Мировая энергетика: в поисках выхода

На рубеже веков или, если кому-то это больше нравится, на рубеже тысячелетий, человеческая цивилизация оказалась в состоянии так называемого системного кризиса, выход из которого, к сожалению, сегодня не виден. Тема системного кризиса весьма непопулярна в публичной политике и, как следствие, в средствах массовой информации. В публичной политике ограничиваются критикой предшественников и конкурентов, а также обещаниями грядущего процветания. В ряде случаев подобные обещания частично выполняются, но с каждым десятилетием, во-первых, выполнять их все труднее и труднее, а во-вторых, деятельность по выполнению этих обещаний, вне зависимости от уровня достигнутых успехов, еще более обостряет системный кризис. Если все пойдет так, как идет сейчас, то, в конце концов, произойдет обвал мировой экономики и хаотизация межгосударственных отношений в масштабах всей цивилизации.

Проблема системного кризиса хорошо осознана на уровне экспертов, обслуживающих высший слой мировой политической элиты. Решение этой проблемы ищется и будет искаться в ближайшие десятилетия. Человеческая цивилизация в процессе своего развития периодически встречалась с серьезными проблемами, но каждый раз их решала и двигалась дальше. Конечно, сложность проблем возрастала, и решения давались все труднее. В первой половине XX века цивилизация решала свои проблемы в ходе двух мировых войн и нескольких революций. В конце второй мировой войны и сразу после нее было создано ядерное оружие, которое исключило третью мировою войну и на 40 лет обеспечило стратегическую стабильность цивилизации в целом. Во второй половине XX века в качестве основного метода решения проблем развития стало быстрое и широкое использование результатов научно-технической революции.

Давайте попытаемся сформулировать, что же такое системный кризис? Кратко ответ звучит так: системный кризис — это длительная неспособность цивилизации находить оптимальные решения проблем развития, которые бы устраивали если не всех, то большинство стран и людей. К сожалению, мы находимся в ситуации, когда все страны на планете и все люди внутри страны принципиально не могут жить одинаково хорошо. К еще большему сожалению, мы должны признать, что в ближайшие десятилетия необходимо поддерживать эту ситуацию, заставляя большинство людей на Земле жить плохо. Они, это большинство, конечно, не будет мириться с таким положением дел, поэтому в ближайшие десятилетия придется тушить всякие региональные пожары.

Поясним вышесказанное. Сегодня на Земле шесть миллиардов жителей. Из них в развитых благополучных странах живет примерно 1/4 населения Земли — полтора миллиарда человек. Предположим, что с завтрашнего дня все люди будут жить также хорошо, то есть на том же уровне потребления, как сегодня живут, например, во Франции. Тогда окажется, что ресурсов планеты (нефти, газа, металлов, древесины, а также плодородных земель и кислорода) хватит только на 10 лет. После этого потреблять будет нечего. Именно по этой причине современная геополитика, которую проводят наиболее развитые страны, целиком направлена на то, чтобы, во-первых, контролировать имеющиеся ресурсы, и, во вторых, не позволять трем четвертям населения планеты потреблять заметно больше, чем они потребляют сегодня. Надо признать, что осуждать развитые страны за такую геополитику не следует, на всех ресурсов все равно не хватит, поэтому нужно попытаться сохранять status quo по крайней мере до тех пор, пока не появятся реальные идеи решения проблемы ресурсов. Интересно отметить весьма своеобразное поведение США в этой ситуации. Что США делают в геополитике всем известно – периодически бомбят тех, кто их не слушается, а вот в геоэкономике они делают следующее: свои ресурсы очень экономят, а ресурсы, добытые в других странах, используют для создания запасов. Например, свою нефть не добывают, а ввозят чужую и закачивают ее в подземные хранилища. Когда во всем мире нефть закончится, у США будет еще запас лет на 5-10.

Таким образом, в основе системного кризиса — недостаток ресурсов. Не менее важен также и другой факт: в ситуации, когда уже начинает сказываться недостаток ресурсов, человечество до сих пор не нашло оптимальную экономическую систему. Рыночная экономика, которая, возможно, многим в нашей стране представляется благом, по большому счету представляет собой весьма неэффективную конкурентную систему, в которой производители ведут между собой конкурентную борьбу за приоритетное право использования ресурсов. Ясно, что в ситуации, когда ресурсы кончаются, такая борьба сопровождается еще более быстрым их истощением. С другой стороны, как показал опыт, альтернативная социалистическая экономика оказалась еще более неэффективной. Других экономических систем мы, однако, пока не знаем — вот вторая причина, по которой сегодня не видно выхода из системного кризиса. Есть, наконец, и третья причина — нам до сих пор неизвестна оптимальная политическая система. В пользу вожделенной демократии следует напомнить высказывание Черчилля: демократия не очень хорошая система, но лучшей человечество не придумало. Сегодня можно сделать ударение на первой половине этой фразы. Современная демократия — в лучшем случае политический маятник, стабильные колебания которого в развитых странах обеспечиваются жесткой геополитикой, а в не очень развитых странах — манипуляциями общественного сознания. Образно говоря, демократия работает как политическая система только в двух случаях: либо людей хорошо кормят (точнее, дают возможность хорошо кормиться), либо им морочат голову. Первый вариант демократии предполагает непропорционально большое потребление ресурсов на долю каждого члена демократического общества, а второй, который правильнее назвать плутократией, без помощи извне долго существовать не может.

Итак, давайте теперь соберем вместе все, что мы знаем о системном кризисе. Принципы организации экономики не соответствуют объему ресурсов планеты, что приводит к обострению противоречий между потребностями людей и темпами расходования природных ресурсов. Все это происходит на фоне неспособности современной цивилизации интегрировать всех общественно активных людей в инфраструктуру общества и государства, что приводит к выталкиванию некоторых из них на обочину экстремизма. Попытки удержать большинство населения планеты на грани минимума потребления в геополитике приводит к двойным стандартам и силовым акциям, а во внутренней политике — к манипуляциям общественным сознанием средствами массовой информации, к созданию иллюзий грядущего процветания.

Разумеется, именно факт системного кризиса в первую очередь необходимо учитывать при обсуждении проблем энергетики. Лежащий в основе этого кризиса недостаток ресурсов прежде всего касается недостатка энергетических ресурсов. Некоторые полагают, что не все так плохо, пока на планете имеются большие разведанные запасы угля, которых, при разумном их использовании, хватит на несколько сот лет. В действительности, однако, один только уголь не решит энергетические проблемы. Конечно, нас прежде всего интересует ситуация в России. Однако, если читатель думает, что он живет в стране, по ресурсам самой богатой в мире, и, следовательно, проблемы системного кризиса его не касаются, то он сильно заблуждается. Реальность состоит в том, что по целому ряду причин в нашей стране эти проблемы стоят еще более остро, чем в развитых странах, к качеству жизни которых мы стремимся приблизиться.

История показывает, что цивилизации, существовавшие на планете, искали решение проблем своего развития, как правило, на пути экспансии. Слово “экспансия” мы здесь используем в самом широком смысле, как характеристику процесса расширения всех возможных областей деятельности цивилизации. Основные цели этого процесса — сохранение стабильности развития и сохранение безопасности цивилизации. Естественно, этот процесс сопровождается увеличением потребления ресурсов.

Первая отличительная особенность современной ситуации состоит в том, что число цивилизаций на планете резко сократилось. Оставшиеся цивилизации в определенном смысле образуют общечеловеческую цивилизацию, хотя правильнее было бы говорить все-таки о нескольких различных цивилизациях, тесно взаимодействующих друг с другом. В современной геополитике признание факта существования нескольких цивилизаций отражается в стремлении построить так называемый многополярный мир с достаточно четкими и стабильными границами влияния каждого полюса силы. Сразу отметим, что такое желание, в основном, высказывают те, у кого сил пока (или уже) недостаточно для фиксации зоны своих интересов. Например, сторонниками многополярного мира являются Китай, увеличивающий свою мощь, и Россия, теряющая свои силы. Наиболее мощная Западная цивилизация к идее многополярного мира относится скептически, по-видимому, она стремится использовать свою мощь для попыток решения проблем своего развития путем все той же экспансии, включающей как новые, так и традиционные ее типы. Во всяком случае, Западная цивилизация, во-первых, ведет целенаправленную геополитику, а, во-вторых, использует для традиционных видов экспансии малейшие возможности. Наиболее наглядный пример — расширение НАТО на Восток. Хотя нам, россиянам, это расширение неприятно, мы вынуждены признать, что Западная цивилизация в данном случае поступает исходя из своих интересов и из своих возможностей. В каком-то смысле это ее право, которое можно ограничить только правами других цивилизаций, основанными не столько на идеях, сколько на силе.

Нам было бы неплохо отдавать себе отчет в том, каковы мотивы экспансии Западной цивилизации на Восток к границам России. Суть проблемы в том, что мы, россияне, являемся владельцами 30% мировых ресурсов. Однако, во-первых, мы не можем толково использовать эти ресурсы для собственного развития, а, во-вторых, Россия сегодня находится в таком состоянии, которое с полным основанием можно назвать процессом распада. Гипотеза о том, что Российская цивилизация распадется и исчезнет с лица планеты сегодня, к сожалению, имеет такое же право на существование, как и гипотеза о грядущем процветании России и ее мировом лидерстве. Западная цивилизация обязана учитывать возможность распада России (который, если и произойдет, то в основном по причине нашей бестолковости), поэтому она должна подготовиться к тому, чтобы взять под контроль те самые 30% мировых ресурсов, которые пока еще принадлежат нам. Если она этого не сделает, то в случае распада России наши ресурсы перейдут к кому-нибудь другому, например к Исламской или Китайской цивилизации. Поэтому давайте никого не осуждать за их планы и интересы, а лучше подумаем о том, как нам самим эти ресурсы сохранить и эффективно использовать. При этом мы должны помнить, что ресурсов у нас много (даже очень много) только в относительных единицах: по сравнению с тем, что приходится на долю одного жителя остального мира, мы в 20 раз богаче. Однако в абсолютных единицах нашего богатства не так много: даже при современных темпах потребления ресурсов их хватит лет на 40-50, не больше. Поэтому пора и нам призадуматься об экономии, особенно на фоне действий, предпринимаемых нашим стратегическим партнером-противником. В то время как США (страна по ресурсам отнюдь не бедная) складирует чужие ресурсы, мы, в стиле колониального придатка, свои ресурсы, прежде всего энергетические, раздаем развитым странам и, что самое смешное, вырученные деньги отправляем туда же. Взамен берем у них кредиты в сумме, примерно равной одной десятой вывезенного капитала, и еще больше увеличиваем долги детей и внуков. Совершенно очевидно, что пора остановиться, подумать и найти более разумный подход к организации нашей жизни.

Итак, первая специфика системного кризиса в России состоит в том, что наша страна, как некоторым представляется, оказалась в положении богатой умирающей старухи, которая все свои богатства запрятала под матрас, на котором она умирает. Близкие и далекие родственники сидят вокруг, следят друг за другом и за состоянием умирающей, подбирая при этом кое-какие ценности, выпадающие из матраса. Главная цель — успеть получить как можно большую часть богатств, которые скоро останутся без хозяйки. Однако, слухи о скорой кончине хозяйки сильно преувеличены, хотя болезнь еще продолжается. В этой связи неплохо бы прогнать шарлатана и позвать лекаря.

Какие же попытки предпринимала мировая цивилизация в поисках выхода из системного кризиса. Отметим прежде всего, что проблема надвигающегося системного кризиса экспертами была осознана еще в 60-х годах. Тогда же было сделано предположение, что эту проблему можно будет решить на пути научно-техничной революции (НТР). Собственно, НТР представляет собой одну из разновидностей экспансии: в эпоху НТР цивилизация существенно расширила свои возможности по использованию свойств материи (вещества и электромагнитного излучения).

Задачи, поставленные развитыми странами на вторую половину XX века, состояли в следующем: используя результаты НТР, обеспечить развитие Западной цивилизации в русле демократии и рыночной экономики. Напомним, что демократия предполагает высокий уровень жизни, а рыночная экономика — область для экспансии. В данном случае рыночная экономика должна была осваивать новые области технологий, открываемые НТР. Иными словами, вторая половина XX века была временем технологической экспансии. Ресурсы для технологической экспансии предполагалось обеспечивать, во-первых, соответствующей геополитикой, а во-вторых, результатами самой НТР (предполагалось, что новые технологии будут ресурсосберегающими). Отдельно стоял вопрос об энергетических ресурсах, так как их ограниченность была осознана еще до начала эпохи НТР. В 60-х годах предполагалось, что энергетические проблемы будут решены после создания установок управляемого термоядерного синтеза. Здесь нужно подчеркнуть, что, несмотря на похожую терминологию, урановая ядерная энергетика (ее принято называть атомной), реализованная в существующих АЭС, и гипотетическая термоядерная энергетика представляют собой существенно различные энергетические технологии. Во-первых, физические принципы: в атомной энергетике используется энергия деления тяжелых ядер, в термоядерной энергетике — энергия синтеза легких ядер. Во-вторых, топливо: в атомной энергетике в качестве исходного сырья используется природный уран, который затем обогащается специальными технологиями; в термоядерной энергетике топливом является тяжелая вода, которую сравнительно простым способом можно выделить из океанской воды. По этим причинам ресурсы атомной энергетики ограничены в значительно большей мере, чем ресурсы термоядерной. Оценки показывали, что тяжелой воды в океанах хватит на тысячелетия. В-третьих, радиоактивные отходы: в атомной энергетике они присутствуют неизбежно и необходимо решать проблемы радиационной безопасности и захоронения отходов; в термоядерной энергетике радиоактивных отходов просто нет, т.е. эта энергетика практически радиационно безопасна. Как видим, со всех точек зрения термоядерная энергетика представлялась наилучшим способом решения энергетических проблем цивилизации. В 60-х годах атомную энергетику рассматривали как некоторый промежуточный этап; в будущем соответствующий способ производства энергии предполагалось использовать только в передвижных и маломощных установках на морских судах, космических аппаратах, в труднодоступных районах Земли и т.п. (термоядерные установки для этих целей непригодны.)

Таким образом, в эпоху НТР планировалась технологическая экспансия сразу на двух структурных уровнях организации материи: атомно-молекулярном и внутриядерном. В результате перестройки электронных оболочек атомов и молекул можно получить новые химические вещества, новые конструкционные материалы, новые материалы для электроники и вычислительной техники и различные другие полезные вещи. Исследования биологических систем на атомно-молекулярном уровне открывают новые возможности в генной инженерии, в медицине, производстве продуктов питания. Как мы видим, к концу XX века программа технологической экспансии на атомно-молекулярном уровне в значительной мере выполнена, что, собственно, сегодня и определяет лицо нашей цивилизации.

Успехи технологической экспансии на внутриядерном уровне оказались гораздо более скромными. По большому счету, никаких успехов принципиального характера не достигнуто. Главное разочарование — термоядерная энергетика в промышленных масштабах пока реализована быть не может. Экспериментальный образец термоядерного реактора с малым объемом рабочего вещества — горячей плазмы, находящейся в состоянии управляемой термоядерной реакции — создать можно. Такой образец будет вырабатывать малое количество энергии в демонстрационных целях. Для создания промышленных установок необходимы реакторы с большим объемом рабочего вещества. Именно здесь нас и поджидало разочарование: физика термоядерных реакторов такова, что на поддержание большого количества плазмы в состоянии управляемой реакции требуется примерно столько же энергии, сколько реактор вырабатывает. Авторы до сих пор хорошо помнят высказывание одного из крупных специалистов по ядерной физике. В частной беседе, состоявшейся лет 15 назад, знаменитый ученый сказал буквально следующее: к сожалению, ситуация такова, что вместо изучения физики плазмы нам давно уже пора копать уголек. Кстати говоря, в этом высказывании отразилось и скептическое отношение ученого к традиционной атомной энергетике. Выше, однако, мы уже упоминали, что уголь, по-видимому, также не решит энергетическую проблему.

Вопрос о том, как в будущем решать энергетическую проблему, становится не только вопросом развития цивилизации, но и просто любопытной загадкой, решение которой не так легко найти. Давайте перечислим все известные и некоторые гипотетические способы производства энергии. Начнем с естественных источников: энергии ветра, солнца, морских приливов, геотермальной энергии и т.п. Было бы чудесно, если бы эти источники обеспечили потребности цивилизации; можно только мечтать о мире, в котором ничего не сжигается, производство не сопровождается вредными отходами, нет опасных технологий и т.д. Оценки, однако, показывают, что естественных источников энергии достаточно на удовлетворение всего 1% сегодняшних энергетических потребностей цивилизации. Далее, гидроэнергетика. Это довольно эффективный способ производства электроэнергии, недостаток которого всем известен: искусственные моря на крупных реках. Но дело даже не в этом недостатке: к сожалению, гидроресурсы в значительной мере также уже использованы. Кроме того, отметим, что кроме электроэнергии нам нужна еще и тепловая энергия, которую гидроэлектростанции не дают. Следующие два способа — традиционные для энергетики XX века: электростанции на органическом топливе (нефть, газ, уголь) и ядерном топливе — АЭС. Нефть и газ уже кончаются, через 30 - 40 лет о них, как о реальных источниках энергии уже никто говорить не будет. Уголь мы наверняка как использовали, так и будем использовать, как платили за это человеческими жизнями, так и будем платить. Но не в возрастающих же объемах! Уверяем читателей, что через двадцать лет урановая ядерная энергетика на фоне угольной будет представляться благом. Масштабы производства энергии на АЭС будут неуклонно расширяться. И это несмотря на то, что мы все прекрасно понимаем, что если бы можно было обойтись без АЭС с их радиационными проблемами, то лучше было бы обойтись.

Итак, все, что технологически возможно реализовать в энергетике в первую половину XXI века, мы уже перечислили. Для полноты картины перечислим гипотетические и фантастические возможности. Как уже отмечалось, промышленное термоядерное производство энергии на известных физико-технических идеях, к сожалению, реализовать пока не удается. Гипотетическая возможность решения проблемы основана на идее катализа термоядерных реакций с целью понижения температуры зажигания реакции, что в свою очередь уменьшит затраты энергии на поддержание вещества в устойчивом состоянии горячей плазмы. Катализатор такого процесса следует искать среди новых, еще не открытых элементарных частиц. Серьезные физики к этой идее относятся скептически, так как никаких указаний на существование нужных для катализа частиц нет. Более того, такие частицы практически не вписываются в современные концепции теоретической физики микромира.

Энергия ядерного синтеза кажется такой заманчивой, что иногда случаются конфузы. В середине 80-х годов мир облетела сенсационная новость, что американские физики и химики смогли зажечь реакцию ядерного синтеза при комнатной температуре. Идея холодного ядерного синтеза состояла в следующем. Ядерное топливо — ядра дейтерия (изотопа водорода) — имплантировались в твердые тела (использовались титан и палладий), а реакция ядерного синтеза инициировалась за счет энергии разрушения твердых тел. Грубо говоря, такой ядерный реактор предполагалось запускать с помощью молотка. Если бы природа действительно нам сделала бы подарок в виде холодного ядерного синтеза в твердых телах, то многие энергетические проблемы цивилизации были бы решены. В частности, каждая семья на кухне наряду с СВЧ-печью, холодильником и другими привычными вещами имела бы еще и холодный ядерный реактор (кстати, совершенно безопасный со всех точек зрения), который полностью обеспечивал бы энергетические потребности семьи, оставляя кое-что еще и для соседей. К сожалению, однако, подобные перспективы совершенно нереальны. Оказалось, что ядерную реакцию в твердом теле при комнатной температуре запустить можно, но ее энергетический выход столь мал, что его даже трудно сопоставить с энергией, затраченной на запуск реакции. В отличие от термоядерных реакторов, здесь даже невозможно сделать демонстрационный образец. При обсуждении проблемы холодного ядерного синтеза периодически опять всплывает малоправдоподобная идея катализатора, но, по-видимому, к ней серьезно относиться не стоит.

Идеи горячего и холодного ядерного синтеза — всего лишь остроумные попытки эксплуатировать наши знания об устройстве Мира на атомно-молекулярном и ядерном структурных уровнях, попытки, не обещающие положительных результатов. Находясь под Дамокловым мечем энергетической проблемы, который уж точно рухнет на головы нашим детям, если мы примем неправильные решения, давайте посмотрим, что нас ожидает на более глубоком структурном уровне. Этот уровень, называемый субядерным, уже открыт в экспериментах на крупнейших ускорителях элементарных частиц. Оказалось, что протоны и нейтроны, из которых состоят атомные ядра, в свою очередь сделаны из мельчайших частиц — кварков. Кстати, еще лет 20 назад на кварки возлагались некоторые надежды, как на возможные катализаторы реакций ядерного синтеза. Но для этого их необходимо извлечь из протонов и нейтронов, накопить, а затем из накопителя впрыснуть в термоядерный реактор. Выяснилось, однако, что первая из этих задач принципиально не имеет решения. Как любит выражаться современная молодежь, крутизна ситуации состоит в том, что для извлечения кварков из протонов необходимо изменить свойства всей Вселенной или, по крайней мере, той ее части, где мы собираемся с помощью кварков производить энергию. Свойства самого пространства (физики говорят — физического вакуума) внутри протона иные, чем вне его! "Внепротонный климат" для кварков совершенно не подходит, в нем они существовать не могут. Ну, совсем как живые, да еще и капризные. Впрочем, может быть и правда, живые — ведь уже установлено, что вакуумные структуры по уровню сложности, по количеству элементов и функциональных связей между ними не уступают биологическим системам. Кварки — всего лишь коллективные возбуждения сложных вакуумных структур.

Вакуум, несомненно, является громадным резервуаром энергии. Об этом свидетельствуют не только эксперименты на ускорителях, но и астрономические наблюдения. В последние годы этот научный факт стал предметом всевозможных спекуляций, появилось много находчивых людей, обещающих общественности и правительству с выгодой добыть и использовать эту энергию. Эти люди столь настойчивы в своих требованиях денег на вакуумную энергетику, что Российская Академия Наук недавно была вынуждена создать “Комиссию по антинауке”, работа которой состоит в разоблачении шарлатанов. К сожалению или к счастью, но “зеленые” могут быть спокойны: технологическая экспансия человека на субъядерный уровень невозможна. Конечно, мы должны изучать этот уровень, хотя бы для того, чтобы лучше понять свое место во Вселенной. Никаких энергетических выгод эти исследования не обещают, более того, сами исследования требуют достаточно больших затрат электроэнергии. Быть может, энергию субядерного уровня освоят существа более совершенные, чем человек.

Итак, экспансия в микромир не перспективна для решения энергетической проблемы. Наше понимание наших возможностей позволяет гарантировать, что никаких прорывов в исследовании микромира до истощения запасов нефти и газа не будет.

Перейдем теперь к обсуждению возможностей технологической экспансии в противоположном направлении — в космос. В ближайшем (околоземном) космосе от Солнца распространяется громадный поток энергии, только малая часть этой энергии попадает на Землю. Кстати, благодаря именно этой малой части на Земле происходили процессы, сформировавшие органическое топливо — нефть, газ и уголь. Естественно возникает идея о более полном использовании потоков солнечной энергии. Эта идея не кажется неосуществимой, так как технологии аккумуляции солнечной энергии принципиально не отличаются от используемой в солнечных батареях. Дело только в масштабах, но свободного пространства в космосе много. Еще одна идея — использование громадных зеркал для прямой транспортировки солнечной энергии на землю для ее освещения и обогрева. Недавно наши космонавты на станции “Мир” пытались продемонстрировать эту идею, но к сожалению эксперимент окончился неудачно из-за неполадок на самой станции. К энергокосмическим программам следует, однако, относиться очень осторожно. С уверенностью можно сказать, что сегодня нет технологий, которые решили бы энергетические проблемы цивилизации на этом пути. Если мы предположим, что вся энергия, необходимая для современной цивилизации, транспортируется из космоса на Землю через плазменные шнуры в атмосфере, то мы сразу увидим, что атмосфера не выдержит этих энергетических потоков и попросту сгорит. Поэтому на космическую энергию можно надеяться только в том случае, если энергоемкие технологии будут вынесены с Земли в Космос. Здесь, однако, нас поджидает другая трудность: энергии то в космосе много, а вот других ресурсов может и не быть. Земля, все-таки, исключительно богатая планета. Тем не менее, на вторую половину XXI века космическая экспансия, по крайней мере на Луну, запланирована, хотя она нам ничего не гарантирует.

Таким образом, начиная со второй четверти XXI века в течение весьма продолжительного времени (хотелось бы, что бы не до конца существования цивилизации), мы будем использовать только два вида топлива — уран и уголь. Вопрос состоит лишь в соотношении между ними.