К. п. д. атомных электростанций невелик, и мы его принимаем равным 17 %.
Запасов каменного угля на Земле примерно 10 тысяч миллиардов тонн. Считая среднюю теплотворную способность угля 7000 ккал/кг,что соответствует 8,1 квт-ч, делаем отсюда вывод, что всего в земле, в не извлеченных пока еще на-гора угольных массивах, затаено для человека 81 миллион миллиардов квт-чэнергии.
Если уголь содержит в себе еще сравнительно большие запасы киловатт-часов, не очень сильно отличающиеся от запасов атомного горючего, то с остальными ископаемыми топливами дело хуже: сланец, торф, природный горючий газ и нефть таят в себе все, вместе взятые, гораздо меньше энергии, чем один только уголь.
С расчетами этих «цветных углей» дело обстоит сложнее: временами появляются в газетах радующие сознание известия, что то тут, то там открыли новый источник энергии. Богатые, например, запасы нефти открыты в Сибири и в Татарии. В Сибири нашли и газ, чего там никогда не видывали. И все же, чтобы не пропустить и эти «цвета» энергии, мы поступим так: воспользуемся соотношением между различными топливами, существовавшими до последнего времени (по опубликованным данным), и, ориентируясь на уголь, высчитаем количества энергии в сланцах, нефти и т. д. Думаю, что принципиальной ломки указанных там соотношений не произошло и вряд ли она произойдет в ближайшем будущем. Для приблизительных подсчетов это подойдет.
Соотношения таковы. Если все запасы ископаемого топлива (кроме ядерного) на Земле выразить в тепловых единицах и принять за 100 %, то:
95,4 % этого тепла будет заключено в каменном и буром угле,
2,4 % — в горючем сланце,
1,9 % — в торфе,
0,3 % — в нефти и в естественном горючем газе (обычно связанном с нефтяными месторождениями).
Выходит, что если 95,4 % соответствует 81·10 15 квт-чэнергии, содержащейся в мировых запасах каменного и бурого угля, то энергии во всем горючем сланце на Земле (2,4 %) — 2·10 15 квт-ч,в торфе — 1,6·10 15 квт-ч, а в нефти и природном газе только 25·10 13 квт-ч.
В таблицу «Восполняющиеся (неограниченные) источники энергии» сведены все основные данные по таким источникам энергии, которые практически вечны, то есть могут считаться неограниченными, если, разумеется, использовать их целесообразно, не переходя известных пределов.
1 Энергия всего дейтерия на Земле.
Здесь лишь запас «бесцветного угля» — топлива для будущих термоядерных электростанций — может быть подсчитан до конца и выражен определенным числом. По остальным источникам энергии мы показали, какое количество киловатт-часов они способны безболезненно отдавать людям ежегодно.
Вот краткие пояснения ко всем девяти «цветным углям».
«Бесцветный уголь».Топливом для будущих термоядерных электростанций являются тяжелые разновидности (изотопы) легчайшего элемента — водорода. Эти разновидности — дейтерий и тритий. Тритий в природе практически не существует, он получается искусственным путем, дейтерия же в общей сложности очень много. На каждые 5–6 тысяч молекул воды морей, океанов, рек приходится одна молекула «тяжелой воды»; в ней вместо обыкновенного водорода — тяжелый водород: дейтерий.
В каждом литре, или килограмме, воды содержится около 0,02 грамма дейтерия. Кажется, немного, а теплотворная способность этой порции соответствует 3800 квт-ч, то есть теплотворной способности примерно 300 литров бензина. Это значит, что если бы все наши океаны, моря, озера и реки были бы наполнены не водой, а бензином, то в этом случае мы оказались бы беднее энергией раз в триста против того, чем фактически располагаем (точнее, будем располагать, когда научимся использовать дейтерий как топливо для электростанций).
Приняв во внимание общий вес воды во всех земных водоемах 14·10 20килограммов, мы с помощью простых арифметических действий получим, что общие запасы термоядерной дейтериевой энергии на Земле близки к 5·10 24 квт-ч— в 50 миллионов раз больше запасов расщепляющихся материалов.
Если положить ежегодные затраты на выработку энергии для всевозможных нужд в 5·10 15 квт-ч, то есть в 100 раз больше современной ежегодной выработки, то получится, что дейтерия в качестве топлива для электростанций хватит на миллиард лет.
«Желтый уголь».Солнечные лучи — родоначальник большинства других восполняющихся источников энергии. Это солнечные лучи, как мы говорили, поддерживают постоянную многоводность рек. Это они, неравномерно нагревая атмосферу, приводят к различию ее плотностей и тем порождают ветер. Каменный и бурый уголь, торф, нефть, природный газ — все это аккумуляторы солнечной энергии: они образовались в далекие или недалекие времена в результате поглощения лучистой энергии листьями и стеблями растений.
«Запасы» солнечной энергии во много раз превосходят все остальные восполняющиеся источники. Струясь непрерывным благодатным потоком на Землю, солнечные лучи приносят на каждый квадратный метр земной поверхности в среднем 1 квтмощности. Если это перевести в энергию, учтя неравномерность солнечного освещения в зависимости от времени года и дня, а также от географической широты, то получается, что годовой приход солнечной энергии на Земле составляет 15·10 16 квт-ч. Это в десятки тысяч раз больше той энергии, которую вырабатывают сейчас все электростанции планеты.
За три минуты Солнце дает столько энергии, сколько расходуется ее на нашей планете за год.
К сожалению, к солнечной энергии, как к никакой другой, подходит выражение: «По усам течет, а в рот не попадает». Очень трудно сконцентрировать эту наиболее обесцененную из-за ее равномерной рассеянности энергию. Вогнутые зеркала и зачерненные поверхности для поглощения солнечной энергии, кассеты со светочувствительной жидкостью и другие ловушки солнечных лучей — все это не дает пока желаемого эффекта.
Только в самые последние годы в этом смысле появились перспективы: стали создавать полупроводниковые генераторы, способные превращать лучистую энергию в электричество. К. п. д. их сравнительно (против обыкновенных гелиоустановок) высок — до 11 %.
Недавно был обнаружен аккумулятор солнечных лучей буквально у нас над головой — в верхних слоях атмосферы. Выяснилось, что на высоте 150–200 километров над землей кислород под действием солнечных лучей находится не в молекулярном, как обычно, а в атомарном состоянии — его молекулы расщеплены на атомы. Расщепленные атомы сравнительно нетрудно объединить снова. Зачем? При этом выделяется немалая энергия. Ее запасы таковы, что если взять на той высоте пятидесятикилометровый слой, то он способен дать энергию 10 12 ккал— столько, сколько освобождается при сгорании нескольких миллионов тонн угля.
Впрочем, и здесь тот же недостаток, что у солнечной радиации, — малая объемная плотность.
«Зеленый уголь».Растения, их зеленые листья, стебли и лепестки — это разбросанные по всей планете маленькие фабрики по переработке молекул воды и углекислого газа при помощи энергии солнечных лучей в органические вещества с большим запасом энергии в молекулах.
Процесс этот имеет малый к. п. д. — всего 1 %, но в целом ежегодно улавливаемая от Солнца и запасаемая растениями энергия составляет около 2 миллионов миллиардов квт-ч.Это в сотни раз выше выработки энергии всеми электростанциями Земли. Если бы, не касаясь основных зеленых фондов, люди научились использовать (сжигая, как дрова, перерабатывая сперва на горючий газ, и т. д.) 1/ 10энергии растений, это давало бы ежегодно 2·10 14 квт-ч.