Цивилизация – на путях идеальной энергетики будущего

     Если эти цели сбалансированного развития указывают нам тип планеты, который мы хотели бы иметь, то второй вопрос пока остается без ответа: какой же на самом деле может стать наша планета? Рассматривая его, надо перейти от того, что мы ценим, к тому, что знаем. В конечном итоге стратегии сбалансированного развития должны воплотиться в конкретные действия на местах, если им вообще суждено оказать какое-то практическое влияние. Однако, как я уже отмечал, сегодня решения многих из наиболее трудных проблем, стоящих на пути сбалансированного развития, охватывают десятилетия или даже века во временном масштабе и всю территорию планеты в пространственном масштабе. Чтобы стали возможны существенные позитивные сдвиги в способности людей управлять планетой Земля, необходимо научиться увязывать действия, направленные на развитие отдельных районов, с глобальной экологической перспективой. К счастью, за последние годы в понимании глобальных изменений окружающей среды произошли революционные изменения. Своими истоками они восходят к 20-м годам, к основополагающим трудам советского ученого В. И. Вернадского, посвященным биосфере. Другим мощным импульсом послужило проведение в 1957 г. Международного геофизического года, а в настоящее время по всей планете проводятся разнообразные программы исследований и наблюдений, среди которых выделяется новая Международная программа исследований геосферы и биосферы, ставящая перед собой очень важные задачи.

     Климатическая  система включает атмосферные и океанические процессы, управляющие глобальным распределением ветров, осадков и температуры. Наиболее существенные процессы, отражающие влияние деятельности человека на окружающую среду, - это изменения содержания в атмосфере газов, способствующих парниковому эффекту, и их воздействие на температуру; влияние, оказываемое океанической циркуляцией на временное и пространственное распределение этих изменений; роль растительности в регулировании потоков воды между Землей и атмосферой.

     Вторая важная компонента природных процессов на планете - это глобальная циркуляция и превращения, претерпеваемые такими основными химическими элементами, как углерод, кислород, азот, фосфор и сера. Это элементы, важнейшие для жизни. В виде таких соединений, как диоксид углерода, метан и оксиды азота, они также оказывают большое влияние на климат. Даже в отсутствии воздействий со стороны человека климат на Земле и химические процессы в природе претерпевали резкие, тесно связанные друг с другом изменения, подобные тем, которые нашли свое выражение в «летописях», запечатленных в кернах материкового льда. В дополнение к этим естественным явлениям деятельность человека привела к нарушениям в глобальных химических потоках, проявляющихся в виде смога, кислотных осадков, разрежения озонового слоя в стратосфере и других явлениях.

Оценка перспектив экологически сбалансированной

модели развития

     Оценка перспектив сбалансированного развития показывает, что изменения темпа преобразования планеты под влиянием человеческой деятельности, могут оказаться таким же важным фактором, как и абсолютная величина этого воздействия. Б. Тэрнер, Р. Кейтс и я проанализировали исторические данные, касающиеся этих темпов для нескольких составляющих глобальной ПРИРОДНОЙ системы. Для каждой составляющей сначала мы установили характерное время изменений - время, на которое приходится половина обусловленного деятельностью человека вклада, от доисторических времен до сегодняшнего дня. Далее, оценили ускоренные темпы с темпами, которые' наблюдались в предыдущем поколении. Из этого анализа следует вывод, что в основном большинство глобальных изменений произошло сравнительно недавно. Ни одна из изученных нами компонент не достигла 50% полной величины своего изменения раньше чем в XIX в. Большинство же прошли отметку 50% лишь во второй полови не ХХ в. Помимо этого общего вывода выявились четыре общие закономерности в преобразовании глобальной природной системы. Первая закономерность - это систематическое уничтожение лесов и эрозия почв, начавшиеся уже относительно давно и характеризующиеся растущими и в наше время темпами. Второй процесс, начавшийся относительно недавно и пока ускоряющийся проявляется в сокращении многообразия растительности, извлечении воды из гидрологического цикла, речных осаждениях, содержащих углерод, азот и фосфор, и мобилизации потоков этих элементов в результате хозяйственной деятельности человека. Пока не существует достаточно оснований полагать, что человечество научилось управлять этими ускоряющимися изменениями окружающей среды в глобальном масштабе. Более обнадеживающими являются тенденции замедления, прослеживающиеся в процессах двух других видов. Процесс уничтожения человеком наземных позвоночных животных достиг половины от своего современного уровня в конце XIX в. и в настоящее время развивается уже медленнее, чем в прошлом поколении. Последняя группа исследованных нами трансформаций - выбросы в окружающую среду серы, свинца, ,радио-активные выпадения, выбросы органических растворителей и уничтожение морских млекопитающих - также представляет собой явления, присущие главным образом ХХ в., для которых наблюдается снижение темпов. Данные, свидетельствующие о таком усредненном замедлении и достаточно грубо оцененные, еще не дают гарантии, что наблюдающееся замедление темпов этих процессов отражает возрастающую компетентность людей в вопросах управления ресурсами планеты. (Некоторые показатели, характеризующие темпы преобразований, могли, например, снизиться просто потому, что не осталось видов, которые можно было бы уничтожить, или потому, что мы перешли на более дешевое топливо, которое по чистой случайности содержит другие виды загрязнителей.) Тем не менее в большинстве рассмотренных случаев пo крайней мере некоторую долю наблюдаемого замедления можно отнести за счет целенаправленных, крупномасштабных, рассчитанных на длительную перспективу усилий по разумному управлению ресурсами Земли.

Будущие источники энергии     

Каких только источников энергии не существует. Нефть, газ, уголь, возобновляемые источники, радиоизотопные, геотермальная энергия, но есть и самые современные источники, такие как водород.     

Водородная  энергетика относится к нетрадиционным источникам энергии и считается одной из самых экологически чистых в мире, так как продуктом сгорания водорода в кислороде является вода, которая в итоге вновь вводится в оборот водородной энергетики. 3    

По  состоянию на 2005 год объем мирового производства водорода составлял 50 млн. тонн. К настоящему времени он равен 55-60 млн. тонн.4 Водород в основном применяют для производства азотных удобрений и для превращения низкокачественных видов сырой нефти в моторное топливо. Сжиженный водород используют для получения сверхнизких температур и в качестве горючего для криогенных ракетных двигателей. Постоянно ведутся исследования, призванные более широко внедрить использование водородное топливо в качестве замены бензину.    

Так, например, в конце 2007 года Университет Пенсильвании объявил, что разработал технологию по производству водородного топлива из пищевых отходов. Новая технология производства водородного топлива теоретически может привести к массовому переходу автомобилей на водородное топливо.    

У водорода есть множество очевидных  достоинств. Водород полностью сгорает  в кислороде, выделяя большое  количество энергии и оставляя после  себя только водяной пар. Его легко транспортировать по трубопроводам практически на любые расстояния, тем более, что он не ядовит (хотя и взрывоопасен) и не обладает коррозирующим действием. Запасы водорода (как компонента воды) практически неограниченны и более или менее равномерно распределены по всем континентам. Водород представляется идеальным горючим для относительно маломощных и в то же время многочисленных силовых установок, размещенных на подвижных платформах - прежде всего для автомобильных и авиационных двигателей.    

Однако  при всех этих несомненных преимуществах  водорода его массовое использование  в качестве топлива будет сопряжено с множеством сложнейших проблем. Их решение потребует очень крупных средств, которые придется затратить как на разработку высокоэффективных технологий получения и утилизации водорода, так и на создание инфраструктуры для его промышленного производства, доставки, хранения и распределения. Эти средства неизбежно придется отбирать у других насущно важных проектов, что потребует немалой политической воли и готовности принимать рискованные решения.    

На  протяжении тысячелетий люди воевали  друг с другом. Простые палки, потом  копья, мечи, луки, дальше огнестрельное  оружие и, наконец, термоядерное оружие. Но на протяжении всей истории человечества наряду с изобретениями новых средств разрушения люди создавали и то, что улучшало и облегчало им жизнь, очень часто адаптируя военные разработки для мирных целей. Так и с термоядерным оружием, в основе которого лежит термоядерный синтез, – учёные проводили и продолжают проводить исследования по укрощению термоядерной энергии, с целью использования её в качестве альтернативы современным источникам энергии, которые обладают той особенностью, что их запасы конечны и исчерпаются в обозримом будущем.    

В современном мире ядерное оружие играет самую важную роль в сохранении мира на земле, и, как это ни парадоксально, одновременно являясь способом его погубить. В то время как управляемый термоядерный синтез, поможет человечеству выжить в будущем, оставшись в обозримом будущем одним из немногих источников энергии на Земле.    

Согласно  общей теории если частицы, обладающие собственной энергией, приблизить друг к другу до расстояний, при которых  начинают действовать ядерные силы, то образуется целостная система, энергетически более выгодная (с меньшей внутренней энергией), чем исходная система разрозненных частиц. При этом излишек исходной энергии частиц высвобождается в форме энергии связи, которая может придать определенную скорость образовавшемуся ядру, то есть разогреть получившееся в итоге вещество.     

Условия, необходимые для реакции ядерного синтеза, возникают, например, в недрах звезд, где гравитационное сжатие вещества приводит к его разогреву до таких  температур, при которых отдельные  ядра могут преодолевать силы кулоновского отталкивания и сближаться друг с другом до критических расстояний. Аналогичные условия могут возникать при взрыве атомной бомбы. При этом реакция расщепления урана создает условия, аналогичные условиям в недрах звезд, после чего начинается реакция синтеза, например, ядер гелия из ядер водорода. На этом принципе основано действие термоядерной бомбы.  
 

Заключение  

В последнее время все отчетливее проявляются признаки энергетического кризиса, выход из которого возможен только при правильном, научно обоснованном развитии энергетики.    

За  время развития цивилизации традиционные источники энергии уступали место новым. И не потому, что традиционный источник был исчерпан. Солнце светило и обогревало человека всегда, и тем не менее люди, однажды приручившие огонь, начали жечь древесину. Запасы древесины не исчезли, но паровые машины требовали более калорийного топлива, каким оказался каменный уголь. Уголь вскоре уступает свое лидерство нефти. В наши дни основные виды топлива — нефть и газ. Но за каждым новым кубометром газа или тонной нефти нужно идти все дальше на север или восток, зарываться все глубже в землю. Во второй половине XX в. освоен новый источник энергии — ядерное топливо, которое по своей энергоемкости превосходит все известные виды топлива. Энергетика очень быстро аккумулирует все самые новейшие идеи, изобретения и достижения естествознания. Это позволит в ближайшем будущем не только повысить эффективность традиционных источников энергии, но и развивать энергохимию, водородную энергетику и постепенно переходить к возобновляемым и принципиально новым источникам энергии.

Список литературы

1. Алексеев  В.В. Экология и экономика энергетики В.В.Алексеев, Г.В.Киселев // Знание:  Физика. – 1990.-№ 11.
2. Гиббонс Дж. Х. Стратегии использования энергии// В мире науки.–1989.-№ 11..
3. Кларк У.К. Управление планетой Земля//В мире науки.-1989.-№ 11.
4. Кесслер Г. Ядерная энергетика.-М.: Энергоатомиздат.-1986.
5. Ребане К.К. Энергия, энтропия и среда обитания.// Знание:Физика.-1985.-№4.
6. Семенов Н.Н. Об энергетике будущего// Наука и общество.-М.: Наука, 1973.