щена в строй ветряная электростанция, диаметр маховика которой достигал 13 м. В 1952–1953 гг. в течение пяти месяцев опытной работы она произвела 26 тыс. кВт-ч электроэнергии. Подобная электростанция и сегодня подает ток в электросеть Гренобля. В Штутгарте на энергии ветра работает электростанция мощностью 100 кВт; маховик ее диаметром более 30 м расположен на высокой мачте.
Энергия ветра бесплатна, и ее использование не загрязняет окружающей среды. Кроме первоначальных капиталовложений и ремонта станции, она практически не требует никаких расходов. Но ветер очень ненадежный источник энергии, так как он дует нерегулярно и с разной силой. Однако вопреки его пресловутой изменчивости для воздушных потоков характерна и определенная регулярность. Поэтому выбор места для ветряной электростанции может существенно повлиять на ее рентабельность.
Для вращения современных маховиков достаточно ветра, дующего с силой 8 м/с. По мнению специалистов ООН, в странах с подходящими природными условиями в качестве дополнительного источника энергии оправдывает себя сеть небольших ветряных электростанций. Такие электростанции могут стать и пионерами в деле электрификации развивающихся стран. Маленькие ветряные электростанции с маховиками диаметром 6–8 м могут генерировать энергию уже при ветре мощностью 2–3 л. с. А этого достаточно для работы телекоммуникационного оборудования, водопроводных насосов и освещения.
Энергия ветра пока используется мало. Современные темпы уже не могут позволить штилевых пауз ни транспорту, ни энергетическим установкам, как это было во времена парусников. Если будет решена проблема «складирования» энергии, человечество сможет гораздо шире использовать силу ветра, чему сегодня мешает его непостоянство.
Ежегодно излучение Солнца приносит на нашу Землю в 35 тыс. раз больше энергии, чем потребляет человечество. Солнце можно сравнить с гигантской атомной электростанцией, работающей на безопасном расстоянии. Продукт этой вечно работающей электростанции — тепло — попадает к нам волнами длиной 0,3–3,0 микромиллиметра. Температура их — от 30 до 800 °C.
Солнечную энергию человек использовал издавна. Она согревала ему воду, сушила зерно, фрукты, вялила мясо. Но то, что солнечную энергию можно непосредственно преобразовывать в механическую и электрическую, мы знаем недавно. Специальная литература свидетельствует, что первые установки по прямому преобразованию солнечной энергии в электрическую появились в Калифорнии и Аризоне уже после гражданской войны в США. Они не получили распространения, и не только из-за малой мощности, но и потому, что с ними начали конкурировать электромоторы. Возможно, в этом причина того, что промышленное использование солнечной энергии не нашло распространения и до сих пор.
Однако это не означает, что солнечная энергия не использовалась доморощенными методами на Среднем Востоке, в Пакистане, Индии, Африке, Австралии и даже на обоих американских континентах для подогрева воды, опреснения морской воды и отопления жилищ. Солнечное тепло улавливается рефлекторами или пластинками из легко нагревающегося материала. В странах, где много солнца, но мало воды и топлива, такие установки — истинная благодать.
На солнечной энергии работают водяные насосы. Солнечная энергия позволяет сравнительно дешевым способом опреснять воду — системой ступенчато рас-доложенных емкостей, через которые протекает морская вода. Вода при температуре 85 °C испаряется, а соль остается на дне емкостей.
В настоящее время технология преобразования солнечной энергии в электрическую настолько усовершенствовалась, что, по данным ООН, солнечная энергия «…начинает в некоторых среднеазиатских республиках СССР конкурировать с привозным топливом. Однако эта технология требует как минимум 1800 солнечных часов в году».
Для стран с соответствующими природными условиями ООН рекомендует специальное оборудование, использующее солнечное тепло:
1) солнечную плиту с концентраторами из алюминия или пластмассы, покрытой алюминиевой фольгой. Успешные испытания этой установки прошли в СССР, США и Индии. Плита с зеркалом диаметром 1,2 м имеет ту же производительность, что и 800-ваттная электроплитка. За 30 мин установка доводит до кипения 3 л воды;
2) солнечные водные дистилляторы, испытанные в СССР, США, Италии, Индии, АРЕ и других странах. Дистиллятор, испытанный, например, в Алжире, за один солнечный день обрабатывает 7 л воды;
3) солнечную установку для подогрева воды, в которой за 10 солнечных часов можно вскипятить 50 л воды;
4) солнечную установку для сушки фруктов. Ее преимущество перед сушкой под открытым небом в том, что на фрукты не попадают насекомые и пыль.
Установки для улавливания и преобразования солнечной энергии в электрическую пока используются мало из-за недостаточной мощности. Но ученые не сдаются, поскольку солнечные электростанции имели бы громадное значение, особенно в исследовании и освоении пустынь, где отсутствует какой-либо иной источник энергии, кроме Солнца.
Больших успехов добились в области создания миниатюрных солнечных батарей, используемых в космических исследованиях, Главная роль принадлежит здесь солнечным элементам для прямого преобразования солнечной энергии в электрическую. Система из 30 тыс. элементов, размещенных на 20 кв м, 7 месяцев питала все приборы (включая камеры и другие фиксирующие устройства) межпланетного корабля, посылающего сигналы более чем на 200 млн. км! Но солнечные элементы — это лишь прелюдия. Синтез ядер атомов легких элементов, словно волшебный ключик, откроет нам путь к гигантским энергетическим запасам космоса: к водороду и гелию. Уже не так далеко то время, когда мы сможем в громадных лабораториях по заказу производить солнечное тепло и свет. Это следующее «яблоко», которое человечество сорвет с древа познания, откроет перед ним еще более широкие горизонты. Оно позволит совершить качественно новый скачок в энергетике. Мы сможем искусственно создавать организмы, которые будут перерабатывать солнечную энергию гораздо эффективнее и целенаправленнее, чем это делают современные растения. И, может статься, наши правнуки будут разъезжать на машинах, движимых солнечным топливом — метаном, вырабатываемым на обширных плантациях водных растений, которые будут совсем иными, чем сегодняшние, отнимающие у воды кислород.
Нетрадиционные запасы энергии матери-Земли громадны. Они не являются абсолютно неисчерпаемыми, но по меркам нашей цивилизации их смело можно так назвать. И, как всегда и во всем, от творческой мысли и труда человека будет зависеть, скоро ли станут служить ему эти источники и будут ли они более эффективными, чем хорошо знакомые ископаемые топлива. Эти источники — без дыма, ядовитых выбросов и отходов; они не требуют тяжелой работы в подземных шахтах. А именно об этом и о неуклонном повышении качественных сторон нашей жизни, о гармоничном развитии человечества и идет речь в этой «книге.
Глава 13. Новый огонь Прометея
На нашей планете полностью можно использовать лишь то, что превращается в энергию.
Мы уже упоминали, что первый известный в истории случай отравления человека загрязненным воздухом относится к 79 г. до н. э. В письме к римскому историку Тациту Плиний-младший писал, как при извержении Везувия задохнулся его дядя, Плиний-старший. Но люди начали страдать от продуктов горения — газов, копоти и дыма — гораздо раньше. Ведь человек пользуется огнем уже около 500 тыс. лет, и, надо думать, столько же времени он страдает от твердых и газообразных продуктов несовершенного сжигания дерева, угля или мазута и природного газа.
Становясь от столетия к столетию мудрее, человек стал бороться и с отрицательными последствиями горения. Уже в XVIII в. Абрагам Дерби из Колбрукдейла (Англия) пришел к мысли, что уголь перед сжиганием нужно прокалить. Таким образом, применив сравнительно простую технологию, он выгнал из него часть дыма и копоти. А полученный продукт — кокс — с тех пор дает людям больше тепла и меньше загрязнителей. Однако стремление человека к познанию не имеет границ. Именно этой безграничности познания мы обязаны тем, что сегодня все больше «кормим» тепловые электростанции, металлургические заводы, химические комбинаты и транспорт не углем и коксом, а мазутом и природным газом.
Путь человечества от примитивного сжигания дерева и угля к сложному окислению высококалорийных веществ из топливных смесей, увы, не был отмечен одними успехами. В 1930 г. от сернистых газов — иного природного происхождения, чем те, что погубили Плиния-старшего, — в долине Маас в Бельгии погибло сразу 60 человек. Меньше чем через 20 лет те же газы в промышленной агломерации Донор (США) унесли 70 человеческих жизней. Но дань прогрессу платили не только жители этих двух стран. И Лондон в прошлом был известен как город убийственных смогов.
Удары природы заставили человека опомниться. Не только чувство самосохранения, но и разум приказывали ему бороться с дымом и ядом самым действенным оружием, какое дала нам природа, — силой науки!
Все учебники химии объясняют процесс горения как «…комплекс явлений, возникающих при соединении сжигаемого вещества кислородом». И еще со школьных лет мы знаем, что если сжигать, например, углерод, то процессы горения или окисления произведут, с одной стороны, определенное количество твердых и газообразных веществ, а с другой — определенное количество тепловой энергий. Обозначим эту энергию, например, буквой Q. Величина Q при сжигании природных топлив не очень высока. Для" производства 1 кВт-ч электроэнергии нужно сжечь в тепловой электростанции больше 0,5 кг угля. Однако, сжигая 0,5 кг угля, мы произведем свыше 1,5 кг газов, золы и токсичных веществ.
На малую экономическую эффективность сжигания угля, нефти и природного газа химики и экономисты уже давно обратили внимание. Ведь пригодное для химической промышленности топливо является очень ценным сырьем! Но лишь современные совместные работы химиков, врачей, энергетиков и других специалистов вскрыли и иные противоречия. Только задумайтесь: постоянно растущая потребность в электричестве заставляет нас расширять сеть тепловых электростанций в три раза более быстрыми темпами, чем увеличивается само человечество! Учитывая высокую концентрацию вредных веществ, образующихся при сжигании природных топлив, мы вынуждены одновременно строить все более дорогое оборудование для защиты здоровья человека и природы.