Существуют места, где в какое-то время и прямое и непря­мое воздействие солнечной энергии недоступно. И даже если эта энергия присутствует, она достается нам не в той форме, в которой ее можно применить дома, на заводе или в транс­портной системе, поэтому’ необходимо каким-нибудь образом аккумулировать энергию солнца, ветра, волн, океанического тепла, приливов и течений тогда и там, где она доступна. Другими словами, нам нужен накопитель энергии, который будет действовать как связующее звено (посредник) между солнечной энергией (прямой или непрямой) и потребителем.

Это связующее звено должно отвечать следующим условиям:

• оно должно быть удобно в хранении и транспортировании;

• это должно быть топливо, которое можно использовать па транспорте, в домах и промышленности;

• оно должно отвечать требованиям экологической чистоты;

• его ресурсы должно быть неограниченными.

Водород лучше всех отвечает перечисленным условиям. Он не производит никаких веществ, вызывающих парниковый эффект, никаких химикатов, образующих смог и кислотные дожди, за исключением оксидов азота, что в принципе кон­тролируемо. Действительно, в топливном элементе оксиды азота полностью отсутствуют. Все, что он производит — это электричество и водяной пар. Таким образом, водород явля — ется самым чистым топливом.

Водород также и эффективное топливо. Он может быть конвертирован в другие формы энергии (механическую и электрическую) более эффективно, чем прочие виды топли­ва. Например, в автомобилях его коэффициент полезного действия составляет 60 %, в то время как эффективность бензина — всего 25 %. Другими словами, водород в 2,5 раза более эффективен, чем бензин. Дня сверхзвуковых самолетов 02

водород оказывается на 38 % эффективнее реактивного топ­лива. Эта повышенная эффективность означает, что тратится меньше топлива и его хватит на большее расстояние.

Хота солнечная энергия в своем прямом и косвенном воздей­ствии хороша для окружающей среды, у нее все же есть свои 90

ЖЇ

’’Арктические зона

недостатки. Она не столь удобна для использования, как бензин или природный газ. Например, мы не можем использовать энер­гию ветра, чтобы летать на больших самолетах. И хотя сущест­вуют маленькие и легкие автомобильчики, приводимые в дви­жение электричеством, полученным от солнечных панелей на их крыше, они пригодны только для открытых пространств за городом, да и то лишь в солнечные дни. Мы не можем просто заправить машину солнечной энергией где и когда угодно.

В зонах умеренного климата солнце в среднем светит толь­ко шесть-семь часов в день, в тропиках — семь или восемь часов. Если будем двигаться от умеренных зон дальше на север или юг, то дни начнут становиться длиннее, но только летом, а зимой, наоборот, короче, но в то же время и интен­сивность солнечных. лучей тоже уменьшится, потому что им придется проходить большую дистанцию через рассеивающую атмосферу. Например в приполярных регионах «день» длится шесть месяцев, но солнечный свет там значительно слабее, чем в Европе или США, и еще слабее, чем на экваторе.

У солнечной энергии есть еще один недостаток, который мы уже отмечали — в целом ее прямое и непрямое воздействие сосредоточено в областях, далеких от центров ее потребления. Энергия солнечных. лучей сальнее всего в тропиках и субтропи­ках, в то время как основные потребители сосредоточены в умеренных зонах. Энергия ветра наибольшая в полярных регио-

пах и не столь велика в умеренных областях. То же самое молено сказать и о гидроэнергии, термапьной энергии океанов, энергии волн, течений и приливов — в большинстве своем она наименее доступна в тех районах, где более всего нужна.

В понятие солнечной энергии входит не только солнечное излучение; есть виды энергии, которые наше светило произво­дит пс напрямую. Например, за дневное время суша нагревается быстрее, чем океаны, в результате сильнее нагревается и воздух над ней, становясь легче, он поднимается вверх. Более холод­ный воздух с океанов спешит заменить его собой, вызывая воздушные течения — ветры. Ночью все поворачивается вспять — зем.1я остывает быстрее, находящийся над ней воздух начи-

7-75

нает двигаться в сторону океана, создавая противоположный ветер. Несколько столетий назад люди поняли, что вполне воз­можно использовать эти воздушные потоки, и стали строить ветряные мельницы, которые качали воду, мололи пшеницу и выполняли прочую рутинную работу. Сегодняшние потомки этих мельниц называются ветряными машинами, ио основаны они на том же самом принципе. Большинство из них используется для производства электричества, хотя некоторые из них до сих пор качают воду и мелют зерно, особенно в странах третьего мира.

Еще одним примером непрямого действия солнечной энергии является гидроэлектричество. Солнечные лучи ис­паряют воду с поверхности океанов, озер и рек. образуя облака. Ветры несут их по направлению к суше. Проходя над ней. облака в конце концов встречают горы и поднима­ются все выше и выше. Наверху, остыв, они проливаются дождем, сыплют снегом, ледяной крупой или орошают зем­лю росой — осадками, образованными сконденсировавши­мися на высоте водяными парами. Эти осадки в конечном итоге или формируют ручьи и реки, которые впадают в озера, моря или океаны, или уходят под землю, образуя подземные воды.

В прошлом, когда люди селились около быстрых ручьев или рек, они, чтобы использовать их энергию, строили водя­ные мельницы. В наше время люди строят громадные плоти­ны, чтобы собрать побольше воды. Затем под напором пропус­кают ее сквозь гигантские турбины и получают электричество.

Есть и другие формы косвенного воздействия Солнца, кото­рые не так хорошо известны, как упомянутые нами выше, — тепловая энергия океанов, течения и волны. Если первые два явления вызваны разницей температур, то последнее — энер­гией ветра. Приливы тоже можно считать непрямым воздейст­вием Солнца, ведь они вызваны полем тяготения Луны, кото­рая является частью Солнечной системы.

Непрямые формы солнечной энергии экологически чис­ты, хотя нам надо быть осторожными при выборе мест постройки плотин, чтобы они не угрожали различным видам растений и животных или человеческой жизни.

Преимущества солнечной энергетики

В этой главе мы более детально взглянем на предложен­ную нами энергетическую систему.

Без солнечных лучей жизнь на этой планете была бы невозможна. Наша жизнь была бы не так комфортна и удобна без электричества, нефти и бензина, но мы можем выжить без них. Без Солнца все растения и животные по­гибнут, и жизнь на Земле подойдет к концу.

Когда Солнце — сила которого оживляет нас — будет использоваться для производства электричества, то это бу­дет чистая и безопасная форма энергии. Более того, эта энергия почти бесконечна. Мы говорим «почти», потому что наше Солнце, давая свет и энергию Земле и другим планетам Солнечной системы, понемногу сжигает себя, но не вол ну li­re С),, ведь ученые оценивают, что прежде чем погаснуть, оно будет светить еще несколько миллиардов лет.

Схема использования солнечной энергии, о которой у пас пойдет разговор в дальнейшем, иногда еще называется сол­нечно-водородной энергетической системой. Положим для простоты, что солнечная энергия конвертируется в электри­чество, а для транспортирования его на дальние расстояния или для использования ночью, мы с помощью электролизера производим водород, тратя на это электричество, которое не нужно нам для неотложных дел — для обеспечения работы фабрик или использования в быту. Водород пере­правляется по трубопроводам в города, совсем как сейчас перекачивается природный газ.

Преимущество такой системы состоит в том, что излиш­нее электричество (то, которое не используется немедлен­но) производит водород и не пропадает. Кроме того, значи­тельно дешевле транспортировать водород по трубам, чем избыточное электричество по проводам. И в конечном сче­те, важно, что водород и солнечная энергия не загрязняют окружающую среду. Когда водород используется в качестве источника тепла или энергии, его конечным продуктом яв­ляется вода. Основанные на нем системы или совсем не производят СО^. или производят его в ничтожных количест­вах. Кроме того, нет никакой серы, вызывающей кислотные

дожди, и никаких опасных загрязнителей, образующих смог. Солнечная энергия не кончится в ближайшие несколько мил­лиардов лет, она вечна с нашей точки зрения, и мы сможем получать водород из воды, зная, что она тоже никогда не кончится, ведь конечным продуктом будет опять же вода. Таким образом, солнечно-водородная энергия оказывается чистой и возобновляемой.

Многие природные процессы на нашей планете являются само поддерживающимися — кровеносная система людей и животных, дыхательная система растений, животных и чело­века, пищевая цепочка и круговорот воды в природе. Разве не кажется вам, что и энергию мы должны получать из возобновляемого источника?

Еще одной серьезной причиной, по которой многие НС понимают преимуществ солнечной энергетики является то. что людям не ясно — что же делать ночыо. Ночное освеще­ние городов с помощью солнечной энергии кажется сперва неестественным, но мы должны понимать, что если мы собираемся получать электричество в далеких от населен­ных пунктов пустынях, то должны будем разработать спо­соб доставки его из мест, отдаленных на тысячи километ­ров. Передача электроэнергии на такое огромное расстоя­ние не эффективна, поскольку значительная ее часть будет потеряна по пути из-за сопротивления проводов.

Чтобы решить эту проблему, мы должны будем превра­тить солнечную энергию во что-нибудь, что можно хранить, передавать по трубопроводам, перевозить в контейнерах. Простейшим вариантом будет использование солнечного элек­тричества для разложения воды на водород и кислород с помощью устройства, называемого электролизером. Полу­ченный таким образом водород вполне можно перекачивать по трубам под высоким давлением. Будучи доставлен в населенные пункты, водород может быть напрямую исполь­зован в качестве топлива или пропущен через устройство под названием топливный элемент, обратный электролизер, который конвертирует водород обратно в электричество (то­пливные элементы уже давно и успешно используются на борту космических кораблей, производя электричество и воду для космонавтов, а кроме того, электростанция на топливных элементах работает с 1984 г. в Токио, покрывая часть потребностей этого города в энергии).

Как показали профессора Огден и Вильямс из Принстон­ского университета, вследствие революции, произошедшей в производстве фотогальванических элементов, необходимых для получения водорода из воды, экономически конкуренто­способный водород можно будет производить (с помощью солнечных панелей из аморфного кремния) уже в начале или середине XXI века, если приложить усилия к оконча­тельной отработке этой технологии.

Представим себе множество гелиостатов, расположенных на высоте трех-шести метров над поверхностью земли. Гро­мадные зеркала, возможно пяти метров в диаметре будут изменять свое положение, следуя за положением солнца на небе. Его лучи будут отражаться от зеркал и направляться на батарею фотогальванических элементов. Единственным воздействием такой электростанции на пустынную жизнь будет то, что отбрасываемая ими тень будет способствовать понижению температуры вплоть до 10 °С, поскольку, ока­завшись без солнца, поверхность пустыни быстро теряет тепло. Это изменение температурного режима может повли­ять в первую очередь на популяцию насекомых. Тем не менее, пустынная фауна хорошо приспособлена к большим перепадам температуры между дневным и ночным периода­ми. Кроме того, зеркала не будут отбрасывать теш» на всю поверхность солнечного энергоцентра, поскольку для движе­ния транспорта между ними необходимы промежутки.

Долгие годы считалось, что использовать солнечную энер­гию не практично, потому что для этого она слишком рассея­на, слишком слаба. Еще одна причина заключалась в высокой

стоимости солнечных энергоустановок. Фотогальванические элементы, представляющие собой специально сконструирован­ные кремниевые пластины, ранее изготовлялись вручную. Ка­ждый слой «бутерброда» состоял из кремниевых кристаллов, которые наращивались отдельно, один за другим, до тех пор. пока слой не заполнялся. Нарастить достаточное количество кремния, чтобы сделать крупномасштабную пластину, было более чем дорого. Поэтому считалось, что солнечное элек­тричество будет слишком дорогостоящим.

__ ________

«и»

. экопогяч

.ПР0^СГ0Р‘Ш*

Н,0

1 .эфф«т1’ины

1 SSfesSi

водород”*1

•*£&»•*** т

110СР^С гв0’"’ мл, г „

tfSSf WHSZ

S3S5—r>

И кроно. 1 всего «P0^ Р5ГОСШР и аешевл-

‘Гем не менее, новые открытия в конструировании фото­гальванических элементов в корне изменили ситуацию. Сей­час разработан метод создания батарей, который не требует трудоемкого процесса выращивания кристаллов поодиночке. Используется новый материал, называемый аморфным крем­нием (кремнии с неупорядоченной кристаллической струк­турой), который дает прекрасный выход электричества от кремниевого слоистого элемента, хотя и не так много, как дорогостоящие одиночные кристаллы. Именно изобретение аморфного кремния позволило сделать революционный ска­чок в получении электричества от Солнца, прорыв, который может ввести нас в мир, где царит солнечная энергия.

Еще одним предметом беспокойства являлось то количе­ство земли, которое необходимо для постройки солнечных энергоцентров — пространств, заполненных рядами фото­гальванических элементов, подобных тем, что вы можете иногда увидеть на крышах домов. Разница только в том, что эти ряды могут тянуться на километры. Основным аргумен­том против таких электростанций было то, что земли, заня­тые солнечными панелями, будут потеряны для выращива­ния сельскохозяйственных культур. Действительно, площади, необходимые для обеспечения энергией города населением, скажем, в 0,5 млн чел., весьма велики — примерно 155 км2. Однако эти земли могут и не быть сельскохозяйственными, это может быть засушливая земля пустыни.

Например, если мы предположим, что вся энергетика мира будет солнечной и будет расположена в пустынных зонах (что, конечно, весьма относительно, потому что как и сейчас домовладельцы смогут иметь собственные коллекто­ры). то она займет всего лишь небольшую их часть (пример­но 10 % мировой пустыни). Таким образом, солнечную энер­гию вполне можно собирать в областях, которые и так потеряны для нужд человечества.

Специалисты по охране окружающей среды могут зая­вить, что протяженные пустынные ландшафты весьма важ­ны в качестве мест обитания многих видов флоры и фауны. Действительно, произойдет некоторое нарушение жизни пус­тынь, когда будет устанавливаться собирающее солнечную энергию оборудование, но долгосрочного и серьезного ущер­ба среде не будет.

Многие люди знакомы с солнечными коллекторами, рас­полагаемыми па крышах зданий. У них черная поверхность, и они поглощают солнечное тепло, передавая его текущей внутри воде, которая может быть использована в хозяйстве для нагрева водопроводной воды. Зачастую этого вполне достаточно, чтобы удовлетворить потребности кухни и ван­ной. и коллекторы окупают себя в период от трех до десяти лет, снижая счета за электричество.

Солнце может производить и электричество. Открытие, что солнечный свет может быть превращен в электрический ток, было сделано в 1954 г. Пирсоном, Чепменом и Фуллером в Белловских лабораториях. Они осветили лучами две различ­ные кремниевые пластины, соединенные вместе наподобие бутерброда. Образовалась электрическая цепь, в которой в результате внутреннего фотоэффекта возник ток. Это электри­чество можно использовать для того, чтобы зажечь лампу, привести в движение мотор или, если использовать подобный «бутерброд» с достаточным количеством кремниевых слоев, обеспечить им город. Например, 1 м2 такой солнечной батареи может дать мощность в 100 Вт (примерно одна двадцатая того, что потребляет одна квартира), если, конечно, солнце стоит высоко над головой и нет облаков. Получение электричества от солнечных лучей — вещь неоценимой важности, для мира это может стать источником энергии будущего.

Таким образом, настоящая исцеляющая сила находится ь руках людей — в ваших, читатели, руках. Эта книга была написана, чтобы дать тем, кто ее прочтет, оружие, необхо­димое для атаки на корпоративные и правительственные круги, чтобы заставить их остановить использование угле­родосодержащих топлив.

Есть только одно средство против парникового эффек­та и остальных нами упомянутых проблем, и это должно быть понято производителями и распространителями на­ших сегодняшних углеродосодержащих топлив. Мы долж­ны избавиться от углерода как топлива и вместо пего использовать другой важнейший элемент — водород. Ис­пользуя чистый водород в качестве топлива, мы совсем не будем получать СО;,. Действительно, не считая неболь­шого количества КОх, основным результирующим продук­том использования водорода в двигателях является абсо­лютно безвредный водяной пар. Использование водорода в качестве свободного от углерода топлива не только помо­жет остановить парниковый эффект, но также уничтожит кислотные дожди и другие загрязнители, не говоря уже о том, что мы с удовольствием избавимся от канцероген­ных свойств некоторых компонентов современных углеро­досодержащих топлив.

Заменить наши топлива водородом — единственный путь сохранить и повысить стандарты уровня жизни, дать нам мир без парникового эффекта, опасных загрязнителей и угрозы ядерных катастроф вроде Чернобыля. Возможно в ряде случаев термоядерный синтез сможет удовлетворить наши потребности в энергии, но то время, когда это может произойти, отстоит от нас лет на пятьдесят, если не боль­ше, а перспектива экономически выгодного производства энергии с помощью термоядерного синтеза находится в еще более отдаленном будущем.

Таким образом, если внимательно ознакомиться с факта­ми, изложенными в этой книге, вас поразит следующее: оказывается, что борьба с углеродосодержащими топлива­ми на данный момент вовсе не является главной задачей тех, кто борется с парниковым эффектом. Но, вероятно, вы уже поняли, кто проиграет политически и экономиче­ски, если ископаемые топлива будут осуждены на исчезно­вение, и кто противится переменам.