Не существовало какого-то глобатьного плана, согласно ко­торому человечество училось использовать энергию — все произошло само собой. Поскольку наша потребность в энергии росла, постольку вырастало и ее производство, начиная от собирания сухого навоза дикарями и кончая технологиями се­годняшнего дня, основанными на нефти, газе и угле. Энергия дает нам тот комфорт, к которому мы все привыкли — и свет, и тепло: с ее помощью мы можем путешествовать на далекие расстояния по суше, воздуху и воде; строить фабрики и работать на них; производить облегчающие труд машины, начиная от посудомоечных и компьютеров и заканчивая элек­трическими зубными щетками. Однако пока потребление энер­гии рос/ю и становилось все более и более комплексным, никто не обращал внимания на тот ущерб, который причи­няется нашей планете.

В этой главе мы дадим краткое объяснение тому, что такое энергия и как мы получаем ее сегодня. Сначала же попытаемся дать определение энергии. Это не гак уж и просл’о. все равно, что попытаться описать призрака. Мы не можем точно указать на энергию, не можем взвесить ее, но. глядя вокруг, вполне можем догадаться, что она рядом.

• Например, тепло — это не только источник обогрева. С помощью тепла можно вскипятить воду it получить пар, который будет крутить турбину электростанция и про­изводить электричество. Таким образом, мы видим, что тепло является энергией.

• Голыми руками трудно гнуть металл, по когда две маши­ны сталкиваются, их металлические части сминаются. В столкновении высвобождается энергия движения или кине­тическая энергия, и ее достаточно, чтобы разбить машину.

• Еще одним хорошо всем известным источником энергии является запасенная (внутренняя) энергия. Она скрыта,

например, в угле, потому что, когда мы его сжигаем її он соединяется с кислородом из воздуха, появляется тепло. Оно кипятит воду, пар вращает турбину, и в результате мы получаем электроэнергию.

Итак, вы уже узнали о трех основных видах энергии — тепловой, кинетической и внутренней. Но есть еще два вида энергии, которые связаны с предыдущими тремя, — химиче­ская и электрическая.

• Химическая энергия — это один из видов внутренней энергии, которая запасена в угле. Она высвобождается только во время химической реакции при соединении кислорода и угля. Этот процесс мы обычно называем горением.

• Электрическая — еще один вид энергии. При протекании некоторых химических реакций в веществе высвобожда­ются электроны, создающие электрический ток. Источни­ком электричества, производимого таким образом, являет­ся, например, обычная батарейка. Электроэнергия также может быть получена при вращении витка проволоки в магнитном поле — так работает динамо-машина. И наобо­рот, электричество может создавать магнитное ноле, по этому принципу работает электромотор, например, лифта.

Таким образом, существует множество видов энергии, и по мере того, как человеческое общество развивалось, раз­вивались и способы ее получения и использования. Как вы поймете из последующих глав, наша основная беда заключа­ется в том, что большинство топлив, используемых для получения необходимой нам энергии, содержат углерод.

Все чаще и чаще мы узнаем из средств массовой инфор­мации, слышим и частных разговорах, что наша атмосфера загрязняется и гибнет под действием факторов, находящихся вне нашего контроля, но в появлении которых мы принимаем самое живое участие. Например, мы все слышали о парнико­вом эффекте, о том, что на Земле понемногу становится теплее, и моря постепенно выходят из берегов из-за того, что полярные льды тают. Но происходит нс только это. Дождь, который должен проливаться бальзамом на измученную жа­рой землю, несет с собой все больше и больше кислот — в озерах погибают рыбы, гибнут леса и даже здания развалива­ются. уступая атакам кислотных дождей. И чем больше за­грязнение, тем больше страдает здоровье. людей.

В то же время правительства всех стран встречают такое наступление на атмосферу лишь обещаниями и незначительны­ми неотложными действиями. Главные из них — «изучение последствий», и ото в л’о время, когда — как утверждается в этой книге — последствия хорошо известны уже давным-давно.

Время от времени обещаются и природоохранные меры: уменьшение содержания серы в топливе, увеличение высоты заводских труб, чтобы дым уносило подальше от городов. Но о главной проблеме никто не вспоминает — нам нужно избавиться от углерода в используемых нами сейчас топли­вах, чтобы они не производили углекислый газ. тот самый, который в ответе за глобальное потепление.

Если мы посмотрим на топлива как на химические со­единения, то увидим, что в основном они состоят ив двух элементов — водорода и углерода. В действительности из них двоих для получения энергии нам нужен только водо­род, ведь именно он, соединяясь с кислородом воздуха во время горения (как раз в процессе горения н производится тепловая энергия, которую мы используем не только для обогрева, по и для получения наиболее универсальной ее формы — электрической), даст в результате безвредный водяной пар. Тем не менее, поскольку углерод (как и дру­гие химические элементы) содержится в ископаемых топ­ливах, используемых в настоящее время, он присутствует в выхлопных газах и выбросах труб в форме газообразного диоксида углерода (углекислого газа или СО.,).

В течение многих лет огромное количество СО, было выброшено в атмосферу. Он действует так же. как и стек­ло в парнике, задерживая тепло внутри атмосферы Земли, что приводит к глобальному потеплению. Пока что этот эффект не велик, быть может полградуса или около того, по постепенно температура будет повышаться. Летние ме­сяцы в последние годы показывают, что заметное потепле­ние уже не за горами, и, поскольку продолжается использо­вание содержащих углерод топлив, мы не можем ожидать от будущего ничего, кроме усиливающейся удушливой жа­ры. В этой книге мы попытаемся раскрыть причины потеп-

лешія и расскажем о том, что может случиться, если чело­вечество и дальше будет использовать углеродные топлива на транспорте и фабриках. Мы попытаемся перейти от подобного мрачного сценария к более радостному, покажем, что нет необходимости в применении таких топлив, ведь их можно заменить другими, не содержащими углерод, источ­никами энергии. Это забота правительства, но так произой­дет только в том случае, если мы, простые люди, настоим на переменах. Наши оппоненты могут возразить, что пере­мены обойдутся слишком дорого, но это не так. Просто нужно переходить на чистые топлива постепенно, и тогда мировая экономика не испытает потрясений.

Таким образом, суть этой книги проста. Если мы будем продолжать сжигать содержащие углерод топлива, то погу­бим себя удушливой жарой. Но этого можно избежать. Свободные от углерода топлива существуют, они готовы к массовому использованию, однако люди должны потребо­вать начала их производства. Все средства для этого в ваших, читатели, руках.

2-75

Среди книг, посвященных водородной энергетике, эта зани­мает особое место. Во-первых, потому что двое из трех ее авторов принадлежат к кругу «отцов-осиователей» этой кон­цепции и Международной ассоциации водородной энергетики (МАВЭ), объединяющей специалистов многих стран, во-вто­рых, потому что книга рассчитана на самые широкие круги читателей, главным образом на тех, кто впервые узнает об этой проблеме. Несмотря на то, что первое издание этой книги вышло более 10 лет назад, она не только не устарела, но ее актуальность со временем возрастает в связи с суще­ственным развитием новых водородных технологий. Многое из того, о чем авторы говорили в 1991 г. как о перспективе, сегодня существует в виде промышленных, опытно-промыш­ленных или экспериментальных изделий. В ряде стран возник­ли фирмы, специализирующиеся в этой области, начинает фор­мироваться международный рынок новых водородных техноло­гий. Водородная энергетика, воспринимавшаяся многими спе­циалистами 25 лет назад как далекая иолуфантаетическая пер­спектива, сегодня характеризуется в научных, промышленных и правительственных кругах многих стран как необходимая составляющая энергетики близкого будущего. В США, Канаде, Германии, Японии, Китае и многих других странах приняты и реализуются обширные государственные программы исследова­ний и разработок в области водородной энергетики н техноло­гии. В рамках международного сотрудничества рядом стран выполняются крупные исследовательские проекты, такие как «Международная экологически чистая энергетическая система, использующая водород» (WE-.NET, Япония), «Солнечно-водород­ная энергетика» (HYSOLAR, Германия и Саудовская Аравия), «Евро-Квебек гидроводородный пилотный проект» (страны ЕЭС и Канада), «Европейский водородный проект» (страны ЕЭС) и ряд других. Понятно, что столь крупномасштабные и социаль­но значимые исследовательские программы и проекты не мо­гут должным образом выполняться без активной поддержки общества. Такая поддержка существует и расширяется: в США, Канаде, Германии, странах ЕЭС, Китае, Аргентине. Корее, Ин­дии и многих других странах существуют общественные орга­низации, поддерживающие это направление, — национальные

ассоциации водородной энергетики, работающие во взаимодей­ствии между собой, а также с МАВЭ и Европейской ассоциаци­ей водородной энергетики. Большой вклад в организацию широ­кой общественной поддержки этого направления принадлежит научно-популярным изданиям, среди которых книга Н. Т. Вези — роглу, Дж. О. М. Бокриса и Д. Смит является наиболее распро­страненной и цитируемой. Это одна из главных причин, побу­дивших нас перевести эту книгу и сделать ее максимально доступной российским читателям.

Российские специалисты имеют серьезные достижения в области создания новых экологически эффективных водород­ных технологий. О некоторых из них рассказано в этой книге. Первый самолет-лаборатория на жидководородном топ­ливе, крупнейший ракетный комплекс «Энергия-Буран» и ин­фраструктура обеспечения его жидким водородом, экспери­ментальный водородный гиперзвуковой прямоточный реак­тивный двигатель, новые нлазмохимичеекне технологии про­изводства водорода, экспериментальные автомобили различ­ных типов на водородном топливе и бензо-водородных сме­сях, экспериментальные водородо-кислородные парогенерато­ры, опытные образцы топливных элементов различных типов и промышленные щелочные топливные элементы специально­го назначения для морского флота и ракетно-космических систем, новые типы сплавов-поглотителей водорода и опыт­ные образцы металлегидридных аккумуляторов водорода — вот далеко не полный перечень того, что создано отечествен­ными учеными и инженерами к концу XX столетия. Сегодня большинству из тех, кто это создавал, за пятьдесят, н успеш­ное развитие этого направления в дальнейшем в нашей стра­не зависит не только от обеспечения достойного финансиро­вания этих работ со стороны государства, но и от того, насколько активно будут участвовать в этих работах молодые исследователи и инженеры. Если эта небольшая книга будет способствовать привлечению их к этому перспективному на­правлению разработок и поможет обществу осознать большую социальную значимость этих работ, авторы, переводчик и издатели будут считать свою задачу выполненной.

С. П. Мал шлепки. заместитель председателя Координационного совета по водородной энергетике и технологии Минпромнауки РФ

При подготовке этой книги многие оказали нам помощь и поддержку. Мы с благодарностью отмечаем проявленный интерес и советы исследователей, наших коллег, и в их числе Найджела Пакхэма и Джефри Васса из Техасского университета, Роберта Дж. Адта, Франо Барбира, Джерома Катца, Акиры Митсуи, Гарольда Дж. Пласса, мл., Шерифа А. Шерифа и Майкла Р. Свейка из Манамского университе­та, Питера Хоффмана и Куртиса А. Мура из Вашингтона. Особая благодарность нашей весьма талантливой художни­це Хейди Вейс за ее высокохудожественные выразительные иллюстрации.

Хотелось бы также выразить нашу искреннюю призна­тельность за перепечатку рукописей Донне Дж. Пресли и Джейни Лейманп.

И в конце, но отнюдь не в последнюю очередь, мы хотим сказать спасибо своим супругам за их поддержку и понимание в течение всего процесса создания этой книги.

Джон Бокрпс Неджат Везироглу Дебби Смит

Джон О’М. Бокрис

С 1983 г. является почетным профессором Техасского уни­верситета. Будучи родом из Южной Африки, ом закончил Имперский колледж в Лондоне, где и проводил свою исследо­вательскую работу вплоть до отъезда в США в 1953 г. После того, как почти два десятилетия он состоял профессором на химическом факультете Пенсильванского университета, был назначен главой факультета физической химии во Флнндер — совском университете в Южной Австралии, где в 1975 г. стал одним из организаторов Международной ассоциации по водо­родной энергетике. За свою деятельность профессор Бокрис был неоднократно удостоен многих международных наград, яаляется автором большого числа книг и статей.

Т. Неджат Везироглу

Директор Института исследования проблем чистой энер­гетики при Майамском университете и главный редактор Международного журнала но водородной энергетике. Он родился в Турции, учился в Имперском колледже в Лондо­не. В 1962 г. стал работать на инженерном факультете университета Майами и занимал там ряд должностей вплоть до того, как стал директором Института исследования про­блем чистой энергетики. Доктор Везироглу в 1974 г. орга­низовал первую международную конференцию по водород­ной энергетике и был одним из организаторов Междуна­родной ассоциации по водородной энергетике, основанной в 1975 г. Он написал множество научных статей, выступал с лекциями по всему миру и получил несколько междуна­родных наград за свои исследования.

Дебби Смит

Стала активисткой движения против загрязнения окру­жающей среды в 1968 г., когда будучи еще школьницей написала письмо губернатору Рональду Рейгану, протестуя против загрязнения атмосферы в воздушном бассейне Лос — Анджелеса. где она тогда жила. В 1981 г. она стала асси­стентом, а с 1985 г. — консультантом в Центре водород­ных исследований Техасского университета. Кроме того, она является консультантом Центра электрохимических и водородных исследований, лоббистом ио водородным ис­следованиям и разработкам, менеджером Национальной во­дородной ассоциации США.

Запасы ископаемых топлив (то есть нефти, природного газа и угля), которые сейчас покрывают большую часть мировых потребностей в энергии, быстро истощаются. Ожи­дается, что в течение 20 лет добыча нефти и угля достиг­нет своего пика, а затем начнет снижаться. И хотя запасы угля велики (их может хватить на несколько сотен лет), вполне возможно, что мы не сможем их использовать, поскольку хотим защитить окружающую среду.

У ископаемых топлив есть и другой недостаток. Продук­ты их сгорания вызывают такие глобальные проблемы как парниковый эффект, деградацию озонового слоя, кислот­ные дожди и загрязнения, причиняющие окружающей среде громадный ущерб, угрожая в конечном счете жизни на нашей планете. Основной результат сгорания ископаемых топлив — выбросы углекислого газа (ССЬ) — вызывает изменения климата, которые в свою очередь приводят к природным бедствиям, например, более мощным и частым ураганам, наводнениям и засухам. Эти катастрофы подры­вают мировую экономику. Страховые компании, устав те­рять с начала 1980-х годов деньги на выплаты компенсаций за ущерб от подобных бедствий, уже отказываются страхо­вать промышленные предприятия, деловые начинания, зда­ния и дома в определенных географических районах и (или) увеличивают размеры взносов.

Более четверти века тому назад на Майамской конфе­ренции по водородной энергетике и экономике (THEME, 18—22 марта 1974 г.) небольшая группа ученых выступила с предложением о создании Водородной Энергетической Системы в качестве решения взаимосвязанных энергети­ческих и экологических проблем.

Водород является чрезвычайно эффективным и чистым топливом. Сжигая его, мы не будем производить никаких парниковых газов, никаких химикатов, разрушающих озоно­вый слой, никаких веществ (или существенно меньшее их количество), вызывающих кислотные дожди н загрязнение окружающей среды. Водород, полученный с помощью возоб­новляемых источников энергии, даст нам вечную энергети­ческую систему, которую больше не нужно будет изменять.

Предлагаемая книга в доступной для широкого круга читателей форме описывает основные идеи Солнечно-Водо­родной Энергетической Системы. Прочитав ее, Вы тоже станете сторонником водородной энергетики. Книга уже переведена на китайский, японский, польский и испанский языки. Ее русский перевод поможет донести концепцию Солнечно-Водородной Энергии до значительной части насе­ления мира, что, несомненно, поможет ускорить переход к водородной экономике и ее достойному будущему челове­чества.

Т. Неджат Везироглу

Сила, способная спасти мир

Предисловие к первому изданию

Уровень загрязненности атмосферы медленно, но непре­клонно повышается, в результате чего серьезно разруша­ется биосфера Земли — единственной известной нам пла­неты, пригодной для жизни. Последствия глобапьного поте­пления, кислотных дождей и прочих загрязнителей необъ­ятны и, в большинстве своем, разрушительны для людей, живущих на ней, а также для ее флоры и фауны.

Содержание углекислого газа и других загрязнителей, таких как угарный газ, окислы серы или азота, углеводоро­ды, сажа и копоть, увеличивается из-за того, что мы добы­ваем энергию, сжигая нефть, природный газ и уголь. Нам необходимо покончить с зависимостью от ископаемых топ­лив, которые день за днем ухудшают экологическую обста­новку.

В этой книге впервые дается подробное и ясное описа­ние того, ЧТО МОЖЕТ БЫТЬ СДЕЛАНО для разрешения проблемы, а также как Вы, читатель, можете участвовать в этом.

Джои Бокрис Неджат Везироглу Дебби Смит