Заглянем в будущее

Темпы роста добычи топлива в течение ряда десятилетий были достаточно высоки (приблизительно удвоение за каждые 20 лет).

Исходя из темпов добычи в прошлом и допустив, что темпы роста добычи сохранятся и дальше, мы можем дать прогноз годичной добычи в будущем в математической форме. Обозначим мировую добычу горючих ископаемых в 1970 году через А = 6 x 10⁹ тонн условного топлива. Будем отсчитывать время t от 1970 года, где t выражено в годах. Тогда ежегодная добыча Q = A · 2^t/20. Нас интересует, однако, не годичная выработка ископаемых, но общая выработка их за годы, прошедшие с 1970 года.

Мы можем вычислить, какая доля возможных для извлечения запасов (по столбцу 4 предыдущей таблицы) будет добыта ко времени t.

Таким образом, практически все топливо будет извлечено за 80 лет, если исходить из вышеприведенных запасов.

Если допустить, что дальнейшая геологическая разведка и улучшение коэффициента извлечения приведут к увеличению запасов, скажем, в восемь раз (на большее трудно рассчитывать, так как глубинное бурение, которое принесло нам значительное увеличение запасов нефти, уже давно освоено), то в таком случае запасы топлива будут исчерпаны не в 2050 году, а в 2110, то есть не через 80 лет, а через 140 лет.

Американские ученые в своих прогнозах приходят к подобным же результатам. По одному из их расчетов, экономически выгодные запасы топлива в США будут истощены в течение 75–100 лет, а общие потенциальные запасы топлива — за период 150–200 лет.

Понять, почему за последние годы темпы роста добычи топлива значительно увеличились, не так трудно. Дело в том, что добыча нефти с 1880 года и до нашего времени росла очень быстро: удваивалась примерно каждые 10 лет. Однако количество добываемой нефти в первые 30 лет XX века было очень невелико по сравнению с углем. В дальнейшем добыча нефти стала составлять уже заметную часть от добычи угля и к 1950 году достигла половины (в единицах условного топлива).

Доля нефти и газа в составе современного топлива за последние десятилетия быстро растет и сейчас составляет примерно 70 процентов, а на долю угля падает всего 30 процентов. Между тем мировые запасы нефти и газа, как мы видели из таблицы, в пять с лишним раз меньше, чем угля. Если так будет продолжаться, эти важнейшие для транспорта и химии источники сырья будут исчерпаны на глазах нынешнего поколения молодых людей. Отсюда следует, что мировая электроэнергетика должна в основном строиться на базе угля.

Многие сомневаются в том, что быстрые темпы роста мировой добычи топлива сохранятся в течение будущего времени и их падения не произойдет. Мне кажется это не совсем верным. Надо думать, что XXI век будет характеризоваться быстрым техническим прогрессом развивающихся стран. Как мы видели, диспропорция в количестве добываемого топлива очень велика. В США на душу населения приходится в 50 раз больше горючих ископаемых, чем в Индии. За 100–150 лет картина должна в корне измениться и добыча топлива если не полностью сравняется в различных группах стран, — то, по крайней мере, значительно приблизится к высокому уровню. Поэтому с течением времени надо ожидать не снижения, но скорее увеличения темпов роста добычи топлива в мировом масштабе.

Конечно, все эти прогнозы связаны с различными предположениями и могут колебаться в достаточно широких пределах. Одно только совершенно ясно: при всех условиях запасы горючих ископаемых будут исчерпаны в обозримое время. Таким образом, над человечеством нависает настоящая катастрофа — энергетический голод. Мы, люди, живущие сейчас, бездумно расходуем запасы ценнейшего сырья, которое понадобится будущим поколениям людей для обеспечения производства химических препаратов, органических материалов, моющих средств и т. п. Поэтому нашей задачей, особенно задачей ученых и инженеров, является поиск иных, новых, более эффективных путей обеспечения человечества энергией. Это надо делать быстро, пока горючих ископаемых имеется еще достаточно для химии будущих столетий. Отрадно отметить, что за последние 20 лет такие новые пути уже начали разрабатываться.

Необходимость перехода человечества на новые виды энергии, не связанные с горением топлива, диктуется и другими причинами, не имеющими отношения к проблеме исчерпания запасов топлива.

Современные заводы, электростанции и двигатели внутреннего сгорания выбрасывают в атмосферу огромное количество углекислоты в результате сжигания топлива. Мы видели, как бурно растет в последнее десятилетие потребление горючих ископаемых, которые в основном сжигаются в камерах двигателей и топках котлов. Огромное дополнительное количество углекислого газа не только используется растениями, но и поглощается океанами с образованием в их воде карбонатов. Таким образом, океаны являются мощными буферами, поддерживающими равновесие углекислоты в атмосфере. Однако становится заметным некоторое, правда пока небольшое, увеличение углекислоты в атмосфере — от 0,03 процента до 0,032 процента.

Исключительно быстрый рост потребления топлива со временем, видимо, приведет к значительному увеличению содержания углекислоты в атмосфере. Для людей и животных это не страшно, но для изменения климата Земли это могло бы через 200–300 лет привести к катастрофическим последствиям. Углекислота атмосферы, интенсивно поглощая инфракрасное излучение Земли, вызовет нагрев Земли и нижних слоев атмосферы (парниковый эффект) и приведет к созданию на Земле столь жаркого и влажного климата, в котором люди не смогут жить. Пока этот эффект мал, но, когда углекислоты станет значительно больше, чем сейчас, это приведет к значительным осложнениям.

Таким образом, быстрое исчерпание в будущем ресурсов обычного топлива и опасность увеличения углекислого газа в атмосфере настоятельно ставят перед человечеством проблему создания принципиально новой базы мировой энергетики. Времени на создание этой базы у нас мало, максимум около 100 лет.

* * *

Естественно, взоры наши прежде всего обращаются к использованию атомной энергии в виде уже существующих атомных электростанций. Однако получение атомной энергии ограничено залежами урана. Правда, со времени открытия атомной энергии экономически выгодные для разработки запасы урана непрерывно увеличиваются. Но беда в том, что для получения электроэнергии используется лишь изотоп уран-235, содержащийся в уране-238 в количестве 0,7 процента, а весь оставшийся уран-238 идет в отвал. В таком виде атомная энергия никогда не смогла бы занять доминирующего положения в энергетике.

Вместе с тем давно известно, что уран-238 при захвате им нейтрона в конечном счете дает плутоний, являющийся еще более активным материалом, чем уран-235. Но для осуществления такого процесса необходимо иметь нейтронный источник, работающий с хорошим к.п.д. Идея создания такого источника еще в начале 50-х годов возникла в Советском Союзе, а затем в США. Это мог бы быть протонный ускоритель на 0,5–1 Бэв. Быстрые протоны, попадая на мишень из урана-238, пронизывают электронную оболочку атома, проникают в ядро урана-238 и при этом выбивают 30–50 нейтронов на каждый протон. Получаемые таким путем нейтроны реагируют с ураном-238 и преобразуют его в плутоний. Эта идея оживленно обсуждалась у нас и в США вплоть до последнего времени.

Однако за это время в Советском Союзе и США возникла значительно более простая для реализации идея использования урана-238 в так называемых реакторах-размножителях. Прототипы таких котлов уже появились в США, СССР и Франции. Идет разработка оптимальных типов котлов-размножителей, работающих на плутонии. При делении атома плутония выделяется около 3 нейтронов. Один идет на поддержание цепной реакции деления, обеспечивающей работу электростанции. Второй нейтрон поглощается оболочкой котла из урана-238 и идет на образование плутония, обеспечивающего новую зарядку котла после выработки первичного заряда плутония. Наконец, третий нейтрон каждого атома частично теряется бесполезно, а частично обеспечивает получение некоторого дополнительного количества плутония в работающих котлах, что и дает возможность «размножения» атомных котлов. Таким образом, удается использовать весьма большую долю от всего добываемого урана в качестве делящегося материала. Иначе говоря, эффективность добываемой руды можно повысить почти в 100 раз. При этом становится экономически целесообразной разработка даже очень бедных месторождений урана, а также добыча его из океанской воды. Хотя концентрация урана в воде очень мала (5 миллиграммов на тонну), но общие его запасы в океанах в 1000 раз больше, чем в земной коре.