" можно назвать войной идеологий, то "долгая война" - это "война цивилизаций", предсказанная С. Хантингтоном еще в 1993 г.

Заметим, что термин "война цивилизаций" - упрощённый и неточный. Речь, по нашему мнению, идёт о борьбе цивилизации и оголтелого религиозного фанатизма, активно использующего технологические и научные достижения этой цивилизации. Нам представляется несомненным, что победа фанатизма в этой борьбе покончила бы и с научно-технологическим развитием, являющимся естественным элементом современной цивилизации.

Разница между обычными и долгой войнами очевидна. Она пока что не в пользу современной иудео-христианской (или западной) цивилизации. В обычных войнах были определенные территории и проживающие на них народы, с войсками, дислоцированными на почти известных местах, и ментально не столь значимо отличающимися друг от друга, здесь и сейчас - дисперсно разбросанные и постоянно перемещающиеся группы и группки, возможно даже не имеющие общего центра. Там во главе стояли люди, ценящие жизнь свою и своих близких, здесь - фанатики, убежденные, что на "том свете", подле Аллаха и рядом с Мухаммедом, их подданным будет много лучше. Тогда там были мечты о всеобщем коммунистическом братстве, точнее, о всемирном Союзе Советских Социалистических Республик или о Тысячелетнем Рейхе, сейчас - о Всемирном Халифате.

Есть, однако, и общее в этих противниках канонического западного мира - это их "единственно правильная идеология", марксизм, маоизм тогда (еще раньше - нацизм) и воинствующий мусульманский фундаментализм сейчас.

Важнее всего для нас разница между ними. Тогда два мира представляли собой государства или их группы, практически не зависящие друг от друга, отгороженные вначале санитарным кордоном, затем "железным занавесом". Они так и могли бы сосуществовать раздельно, ограничиваясь локальными приграничными стычками и сравнительно мелкими инспирированными ими в "третьем мире" войнами.

Но западный мир, хотя он и не зависел от СССР, страшился его агрессивности, непредсказуемости и потому принял, фактически, план госсекретаря США Дж. Ф. Даллеса начать экономическое соревнование, гонку вооружений. Предполагалось, что Запад ее выдержит, а СССР - нет, и вынужден будет сдаться. Этот план в итоге удался. Вначале из-за непомерных военных затрат СССР остался без хлеба (!), затем и далее его экономика стала безнадежно отставать и в конце концов - остановилась. Так что теперь Россия, бывшая некогда все же на передовых позициях в ряде направлений технического прогресса (металлургия, авиастроение, ядерная техника, вооружение, ракетостроение и др.), становится всё в большей мере сырьевым поставщиком Запада. Попытки быстро выйти из этого состояния не удались (вспомните, что М. С. Горбачев начинал со слова "ускорение!") и советский блок, а затем и сам СССР, распались...

Сейчас положение совсем иное: воля Аллаха или "шутка" природы или истории привела к тому, что подавляющая часть мирового запаса углеводородов находится в руках "правоверных" или стран, не желающих портить с ними отношения (Россия, Венесуэла, отчасти Нигерия). Фантастические доходы владельцев этих месторождений позволяют им, уделяя сравнительно малые крохи фанатикам, оберегать, до поры до времени, свое правление и направлять фанатиков на борьбу с Западом.

Для оценки этих доходов заметим, что обеспеченность запасами текущей добычи оценивается для стран Персидского залива в целом в 86 лет при издержках добычи около 2 дол. за баррель и капиталовложениях на ввод мощности в 50 т в год в 5,5 дол. Ввод аналогичной мощности вне стран Персидского залива-- около 12 дол. (Оценки даны по отчетам за 2002 год, сейчас они могут быть несколько выше, но при подъеме цен с 11 дол. за баррель в 1998 г., что сильно способствовало дефолту в России, до порядка 60 дол. в 2005, это несущественно. Для справки: 1 баррель ~ 158 л, 1 бар./день ~ 50 т/год.)

Есть два выхода из этого положения:

1. Можно попытаться отнять "нефтяной кран" у покровителей террора, действуя либо военным путем, либо установлением принципа равнораспределения природных ресурсов между всеми людьми. Последнее есть развитие старо-коммунистической идеи "отобрать у собственников и поделить поровну!".

2. Найти новые источники энергии, новые технологии и разработать замену ископаемым углеводородам, одновременно сокращая излишние их расходы.

Мы, как физики, можем, не впадая в абсолютный дилетантизм, обсуждать только вторую возможность. Нам надлежит рассмотреть сначала истоки возникшего в мире положения и причины конфронтации с позиций изменений в мире в Новое время, обсудить имеющиеся сейчас источники энергии, возможности их диверсификации и перспективы на будущее.

2. Исторический анамнез

Историю Новейшего времени логично начинать с Первой научно-технической революции, с изобретения парового двигателя Джемсом Уаттом (историки чаще начинают ее с Великой Французской революции 1789 г. - события более образного). Паровой двигатель впервые показал, что можно, затрачивая сравнительно небольшую работу людей, получать гораздо больший выигрыш в работе за счет использования машин. Но для машин нужно топливо, источник энергии, а по счастью Британия богата угольными залежами, так что на том этапе произошло успешное сочетание творческого гения и необходимых ресурсов, которое, вкупе с островным положением, и сделало Англию "мастерской мира" и самой могущественной его державой.

Аналогичное благоприятное сочетание ресурсов имело место в США и в Германии после Франко-прусской войны. Были в наличии необходимые топливные ресурсы и у России, что привело к взрывному росту её промышленности в самом конце 19-го - начале 20-го веков.

Огромную историческую роль в самом блестящем для Европы 19-м веке сыграл Венский конгресс 1815 г. Гениальный Талейран, представитель побежденной Франции, сумел провести на нём принятие принципа легитимности, который в значительной степени предохранил Европу почти на сто лет от больших войн.

Но расцвет наук и прогресс социальной жизни привёл, одновременно, к демографическому взрыву в Европе, население которой удвоилось за эти сто лет. Поэтому и возникли мысли о необходимости расширения "жизненного пространства", и в Европе, впервые, появились националистические идеи. Их возникновение можно ассоциировать с именами Руссо, Гердера, Фихте, но такой анализ завел бы нас слишком далеко.

Достаточно указать на такой исторический факт: во времена Наполеона войска наступали определенными колоннами, остальная территория оставались практически вне рамок войны, но к 1914 году возросшего населения уже хватало на организацию непрерывного фронта вдоль всех границ. И если в Первую Мировую войну уже делались попытки обстрелять зоны, далекие от фронта (дирижабли над Парижем, немецкая пушка "Большая Берта", подводные лодки в Атлантическом океане), то во Второй Мировой войне уже огромные зоны, достаточно далёкие от фронтов, подвергались бомбежке. В войне, которая может вспыхнуть сейчас, вообще не может быть разделения между "военной" и "мирной" зонами: военные стратеги переименовывают поле боя в пространство боя.

Первая и Вторая Мировые войны начинались как войны за территории, но их следствия вели не только к перераспределению земель, но и к перераспределению энергетических ресурсов, главным образом - нефти.

Нефть известна очень давно: в Библии она упоминается как земляная смола или асфальт, который использовался для склеивания кирпичей при строительстве Вавилонской башни. Позже Мертвое море называли Асфальтовым, так как в нем со дна иногда всплывали куски застывшего асфальта. Естественно изливавшуюся нефть использовали огнепоклонники в районе Баку. В 1596 г. в Германии было открыто, что минеральное масло, дистиллированное из горючих сланцев, можно использовать для повязок на ранах, а лет через сто это масло начали использовать в Италии для светильников. И до середины 19-го века нефть производилась, в основном, именно из сланцев для целей освещения, заменяя китовый жир (химик Б. Силлиман в Америке в 1855 выделил из нее керосин). Добыча нефти из сланцев была организована во многих странах, в частности, в Эстонии. Но открытие огромных запасов высококачественной нефти, сначала в Техасе, затем в Мексике и на Ближнем Востоке сделали сланцевый и ему подобные методы неконкурентоспособными.

Источники сырой нефти впервые, по-видимому, были использованы в Пенсильвании, США: в середине 19-го века аптекарь из Питтсбурга Самуэль Кир стал продавать ее под названием "горного масла".

Но особую роль жидкое топливо, т.е. фракции нефти, стали играть с изобретением в 1876 г. двигателя внутреннего сгорания Н. А. Отто и в 1897 г. двигателя Р. Дизеля. Все предшествующие, да и последующие, попытки построить автомобиль с паровым двигателем, использующим твердое топливо, были малоудачными.

Первоначально считалось, что нефть - это переработанные под колоссальным давлением останки животного мира, и поэтому запасы её в мировом масштабе считались крайне незначительными. Затем возникли представления о возможности накопления нефте-газовых флюидов в исходном облаке, из которого формировалась Земля и под действием внутреннего тепла Земли и колоссальных давлений в её недрах. Ну а ряд тектонических процессов вёл к тому, что эти флюиды концентрировались у западных берегов тектонических плит (в разработке этой теории участвовал и один из авторов - М. П.).

Примерно с конца 19-го века начался активный поиск нефти. Из открытых к настоящему времени около двух третей крупнейших месторождений находятся в регионе Персидского залива. Из остающихся гигантских месторождений (от 0.5 до 5 млрд баррелей) два в США, два в странах СНГ, два в Мексике, один в Ливии, один в Алжире, один в Венесуэле и два в Китае. (История открытия и освоения этих месторождений и борьбы за них содержит много пикантных историй, ряд которых изложен в эпопее Эптона Синклера о Лэнни Бэдде, а вот еще одна: крупнейшие Саудовские месторождения обустраивал бывший английский арабист и офицер, а затем ярый противник своей родины Гарри Сент-Джон Филби, он же отец знаменитого советского шпиона Кима Филби.) Разведанные запасы нефти составляют (на 2004) 210 млрд. т./1200 миллиардов баррелей, неразведанные оцениваются в 52-260 млрд. т./300 --1500 млрд. баррелей. Надёжность оценок, как видно, не очень велика.

Мировая добыча нефти в 2004 г. составляла около 5,2 млрд. т./30 млрд. баррелей в год. Таким образом, при нынешних темпах потребления разведанной нефти хватит примерно на 40 лет, неразведанной -- ещё на 10-50 лет. Потребление нефти за последние 35 лет выросло с 20 до 30 млрд. баррелей в год.

Имеются также огромные запасы нефти (3400 млрд. баррелей) в нефтяных песках Канады и Венесуэлы. Её при нынешних темпах потребления хватит на 110 лет. В настоящее время компании ещё не могут производить много нефти из содержащих её песков, но ими ведутся разработки в этом направлении.

Вот, согласно данным Википедии, распределение добычи нефти по странам

Крупнейшие нефтедобытчики (По данным Международного энергетического агентства, 2003)
Страна	Запасы, млрд. тонн	Добыча, млн. тонн	Доля мирового рынка (%)
Саудовская Аравия	36,1	470	12,7%
Россия	9,5	419	11,3%
США	4,2	348	9,4%
Иран	18	194	5,2%
Мексика		189	5,1%
Китай	3,2	165	4,4%
Норвегия		151	4,1%
Венесуэла	11,2	149	4%
Канада		138	3,7
ОАЭ	13	120	3,2
Общая доля мирового рынка		1370	36,9%
Мировая добыча нефти		3710	100%

Цены на нефть должны, в принципе, определяться соотношением спроса и предложения. Однако зависимость эта весьма сложная: даже малое изменение предложения резко меняет цену. Так, после Войны Судного Дня 1973 г. арабские страны в 1973-74 годах сократили добычу нефти на 5 млн. бар./день, чтобы "наказать" Запад. Другие страны увеличили добычу на 1 млн. бар./день, так что общая добыча сократилась только на 7%, но цены выросли в 4 раза и после окончания "наказания" не вернулись на прежний уровень.

Дальнейший их рост произошел вследствие хомейнистской революции в Иране и ирано-иракской войны, с пиком в начале 1980-ых годов. Затем они начали падать и уменьшились более чем в три раза. Вторжение Ирака в Кувейт вызвало их новый, но недолгий рост, поскольку другие страны смогли быстро увеличить добычу. Минимум ($11 за баррель) был достигнут в 1998 г., что с учётом инфляции соответствует уровню начала 1970-х годов.

Но затем страны ОПЕК договорились о сокращении добычи, и к середине 2000 года цены достигли $30 за баррель, а к августу 2005 дошли до $70, и удерживаются на уровне выше $55.

Таким образом, как видим, нефтедобывающие страны имеют все возможности не только обогащаться, но и "командовать парадом", держа руку на нефтяном кране. Однако рост цен имеет и оборотную сторону, - он может сделать экономически конкурентными другие способы производства энергии.

Какие же здесь перспективы - ближние и дальние?

3. Ближние перспективы

1. Автомобильное газовое топливо

Довольно давно применяемый как топливо для карбюраторных двигателей, сжиженный газ состоит из пропана или смеси пропана и бутана. Эти углеводороды под давлением сжижаются и могут закачиваться в баллоны. Автомобильное газовое топливо получают при добыче нефти и природного газа, производят на нефтеперегонных заводах и, что очень важно и наиболее перспективно, при газификации угля, предполагаемых запасов которого в мире много больше, чем нефти. Благодаря высокому октановому числу и простому составу газовое топливо наилучшим образом подходит для карбюраторных двигателей и уже находит все большее применение. При этом из-за меньшей склонности к детонации возможны более высокая степень сжатия и повышение КПД двигателя; сокращаются расходы нефтяного топлива; уменьшаются выбросы углеводородов, и в них практически полностью отсутствует свинец; газовое топливо не ядовито и не загрязняет почву и подземные воды. Выбросы оксидов азота такие же, как и при работе на бензине, но их можно сократить использованием специальных катализаторов.

Больший объем баллона с топливом; несколько меньшая максимальная мощность не могут считаться серьезными недостатками. Основная проблема здесь - экономичность газификации угля, которая позволит полностью отказаться от необходимости экспорта природного газа..

Существует два способа газификации угля, различающиеся качеством получаемого продукта. По первому способу производится газ с относительно малой теплотворностью, в основном из окиси углерода и водорода (для непосредственного использования на месте производства). По второму способу производится газ, его можно назвать синтетическим природным газом, в основном метан, с высокой теплотворной способностью, близкой к теплотворности природного газа.

Запасы угля в частности в США столь велики, что, если бы удалось сделать процесс газификации дешевле, то он мог бы обеспечить основные потребности страны в автомобильном горючем.

2. Сланцы и битумы

Синтетическое горючее можно получать из битуминозных песков. Битум - это углеводороды; он может содержать до 16% посторонних примесей. Три тонны богатого битуминозного песка, который содержит до 14% и более битума по массе, достаточно для получения 2 баррелей жидких углеводородов. Геологи оценили, что в отложениях битуминозных песков может содержаться до 300 млрд. баррелей нефти. Битуминозные пески обнаружены в США, Венесуэле и др., но залежи их, как правило, очень малы. Однако в канадской провинции Альберта расположены большие залежи битуминозных песчаников. Только та, относительно небольшая, часть, запаса, добыча которой экономически эффективна при современных ценах, оценивается в 25 млрд. т. Из нее можно изготовить такое количество автомобильного топлива, которого хватит США при современном уровне потребления больше чем на 50 лет.

Еще одним источником жидких углеводородов являются горючие сланцы, содержащие органическое вещество, кероген. Из него можно перегонкой извлечь горючую жидкость, во многом похожую на нефть. Крупнейшие в мире отложения этих пород находятся в США: они эквивалентны 600 млрд. баррелей нефти (при разведанных запасах обычной нефти в США - около 30 млрд. баррелей).

Однако в целом добыча нефти из сланцев требует громадных по масштабу горных работ: из тонны сланцев получают от 0,5 до 2 баррелей нефти, при этом останется 770 кг пустой породы, которую нужно куда-то складировать. Объем этой породы превышает объем исходных сланцев; в окружающую среду выбрасываются ртуть, кадмий и свинец; грунтовые воды загрязняются нерастворимыми солями.

3. Спирты

Спиртовое горючее - это метанол и этанол в чистом виде или в виде примесей к бензину либо к дизельному топливу. Его преимущества состоят в повышенной детонационной стойкости топлива, что создает возможность большего сжатия и соответственно увеличивает КПД, а также снижает выбросы угарного газа, углеводородов и оксидов азота. При этом, правда, растет выброс формальдегида, а также объем и, почти вдвое, масса горючего на единицу получаемой энергии; растет и чувствительность к попаданию воды.

Спирт этанол вырабатывается, в основном, из биомассы, как остатков растений, так и специально для этого выращиваемых. В настоящее время такой способ получения энергии более экономичен, чем получение электроэнергии с той же площади фотоэлементами.

Особенно больших практических успехов в области спиртового горючего добилась Бразилия. В 2005 году ее импорт составлял лишь 4% общей потребности в нефти, тогда как в 1979 году, во время второго нефтяного кризиса, нефтяная зависимость от импорта составляла 86%. Полученный из тростникового сахара этанол конкурентоспособен, когда нефть стоит выше 45 долл. за баррель. Теперь более 6 миллионов автомашин в Бразилии пользуются только спиртом, а абсолютное большинство бразильских автомобилей ездят на смеси этанола с бензином, себестоимость которой около 1,75 долл. за галлон (1 галлон США = 3,78 л)

Отметим, что половина продаваемых в Бразилии новых автомобилей сегодня может работать на различных видах топлива, а в 2005 г. 40% машин "Форд", проданных в Европе, были с двигателями, могущими работать на таких смесях. Автомобиль переоборудуется для использования различных видов топлива примерно за 150 долларов.

Убежденным адептом спиртового горючего, правда, не этанола, а метанола, является, например, известный химик, нобелевский лауреат Джордж А. Олах. Его (с соавторами) книга, выпущенная в 2006 г., называется "Вместо нефти и газа: экономика метанола". Особо нужно отметить пропагандистскую и организаторскую роль другого нобелевского лауреата, Алана Дж. МакДэрмида, провозгласившего новую научно-техническую дисциплину, Агро-энергетику, занятую, как следует из названия, проблемами производства топлива из растений, и организовавшего несколько исследовательских центров по этой проблеме в разных странах.

Метанол, в отличие от этанола, можно производить и из каменного угля, причём его себестоимость сейчас примерно 0,50 доллара за галлон.

Успехи Бразилии, весьма развитой страны со 180-миллионным населением, в решении энергетической проблемы очень показательны и могут вдохновлять энергетиков других стран, в особенности находящихся в таком климате, где достижимы несколько урожаев в год с той же площади. Заметим, что полный перевод автопарка США на этанол требует увеличения посевных площадей в четыре раза по сравнению с существующими. Препятствием в обеспечении собственным спиртовым горючим для Израиля может стать нехватка пресной воды, но, представляется, эту проблему можно решить, используя технологии опреснения.

4. Водородное топливо

Водород встречается в газообразной форме (Н₂), в составе воды (Н₂О), углеводов и многих других соединений. Получить его можно, например, путем электролиза воды, но этот способ, если не будут получены дешевые солнечные батареи, пока не очень рентабелен. Есть сообщения о возможности получения водорода с помощью ступенчатого фото-катализа, используя наборы химических реакций растений - такие исследования проводятся в Австралии, но они далеки от промышленного применения. Существуют некоторые надежды на возможность получения водорода как ископаемого - он может выделяться на большой глубине из ряда пород. Пока, однако, экономичность такой возможности не доказана.

Водород поддается сжижению при сильном охлаждении и может транспортироваться в охлажденных емкостях и перекачиваться по трубопроводам. При его сгорании образуется вода и в малых количествах оксиды азота. В топливных элементах в ходе электрохимической реакции водород может быть непосредственно преобразован в электрический ток

Основная проблема при использовании водорода как топлива в автомобилях - небезопасность при эксплуатации и хранении: он очень легко воспламеняется и диффундирует даже через металлы. Апробируются различные варианты, например, хранение в газообразном виде под давлением, в жидком виде в цистернах, а также хранение в виде соединений водорода с металлами или при его включении в их кристаллическую решетку.

Кроме того, сейчас производство водорода обходится дороже, чем других видов горючего, но все же автомобили на водороде уже выпускаются и эксплуатируются. Такие автомобили выпускаются в Японии, в Москве проходит испытания автомобиль "Газель", оснащенный газобаллонной системой, позволяющей использовать бензо-водородные топливные композиции.

4. Биоэнергетика

Спирт - лишь один из видов жидкого топлива, которое может вырабатываться из растений - естественных и специально посаженных. Имеются и другие возможности. К примеру, дизельное топливо может производиться из различных семян, бобов и т.п. Источником энергии, идущей на производство топливного сырья - растений, является Солнце. Коэффициент его полезного действия в процессе фотосинтеза весьма высок. Развиваясь, растения забирают из атмосферы углекислый газ и выделяют кислород. Лишь в дальнейшем, при сгорании, производится вновь углекислый газ и забирается кислород. Поскольку возобновление топлива происходит фактически за один сезон, содержание углекислого газа в атмосфере при этом не возрастает.

В принципе, растения и их остатки позволяют производить всё необходимое для их интенсивного воспроизведения, включая удобрения и обеспечение водой путём перекачки или опреснения. Подобно тому, как человечество в добывании пищи за счёт развития современных животноводства и земледелия избавилось от необходимости охотиться на диких животных и есть дикие растения, оно может сейчас, по мнению упомянутого выше Алана Дж. МакДэрмида, перейти от "охоты за топливом" к его домашнему "выращиванию". Существенно, что речь, как и в сельском хозяйстве, идёт об ежегодно возобновляемых ресурсах. Важно, что указанное развитие придаст новый импульс производству сельскохозяйственной продукции, и будет способствовать расцвету почти застойной сейчас области.

Автомобильные двигатели, восходящие к изобретённому Отто, могут заправляться спиртом. Для дизельных двигателей также возможно применение биологического топлива. Отметим, что и здесь впечатляющие пионерские усилия Бразилии велики - там не только есть био-топливные дизельные автомобили, но и создан самолёт на био-дизельном топливе.

Это топливо изготавливается из семян, бобов и т.п. растительных продуктов. Доля масла в общей перерабатываемой растительной массе составляет от 50% у касторовых до 10% у соевых бобов. Оставшийся продукт уже сейчас, с помощью имеющихся так называемых целлюлозовых методов может быть переработан в этанол.

США занимают первое, а Бразилия - второе место в мире по производству сои. Выведены сотни её сортов, позволяющие получать её большие урожаи в весьма различных климатических условиях. Соя может превращать азот из воздуха в азотосодержащие удобрения. Важна возможность резкого расширения посевных площадей под соей, включая те земли, которые ранее для этой цели не использовались.

Существенен вопрос о том, может ли съём биомассы обеспечить достаточно высокий выход энергии с той же единицы площади. Заметим, что обработка единицы посевной площади сама по себе несомненно дешевле, чем той же площади фотоэлементов для полупроводниковой солнечной энергетики, не говоря уже об их производстве. Био-энергетика выглядит весьма заманчиво и обещающе. Однако имеется ряд научно-технических и технологических задач, решение которых необходимо для производства био-топлива в необходимых огромных масштабах.

Заметим, что использование био-топлива способно совершенно изменить карту мировых энергоресурсов, решающим образом влияя на политику в мире. Сегодня зависимые от ввоза горючего страны с хорошими условиями для выращивания растений, способных не только накормить их население, но и развить спирто- и масло-энергетику, выдвинутся в ряд мировых держав. Использование имеющихся и совершенствование уже открытых в лабораториях технологий может изменить длительно существовавшее представление о сельскохозяйственных странах как непременно отсталых в научно-техническом отношении.

5. Атомная энергетика

Всеобщий шок, связанный с трагедией Чернобыля, постепенно проходит. Новые реакторы строятся по иным схемам, гораздо более "дуракоустойчивым", хотя опасность террористических актов, пусть и крайне малая, для них все же остаётся. Проект А. Д.Сахарова по строительству таких объектов глубоко под землей, в отработанных соляных копях и т.п., с автоматическим сбросом глубоко под землю в случае аварии, пока нигде не осуществляется.

Какова ситуация в этой области сегодня? "Атомные" станции построены во многих развитых странах. Россия, к примеру, среди этих стран находится на среднем уровне по использованию атомной энергии. Вклад этой энергии в общий баланс по стране порядка 17-18% (в европейской части страны - до 30%). Можно думать, что эту долю стоит увеличивать: Французские АЭС сегодня вырабатывают до 80% энергии, потребляемой страной. В США на атомных электростанциях действуют 108 коммерческих реакторов, которые производят примерно 20% электроэнергии в стране, но при этом все они используются уже довольно давно: в Америке с 70-х годов прошлого века не построено ни одной новой АЭС. В Германии под нажимом "зеленых" ретроградов был принят закон о закрытии к 2021 г. всех АЭС, однако очень сомнительно, что он будет исполняться.

Главной проблемой для имеющихся станций является необходимость "захоронения" на сотни лет отработавшего топлива и отслужившего свой срок оборудования. Рассматривался даже проект погрузки этих отходов на ракеты с отправкой их в направлении Солнца. Имеется опасность использования отработанного топлива террористами и "безответственными режимами" (типа иранского) для производства ядерного оружия.

Однако ещё в 1995 г. нобелевский лауреат по физике Карло Руббиа предложил проект строительства реакторов нового типа, которые одновременно решают проблемы отходов. Опасность этих отходов состоит в наличии в них долгоживущих изотопов. Поэтому, предложил Руббиа, следует перевести их в другие изотопы, коротко живущие, а по пути получить добавочный выход энергии. Для такой трансмутации нужно облучать эти вещества потоком быстрых протонов, т.е. соединить реактор и ускоритель. Имеются и предложения использовать ядерные реакции при сравнительно высоких энергиях, что позволило бы вырабатывать энергию, но не "начинку" для бомб. Идеи кажутся практически осуществимыми. К примеру, комбинированный безопасный реактор - ускоритель планируется строить в Испании.

Еще один новый тип реакторов предполагается строить с заменой урана на торий, и в этом случае опасности много меньше. Так что говорить о закате атомной энергетики явно преждевременно.

В феврале 2006 г. в еженедельном субботнем радиообращении к американцам президент США Джордж Буш рассказал о планах по поводу строительства атомных реакторов и развитии технологий. Буш продолжает реализовывать программу строительства АЭС нового поколения под названием "Глобальное партнёрство по ядерной энергии". Новые АЭС США построят совместно с Россией, Францией и Японией. "Это позволит нам производить больше энергии при значительном сокращении ядерных отходов и устранении побочных ядерных материалов, которые могут быть использованы нестабильными режимами или террористами для изготовления оружия", - сказал президент США.

Заметим, однако, что АЭС, во всяком случае пока, до создания новых типов аккумуляторов, не смогут заменить моторное топливо.

6. Природно-возобновляемые источники энергии

1. Гидроэнергетика

В настоящее время на гидростанциях в мире производят около 20% всей электрэнергии. Однако распределена она по странам весьма неравномерно. Так, Норвегия производит на гидростанциях всю свою электроэнергию, Исландия - 83%, Австрия - 67%; самый большой в мире производитель гидроэлектроэнергии - это Канада, около 83 %.

Кроме нескольких стран с изобилием этого ресурса, гидростанции обычно используются в моменты пиковой загрузки, а иногда и для хранения электроэнергии, выработанной тепловыми станциями вне часов пик.

Гидроэнергетика не является главным перспективным направлением для будущего, так как большинство возможностей в развитых странах уже использовано и эксплуатируется уже, или недоступно по другим причинам, типа экологических.

В Израиле возможность построения гидроэлектростанции возникнет только при осуществлении проекта канала для восполнения потерь вод Мертвого моря за счёт Средиземного.

2. Солнечная энергетика

Поток солнечного излучения, проходящий через площадку в 1 м², расположенную перпендикулярно его направлению на расстоянии орбиты Земли вне атмосферы равен 1367 Вт/м². Это так называемая солнечная постоянная. Из-за поглощения атмосферой поток уменьшается до 1020 Вт/м² на уровне моря. Однако, его среднесуточное значение как минимум в три раза меньше (из-за смены дня и ночи и изменения угла Солнца над горизонтом). Зимой в умеренных широтах этот поток ещё раза в два меньше.

Наиболее простой способ использования этой энергии -- ее концентрация системой зеркал на водонагревателе или паровом котле и последующее использование нагретой воды для отопления или пара для производства электричества.

Гораздо более перспективный способ получения электричества из солнечного света - это использование фотоэлементов (солнечных панелей). В связи с развитием электронной и полупроводниковой технологии есть шансы сделать этот способ экономически целесообразным.

Однако из-за относительно малой плотности солнечного излучения для солнечной энергетики требуются большие площади под электростанции. Так, для электростанции мощностью 1 ГВт это может быть пару десятков квадратных километров. Справедливости ради, заметим, что гидроэнергетика выводит из пользования более значительные участки земли.

Особенности работы таких станций в зависимости от времени суток требуют использования эффективных электрических аккумуляторов, которых пока нет, или строительства гидроаккумулирующих станций. Возможно и использование, для сохранения выработанной днём энергии, разложения воды на водород и кислород.

Есть и другие проблемы: дороговизна солнечных фотоэлементов, их недостаточный КПД и ограниченный срок службы - максимум 10-15 лет. Поверхность фотопанелей нужно очищать от пыли и других загрязнений, что при площади уже в несколько квадратных километров может вызвать затруднения. Эффективность панелей заметно падает при их нагреве, поэтому возникает необходимость в установке систем охлаждения, обычно водяных.

Тем не менее, в 2004 г. мощности солнечной энергетики выросли на 62% в сравнении с 2003. Её мощности в Германии выросли на 152%, где установлено дополнительно 366 МВт, это позволило Германии выйти на первое место в мире в солнечной энергетике. Германия и Япония в 2004 г. обладали 69% всех мощностей солнечной энергетики мира. Ожидается, что к 2010 г. в мире мощности солнечной энергетики составят 3,2 ГВт, что составляет весьма скромную долю общего энергетического производства.

Заметим, что в Институте Вейцмана в Реховоте детально и, по-видимому, успешно исследуется построение цепочек фотохимических реакций для диссоциации воды и других соединений с целью выделения водорода. В этом направлении достигнуты впечатляющие результаты и есть надежды на их промышленное внедрение.

3. Энергия ветра

Энергия ветра используется уже столетия в мельницах. Первая в мире ветроэлектростанция мощностью 100 кВт была построена в 1932 году в Крыму.

Мощность ветрогенератора зависит от величины лопастей турбин: германская компания REpower выпускает турбины с диаметром ротора в 126 м. Устанавливать такие станции выгоднее всего в прибрежных зонах, в море, на расстоянии 10-12 км от берега на свайных фундаментах

Мощности ветроэнергостанций во всем мире утроились с 1999 по 2004 годы и уже превысили 59 ГВт. Большая часть таких станций, около 69%, находится в Европе, но в целом они вырабатывают всего около 3% её электроэнергии. По абсолютной мощности здесь на первом месте Германия, по относительной - Дания, где ветер обеспечивает около 20 % потребляемой ею энергии.

Главное здесь - себестоимость электроэнергии, зависящая от скорости ветра. Так, при скорости ветра 7,16 м/с она составляет 4,8 цента/КВтч, а при 9,32 м/с падает до 2,6 цента/КВтч. Для сравнения: себестоимость электричества, производимого на угольных электростанциях США 4,5-6 цента/кВт.ч. Средняя стоимость электричества в Китае 4 цента/кВтч. Ожидается, что себестоимость снизится на 35-40% к концу 2006г. и тогда такие станции станут вполне конкурентоспособны.

При удвоении установленных мощностей ветрогенераторов себестоимость производимого электричества падает на 15%.

7. Долговременный поиск - Управляемые термоядерные реакции

Реакторы атомных электростанций работают на энергии, выделяемой при расщеплении ядер тяжелых элементов. Но гораздо больший выход энергии может быть получен в реакциях синтеза - объединении ядер легких элементов в более тяжелые ядра, подобно тому, как это происходит в недрах звезд, где осуществляется синтез ядер гелия из ядер тяжёлого водорода или трития.

Такого рода реакция происходит при взрыве водородной бомбы, однако для начала процесса синтеза необходимо нагреть дейтерий или тритий до температуры в десятки и сотни миллионов градусов. Но где и как можно сохранять вещество при таких температурах? Напомним, что самое термостойкое вещество на Земле, вольфрам, остается твердым до примерно 5 тысяч градусов.

Эту проблему еще до работы над водородной бомбой решил А. Д. Сахаров: нужен сосуд, в котором нет материальных стенок, но который не выпустит наружу заряженные частицы. Эту задачу могут выполнить только силовые линии Фарадея - нужно так подобрать магнитные поля, чтобы они заворачивали назад все приближающие к ним заряды - вот вам и сосуд без стенок! Такие "сосуды" назвали магнитными бутылками. Но в любой бутылке есть еще горлышко и дно - через них заряды могут убегать.

Тогда, предложил Сахаров, сделаем сосуд без горлышка и дна - завернем его в тор, т.е. в бублик. Такой ядерный реактор назвали Токамак (сокращение от "ТОроидальная КАмера с МАгнитной Катушкой", одно из немногих русских слов, вошедших - наряду со словом "спутник" - во все языки мира).

Такие устройства созданы и создаются во многих лабораториях мира. И если в 1965 г. Токамак работал импульсами длительности не более одной десятимиллионной доли секунды, то к 1991 г. на смеси дейтерий-тритий длительность удалось довести до двух секунд, а температуру поднять до 200 миллионов градусов. Имеется уверенность в правильности пути этих исследований, однако потребуется ещё много терпения, энергичной работы и значительного финансирования для достижения конечной цели - создания хозяйственно пригодных источников термоядерной энергии.

Стоимость большего Токамака, названного исследовательским термоядерным энергетическим реактором (ИТЭР), который строят во Франции совместно Европа, Япония, Россия, США, Китай, Корея и Индия - порядка 10 миллиардов долларов, но перспективы столь грандиозны, что затраты могут очень быстро окупиться в случае ожидаемого успеха. Заметим, что в 1998 г. президент США Клинтон принял решение о выходе США из проекта ИТЭР, но Дж. Буш вернулся и даже назвал его первым приоритетом энергетической политики будущего.

Строительство ИТЭР должно быть завершено через 10 лет. Затем, как минимум, 5 лет потребуются на проектирование электростанции и еще лет 20 на углубленные исследования. Во всяком случае, так называемый "быстрый путь" (fast track), который сейчас принят, нацелен на то, чтобы построить первую термоядерную электростанцию в 2030 году. Если это удастся, то человечество получит в свое распоряжение мощнейший источник энергии - термоядерные электростанции. Это позволит, во всяком случае, унять навсегда ту "головную боль" (без ликвидации головы, однако!), которую вызывает сегодня в мире энергетическая проблема.

Наиболее экономичными для работы таких устройств, т.е. требующими наименьшего нагрева, являются реакции между изотопом гелия-3 и тяжелым водородом, дейтерием. Дейтерия на Земле достаточно, а вот изотопа гелия-3 очень и очень мало. Ядра гелия-3 попадают на Землю в потоке корпускулярного солнечного излучения, задерживаются в атмосфере и затем, ввиду своей легкости, улетают из нее. Но на Луне атмосферы нет и поэтому эти ядра должны доходить до почвы и внедряться в нее. Следовательно, их можно на Луне добывать, а так как по расчетам для обеспечения всей необходимой энергией, скажем, США, может потребоваться всего 10 тонн этого изотопа в год, то добыча его на Луне и транспортировка на Землю может быть экономически вполне выгодной.

США запланировали постройку лунной станции, точнее промышленных установок по добыче гелия, на 2020 г., тогда как Россия объявила о постройке такой станции к 2018 г., а потом Китай, работающий на опережение, заявил о том, что сделает это еще раньше, как будто к 2015 году! Соревнование продолжается...

8. Выводы

Значительная часть мировой экономики построена сейчас на энергетических ресурсах, которыми управляют открытые или потенциальные враги современной цивилизации. Сотни миллиардов нефтедолларов, которые они ежегодно извлекают из экономики Запада, идут и на организацию учебные центров для террористов, закупку оружия и взрывчатых веществ, обеспечение семейств террористов-смертников. Нефтяные доходы обеспечивают деятельность тех СМИ, которые пропагандируют ненависть к Западу, позволяют оплачивать более 10 тысяч радикальных медресе во всем мире, прививающих молодежи идеи о пути в рай через убийство "неверных". Потребители нефти, таким образом, сами субсидируют войну против себя ...

Нефтяные доллары позволяют скупать имущество на Западе и в США, да и не только там, что представляет собой весьма эффективный и потенциально опасный вид завоевания. Множество общественных зданий, гостиниц и других сооружений уже куплено на нефтедоллары. Скупка собственности существеннейшим образом отличается от инвестиций, которые обычно способствуют, в отличие от скупки собственности, развитию инвестируемого производства. Недавно Объединённые Арабские Эмираты попытались приобрести шесть портов в США. Сделка пока не реализовалась из-за понятного сопротивления Конгресса, однако, опасная тенденция налицо.

Иран (а возможно и другие государства) за счёт доходов от нефти стараются создать промышленные ядерные реакторы и получить, тем самым, ядерное оружие. Это может существенно осложнить войну с международным терроризмом, сделав его иранские базы и иранское финансирование неуязвимыми для атаки. Ядерное оружие Ирана и подобных стран может стать орудием международного шантажа или даже нападения (если всерьёз относиться к заявлениям иранского руководства) или стать доступным террористам. Это - одна из самых серьезных угроз следующим поколениям, угроз, которые безнефтяные народы сами и оплачивают.

Не секрет, что многие общественные, юридические и даже государственные учреждения Запада, не говоря уж о СМИ, оплачиваются теми же нефтедолларами, что позволяет им влиять в нужную сторону на общественное мнение.

Поскольку Китай и Индия быстро промышленно развиваются, в течение одного - двух десятилетий число автомобилей в мире может удвоиться или утроиться. В результате, если мир останется на сегодняшней степени потребности жидкого топлива в полном его энергетическом балансе, неизбежно взлетит стоимость нефти. Это приведёт к заметному удорожанию всего производимого в мире. Однако в первую очередь возрастут доходы её экспортеров. Эти гигантские суммы будут не только финансировать глобальный джихад и приток оружия террористам во всём мире, включая, в первую очередь Ближний Восток, но также и увеличивать возможность манипулирования всей экономикой Запада. Надо ясно отдавать себе отчёт в том, что если сегодняшние тенденции в добыче нефти не изменить, то к 2020 году более 90 процентов мировой добычи будет сосредоточено на Ближнем Востоке. Весьма вероятно, что она будет по-прежнему управляться людьми, религия которых обязывает их уничтожать или порабощать не-исламистский мир.

Поэтому дальнейшее промедление в обеспечении энергетической, главным образом, жидкотопливной, безопасности безнфтяных государств - для них смерти подобно. Нефтяной диктат должен быть преодолен объединёнными научными, политическими, и, в крайнем случае, в определённой мере - военными, усилиями. Иначе существующая цивилизация окажется под угрозой. Весь безнефтяной мир, множество стран, включая Израиль, не может противостоять своим врагам, потому что полагается на их топливо, которое является основой его жизни.

Следует иметь в виду, что важным шагом в решении проблемы является и энергосбережение, и стимулирование развития общественного транспорта. Эти меры, кажущиеся прозаическими и неэффективными, немало способствовали срыву "нефтяного эмбарго" добывающих стран в 1973г. Многого тогда удалось добиться просто небольшим снижением температуры в домах и уменьшением расхода электроэнергии для света реклам и в общественных зданиях.

Отметим, что практически все экспортирующие нефть страны были и тогда, да и остаются сейчас технологически весьма отсталыми. Продажа нефти не способствует, по тем или иным причинам, развитию технологии и науки. Поэтому подъём цен на нефть задевает, при этом чувствительно, и её продавцов, вынужденных покупать в свою очередь вздорожавшие продукты науки и технологии. Чтобы эта "обратная связь" заработала, покупатели нефти должны иметь возможность проявлять терпение и уменьшать закупки, пусть и в течение не слишком большого времени. Меры сбережения способны обеспечить наиболее быстрое, пусть иногда и кратковременное, снижение потребностей в жидком топливе. В свою очередь, это позволило бы безнефтяным странам организовать ответный технологический бойкот против "нефтяного шантажа". Однако перспективнее и надёжнее бойкотов является разработка упомянутых выше источников энергии вообще и жидкого топлива в особенности.

Важная причина, тормозящая сейчас разработку альтернативного моторного топлива, состоит в том, что Саудовская Аравия, где себестоимость этого сырья всего около 5 долларов за баррель, может сразу снизить цены и быстро обанкротить инвесторов и разработчиков. Поэтому такая разработка и её первоначальное внедрение неизбежно должны стать общегосударственными задачами и соответственно финансироваться развитыми странами так, как некогда Манхэттенский проект по созданию атомного оружия или потом - космическая программа финансировались правительством США. Глобальной угрозе следует противопоставить соизмеримые усилия.

Из всех перечисленных альтернативных источников энергии наиболее перспективными для транспорта на сегодня представляются спирты. Полная замена бензина спиртом в безнефтяных странах требует резкого увеличения посевных площадей. Но замена может быть хотя бы частичной. Нужна, вероятно, и работа по повышению "урожайности" спиртового производства. Это может уменьшить привычную роль сегодняшних монополистов, вплоть до полной ликвидации монополии на жидкое горючее.

Значительную роль в обеспечении независимости от нефти должен сыграть метанол, спирт, получаемый из большого числа природных веществ, в том числе из угля и газа. Производство метанола из угля особенно важно для Америки, в которой это самый дешевый и самый распространенный энергоресурс, которого хватит ещё на много столетий. Цена угля сейчас находится в пределах трех центов за кг, что намного дешевле сельскохозяйственной продукции. Смешивая метанол в разных пропорциях с этанолом можно увеличить запасы горючего, уменьшить цены, максимизировать экологические выгоды и значительно увеличить гибкость экономики. Нужно, как это сделали в Бразилии, заинтересовать владельцев бензоколонок в установлении необходимого оборудования, невыгодного для них сейчас при малом числе пользователей.

Заметим, что производство метанола из каменного угля может играть важную роль для Германии, Польши и, в особенности, Украины, сделав в настоящее время убыточную его добычу выгодной и облегчив энергетическую зависимость этих стран.

Резюмируя, можно сказать, что проблема энергии для человечества будет оставаться центральной и важнейшей в течение ближайших этак пятидесяти лет. Она, по значимости, стоит впереди проблемы воды и пищи, поскольку без достаточного количества энергии существование примерно десяти миллиардов людей в 2050 г. будет невозможно. Без разработки же альтернативы нефтяному жидкому топливу существование современной цивилизации станет невозможным заметно раньше 2050г.

Мы, основываясь на имеющихся в печати данных и собственных соображениях, старались в этой статье показать, что такая альтернатива имеется. Дело лишь за политической волей и организацией крупных государственных и межгосударственных программ.

Иерусалим

12.03.06

Комментарии: 6, последний от 06/09/2006. © Copyright Амусья Мирон, Перельман Марк (amusia@012.net.il) Обновлено: 17/02/2009. 60k. Статистика. Статья: Израиль Скачать FB2		Оценка: *6.544** Ваша оценка:
Аннотация: Энергетика – основа современной цивилизации, однако горючее мы получаем в основном из потенциально враждебных стран, которые могут полностью остановить жизнь цивилизации. Что нам угрожает и что можно делать всем нам в такой ситуации - всему миру и, в частности, Израилю? Об этом – данная статья.

Амусья Мирон, Перельман Марк: другие произведения.

Преодолеть Зависимость От Нефтяного Диктата