|
Океан наполнен внеземной энергией,
которая поступает в него из космоса. Она доступна и безопасна, не за-грязняет
окружающую среду, неиссякаема и свободна.
Из космоса поступает энергия Солнца. Она нагревает воздух
и образует ветры, вызывающие волны. Она нагре-вает океан, который накапливает
тепловую энергию. Она приводит в движение течения, которые в то же время
ме-няют свое направление под воздействием вращения Зем-ли.
Из космоса же поступает и энергия солнечного и лун-ного
притяжения. Она является движущей силой системы Земля – Луна и вызывает
приливы и отливы.
Океан – это не плоское, безжизненное водное про-странство,
а огромная кладовая беспокойной энергии. Здесь плещут волны, рождаются
приливы и отливы, пере-секаются течения, и все это наполнено энергией.
Бакены и маяки, использующие энергию волн, уже усеяли
прибрежные воды Японии. В течение многих лет бакены-свистки береговой охраны
США действуют бла-годаря волновым колебаниям. Сегодня вряд ли существу-ет
прибрежный район, где не было бы своего собственно-го изобретателя,
работающего над созданием устройства, использующего энергию волн.
Начиная с 1966 года два французских города полно-стью
удовлетворяют свои потребности в электроэнергии за счет энергии приливов и
отливов. Энергоустановка на реке Ранс (Бретань), состоящая из двадцати
четырех ре-версивных турбогенераторов, использует эту энергию. Выходная
мощность установки 240 мегаватт – одна из наиболее мощных гидроэлектростанций
во Франции.
В 70-х годах ситуация в энергетике изменилась. Каж-дый раз,
когда поставщики на Ближнем Востоке, в Афри-ке и Южной Америке поднимали цены
на нефть, энергия приливов становилась всё более привлекательной, так как она
успешно конкурировала в цене с ископаемыми вида-ми топлива. Вскоре за этим в
Советском Союзе, Южной Корее и Англии возрос интерес к очертаниям береговых
линий и возможностям создания на них энергоустановок. В этих странах стали
всерьез подумывать об использова-нии энергии приливов и волн и выделять
средства на на-учные исследования в этой области, планировать их.
Не так давно группа ученых-океанологов обратила внимание
на тот факт, что Гольфстрим несет свои воды вблизи берегов Флориды со
скоростью пяти миль в час. Идея использовать этот поток теплой воды была
весьма заманчивой.
Возможно ли это? Смогут ли гигантские турбины и подводные
пропеллеры, напоминающие ветряные мель-ницы, генерировать электричество,
извлекая энергию из течений и волн?
«Смогут» – таково в 1974 году было заключение Ко-митета
Мак-Артура, находящегося под эгидой Нацио-нального управления по исследованию
океана и атмосфе-ры в Майами (Флорида). Общее мнение заключалось в том, что
имеют место определенные проблемы, но все они могут быть решены в случае
выделения необходимых ас-сигнований, так как «в этом проекте нет ничего
такого, что превышало бы возможности современной инженер-ной и
технологической мысли».
Один из ученых, наиболее склонный к прогнозам на будущее,
предсказал, что электричество, полученное при использовании энергии
Гольфстрима, может стать конку-рентоспособным уже в 80-е годы.
В океане существует замечательная среда для под-держания
жизни, в состав которой входят питательные вещества, соли и другие минералы.
В этой среде раство-ренный в воде кислород питает всех морских животных от
самых маленьких до самых больших, от амебы до аку-лы. Растворенный углекислый
газ точно так же поддер-живает жизнь всех морских растений от одноклеточных
диатомовых водорослей до достигающих высоты 200- 300 футов (60-90 м) бурых водорослей.
Морскому биологу нужно сделать лишь шаг вперед, чтобы перейти
от восприятия океана как природной сис-темы поддержания жизни к попытке
начать на научной основе извлекать из этой системы энергию.
При поддержке военно-морского флота США в сере-дине 70-х
годов группа специалистов в области исследо-вания океана, морских инженеров и
водолазов создала первую в мире океанскую энергетическую ферму на глу-бине 40 футов (12 м) под залитой солнцем гладью Тихого океана вблизи острова Сан-Клемент. Ферма была
не-большая. По сути своей, все это было лишь эксперимен-том. На ферме
выращивались гигантские калифорнийские бурые водоросли.
По мнению директора проекта доктора Говарда А. Уилкокса,
сотрудника Центра исследований морских и океанских систем в Сан-Диего
(Калифорния), «до 50 про-центов энергии этих водорослей может быть превращено
в топливо – в природный газ метан. Океанские фермы бу-дущего, выращивающие
бурые водоросли на площади примерно в 100 000 акров (40 000 га), смогут давать энер-гию, которой хватит, чтобы полностью удовлетворить
по-требности американского города с населением в 50 000 человек».
Океан всегда был богат энергией волн, приливов и те-чений.
В древние времена, наблюдая движение водных потоков, рыбаки ничего не знали о
«приливной энергии» или о «выращивании бурых водорослей», однако они зна-ли,
что выходить в море легче во время отлива, а возвра-щаться обратно – во время
прилива. Им, конечно, было известно и о том, что иногда волны тяжело и
страшно бьют о берег, выбрасывая камни на его скалы, и о «мор-ских реках»,
которые всегда выносили их к нужным ост-ровам, и о том, что они всегда смогут
прокормиться мол-люсками, ракообразными, рыбой и съедобными водорос-лями,
растущими в океане...
В наши дни, когда возросла необходимость в новых видах
топлива, океанографы, химики, физики, инженеры и технологи обращают все большее
внимание на океан как на потенциальный источник энергии.
В океане растворено огромное количество солей. Мо-жет ли
соленость быть использована как источник энер-гии?
Может. Большая концентрация соли в океане навела ряд
исследователей Скриппского океанографического ин-ститута в Ла-Колла
(Калифорния) и других центров на мысль о создании таких установок. Они
считают, что для получения большого количества энергии вполне возмож-но
сконструировать батареи, в которых происходили бы реакции между соленой и несоленой
водой.
Температура воды океана в разных местах различна. Между
тропиком Рака и тропиком Козерога поверхность воды нагревается до 82 градусов
по Фаренгейту (27° С). На глубине в две тысячи футов (600 м) температура пада-ет до 35, 36, 37 или 38 градусов по Фаренгейту (2-3,5°С). Возникает вопрос:
есть ли возможность использовать раз-ницу температур, составляющую около 45°,
для получе-ния энергии? Могла бы тепловая энергоустановка, плы-вущая под
водой, производить электричество?
Да, и это возможно.
В далекие 20-е годы нашего столетия Жорж Клод, одаренный,
решительный и весьма настойчивый француз-ский физик, решил исследовать такую
возможность. Вы-брав участок океана вблизи берегов Кубы, он сумел-таки после
серии неудачных попыток получить установку мощностью 22 киловатта. Это
явилось большим научным достижением и приветствовалось многими учеными.
Используя теплую воду на поверхности и холодную на глубине
и создав соответствующую технологию, мы располагаем всем необходимым для
производства элек-троэнергии, уверяли сторонники использования тепловой
энергии океана. «Согласно нашим оценкам, в этих по-верхностных водах имеются
запасы энергии, которые в 10 000 раз превышают общемировую потребность в
ней».
«Увы,– возражали скептики,– Жорж Клод получил в заливе
Матансас всего 22 киловатта электроэнергии. Дало ли это прибыль?» Не дало,
так как, чтобы получить эти 22 киловатта, Клоду пришлось затратить 80
киловатт на ра-боту своих насосов.
Сегодня профессор Скриппского института океано-графии Джон
Исаакс делает вычисления более аккуратно. По его оценкам, современная
технология позволит созда-вать энергоустановки, использующие для производства
электричества разницу температур в океане, которые про-изводили бы его в два
раза больше, чем общемировое по-требление на сегодняшний день. Это будет
электроэнер-гия, производимая электростанцией, преобразующей тер-мальную
энергию океана (ОТЕС – Ocean Thermal Energy Conversion).
Конечно, это – прогноз ободряющий, но даже если он
оправдается, результаты не помогут разрешению мировых энергетических проблем.
Разумеется, доступ к запасам электроэнергии ОТЕС предоставляет великолепные
воз-можности, но (по крайней мере пока) электричество не поднимет в небо
самолеты, не будет двигать легковые и грузовые автомобили и автобусы, не поведет
корабли че-рез моря.
Однако самолеты и легковые автомобили, автобусы и
грузовики могут приводиться в движение газом, который можно извлекать из
воды, а уж воды-то в морях достаточ-но. Этот газ – водород, и он может
использоваться в каче-стве горючего. Водород – один из наиболее
распростра-ненных элементов во Вселенной. В океане он содержится в каждой
капле воды.
Помните формулу воды? Формула Н20 значит, что молекула
воды состоит из двух атомов водорода и одного атома кислорода. Извлеченный из
воды водород можно сжигать как топливо и использовать не только для того,
чтобы приводить в движение различные транспортные средства, но и для
получения электроэнергии.
Все большее число химиков и инженеров с энтузиаз-мом
относится к «водородной энергетике» будущего, так как полученный водород
достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерах или в сжиженном
виде в криогенных контейнерах при температуре 423° по Фарен-гейту (–203° С).
Его можно хранить и в твердом виде по-сле соединения с железо-титановым сплавом
или с магни-ем для образования металлических гидридов. После этого их можно
легко транспортировать и использовать по мере необходимости.
Еще в 1847 году французский писатель Жюль Верн,
опередивший свое время, предвидел возникновение такой водородной экономики. В
своей книге «Таинственный остров» он предсказывал, что в будущем люди
научатся использовать воду в качестве источника для получения топлива.
«Вода,– писал он,– представит неиссякаемые за-пасы тепла и света».
Со времен Жюля Верна были открыты методы извле-чения
водорода из воды. Один из наиболее перспектив-ных среди них – электролиз
воды. (Через воду пропуска-ется электрический ток, в результате чего
происходит хи-мический распад. Освобождаются водород и кислород, а жидкость
исчезает.)
В 60-е годы специалистам из НАСА удалось столь успешно
осуществить процесс электролиза воды и столь эффективно собирать
высвобождающийся водород, что получаемый таким образом водород использовался
во время полетов по программе «Аполлон».
Таким образом, в океане, который составляет 71 про-цент
поверхности планеты, потенциально имеются раз-личные виды энергии – энергия
волн и приливов; энергия химических связей газов, питательных веществ, солей
и других минералов; скрытая энергия водорода, находяще-гося в молекулах воды;
энергия течений, спокойно и нескончаемо движущихся в различных частях океана;
удивительная по запасам энергия, которую можно полу-чать, используя разницу
температур воды океана на по-верхности и в глубине, и их можно преобразовать
в стан-дартные виды топлива.
Такие количества энергии, многообразие ее форм
га-рантируют, что в будущем человечество не будет испы-тывать в ней
недостатка. В то же время не возникнет необходимости зависеть от одного-двух
основных источ-ников энергии, какими, например, являются давно
ис-пользующиеся ископаемые виды топлива и ядерного го-рючего, методы
получения которого были разработаны недавно.
Более того, в миллионах прибрежных деревень и се-лений, не
имеющих сейчас доступа к энергосистемам, бу-дет тогда возможно улучшить жизненные
условия людей.
Жители тех мест, где на море часто бывает сильное
волнение, смогут конструировать и использовать уста-новки для преобразования
энергии волн.
Живущие вблизи узких прибрежных заливов, куда во время
приливов с ревом врывается вода, смогут использо-вать эту энергию.
Для всех остальных людей энергия океана в открытом водном
пространстве будет преобразовываться в метан, водород или электричество, а
затем передаваться на сушу по кабелю или на кораблях.
И вся эта энергия таится в океане испокон веков. Не
используя ее, мы тем самым попросту ее расточаем.
Разумеется, трудно даже представить себе переход от столь
привычных, традиционных видов топлива – угля, нефти и природного газа – к
незнакомым, альтернатив-ным методам получения энергии.
Разница температур? Водород, металлические гидри-ды,
энергетические фермы в океане? Для многих это зву-чит как научная фантастика.
И тем не менее несмотря на то что извлечение энергии
океана находится на стадии экспериментов и процесс этот ограничен и
дорогостоящ, факт остается фактом, что по мере развития научно-технического
прогресса энергия в будущем может в значительной степени добываться из моря.
Когда – зависит от того, как скоро эти процессы станут достаточно дешевыми. В
конечном итоге дело упирается не в возможность извлечения из океана энергии в
различных формах, а в стоимость такого извлечения, ко-торая определит,
насколько быстро будет развиваться тот или иной способ добычи.
Когда бы это время ни наступило, переход к исполь-зованию
энергии океана принесет двойную пользу: сэко-номит общественные средства и
сделает более жизнеспо-собной третью планету Солнечной системы – нашу Зем-лю.
Впервые удар по общественному карману был нане-сен в 1973
году подъемом цен на ископаемые виды топ-лива. Особенно возросли цены на
нефть – основной вид топлива в XX веке, используемый в промышленности,
сельском хозяйстве, для отопления. Вслед за этим про-изошло повышение уровня
инфляции, а поскольку науч-ные исследования и эксперименты тоже требуют
ассигно-ваний, поиски новых видов топлива подняли цены еще выше.
Ископаемые виды топлива истощаются, мы вынужде-ны их
экономить и увеличивать энергообеспечение за счет строительства ядерных
реакторов, которые требуют значительных финансовых затрат и вызывают опасения
у людей, живущих вблизи. Конечно, энергопотребление снизится, если быть более
экономными. В США, населе-ние которых составляет 5,3% от общемирового и где
ис-пользуется 35% всех видов ископаемого топлива и гидро-электроэнергии мира,
потребление энергии может быть легко снижено до 30-32%, а то и до 25%.
Существует да-же мнение, что по справедливости Соединенные Штаты должны
снизить потребление энергии до 5,3%.
Экономика, однако, лишь одна сторона дела. Другая сторона
относится к странам развивающимся, которые стараются достичь уровня жизни
промышленно развитых стран, определяющегося использованием большого
коли-чества энергии. Сегодня народы Азии, Африки и Латин-ской Америки
стремятся перейти от общества, в котором используется в основном физический
труд, к обществу с развитой индустрией.
Для того чтобы удовлетворить потребность в равно-правном
распределении дешевой энергии между всеми странами, потребуется такое ее
количество, которое, воз-можно, в тысячи раз превысит сегодняшний уровень
по-требления, и биосфера уже не справится с загрязнением, вызываемым
использованием обычных видов топлива. Тем не менее президент Института
исследований в обла-сти электроэнергии в Пало Альто (Калифорния) Чонси Старр
полагает: «Необходимо признать, что мировое по-требление энергии будет
развиваться именно в этом направлении и так быстро, как только позволят
политиче-ские, экономические и технические факторы».
Так как соревнование за обладание истощающимися видами
топлива обостряется, расход общественных средств будет расти. Рост этот
продолжится, так как необходимо бороться с загрязнением воздуха и воды,
теп-лотой, выделяющейся при сгорании ископаемых видов топлива.
Но стоит ли волноваться в поисках новых источников
ископаемого топлива? Зачем дискутировать по вопросу о строительстве ядерных
реакторов? Океан наполнен энер-гией, чистой, безопасной и неиссякаемой. Она
там, в оке-ане, только и ждет высвобождения. И это – преимущество номер один.
Второе преимущество заключается в том, что исполь-зование
энергии океана позволит Земле быть и в даль-нейшем обитаемой планетой. А вот
альтернативный вари-ант, предусматривающий увеличение использования
ор-ганических и ядерных видов топлива, по мнению некото-рых специалистов,
может привести к катастрофе: в атмо-сферу станет выделяться слишком большое
количество углекислого газа и теплоты, что грозит смертельной опас-ностью
человечеству.
«Пустяки,– усмехается Джо Доукс.– Мы постоянно
совершенствуем воздушные фильтры и очистные соору-жения. Еще год-два – и
фабричные дымовые трубы будут выпускать практически чистый воздух». Джо Доукс
само-довольно добавляет: «Разве мы не очищаем выхлопные газы автомобилей?
Скоро вы вообще забудете, что такое пары двуокиси серы. Зачем вам журавль в
небе – я имею в виду – в океане».
Тем не менее углекислый газ и теплота, выделяемые в
атмосферу дымовыми трубами фабрик и других промыш-ленных предприятий, а
иногда и большими многоквар-тирными комплексами, которые используют ископаемые
виды топлива, внушают большое беспокойство.
Но кто заметит, что в воздухе стало больше углекис-лого
газа? Он бесцветен и не имеет запаха. Он пузырится в прохладительных
напитках. А кто заметит постепенное, медленное повышение атмосферной
температуры Земли на один, два или три градуса по Фаренгейту? Заметит
планета, когда углекислый газ через некоторое время оку-тает ее подобно
одеялу, которое перестанет пропускать избыточное тепло в космос.
Жак Кусто, пионер освоения и исследования океана, считает:
«Когда концентрация углекислого газа достигнет определенного уровня, мы
окажемся как будто в парни-ке». Это значит, что теплота, выделяемая Землей,
будет задерживаться под слоем стратосферы. Накапливающееся тепло повысит
общую температуру. А увеличение ее даже на один, два или три градуса по
Фаренгейту приведет к таянию ледников. Миллионы тонн расстаявшего льда
поднимут уровень морей на 200 футов (60 м). Города на побережье и в долинах больших рек окажутся затоплен-ными.
По данному вопросу, как и по многим другим, ученые
разделились на два лагеря. В одном лагере считают, что утолщающееся одеяло
углекислого газа (СО2) вызовет повышение температуры и приведет к таянию
ледников, то есть, по определению доктора Говарда Уилкокса, пре-вратит Землю
в парник. Сторонники другого лагеря пола-гают, что то же самое одеяло СО2
будет преграждать путь теплу, излучаемому солнцем, что станет причиной
наступления новой эры оледенения. Обеспокоено даже наше (США) правительство.
В неопубликованном иссле-довании Министерство энергетики предупреждает, что
увеличение общей температуры атмосферы и концентра-ции углекислого газа может
изменить климат Земли и в конце концов породить сложные проблемы не только в
области окружающей среды, но и в области политиче-ской.
Итак, что же человечество должно делать? Будем ли мы
истощать остатки ископаемого топлива, строить все большее число ядерных
реакторов, рискуя изменить тем-пературу атмосферы, или же обратимся к океану
– кладе-зю неиссякаемой энергии – и будем изыскивать способы извлечения этой энергии
для достижения наших целей – вот в чем заключается вопрос.
В данной книге обсуждаются лишь шесть источников океанской
энергии: приливы, волны, течения, разница температур и химического состава,
выращивание водо-рослей в открытом море (плюс несколько слов о водоро-де). В
настоящее время именно эти направления развива-ются наиболее интенсивно.
Однако существуют и другие источники, которые могут стать весьма важными в
буду-щем. К ним относится эксплуатация морского дна: полу-чение
геотермального тепла, добыча как нефти и природ-ного газа, так и тяжелой
сырой нефти и газовых гидратов. Не следует забывать и об энергии ветров,
проносящихся над тысячами миль открытого водного пространства.
Для будущего важна решимость человека обеспечить себя
необходимой энергией. Большое ее количество нахо-дится в океане в самых
различных формах и может быть преобразовано для использования при условии
создания соответствующей технологии. Тысячи исследовательских программ уже
находятся в процессе развития. Некоторые из них обречены на неудачу, а
некоторых ожидает бле-стящий успех. В последнем случае это будет значить, как
считают исследователи океана, что станет доступна эф-фективная, экономичная и
безопасная для окружающей среды энергия.
|