Пустыня как она есть

Прогнозы зарубежных специалистов предсказывают широкое использование солнечного тепла для отопления уже в недалеком будущем. Причем наиболее перспективными считаются дома с комбинированным отоплением. В Соединенных Штатах проходят проверку несколько тысяч жилых и административных зданий, где Солнце помогает экономить минеральное топливо. Весьма перспективны подобные системы и для наших пустынь, хотя хотелось бы иметь универсальную солнечную машину, которая зимой давала бы тепло, а летом — холод.

Кстати, об аккумулировании тепла и холода. Большие надежды связаны с использованием веществ, которые, переходя из одного фазового состояния в другое, энергично отдают или потребляют тепло. Есть соединения металлов, которые при сравнительно низкой температуре плавятся, поглощая много тепловой энергии, а затем — затвердевают и отдают тепло.

На территории Института солнечной энергии стоит довольно высокое трехэтажное здание с красивыми просторными балконами. Это экспериментальный девятиквартирный дом, в котором разместились институтские лаборатории. Дом служит главным образом для отработки систем, обеспечивающих внутри помещений комфортные условия за счет использования солнечной энергии. Одна из систем охлаждения помещений при сорокаградусной жаре на улице круглосуточно поддерживает в комнатах температуру 23 градуса.

Если дом используется как служебное здание и если в субботу и воскресенье системы охлаждения не работают, то даже в этом случае температура воздуха в комнатах не поднимается выше 25 градусов. А если в доме вообще выключить гелиотехническую систему микроклимата, то даже с учетом понижения внешней температуры в ночное время в комнатах будет очень жарко — примерно 34–36 градусов. Нужно сказать, что гелиотехнические системы комфортного климата в доме проходят испытания в сравнительно больших объемах — площадь помещений экспериментального солнечного дома 400 квадратных метров. В Ашхабаде уже построен 128-квартирный жилой дом с солнечным охлаждением.

В Институте солнечной энергии можно увидеть почти все, о чем мы упоминали, рассказывая об использовании одного из главных богатств пустыни — солнечного тепла и света. Как только въезжаешь на территорию института, то сразу же обращаешь внимание на красивую и довольно большую установку, в центре которой причудливо изогнутые толстые стеклянные трубки, наполненные зеленой массой. В установке идут эксперименты по выращиванию хлореллы. Чуть дальше несколько рядов низких парников с наклоненным стеклянным покрытием. Это экспериментальные опреснители парникового типа. Рядом с ними большие горячие ящики. Они созданы не только в самом институте, но в других научных и конструкторских коллективах. Каждый из образцов имеет свои особенности, в основном они различаются наполнителем, в котором уложены трубки теплообменника. Лучшим окажется тот наполнитель, который сумеет поглотить и передать циркулирующей воде больше солнечного тепла. В Ашхабад все эти горячие ящики прибыли для испытаний — устройства, созданные для жарких краев, должны проверяться в реальной рабочей обстановке.

Можно увидеть на территории института и теплицы-опреснители с замкнутым циклом использования воды. И новый одноэтажный дом, где отрабатываются системы солнечного отопления. И самые разные концентраторы солнечной энергии. Но есть такие объекты гелиотехнических исследований, которыми институт не занимается. Точнее, просто не может заниматься. Эти объекты находятся в сфере интересов ведущих исследовательских организаций страны, работающих в разных областях физики, химии, биологии, энергетики и тоже разрабатывающих некоторые фундаментальные проблемы, связанные с использованием энергии белого Солнца пустыни.

В числе исследований, которые могут в итоге превратить среднеазиатские пустыни в ценнейшие энергетические плантации, можно назвать работы в области водородной энергетики. Живая природа чрезвычайно бережно и экономно использует солнечную энергию. В растениях мельчайшие порции солнечного излучения утилизируются для точно отлаженных химических превращений. Специалисты подумывают о том, чтобы и в технических устройствах использовать солнечный свет для получения определенных химических соединений, которые потом могли бы играть роль искусственного горючего. В качестве возможного кандидата называют один из окислов серы, который может образовываться из исходных продуктов — серы и кислорода — под действием солнечных излучений. Получившийся газ в дальнейшем легко соединяется с кислородом воздуха, то есть сгорает, выделяя более 5000 килоджоулей энергии на каждый кубометр. Это немало, хотя и в несколько раз меньше, чем теплотворная способность природного газа.

Другой возможный кандидат на роль синтетического топлива, полученного с помощью Солнца, водород. В последнее время он вообще стал объектом пристального внимания энергетиков. Многие из них полагают, что водород в будущем заменит углеводородное топливо, в частности нефть и уголь. В этом случае водород будут доставлять потребителям по трубам, как сейчас по проводам доставляют электрический ток. В числе достоинств водорода его рекордная калорийность: килограмм водорода при сгорании выделяет в несколько раз больше тепла, чем килограмм бензина. К тому же горение водорода не загрязняет окружающую среду: из выхлопной трубы автомобиля с водородным двигателем вылетает только обычная вода.

Среди многих проблем, стоящих на пути водородной энергетики, — получение самого водорода. Пока он обходится недешево и конкурировать с нефтью никак не может. И вот здесь, оказывается, помощь может прийти из пустыни. Один из самых известных способов получения водорода — электролиз воды. И в принципе можно найти такой режим процесса, который можно вести с помощью электричества, выработанного на солнечных электростанциях. Есть и другой перспективный процесс — фотолиз. В этом случае водород получают за счет расщепления молекул воды непосредственно солнечным излучением. К сожалению, прямой фотолиз в условиях Земли невозможен. Необходимое для него ультрафиолетовое излучение, на долю которого приходится чуть ли не половина всей энергии солнечных лучей, до Земли почти не доходит, поглощаясь в атмосфере. Но возможно получение водорода путем фотолиза с использованием некоторых промежуточных химических процессов, и этот путь энергично обсуждается специалистами.

Есть и вторая возможность создать в пустынях мощные энергетические базы. Это постройка больших фотоэлектрических электростанций, где бесшумно работают тихие и скромные полупроводниковые фотоэлементы. Мы уже говорили, что пока даже лучшие из них, кремниевые фотоэлементы, имеют слишком малый коэффициент полезного действия и стоят слишком дорого. Но несмотря на это в широкой печати уже обсуждаются проекты космических электростанций, на которых огромные панели солнечных батарей будут вырабатывать большие количества электроэнергии. Преобразованная в радиоволны или в свет, эта энергия по мощному радиолучу или по лучу лазера будет передаваться из космоса на Землю. Прогнозы, связанные с использованием таких космических фабрик электричества, относятся уже к следующему веку. И все они исходят из того, что к моменту, когда появится возможность строить такие огромные космические сооружения, будет решена и проблема полупроводниковых фотоэлементов. Они к тому времени, возможно, будут эффективными и дешевыми.

Создание мощных электростанций в космосе дело, бесспорно, перспективное, оно наверняка окажется по плечу столь быстро развивающейся космической науке и технике. Но хочется заметить, что если будет решена задача создания экономичных и эффективных фотоэлектрических преобразователей, то им можно будет, видимо, найти достойную работу и на Земле. Во всяком случае, не так уж просто построить на космической электростанции панели солнечных батарей площадью в несколько десятков квадратных километров. А создать такую поверхность в богатых тепловыми ресурсами среднеазиатских пустынях никакого труда не составит.

Использование солнечной энергии в скромных масштабах осуществляется уже сегодня и даже имеет некоторую историю. В ближайшие годы из этого бесплатного источника энергию будут черпать в значительно б'oльших количествах. Некоторые страны полагают к концу нашего столетия покрывать за счет Солнца 10, а может быть, и 20 процентов всех своих энергетических потребностей. Ясно, что особо благоприятные возможности для использования энергии Солнца существуют в пустынных регионах.

Все это позволяет надеяться, что высочайший энергетический потенциал пустынь будет в свое время освоен, что станет крупным завоеванием науки и техники, направляющих немало сил на то, чтобы поставить на службу человека богатства нашей планеты.