Нам говорят об угле как об основном топливном запасе, миллиарды тонн которого хранятся иод землей. Если добыча нефти на Ближнем Востоке начнет снижаться, и мы больше не сможем получать топливо оттуда, у нас все же останется возможность выкапывать из-под земли уголь. Но ведь зависи­мость от угля будет значительно более опасной с экологиче­ской точки зрения, чем зависимость от нефти, тоже весьма скверной в этом смысле. Замена бензина на уголь многократ­но увеличит проблемы окружающей среды выбросом серы,

ИСТОРИЯ ГИБЕЛИ — ЗАГРЯЗНЕНИЕ образующей серную кислоту, и летучей золы, которая заполняет атмосферу мелкими частицами и вызывает смог.

И даже если у пас есть большие запасы угля, которых хватит более чем на 100 лет (многие эксперты утверждают это, а некоторые заявляют, что и па все 500 леї’) — все равно не стоит их сжигать из-за того ужасающего загрязне­ния, которое они могут причинить.

Не все знают, что уголь и нефть, основные типы углеро — досодержащих топлив, содержат серу. В нефти ее меньше, чем в угле, но она все же есть, и при их сжигании, например, для производства электричества, заодно выделяется и сера.

Она выделяется в форме сернистого ангидрида SO.), кото­рый действует па человеческое здоровье, особенно па респи­раторные органы, подобно N0X. А когда ангидрид попадает в атмосферу, он продолжает окисляться до триокенда серы (SO—) и, соединяясь с дождевой водой, образует серную ки­слоту. которая вместе с дождем проливается на землю.

Есть и еще одна серьезная напасть.

Основным методом производства энергии для нашего тех­нологически развитого общества является получение тепла в процессе сгорания. Мы получаем это тепло, добывая углеродо­содержащие топлива и сжигая их в воздухе — смеси кислоро­да и азота. Основными продуктами этого процесса являются 28

углекислый газ (С02) и водяной пар (Н20). Но одновременно происходят и другие химические реакции, о которых мы зачас­тую не вспоминаем. Азот воздуха соединяется с кислородом, образуя газ N0^. Он представляет собой смесь двух различных газов, окиси азота и закиси азота (КО и N02).

В отличие от С02, NOx атакует нас напрямую. В легких, когда мы вдыхаем загрязненный воздух, он превращается в кислоту. Основной физиологический ущерб N0X причиняет, понемногу пожирая губчатую ткань легких, уменьшая тем самым их объем, и, таким образом, все меньше и меньше кислорода попадает в нашу кровь. В конце концов это может привести к смерти, но сначала человек начинает испытывать недостаток кислорода и страдать от хронических легочных и бронхиальных заболеваний, таких как эмфизема. К примеру в воздушном бассейне южного побережья СШД недалеко от Лос-Анджелеса, главнейшую угрозу человече­скому здоровью составляют как раз К0Х и PAN, кислотосодержа — шли компонент бензина, а отнюдь не С02.

Таким образом, сжигание углеродосодержащих топлив вы­зывает не только нагрев атмосферы и последующий пере­грев планеты; при этом образуются вредоносные вещества, которые губительны для нашего здоровья: они забивают брон­хиальные трубки и способствуют развитию. легочных заболе­ваний. Увеличивающееся количество N0 в атмосфере плане-

ты губит не только нас, но и деревья, которые постепенно теряют сопротивляемость болезням п медленно умирают.

В этой главе мы дадим беглый обзор неблагоприятных процессов. Происходящих в биосфере планеты.

Несомненно, самое главное — покрывало С О у. вызываю­щее парниковый эффект, т. е. нагрев планеты из-за того, что солнечное тепло задерживается в атмосфере. Но откуда берется углекислый газ?

Наши топлива содержат углерод

Когда люди отказались от лошадей и повозок в пользу изрыгающих дым карбюраторных автомобилей, они даже и не задумывались об очистке нефти для повышения мощно­сти машин. Тогда не было ни нефтеперерабатывающих заво­дов, ни тошшвовозов, ни заправочных станций. Другими словами, водить и заправлять автомобили было не таким простым делом, как теперь.

Сегодня мы можем позволить себе удовольствие жить в удалении от рабочих мест и ездить туда каждый день на автомобиле, но при этом нужно помнить, что помимо обыч­ных цей на топливо есть еще и не видимая нашему глазу цена, которую мы платим каждый день за все увеличивающееся потребление бензина. Ту же цену мы платим за сжигание угля при получении электричества пли за переработку угля на синтетическое топливо, которое придется использовать чело­вечеству. когда запасы нефти подойдут к концу. Ведь все основные на сегодняшний день топлива содержат углерод, и, следовательно, воспламеняясь її сгорая, они выделяют СО-, — углекислый газ, вызывающий парниковый эффект.

Долг ‘ие годы углекислый газ рассматривался как безобид­ный, если, конечно, его нс вдыхать в слишком больших количе­ствах, поскольку он не ядовит и нс вызывает рак. К тому же, даже когда С02 выбрасывается в атмосферу в громадных коли­чествах (например, во время извержения вулканов), различные процессы, подобные фотосинтезу, во время которого растения преобразовывают углекислоту в сахара, поддерживают содержа­ние COv в воздухе на приемлемом уровне. Более того, растения и, следовательно, все живое, нс смогут существовать без угле­кислого газа. Так что же плохого в том. что при движении автомобиля в атмосфере добавится немного С02?

Однако к 70-м гг. прошлого века, ученые стали понимать, что громадное количество С02, выбрасываемое в атмосферу автомобилями и фабриками, причиняет вред планете, на кото­рой мы живем, вред очень большой и с годами все более увеличивающийся. Позднее многие люди осознали эту опас­ность. По к несчастью наша топливная и энергетическая систе­мы оказались хорошо развиты, и никто не хотел изменять их.

Мы описали основные способы получения энергии. По этому поводу мы можем сообщить вам две хороших ново­сти: энергия получается достаточно дешевой, и у пас есть все необходимые системы и инфраструктура, чтобы продол­жать и далее использовать нефть, природный газ и уголь.

Плохой же новостью является ТО, ЧЛ’О хотя энергия и дешева, но ее производство отнюдь не безотходно, и, как вы узнаете из последующих глав, применение ископаемых топлив оказывает разрушительное действие на окружающую среду и наше здоровье.

Рассмотрим все но порядку и более детально. Ископаемые топлива образовывались из гниющих деревьев и растений, которые в свою очередь усваивали солнечную энергию в про­цессе фотосинтеза. Поскольку эта энергия уже собрана и упа­кована самой природой, на что ушли миллионы лет, потому-то 24

она н дешева. Можно сказать, что природа преподнесла нам подарок — нечто вроде начального капитала — на основание и развитие цивилизации. Тем не менее, пришло время пере­стать растрачивать наше состояние, не задумываясь о буду­щем. Мы не можем надать до тех пор, пока оно закончится, а затем рыдать и говорить, что нам нужно еще. Запасов иско­паемых топлив осталось на относительно небольшое число лет, и, кроме того, продолжая сжигать их. мы загубим нашу планету и наше здоровье. Согласитесь, что это не слишком мудрая политика.

Мы должны понять, что нам надо перестать рассчитывать на эти запасы топлива в будущем. Надо вкладывать средства в развитие новой, чистой, энергетической системы. Если наши

усилия увенчаются успехом, наше будущее будет спасено. Мы сохраним наши природные богатства — ископаемые топлива — ради того, чтобы использовать их в небольших количествах для производства таких нужных вещей, как атлетические ткани, чернила, аспирин и многих других, которые мы не сможем производить, если запасы ископаемых истощатся.

Энергия атомного ядра, которую рассматривали в качест­ве дешевого источника энергии без вредных выбросов, в навіє время видится совсем не такой, как в конце 40-х и начале 50-х гг. XX века. Сегодня мы видим, что она стала очень дорогой из-за расходов на строительство, управление и содержание атомных электростанции.

Чтобы помять, как можно использовать ядерную энергию, нам для начала нужно узнать немного о строении атома. Он

очень похож на строение солнечной системы, но только на микроскопическом уровне. Атом состоит из двух частей. Ядро — это его центр, «солнце», вокруг которого вращают­ся электроны, совсем как планеты вокруг светила. Как раз электроны и их взаимное расположение создают энергию химической связи. Разница между химической и ядерной энергиями в частности заключается в их количестве, кото­рое можно добыть из одинаковой массы топлива. Энергия, извлекаемая из ядра атома, в миллионы раз больше, чем та, которую мы получаем от электронов. Теперь вы понимаете, почему раньше думали, что ядерная энергия может быть очень дешевой.

После того как люди научились извлекать энергию, заклю­ченную в ядре атома, и использовать се не только в качестве оружия, были построены ядерные реакторы. Они основаны на том же самом принципе, что и паровые двигатели и двигате­ли внутреннего сгорания — энергия атома нагревает жид­кость (обычно вод’), образующийся пар поступает в турбины, вращающие роторы генераторов, производящих электричест­во. Главной особенностью ядерной энергии является то, что в ядерном топливе (уране) содержится больше «запасенной» энергии, чем в угле или нефти, и поэтому нужны сравнитель­но малые его количества. Но у атомной энергетики есть своя громадная проблема — радиация, которая, как известно, вы­зывает рак и чрезвычайно опасна.

Задумывались ли вы над тем, как много устройств в вашем доме используют электричество? Электрические лам­почки. телевизор, музыкальный центр и холодильник — пер­вое, что приходит на ум. Но не стоит забывать и о кофевар­ке. фене, миксере, мясорубке или кухонном комбайне. В офисе или на другом рабочем месте множество задач выпол-

99 ияют использующие электричество компьютеры, и зачастую к каждому из них подсоединен использующий электричество принтер. А ведь еще существуют электрические пишущие машинки, телетайпы, электронные весы и многое другое. По всему миру работы, ранее выполнявшиеся на заводах людьми, теперь все чаще поручаются роботам. II если на банковском документе есть факсимильная подпись, то велика вероятность того, что она была помещена туда с помощью электрической машины — протектографа. У большинства упомянутых вещей есть одно общее — они либо приводятся в действие либо как-нибудь еще зависят от электрического мотора.

Человека, который изобрел электрический мотор пере­менного тока — предшественника нынешних моторов, — звал и Никола Тесла. Благодаря его изобретению, сделанно­му в 1888 г., маловероятно, что маша потребность в элек­тричестве когда-нибудь начнет снижаться. Поэтому мы дол­жны знать, кгік производится электричество.

Сегодня, как и в демонстрационных проектах XLX столетня, получение электрической энергии основано на угле. В 1866 г. Йохан фон Сименс изобрел динамо-машину, способную превра­щать тепловую энергию горящего угля в электричество. Сгорая, уголь нагревал воздух, который расширяясь, с силой толкал поршень, заставляя его вращать ротор, на котором были навиты провода. При вращении витка провода в магнитном поле в нем появлялся электрический ток. Принцип динамо-машины до сих пор остается одним из основных способов получения электриче­ства, используемого нами для приведения в движение мол’оров, от которых мы так зависим, не говоря уже об устройствах вроде лампочек и телевизоров, где моторов нет.

Электричество — замечательный и гибкий носитель энер­гии, но все же не стоит губить окружающую среду ради наших стиральных машин или офисного оборудования. По­этому мы должны найти способ производить электричество, не производя загрязнение.

В паровом двигателе Ньюкомена огонь полыхал снаружи котла, пламя лизало его оболочку, нагревая и испаряя воду внутри. Это было чересчур расточительно, потому что зна­чительная часть тепла уходила в воздух, а конструкция Двигателя была громоздка. Спустя некоторое время появился

От пара к внутреннему сгоранию

более компактный двигатель внутреннего сгорания, тот са­мый, который работает и в современных автомобилях.

Новый двигатель оказался более сложным в конструкции, потому что тепло должно было получаться в серии очень быстрых вспышек — одна вспышка на один ход поршня. Пар уже не годился, и для достижения успеха потребовалось соединить в цилиндре два газа, образовав взрывающуюся смесь, которая при расширении двигала поршень и вращала колеса. Повторяя такие взрывы с частотой примерно 50 раз в секунду, можно привести в движение автомобиль.

В двигателе внутреннего сгорания применяют смесь па­ров бензина и кислорода из воздуха. Искра заставляет их взрываться, и в результате газы (продукты сгорания), значи­тельно более горячие, чем холодные пары бензина и кисло­род, стремятся занять как можно больший объем (потому что при нагревании газы расширяются). И опять же, двигать поршень — единственный способ сделать это. Поршень в свою очередь вращает коленчатый вал, который передает движение колесам.

Томас Ньюкомен одним т первых постарался заменить лошадь и повозку чем-то более совершенным и где-то около 1712 г. изобрел первый применимый на практике паровой дви­гатель. Это было однопоршневое устройство, которое приво­дилось в движение паром из котла, нагреваемого горящим уг­лем. Двигатель был предназначен для откачивания воды из 20

шахт. Это изобретение оказалось не только полезным для шах­теров. но и предвосхитило все последующие паровые двигатели.

Но мистер Ныокомеп пс мог и представить себе, что его блестящее изобретение, так же как и все последовав­шие за ним, будет выбрасывать в воздух диоксид углерода (углекислый газ). Через годы, но мере того как уголь и дрова, а позднее нефть и газ, сжигались, углекислый газ и другие химикаты понемногу накапливались в атмосфере и стали задерживать тепло. Такое явление теперь известно жителям планеты под названием парникового эффекта.

От насосов до поездов

Когда мы сжигаем уголь пли дрова, то получаем тепло. Но как тепло — одна из форм энергии — превращается в механическую энергию, пригодную для совершения работы?

Идея машины Ныокомсна состояла в том, что вода на­гревалась и кипела, а образующийся нар под давлением пода­вайся в цилиндр с поршнем внутри. Когда пар под большим давлением попадал внутрь, он сразу пытайся вырваться нару­жу, и единственным выходом для него было толкать пор­шень, вращая, таким образом, вап насоса. Если бы поршень был соединен с колесом, а не с насосом, колесо бы крути­лось. Именно так и работай двигатель первого паровоза «Ра­кета», изобретенного в 1814 г. Джорджем Стефенсоном.

При выполнении какой-либо работы древние люди могли рассчитывать только на свои мускулы. Первой попыткой заме­нить свои собственные мускулы было приручение животных, в первую очередь, лошадей, которые могли таскать повозки. ‘Гак мы начали измерять энергию в лошадиных силах — по числу лошадей, которых необходимо впрячь для выполнения работы.