|
|
Специалистам-энергетикам известно
много способов извлечения океанской энергии. На практике они уже
ис-пользуют энергию волн и приливов. Теоретически рас-сматривают варианты
использования быстрых океанских течений. Наиболее изобретательные
исследователи пыта-ются воспользоваться разницей температур, существую-щих в
океане.
Эти проекты доступны для понимания и представля-ются
осуществимыми. Все они оригинальны и отличают-ся друг от друга, но все же в
определенном смысле одина-ковы. Идея их заключается в том, что энергия океана
извлекается с помощью помещенного в воду колеса, кото-рое служит турбиной.
Турбина вращает генератор, вырабатывая, таким образом, электричество.
Неизбежно было появление изобретателя, обладаю-щего
оригинальным мышлением, который задумался бы о принципиально новой схеме
извлечения океанской энер-гии. Этим изобретателем стал доктор Говард А.
Уилкокс, работающий в Центре исследований морских и океанских систем, имя
которого мы впервые упомянули в главе 1.
«Вот, что нам нужно делать,– считает Уилкокс.– По-просту
выращивать топливо. Ведь в океане достаточно места для любого числа
энергетических ферм».
Какие растения он собирается использовать? «Бурые
водоросли, которые в естественных условиях растут в прибрежных водах. Они
поглощают и накапливают огромное количество солнечной энергии и удивительно
быстро растут – на 1-2 фута (1/3 – 2/3 м) в день».
Бурые водоросли уже давно известны как полезные растения.
В течение столетий они были обычным блюдом японской кухни. В Соединенных
Штатах они использова-лись при изготовлении прованского масла и являлись
од-ним из ингредиентов в производстве пластмасс, красок, картона, зубной
пасты и питательных смесей для живот-ных. Не так давно бурые водоросли стали
привлекать внимание не только ученых-океанологов, но и некоторых
промышленников как потенциальный источник получе-ния метана, который является
заменителем природного газа.
«Мы можем рассаживать бурые водоросли на океан-ских
энергетических фермах, культивировать их, соби-рать урожай и превращать
запасенную в них энергию в метан и этан для заправки легковых автомобилей и
грузо-виков, автобусов и самолетов»,– решил Уилкокс.
Вскоре после этого Уилкокс, привыкший работать с
поразительной скоростью, создал проект эксперимен-тальной фермы размером в 7 акров (3 гектара). Военно-морское ведомство США назначило его директором про-екта, и, как результат,
первая энергетическая ферма (чуть меньшая по размерам, чем планировалось)
была создана в Тихом океане уже весной 1974 года.
Эта ферма была расположена в открытом море в 60 милях (96 км) от берегов Калифорнии, недалеко от остро-ва Сан-Клемент. В результате экспериментов
необходимо было установить, будут ли бурые водоросли расти при пересадке из
неглубоких, богатых питательными веще-ствами прибрежных вод в глубокие,
бедные этими веще-ствами океанские воды. Более того, общеизвестно, что для
роста морским растениям нужен свет, но чем глубже слой воды, тем меньше света
в него проникает. Следова-тельно, на глубоком, темном океанском дне
пересажен-ные молодые экземпляры бурых водорослей имели бы очень мало шансов
выжить.
«Тогда мы обманем бурые водоросли и сделаем так, чтобы
они думали, будто растут на мелководье,– решил Уилкокс.– Мы построим большой
плот, покроем его се-тью полипропиленовых тросов, погрузим на глубину 40 футов (12 м) ниже поверхности воды и прикрепим длин-ными канатами к дну океана, находящемуся на 300 футов (90 м) глубже».
За дело взялся один из крупнейших в мире специали-стов по
бурым водорослям, профессор Калифорнийского технологического института Уилер
Норт. Норт и два его помощника, облачившись в блестящие черные костюмы для
подводного плавания, надев маски, очки и ласты, по-грузились в воду и
тщательно обследовали близлежащее прибрежное дно. Там они выбрали около ста
молодых растений, принадлежащих к известному своим гигантиз-мом виду
Макроцистис грушевидный – Macrocystis pyrifera. Затем растения были
пересажены на погружен-ный под воду плот группой аквалангистов военно-морских
сил, на время превратившихся в портных. Аква-лангисты ныряли к плоту и
пришивали молодые скольз-кие водоросли к тросам длинными иглами, специально
изобретенными Нортом.
Macrocystis pyrifera – один из наиболее интересных видов
бурых водорослей, вырастающий в океане до высо-ты, которой на суше достигают
лишь гигантские секвойи. Так же, как и секвойи, водоросли растут целыми
лесами, только эти леса находятся под водой. Однако на этом сходство
кончается. Секвойи получают воду и питатель-ные вещества через корни. Бурые
водоросли не имеют ни корней, ни листьев. Вместо этого у них есть пластины с
тоненькими усиками-крючочками, которыми они в есте-ственных условиях
прикрепляются к подводным скалам и таким образом удерживаются. Что касается
питания, то каждая часть водоросли заботится о себе самостоятельно, поглощая
воду и растворенные в ней минеральные веще-ства.
Как только молодое растение закрепится на дне, оно
начинает расти вверх, к свету. Когда оно достигает по-верхности воды, его
блестящие коричневые ветви, удер-живаемые маленькими воздушными мешочками,
лентами стелятся по залитой солнцем поверхности моря. В этих-то ветвях и
происходит превращение солнечной энергии в химическую в процессе фотосинтеза.
Хотя профессор Норт тщательно продумал организа-цию
пересадки водорослей на плот, помещенный в Тихом океане, они стали
развиваться не так, как ожидалось. Пер-сонал военно-морских сил периодически
проверял якор-ные бакены и навигационные буи. Регулярно спускался под воду и
сам Норт, чтобы осмотреть состояние тросов и водорослей, однако они так и не
смогли адаптироваться к новым условиям. Растения не имели возможности
актив-но развиваться, так как концентрация питательных ве-ществ в воде (как
показал химический анализ) была низ-ка.
Теперь уместно задать вопрос: «Каких же питатель-ных
веществ может не хватать в глубоких океанских во-дах?»
На самом деле их цвет говорит сам за себя. Там, где вода
голубая, океан является, по сути, «биологической пустыней», способной
прокормить только отдельных представителей морской флоры и фауны. Так как в
этих местах фактически отсутствуют поддерживающие жизнь питательные вещества,
там способно выжить только не-значительное количество растений и животных.
Соответ-ственно погибает и разлагается также небольшое количе-ство морских
организмов. Таким образом, вода остается чистой и голубой, без примесей
органических веществ и определенных минералов, необходимых в качестве
пита-тельны? веществ.
Там, где вода зеленого цвета, такого же, как вблизи суши,
она переполнена живущими, питающимися и уми-рающими организмами: водорослями,
ракообразными, моллюсками и рыбами. Цвет ее зависит от высокого со-держания
хлорофилла, вещества, которое в растениях яв-ляется основой процесса
фотосинтеза. К тому же и реки, впадающие в моря, обогащают воду
разнообразными про-дуктами органической и неорганической природы. Это делает
возможным существование в зеленых прибрежных водах большого числа морских
организмов, и гигантские бурые водоросли прекрасно растут в таких условиях.
Их колонии существуют в прибрежных водах умеренного по-яса по всему миру.
Однако наиболее хорошо они разви-ваются там, где происходит перемещение
глубинных вод со дна к поверхности. Такое явление наблюдается у бере-гов
Калифорнии, Перу и других участков восточной гра-ницы Тихого океана.
Так как океанские фермы по производству бурых во-дорослей
располагаются в зоне «биологической пусты-ни», возникает необходимость
обогатить ее питательными веществами – азотом, фосфором, калием и некоторыми
микроэлементами. В определенных количествах они со-держатся в более глубоких
океанских слоях, накопившись там за многие столетия в результате разложения в
воде останков растений и животных. Эта глубинная, обога-щенная питательными
веществами вода могла бы стать практически неограниченным по запасам
«удобрением» для океанских энергетических ферм, если бы существова-ла
возможность выкачивать ее со дна.
Энергетическая ферма, которую столь старательно со-здавали
Уилкокс и Норт, просуществовала менее года. Этого времени было недостаточно
для того, чтобы вырас-тить, собрать и переработать для получения метана бурые
водоросли. В январе 1975 года произошло непредвиден-ное событие. Неизвестное
судно, несмотря на ясно види-мые навигационные буи, проплыло через акваторию
фер-мы, полностью ее разрушив. Однако никто не посчитал, что реализация
проекта полностью провалилась. Экспе-римент показал, что прибрежные бурые
водоросли могут быть пересажены на искусственное дно в открытом море и там не
только выживут, но и будут размножаться. Кро-ме того, стало ясно, что для
создания благоприятных . условий для нормального роста водорослей необходимо
«удобрять» питающий их водный слой.
Спустя год военно-морские силы самоустранились от
руководства проектом. Однако поддержка продолжала поступать из двух других
источников. Компания «Джене-рал электрик», оставившая Уилкокса в качестве
консуль-танта, взяла на себя разработку всех аспектов реализации проекта,
кроме тех, которые выполняли непосредственно военно-морские силы,– их функции
в проекте перешли к компании «Глобал марин девелопмент инкорпорейтед».
Дополнительную финансовую помощь оказало министер-ство энергетики США,
оставившее своим консультантом Норта.
Такой поворот событий не испугал Уилкокса, и он продолжал
разрабатывать программу создания океанских ферм, наметив три основные стадии
ее реализации. После первого описанного выше этапа он планировал создание двух
ферм площадью 1000 акров (400 га): одной – в Ат-лантике, другой – в Тихом
океане. Затем в случае успеш-ного исхода экспериментов и при условии, что не
прекра-тится поддержка проекта, предполагалось создание двух ферм площадью 100 000 акров (40 000 га) – квадратов со стороной 12 миль (19 км). И на этот раз одна ферма долж-на была разместиться в Атлантике, другая – в Тихом оке-ане.
Согласно вычислениям Уилкокса во всех океанах ми-ра
имеется около 50 миллионов квадратных миль (130 миллионов кв. км) «плодородной
поверхности», а каждая квадратная миля посаженных водорослей (квадрат со
сто-роной 20 городских кварталов) сможет обеспечить горю-чим 300 человек при
существующем на сегодняшний день уровне потребления энергии в США. «Фермы при
этом будут надежно закреплены, а водоросли будут удобряться накачиваемой из
глубины водой, богатой питательными веществами»,– указывает Уилкокс. «Тогда
бурым водо-рослям уже не придется бороться за выживание. Не будем забывать и
о том, что в результате мы получим ценные побочные продукты – корм для скота
и вещества, сходные по свойствам с нефтью». Он также отметил и то, что ры-бы
и другие морские животные будут прекрасно размно-жаться в богатой
питательными веществами воде вокруг ферм.
Словно сомневаясь в том, что этих достоинств не хва-тит
для того, чтобы завоевать признание и поддержку, Уилкокс отмечает еще одно
преимущество проекта – от-сутствие необходимости в создании новых технологией
для его реализации. Доказательством служит то, что част-ные фирмы, например
компания «Келкс», уже собирают урожаи с естественных плантаций бурых
водорослей, а в лабораториях института газовой технологии из растений
добывается метан.
С присущим ему энтузиазмом и с. осознанной
преду-смотрительностью Уилкокс начал подготовку к предвари-тельным испытаниям
опытной фермы площадью 1/4 акра (5/8 га), которая в запланированный срок была
установле-на в проливе Сан-Педро на расстоянии 8 миль (12,5 км) от местечка Корона-дель-Мар, расположенного южнее Лос-Анджелеса. В результате
экспериментов, проведенных на этой ферме, профессор Норт надеялся установить,
в каких количествах должна и может накачиваться богатая пита-тельными
веществами вода с глубины океана. Он также желал выяснить, в какой степени
эта вода будет способ-ствовать росту водорослей.
Создание новой экспериментальной фермы, как и со-здание
фермы у острова Сан-Клемент, началось с по-стройки плота, погруженного затем
в воду и закрепленно-го там якорями и канатами, однако на сей раз
конструк-ция его была иной. Внешне она напоминала зонтик, на полипропиленовые
тросы-спицы которого, отходящие от центрального стрежня-буя, высаживались
бурые водорос-ли. Центральный стержень придавал испытываемой фер-ме
необходимую устойчивость. Он служил также верхней частью трубы длиной 1500 футов (450 м), предназначен-ной для накачивания с помощью дизельного насоса воды из глубинных
слоев. Установленная в 1978 году, эта не-большая опытная ферма продолжает и в
настоящее время являться базой для исследований профессора Норта.
Когда пришло время начинать вторую стадию экспе-риментов –
создание плантаций площадью 1000 акров, особое внимание было уделено снижению себестоимости и повышению популярности проекта. По всей видимости, эти
плантации будут походить на опытную ферму площа-дью 1/4 акра, о которой уже
рассказывалось выше, однако теперь на центральном стержне-буе будет
находиться платформа с жилыми помещениями для «океанских фер-меров». Будет
выделено место для необходимого обору-дования, складских помещений, службы
слежения за си-стемой буев и бакенов и навигационной системы.
Преду-сматривается создание работающего от энергии волн насоса для
накачивания воды с глубины. Плантация тако-го размера будет иметь специальный
гребной винт (назы-ваемый пропульсер) для удержания ее на месте и исклю-чения
возможности дрейфа. Система в целом будет также включать посадочную площадку
для вертолетов и судно для сбора урожая.
Так как бурые водоросли растут очень быстро, судно для
сбора урожая, возможно, будет функционировать непрерывно, медленно
передвигаясь по территории фер-мы как огромная плавучая газонокосилка.
Верхняя часть ветвей водорослей будет обрезаться, грузиться на борт судна,
частично обезвоживаться и доставляться на плат-форму для переработки.
В естественных условиях бурые водоросли вырастают примерно
за шесть месяцев, однако на удобряемой океан-ской плантации они, возможно,
достигнут полного разме-ра быстрее, чем за четыре. Объем урожая может
коле-баться от 300 до 500 «сырых» тонн с акра. Профессор Норт объясняет:
«Плантацию бурых водорослей не нужно засаживать вновь после каждого сбора
урожая, потому что растения продолжают расти после того, как срезаются
верхние ветви, точно так же, как отрастают после стриж-ки волосы или трава на
газоне. Вследствие того что на ис-кусственном плоту водоросли способны
размножаться, потери, вызванные сильными штормами, болезнями или чрезмерным
аппетитом морских животных, будут быстро возмещаться».
Такими должны быть океанские энергетические фер-мы
будущего, которые займут огромные пространства «подводной недвижимости».
Вместе с ними появятся сиг-нальные бакены, функционирующие благодаря
использо-ванию энергии волн, мигающие световые маяки, суда, со-бирающие
урожай водорослей. Плантации будут удоб-ряться богатой питательными
веществами водой, накачи-ваемой с глубины. Такие фермы станут естественными,
природными преобразователями энергии в голубых про-сторах океана.
Вы, видимо, не удивитесь, узнав, что профессор Норт
проводит большую часть своего времени, осуществляя эксперименты по
организации снабжения водорослей пи-тательными веществами. Если он свободен
от работы в Калтене, он отправляется к Тихому океану в Корона-дель-Мар, где
его лабораторией становится океан. Надев по-тертые джинсы, кеды и
прорезиненную куртку, он направляет свой катер на запад. На воде он быстро
опре-деляет местонахождение труб, закрепленных на якорях и накачивающих воду
с различных глубин: одна – с глуби-ны 500 футов, другая – 1000, третья – 1500 (3 фута – 0,9 м). В зависимости от того, с какой глубины
нужна вода, Норт причаливает к определенной трубе, включает помпу, работающую
на бензине, и наполняет водой канистры ем-костью 5 галлонов (19 л). Затем он переправляет их в вы-деленное для экспериментов помещение морской
лабора-тории Керчоффа.
Забитое сплетениями мокрых трубок, грязными аква-риумами,
наполненное шумом работающих насосов, это помещение стало ареной бесчисленных
экспериментов. В середине 70-х годов Норт впервые сравнил опытным пу-тем
содержание питательных веществ в глубинных и по-верхностных водах океана,
поместив молодые экземпля-ры Macrocystis pyrifera в десятигаллонные аквариумы
(38 л) с глубокими металлическими желобами, в которых свободно циркулировала
вода. Опыты показали, что в по-верхностных водах бурые водоросли обычно росли
значи-тельно медленнее тех, которые были помещены в воду, накаченную с
глубины.
Затем Норт решил исследовать, каких веществ не хва-тает в
глубинной воде. Быть может, считал он, в ней тоже не достает одного или
нескольких питательных элемен-тов. Для того чтобы это выяснить, Норт провел
две серии экспериментов. В первой серии он использовал глубин-ную воду,
обогащенную им самим созданной смесью, ко-торую он назвал «стандартным
питательным составом для Macrocystis pyritera». Этот состав содержал ряд
элементов (названия которых знакомы тем, кто когда-нибудь читал надписи на
наклейках бутылок с минеральной водой), включая железо, йод, марганец и цинк.
Кроме того, он до-бавил в состав смесь молибдена, кобальта и мышьяка. За-тем
определенное количество изготовленной смеси и мо-лодые экземпляры водорослей
помещались в аквариум с глубинной морской водой. Поворот включателя – и
начи-нали гудеть насосы, циркулировать вода – эксперимент начинался.
Норт внимательно следил не только за водорослями,
растущими в аквариуме с водой, обогащенной, изготов-ленной по вышеуказанному
«рецепту», но и за водорос-лями, находящимися в аквариуме с обычной морской
во-дой. Он обнаружил, что в первом случае растения разви-ваются гораздо
быстрее, чем во втором.
В последующей серии экспериментов молодые экзем-пляры
бурых водорослей вновь помещались в обогащен-ную смесью глубинную морскую
воду, но так, чтобы при каждом опыте в смеси отсутствовал один из
составляю-щих элементов. Теперь результаты бывали самыми раз-личными. Если
удаление одних элементов практически не влияло на рост растений, то удаление
других даже уско-ряло их развитие. Отсутствие определенных элементов
приводило к заболеванию водорослей, при этом увеличе-ние содержания других
элементов в смеси не улучшало положения.
Конечно, химический состав морской воды меняется со
временем и различен в разных местах океана. Следова-тельно, может
потребоваться много лет для определения смеси питательных веществ, которая
была бы наилучшей для водорослей каждой конкретной плантации. Норт пре-красно
это понимает и, разумеется, принимает в расчет.
Весьма интересны его эксперименты по высеванию водорослей.
Он помещает короткие нижние побеги – спо-рофилы – в лоток с охлажденной
водой. Так они сбрасы-вают споры на трос, заранее уложенный в лотке.
Сбро-шенные споры прикрепляются к нему и начинают разви-ваться. Через
некоторое время прошедшие специальную подготовку водолазы закрепляют
перевезенный в океан трос к подводным опорам для проведения дальнейших
экспериментов и исследований.
Зачем все это нужно? Для того, чтобы снизить
себе-стоимость проекта, ведь закрепить трос с молодыми побе-гами значительно
проще, чем пришивать водоросли к по-липропиленовым тросам закрепленного под
водой плота.
В течение долгого времени считалось, что бурые во-доросли
произрастают в прибрежных водах умеренного пояса. С 1975 года стало ясно, что
гигантские Macrocystis pyrifera можно пересаживать и культивировать и в
про-хладных водах морей, вдали от берегов. Затем возник во-прос, возможно ли
культивировать бурые водоросли или их гибриды, созданные в лаборатории, на
энергетических фермах в теплых тропических морях.
«Разумеется, можно,– считают доктор Уилкокс, про-фессор
Норт и ряд других гидробиологов.– Даже в тропи-ках прохладную и богатую
питательными веществами во-ду можно накачивать насосами из глубины».
Не удивительно, что выращивание гибридных бурых водорослей,
способных адаптироваться к условиям тро-пиков, включается в планы
исследований все большего числа экспериментаторов. Планируется и выращивание
бурых водорослей, более устойчивых к заболеваниям и паразитам, так же как и
выращивание водорослей, кото-рые питались бы веществами, еще не испытанными
экс-периментальным путем. Кроме того, широко исследуются океанские просторы с
целью обнаружения природных те-чений, перемещающих воду со дна на
поверхность, разра-батываются конструкции плотов, способных выдержать любые
возмущения вод на глубине 40, 60 и 100 футов (12, 18 и 30 м), рассматриваются возможности соединения океанских ферм с ОТЕС, которая, как мы уже знаем, так-же
накачивает холодную воду из глубинных слоев.
С появлением интересных идей число проводимых исследований
резко возрастает. На их основе уже сегодня многие инженеры и гидробиологи в
США, Китае и Япо-нии видят в море средство приближения эры изобилия. Они
уверены, что неиссякаемые количества метана и эта-на, полученные на океанских
энергетических фермах и перевезенные на сушу в танкерах, приведут в движение
транспортные средства, обогреют или освежат воздух в домах и школах, на
заводах и в учреждениях. Выступая на страницах специальных журналов,
обращаясь к предста-вителям различных групп потребителей энергии, беседуя в
кулуарах законодательных учреждений, ученые-океанологи указывают, что по мере
того как все более сложной и напряженной становится проблема
энерго-снабжения, правительства всех стран мира должны боль-шее внимание и
поддержку уделять развитию и разработ-ке проектов альтернативных источников
получения энер-гии. В этом смысле океанские энергетические фермы осо-бенно
привлекательны по нескольким причинам.
«Океанская недвижимость» не принадлежит никому, и так
будет продолжаться до тех пор, пока правительства не поймут ее ценности.
Тогда они, быть может, установят над ней свой суверенитет, будут сдавать ее в
аренду или продавать и, разумеется, облагать налогами.
Проблем ирригации, за исключением накачивания глубинной
воды, здесь не существует. Океанские фермы не загрязняют планету даже
термально. Энергия, полу-ченная бурыми водорослями от солнца, в конце концов
вернется в атмосферу, после того как метан, этан и другие продукты будут
сжигаться или использоваться иным спо-собом. Накапливаемая энергия и энергия
возвращенная будут уравновешивать друг друга, и общий термальный баланс
планеты останется неизменным. Поддерживание термального равновесия на Земле
сегодня является осо-бенно важной проблемой, так как многие ученые
преду-преждают, что продолжающееся сжигание ископаемых видов топлива в конце
концов увеличит температуру пла-неты в целом на 2-3° по Фаренгейту, что
приведет к до-статочно серьезным климатическим изменениям.
В 80-х годах нашего столетия министерство энергети-ки США,
«Дженерал электрик», «Америкэн гэз ассо-шиэйшн», «Глобал марин девелопмент
инкорпорейтед», профессора университетов и представители тех групп
по-требителей энергии, которые были инициаторами созда-ния океанских
энергетических ферм и продолжают ока-зывать поддержку осуществлению проекта и
теперь, убеждены, что они находятся на верном пути. Им извест-но, что бурые
водоросли являются прекрасным источни-ком получения метана и этана, что может
быть разработа-на технология создания ферм и получен высокий эконо-мический
эффект. Все они, включая пионеров в этой об-ласти – Говарда Уилкокса и Уилера
Норта, твердо верят в то, что уже скоро станет ясно – существует не только
принципиальная возможность создания таких ферм, но и практическая
необходимость их строительства.
|