Теперь нам надо доставить запасенный водород промыш­ленности. В небольших количествах его можно перевозить и распределять в тоачнвовозах как газ, но для промышленно­сти, требующей громадных количеств энергии, трубопроводы являются гораздо более экономичным способом транспорти­рования и распределения больших объемов водорода.

В действительности уже существуют водородные трубопро­воды в некоторых районах США и Европы, использование которых уже позволило накопить определенный опыт безопас­ного распределения водорода. Этот опыт неоценим, потому что, если энергию необходимо переправить на 3000 км, куда дешевле транспортировать ее по трубам в качестве водорода, чем по высоковольтным линиям в виде электричества. Элек­троэнергия, передаваемая по проводам непременно должна быть использована, иначе она пропадст. Водород же может оста­ваться в трубах до тех пор, пока не понадобится — это значительное преимущество.

Другим доводом в пользу водорода является то, что в этом случае не нужно отчуждать земли для постройки. линий элек­тропередач. Например, представим себе промышленный ком­плекс, получающий электричество по высоковольтным прово­дам. Такая линия на всем своем протяжении от трансформа­торной станции до комплекса представляет собой полосу отчу­ждения шириной примерно 100 м или дюке более, и все это тянется на многие километры, включая в себя неприглядные башни, опоры н провода, уродующие пейзаж. Однако этот же комплекс мог бы удовлетворять свои потребности в энергии с помощью водорода. Электричество получалось бы прямо на предприятии в топливных элементах, механическая энергия — в водородных транспортных средствах, тепловая — при обог­реве зданий с помощью газовых водородных нагревателей. И весь этот водород мог бы быть доставлен на комплекс по одной единственной подземной трубе.

Мы вам продемонстрировали, что существуют чистые спо­собы производства водорода, но как его можно хранить, что­бы использовать для нужд промышленности? В крупных мас­штабах. лучше всего хранить «солнечный» водород под зем­лей — это самое дешевое решение. Например, мы можем использовать пустоты, оставшиеся после выкачивания нефти и природного газа, или шахты и прочие подземные сооруже­ния. Подобные хранилища уже существуют в Великобритании и Франции.

В этом последнем методе солнце используется для прямо­го разложения воды на водород и кислород, пс прибегая к помощи высоких температур или электричества.

Молекулы воды поглощают мельчайшие частицы, из кото­рых состоят солнечные лучи — фотоны. Захватив много этих частиц, молекула сама распадается на водород и кислород. Это явление называется фотолизом.

Фотоны ультрафиолетовой части спектра солнечных лучей обладают достаточно высокой энергией, необходимой для пря­мого фотолиза воды. Однако большая часть ультрафиолетово­го излучения поглощается в верхних слоях атмосферы озоно­вым слоем (даже несмотря на то, что он истончается). Таким образом, не так уж много ультрафиолета достигает земли. С одной стороны, это очень хорошо, потому что слишком большое его количество было бы опасно для живых существ. Но, с другой стороны, для фотолиза нам нужно или усилить солнечное излучение, или как-нибудь инициировать разложе­ние воды. И если первое небезопасно для здоровья, то лучше помочь воде распадаться, добавляя в нее металлы или другие неорганические вещества, которые будут поглощать больше фотонов, чем это может сделать сама вода.

Фотолитический метод получения водорода не очень эф­фективен, зато он дешевле, чем остальные, потому что нет необходимости в использовании какого-нибудь оборудования и механизмов — ничего того, что само бы потребляло энергию.

Технология этого метода в наши дин уже хорошо разработа­на. С ее помощью элементы, подобные автомобильным акку­муляторам, используются для производства водорода и кисло­рода из воды. Каждый элемент состоит из двух электродов, помещенных в электролит (воду с добавлением специальных химических веществ, повышающих се электропроводность) и подсоединен к источнику постоянного тока. Если к электро­дам приложить напряжение, достаточное д. ля возникновения тока, то кислород будет выделяться на одном из них (аноде), а водород — на другом (катоде). Таким образом, вместо того, чтобы разлагать пар с помощью тепла, мы разлагаем воду электричеством.

Заметим, что, когда с помощью солнечной энергии мы на­греваем пар. используя метод прямого нагрева или термохими­ческий метод, а также получаем электричество для производст­ва водорода электролизом, мы ограничены тем временем, когда светит солнце. Чтобы использовать эти методы, нужно провес­ти исследования и найти способы запасать солнечную энергию, чтобы производить электроэнергию 24 ч в сутки.

В принципе нам не нужны температуры 2500—3000 °С, чтобы разлагать воду. Если гораздо более холодный пар пропустить через порошок железа при температуре 300—1000 °С. то кисло­род покинет связанный с ніш водород, окислив железо и образо­вав ржавчину. Затем, нагрев ржавчину, мы сможем восстановить железо, снова получив готовый к работе порошок. Используя большое количество железного порошка п постоянно повторяя этот процесс, можно получать газообразный водород. Это лишь один пример термохимического метода. В настоящее время про­водятся исследования по применению таких металлов и химиче­ских веществ, чтобы этот процесс стал более дешевым.

В ходе промышленной революции машины начали вытеснять человеческий труд. Это привело к снижению цен па товары, и, таким образом, многие. поди получили возможность приобре­тать их. Общество двинулось по направлению к достатку. Что­бы удовлетворять растущие запросы постоянно увеличивающе­гося населения, за два века после начала промышленной рево­люции резко возросло количество заводов, да и сами они стали крупнее, что привело к повышеннному энергопотреблению.

Созданная инфраструктура потребления ископаемых топ­лив (топливовозы и трубопроводы), вполне может быть ис­пользована при переходе на солнечно-водородную энергетику. Окружающая среда от этого только выиграет.

Первый шаг всегда самый трудный. Но мы знаем — чтобы сохранить окружающую среду, псе равно придется идти на перемены в организации промышленного производства. Нужно только, чтобы эти перемены осуществлялись относительно без­болезненно. Нам есть над чем подумать, но в первую очередь мы должны решить, как солнечная энергия станет основой промышленности, а затем можно думать и о ее приложениях.

Солнечно-водородное производство

Как мы уже упоминали, хотя солнечная энергия экологи­чески благоприятна, но нс всегда и не везде доступна. В среднем ее можно получать в течение примерно одной трети суток, и даже тогда ее интенсивность меняется от слабой по утрам и вечерам до максимальной в полдень. Поэтому мы должны запасать солнечную энергию в те моменты, когда ее много, чтобы использовать потом, когда она отсутствует.

С помощью солнечной энергии экологически чистый водо­род можно производить четырьмя различными путями — пря­мым нагревом, термохимическим путем, электролизом и фо­толизом.

Прямой нагрев

В этом методе водяной пар нагревается до 1400 °С или выше, после чего молекулы воды (кратко — [ДО) начинают распадаться, образуя газообразные водород и кислород. Чем выше температура, тем выше скорость распада молекул в паре. Тот лее эффект может быть достигнут путем уменьше­ния давления пара, другими словами, высокие температуры и малые давления — наилучшнс условия для получения водоро­да методом прямого нагрева.

Чтобы получить достаточно большое количество водоро­да, которое можно было бы использовать в промышленно­сти, нагрев должен происходить до 2500—3000 °С. Самым экологически чистым способом получения таких температур является использование энергии Солнца. Но как это обеспе­чить? Солнечные лучи ведь не несут такое количество теп­ла к поверхности земли.

Решением является система зеркал, собирающая и концен­трирующая .лучи на малой поверхности, что очень похоже на поджигание бумаги с помощью увеличительного стекла. Боль­шие концентрирующие (параболические) зеркала могут фоку­сировать солнечную энергию на контейнерах с водой. Такая конструкция называется солнечной иечыо, поскольку она да­ет высокотемпературный пар без всякого загрязнения.

Тем не менее есть две проблемы, связанные с этим мето­дом. Одна из них заключается в том, что контейнеры для воды не выдержат температуру, необходимую для начала реакции разложения воды, следовательно, должна быть ис- 96

пользована весьма эффективная система их охлаждения. А вторая проблема состоит в том, что разделившись, водород и кислород при снижении температуры могут начать соеди­няться, вновь образуя воду. Исследования по производству водорода из воды методом прямого нагрева проводятся сей­час во Французской национальной лаборатории по солнечной энергетике в Одейо, и их целью является поиск эффективных и экономически выгодных путей применения этого метода.

Если соединить вместе солнечную энергию и водород, они предоставят энергию доя транспортной системы, обогрева и охла­ждения, домашних нужд и освещения, причем не только днем, но и ночью, и когда небо покрыто облаками. Они могут обеспечить все потребности деревень и городов с их промышленными пред­приятиями. Это очень гибкая система, которой можно найти применение в любой сфере жизни общества. Она может делать все чище и эффективнее, чем ископаемые топлива.

Думается, имеет смысл использовать чистые и возобнов­ляемые формы энергии. Солнце и водород существуют вме­сте уже долгое время и будут производить энергию еще столько времени, что даже трудно представить. Чтобы сде­лать жизнь более здоровой, нам стоит воспользоваться ими.

Водород очень хорошо восполняет недостатки солнечной энергетики, и это соединение солнца и водорода называют солнечно-водородной энергетической системой.

В ней водород производится одним из методов его полу­чения с использованием солнечной энергии в ее прямой или непрямой форме в зависимости от того, как удобнее. Затем он может переправляться по трубопроводу или в супертанке­ре в те районы, где нужно получить электричество или где

водород может быть сразу использован в качестве топлива дня обогрева, приготовления пищи или на транспорте. Везде, где сейчас используются ископаемые топлива, вполне можно применять водород, получая при этом значительную выгоду, не ухудшая состояние окружающей среды.

Солнечная энергия и водород идут рука об руку. Они не лягут на планету тяжелым бременем, так как не создают загрязнения, кислотных дождей или парникового эффекта, а кроме того водород — весьма эффективное и практически безотходное топливо.

Водород, самый легкий из всех элементов, является в то же время и самым распространенным, составляя примерно 80 % всей материи во Вселенной. Он присутствует во всех типах ископаемых топлив даже после переработки и в са­мом большом из наших источников топлива — Солнце. Оно состоит почти на все 100 % из чистейшего водорода, а энергия его излучения появляется в результате реакции син­теза с участием атомов этого элемента. Юпитер тоже почти целиком состоит из водорода — жидкого на поверхности, твердого внутри и металлического в ядре планеты (метал­лический водород — это твердое состояние водорода, обра­зованное под влиянием высокой температуры и давления).

На Земле водород в свободной форме редок, в основном он соединен с кислородом, образуя воду’. Каждые два из трех атомов молекулы воды представляют собой водород, так что океаны, озера и реки — это просто настоящие водородные «шахты». Если мы собираемся использовать водород в каче­стве энергоносителя, мы должны производить его из насы­щенных им соединений, так что вода, именно то, что нам надо (особенно, если вспомнить, что в результате примене­ния водорода как топлива мы снова получим воду).