Главный рассматриваемый нами источник энергии — энергия Солнца — является наиболее экологически мягким из всех воз­можных, ведь именно солнечный свет дает жизнь нашей планете. Но стоит только задуматься о безопасности носителя этой энер­гии — водорода, как на память сразу приходит известная катаст­рофа дирижабля «Гинденбург». Говорят, что водород приводит к взрывам и грандиозным пожарам, что это очень опасное топли­во. Тем не менее, опровергая это мнение, многие исследования показывают, что водород является относительно безопасным.

Не откладывая этот вопрос в долгий ящик, можно заме­тить, что исследования, проведенные НАСА, крупнейшим по­требителем водорода в мире, подтвердили, что. если учесть все факторы, водород окажется самым безопасным топливом по сравнению с другими, такими, например, как нефть.

Были проведены исследования относительно того, сколько времени занимает развитие новых технологий. Их результаты могут вам весьма не понравиться, если вы разделяете курс на получение сиюминутных удовольствий. Они показывают, что с того момента, когда ученые публикуют идею, до появления на рынке товаров, основанных на ней, проходит почти 75 лет. С момента, когда инженеры берутся за идеи ученых, начина­ют строить модели и проверять, как они работают, проходит 50 лет, прежде чем продукция появляется в магазинах. А с того времени, когда какая-нибудь компания принимается за 124 модель и начинает создавать коммерческий продукт, до нача­ла его продал; может пройти лет 15 или чуть меньше.

Конечно, в зависимости от обстоятельств, эти временные рамки могут изменяться, например, в ходе Второй мировой войны автомобильные заводы превращались в танковые за шесть месяцев, оружие разрабатывалось и производилось ус­коренными темпами. Чувство грозящей опасности может объ­единять народы. И именно это чувство поможет разработать экологически чистые топлива, превратить заводы и фабрики из использующих грязные ископаемые топлива в работающие на чистой солнечно-водородной энергии. Нам нужно почувст­вовать надвигающуюся опасность, и тогда мы прекратим ту войну, которую ведем против собственной планеты.

Если говорить о водородном топливе, то сейчас основное направление исследований лежит в области поиска наилуч — шнх способов его хранения. Например, выдержат ли конст­руктивные материалы различные погодные условия? Сколько времени пройдет прежде, чем они износятся?

Другое направление исследований — утечки через стенки трубопроводов, которые всегда возникают при транспорти­ровании на дальние расстояния. Водород будет просачиваться куда активнее, чем природный газ, поскольку его молекулы значительно меньше и легче и могут проникать сквозь малей­шие трещинки. Возможно, трубы надо покрывать пластиком, но мы пока не знаем каким именно.

Еще множество вопросов требуют ответов, но мы знаем, что технология получения экологически чистого водородного топлива, способного заменить загрязняющие окружающую среду ископаемые топлива, уже существует. В настоящее время увидели свет опытные проекты — автомобили, мотоциклы, мопеды, самолеты и угледобывающие комбайны, хорошо ра — ботающие на водороде. Но пока это только единичные экзем­пляры. они были разработаны или переделаны из обычных ради того, чтобы продемонстрировать, что они могут рабо — тать. Чтобы начать их массовое производство п перестроить инфраструктуру трубопроводов, потребуются затраты в согни миллионов долларов в год.

Эта колосальная сумма на самом деле незначительна, если мы учтем, во сколько человечеству обходится ужасающий ущерб, причиняемый загрязнением окружающей среды, кото­рый оценивается в сотни миллиардов долларов в год. Исправ­ление последствий загрязнения должно стать задачей прави­тельств и (или) промышленности, но кто на самом деле платит за это? Налогоплательщики и покупатели — мы с вами — посредством растущих налогов и цен. Как видим, жесткая логика экономики должна помочь нам в том, чтобы заставить правительства сменить политику в пользу повой, чистой энергетики.

Солнечная энергетика — одна из ожидающих нас новых экологически чистых отраслей промышленности. Настало время, когда энергия солнца уже готова прийти к нам на помощь, пусть пока и не на массовый рынок. Мы, например, уже знаем, что ее можно собирать и конвертировать в электриче­скую. По остается еще много нерешенных вопросов. Скажем, смогут ли солнечные панели, похожие на те, что располага­ются на крышах некоторых домов, дать энергию целому горо­ду? Будут ли они работать в солнечные дни при повышенной влажности так же хорошо, как они работают в сухую погоду? Если солнечное электричество будет использоваться для раз­ложения воды и получения водорода, будет ли этот водород в крупномасштабном производстве конкурентоспособен но срав­нению с ископаемыми топливами?

Как только люди видят, что нечто окажется выгодной переменой, они неизменно желают, чтобы эта перемена про­изошла как можно быстрее — они спешат за сиюминутной выгодой. Многие ожидают, что когда они голосуют, все, за что они подают свой голос, произойдет практически мгновен­но или, по крайней мере, в следующем году. К сожалению, нам приходится констатировать, что изменить нашу топлив­ную систему за столь короткий срок просто невозможно, хотя, конечно, начало вполне может быть положено.

Новым технологиям нужно время, чтобы войти в нашу жизнь. И хотя некоторые изделия, использующие солнечную энергию, уже вполне доступны (калькуляторы, освещение дворов и водяные нагреватели на крышах), чтобы перейти к крупномасштабному производству водорода по всему миру, нужны дополнительные исследования в этой области. Не­смотря на то, что водород уже долгие годы используется как топливо в космических программах, нужны новые изы-

скания, прежде чем эта технология выйдет на обычный рынок, став более доступной и удобной.

Для космической программы самым важным было не столько производство ракет с наименьшими затратами, сколько создание средств, способных вывести космический корабль на орбиту или отправить человека на Луну. Современные космические корабли, космические челноки «Шатлы» были разработаны уже с учетом их стоимости, они должны были использоваться мно­гократно и выдерживать экстремальные температуры и пере­грузки, возникающие при преодолении притяжения Земли или при возвращении обратно. Естественно, обычным людям нс нужно такое сложное транспортное средство, как ракета или ЛНатл», вместо этого они нуждаются в доступном и массовом транспорте, надежном во всех возможных условиях и работаю­щем одинаково повсюду — в Гонолулу, Москве или Тимбукту.

В этой книге мы пропагандируем то, что может стать величайшей переменой в истории нашей техники — смену топлива. Однако может оказаться так, что с загрязняющими окружающую среду ископаемыми топливами будет покопчено не благодаря действиям правительств, а из-за давления избира­телей — вас. читатели. И прежде, чем появятся какие-нибудь плоды ваших трудов, нужно будет преодолеть немало преград:

• донести до людей правду о солнечно-водородной энерге­тике;

» сменить приоритеты правительств;

• решить множество научных задач;

• бить тревогу по ПОВОД}’ проблем окружающей среды.

Водород станет идеальным топливом и для кораблей, в особенности благодаря своей способности соединяться с гпд — ридными сплавами. Чтобы понизить расположение центра тя­жести и обеспечить устойчивость, судну нужен балласт, и обычно этот дополнительный вес создастся с помощью тя­желого металла. В случае кораблей с водородным топли­вом гидриды позволяют убить двух зайцев одним выстре­лом — они создают балласт, который одновременно явля­ется и топливным баком. Конечно можно использовать и сжатый газ и (или) жидкий водород, направляя их в газо­вую турбину, двигатель внутреннего сгорания или (что нанбо — лее эффективно) в топливный элемент для приведения суд­на в движение и получения энергии на прочие нужды.

Предполагается, что супертанкеры могут транспортиро­вать водород из стран солнечного пояса в промышленно развитые районы в виде жидкости, примерно так, как сей­час танкеры перевозят сжиженный природный или попут­ный газ. В этом случае все равно будет нужен водород, запасенный в гидриде, расположенном в качестве балласта вдоль киля корабля. Ведь даже в жидком состоянии водо­род очень легок, примерно раз в десять легче нефти, и его веса недостаточно, чтобы придать устойчивость кораблю.

Водород — идеальное топливо и для подводных лодок. В настоящее время неядерные подводные лодки приводятся в дви­жение дизельными двигателями в надводном плавании и ки­слотно-свинцовыми электрическими батареями — под водой. В Германии разработана подлодка, которая работает на водородно­кислородных топливных элементах. Водород хранится в гидри­дах, обеспечивающих необходимый лодке балласт, а кислород — в жидком виде в теплоизолированных емкостях. Лодка ра­ботает на водороде и кислороде, полученных из воздуха, по время надводного плавания и на водороде и жидком кислороде под водой. Она работает намного тише, чем обычные дизель­ные субмарины; может дольше находиться под водой (что весь­ма важно с военной точки зрения); на ней нет опасных химика­тов, подобных тем, что используются в кислотно-свинцовых батареях, вырабатывающих загрязняющие вещества, поэтому впол­не безопасна дія моряков и окружающей среды.

Пробные погружения первой водородной подлодки весьма заинтересовали представителей Германского военно-морского флота, которые заявили, что водород будет обязательно ис­пользоваться в следующем поколении субмарин.

Существует идея постройки больших водородных подвод­ных лодок для осуществления коммерческих перевозок.

Субмарины на водородном топливе смогут избегать штор­мов. погружаясь и проходя под водой районы волнения.

Наибольшим преимуществом водородных кораблей, танке­ров и всей солнечно-водородной энергетической системы бу­дет, конечно, то, что в случае какой-нибудь катастрофы окру­жающей среде не будет нанесен ущерб, который происходит каждый раз, когда по поверхности моря разливается нефть.

Водород не остается на воде подобно нефти, поскольку оп очень быстро испаряется и просто растворяется в воздухе. В случае пожара образуется простой водяной пар — никакого ядовитого угарного газа и удушливого дыма, из-за которых теряют сознание погорельцы и пожарные.

В апреле 1989 г. танкер «Эксон Вальдез» наскочил на риф в заливе принца Уильяма на Аляске, пролив в море более 10 млн галлонов (37,85 млн л) сырой нефти, которая покрыла собой почти 2,5 тыс. км — водной поверхности, в результате чего погибло огромное количество рыб, млекопитающих II птиц. Уче-

пые. изучающие разливы нефти, утверждают, что последствия этой катастрофы будут ощущаться в течение 10—12 лет. И никто не может дать гарантию, что такие аварии не будут происходить и впредь.

Но когда мы перейдем на солнечно-водородную энергети­ческую систему, нам уже не нужно будет волноваться по поводу катастроф вроде крушения «Эксон Вазьдез».

В прошлом персональным транспортом были ослы и лошади, но сейчас, особенно в богатых западных странах, большинство людей используют в этом качестве автомобили. На них мы ездим на работу, за покупками и на отдых, практически везде! И если мы нс переведем их на использование водородного топлива, наша единая со; ше чі ю-в о до родная система будет неполной.

У водорода есть уникальное свойство, делающее его идеаль­ным топливом для автомобилей: он горит в обедненной смеси. Бензин и другие нефтепродукты, природный газ и прочие углеводороды загораются только в обогащенной смеси, то есть, чтобы добиться хороших результатов, смесь топлива с возду­хом должна быть весьма насыщенной. Когда вы. например, останавливаете машину перед светофором или просто замед­ляете движение, потребность в мощности снижается, однако подача бензина в двигатель уменьшается не пропорционально действительно необходимой мощности. Следовательно, значи­тельная часть топлива используется впустую. Если снизить его подачу, горение может прекратиться, и двигатель заглохнет.

Однако поскольку водород горит даже в обедненной сме­си. мы вполне можем существенно уменьшить его подачу в двигатель в случае остановки у светофора или при снижении скорости, не расходуя его понапрасну. Поэтому водородные автомобильные двигатели па 60 % эффективнее, а заодно экологически чище своих бензиновых аналогов.

Уже сегодня разработаны не слишком громоздкие системы на топливных элементах, с помощью которых автомобили смогут работать еще более эффективно, чем па двигателях внутреннего сгорания как водородных, так п бензиновых. Водородные автомобили на топливных элементах могут ока­заться в два, а то и в три раза более экономичными, чем сжигающие бензин.

По всему миру создаются экспериментальные легковые ма­шины и автобусы с водородными двигателями внутреннего сго­рания. работающие па топливных элементах. Специалисты Май­амского университета Адт и Свен впервые переделали автомо­биль под водород еще в 1972 г. Городской автобус, работающий на водороде, начал ходить в 1975 г. в Риверсайде, штат Кали­форния. с целью изучения пригодности водорода для решения проблемы смога в Лос-Анджслссс. В Берлине целый парк авто­мобилей «Мерседес», разработанных компанией Даймлер-Бенц, успешно работает на водороде с 1985 г. Работы успешно прово­дятся в Канаде, США, Японии, Германии и других странах, где выпущено множество модификаций водородных автомобилей.

Единственной преградой широкому распространению та­ких машин является сегодняшняя высокая цена на водород, которая в два-три раза дороже бензина. Однако если вы учтете ущерб, причиняемый ископаемыми топливами окру­жающей среде, и более высокую эффективность водорода, ОН окажется более приемлемым, чем обычные топлива.

Как уже упоминалось ранее, водород может храниться в трех видах: как сжатый газ в емкостях высокого давления, в жидком состоянии в теплоизолированных сосудах и в гидридах — хими­ческом соединении с некоторыми металлами и сплавами. По­следний метод уникален для водорода — никакое другое топли­во не может храниться подобным образом. Гидридообразующие металлы и сплавы впитывают его, как губка волу. Другими словами они могут очень компактно хранить водород.

По всему миру продолжаются исследовательские и конст­рукторские работы с целью определить, какой способ будет ианлучшим для водородных автомобилей. Существуют демон­страционные проекты для каждого из упомянутых способов. Например майамский автомобиль использовал сжатый газ, рпверсандскпй автобус хранил топливо в гидриде, а некото­рые немецкие прототипы применяли сжиженный водород.

Хотя во многих странах, например в России, Англии и Франции, железные дороги полностью или частично электри­фицированы. в США и некоторых других государствах они напрямую зависят от дизельного топлива. Учитывая, что запа­сы нефти в будущем могут иссякнуть, и ущерб окружающей среде, который она причиняет, значителен, в качестве аль­тернативы рассматриваются другие виды топлива, в том чис­ле и водород.

Железные дороги потребляют до 1,5. % всех ископаемых топлив, добываемых в мире, в основном в виде дизельного топлива. Однако по ним перевозят до половины всех насып­ных грузов, а это говорит о том, что железные дороги — самый выгодный вид транспорта по сравнению с прочими.

Бее электрифицированные железные дороги так и просятся, чтобы их включили в состав солнечно-водородной энергетиче­ской системы. С другой стороны, рассматривая возможность электрификации железнодорожной сети, например в США, нужно учитывать в какую сумму это обойдется. Переход может быть оправдан только там, где существует интенсивный график пе­ревозок, например от Вашингтона в Нью-Йорк и Бостон.

Там, где большие инвестиции в электрификацию не могут быть оправданы экономически, возможной альтернативой мо­гут явиться локомотивы на водородной тяге. Исследования, проведенные такими организациями как Федеральное управ­ление железных дорог США и Американская ассоциация же­лезнодорожников, производителями локомотивов и железно­дорожными компаниями, показывают, что нет никаких суще­ственных технических проблем, препятствующих переходу на водородное топливо.

Водород уже многие годы повсеместно перевозится в ви­де криогенной жидкости в специальных теплоизолированных цистернах, значит можно вполне безопасно работать с жид­ким водородом в обычных условиях.

Канадские железнодорожники и производители локомоти­вов уже работают над демонстрационным проектом водород — но-дизелыго-электрического поезда, который будет курсиро­вать между Торонто и Виннипегом по Канадской Тихоокеан­ской дороге.

Для локомотивов применение двигателей па водородных топливных элементах может оказаться весьма практичным. Топливные элементы, работающие на водородном топливе, — хорошая альтернатива обычным дизельным двигателям, так как они экологически чище и эффективнее.

Из-за своего малого веса и высокой теплоты сгорания водород является идеальным топливом и для самолетов, как обычных, так и аэрокосмических, которые смогут летать и в атмосфере, и за ее пределами. 15 апреля 1988 г. недалеко от Москвы был осуществлен первый полет пассажирского самолета Ту-155 с водородным двигателем. Он был оснащен двумя установками — один двигатель работал на водороде, а другой на обычном реактивом топливе (ископаемого проис­хождения) и нес на борту бак с жидким водородом, а также систему его контроля и подачи. Самолет взлетал и призем­лишся на обычном топливе, а водород использовался во время основного полета. Впоследствии этот самолет-лаборатория вы­полнил множество полетов на водороде и сжиженном природ­ном газе, что позволило накопить громадный опыт по разра­ботке самолетов на криогенных топливах, используемый как в России, так и в других странах, например, Германии.

Через два месяца после полета советского самолета. 17 июня 1988 г., недалеко от местечка Форт Лаудердейл во Флориде отставной пилот компании Пан Американ Билл Кон­рад осуществил полет на одномоторном водородном самоле­те. И пусть этот полет продолжался всего 36 с. по самым важным было то, что самолет приводился в движение только водородом — н во время взлета, и в полете, и при посадке, поставив, таким образом, новый рекорд.

Сначала мистер Конрад планировал вырулить по взлетно — посадочной полосе к месту старта, затем оторваться от зем­ли и облететь несколько раз вокруг аэропорта и его окрест­ностей на водородном топливе. Однако поскольку водород значительно легче обычного горючего, самолет во время вы­руливания на взлет внезапно оторвался от земли. Пилот мгно­венно убавил газ. вернул машину обратно на землю п продол­

жил движение к точке старта, намереваясь продолжить по­лет. Но представители Управления гражданской авиации и другие официальные наблюдатели заявили, что рекорд уже состоялся и нет необходимости еще раз взлетать.

Ввиду важности космоса, как передового рубежа, в 1987 г. президент Рональд Рейган дал указание НАСА и американ­ским Военно-воздушным силам начать разработку аэрокосми­ческого самолета, способного развивать скорости от пяти до двадцати пяти скоростей звука. Ожидается, что его пассажир­ская версия, прозванная Восточным Экспрессом, сможет пе­релетать из Нью-Йорка в Токио или из Лос-Анджелеса в Сидней за 2 ч.

Космический вариант этой машины будет взлетать как обычный самолет, преодолевать силу земного притяжения, улетать за пределы атмосферы, летать в космосе, затем спо­койно спускаться вниз и приземляться на взлетно-посадочную полосу, ничем не отличаясь от обычных аэропланов. Его двигатели будут получать кислород из воздуха во время поле­та в атмосфере и использовать запасы жидкого кислорода для полета б космосе. В качестве топлива для «Национально­го Аэрокосмического Самолета» выбран, конечно, водород.

Другие страны также разрабатывают свои аэрокосмические самолеты. Британский называется «Hotol». Немецкий вариант под названием «Sanger» будет состоять из двух самолетов, один из которых будет укреплен над другим. Больший (самолет — матка) будет развивать до пяти скоростей звука, а маленький, работающий на жидком водороде, будет стартовать с его «спи­ны», улетать в космос, затем возвращаться в атмосферу и са­диться на обычный аэродром. А самолет-матка, отправив аэро­космический самолет в полет, будет возвращаться обратно.

Японское правительство тоже приняло решение начать раз­работку гиперзвукового самолета, способного развивать ско­рости до пяти-семи скоростей звука. Работы планировалось вести в течение семи лет и первый полет должен был состо­яться в конце века.

Не отстают и частные аэрокосмические компании и произ­водители реактивных двигателей, у них тоже есть планы осуществления воздушных и космических полетов с помощью таких самолетов в XXI веке. Ожидается, что дозвуковые, сверхзвуковые и гиперзвуковые самолеты начнут летать на водороде в начале столетия. Исследования корпорации Лок — хид показывают, что водородные самолеты будут более эф­фективными, чем летающие на обычном реактивном топливе.

Водород — это идеальное горючее не только для самоле­тов и космических кораблей; будучи самым легким вещест­вом, он является идеальным газом для заполнения дирижаб­лей. Двигатели этих воздушных кораблей могут использовать в качестве топлива водород из баллона, используемого для подъема в воздух. Некоторые авиакомпании планируют на­чать строительство дирижаблей для дешевой перевозки круп­ных грузов через континенты и океаны. Поскольку сейчас мы уже научились безопасному обращению с водородом, поя­вилась возможность разработать и построить дирижабли, ко­торые не приведут к катастрофам, подобным известной гибе­ли «Гинденбурга».

Самолеты, поезда, автомобили и корабли — всех их мо­жет привести в движение солнечная энергия или полученный с ее помощью водород. Уникальные свойства водорода — самого легкого и наиболее быстро горящего из всех извест­ных топлив — делают его прекрасным горючим для ракет и просто идеальным для многих видов транспорта.

Космические путешествия

Чтобы изучать мир за пределами нашей планеты, космиче­ским кораблям приходится преодолевать огромные расстояния. Им необходимо развивать громадные скорости, раз в 30 выше, чем у обычного самолега, чтобы преодолеть притяжение Зем­ли, выйти на орбиту и направиться к Луне или другим планетам (здесь необходима скорость в 25 раз превышающая скорость звука). Чтобы так быстро двигаться, ракетам нужны очень мощные реактивные двигатели, потребляюющие огромное коли­чество топлива. Поэтому космический корабль должен быть достаточно вместительным, чтобы нести па себе и горючее, и окислитель — кислород, которого в космосе нет. Решить эту проблему можно, используя самое легкое горючее из всех суще­ствующих. В этом отношении водород идеален, потому что он представляет собой самый легкий элемент во Вселенной, поэто­му очень быстро горит; он может быть окат или сжижен, что позволяет сократить занимаемый им объем. Итак, водородное топливо — .лучший выбор для космонавтики. Сегодня и рус­ские, п европейцы, п японцы уже используют в своих космиче­ских программах в качестве топлива водород. Национальная администрация аэронавтики и космических исследований США (НАСА) является крупнейшим потребителем водорода в мире, он стал основным топливом для ее космических кораблей.

Без помощи водорода НАСА не смогла бы отправить чело­века на Луну и осуществить его безопасное возвращение. Здесь стоит упомянуть, что не водород стад причиной трагической катастрофы «Челенджера» в 1985 г. Авария произошла из-за того, что пламя вырвалось из твердотопливных ускорителей, швы на которых были дефектными, перекинулось на баки с водородом и кислородом, в результате чего произошел взрыв.

НАСА работает по созданию претенциозной космической станции, которая будет собираться в космосе. Ее составные части будут доставлять «Шатлами» на орбиту, а основным топливом для них будет водород. Кроме того, на самой стан­ции водород посредством топливных элементов будет исполь­зоваться для получения электричества. Тоилллвные элементы помимо электроэнергии, обеспечивающей функционирование космической станции, будут производить еще и чистую воду. Электричество, полученное с помощью солнечных панелей, разложит воду на водород и кислород, которые затем, когда

станция окажется в тени Земли, будут использоваться в топ­ливных элементах. Если солнечные лучи не попадают на солнечные панели, то они становятся бесполезными. Водород же является самым эффективным аккумулятором энергии для производства электричества в любое время.