Топливо будущего: что нас ждет после завершения эпохи углеводородов

Прежде всего, нефть - это почти все, что нас окружает. Электричество и тепло в наших домах вырабатывается на ТЭС, которые сжигают уголь, газ и нефтепродукты. Нефть - это бензин в наших автомобилях, пластик, из которого сделана бытовая техника и синтетика в нашей одежде. Кроме того, нефть - это еще и продукты питания, ведь современное сельское хозяйство также не может обойтись без использования нефтепродуктов. Вообще, можно очень долго перечислять сферы деятельности человечества, в которых используется "черное золото".

Однако, на этом беды не заканчиваются. Около 17% электроэнергии в мире вырабатывается атомными электростанциями, но запасы урана, также как и запасы других ископаемых источников энергии ограничены и могут иссякнуть в обозримом будущем .

Как преодолеть этот кризис?

Вы удивитесь, уже сделано очень многое. Тень надвигающегося кризиса заставила человечество всерьез заняться альтернативной энергетикой, все больше набирают обороты "энергосберегающие технологии", ведется добыча сланцевого газа. Наука дает множество вариантов решения проблемы, при этом каждый вариант дополняет другой. Какие способы для решения проблем энергетики предлагаются учеными?

Ториевые реакторы

Торий-232 может стать альтернативным топливом в современных ядерных реакторах. Сейчас люди используют уран, запасы которого постепенно заканчиваются. Торий, в отличии от урана, не столь токсичен, на Земле тория, как минимум в 5 раз больше, чем урана. Современные реакторы на основе тория настолько компактны, что их даже предлагают ставить на автомобили.




Опыты с торием ведутся давно. В первых опытах, при его использовании в качестве топлива, выделялись изотопы с высокой энергией гамма-излучения, поэтому была необходима дополнительная защита из толстых свинцовых плит, что значительно увеличивало и стоимость реактора, и дальнейшую переработку топлива.

Позднее была предложена идея "Жидкосолевого реактора", которые позволяют управлять ториевым циклом, выводя ненужные продукты распада из активной зоны. Новые ядерные реакторы пока не востребованы. Дело в том, что традиционные АЭС обходятся дешевле. Тем не менее, в России, США, Китае и других странах уже много лет проводятся эксперименты с топливом на основе тория и создаются первые ториевые электростанции.

Термоядерная энергетика

Термоядерный реактор представляет собой установку, в которой энергия вырабатывается в процессе реакции термоядерного синтеза. В качестве топлива используются изотопы водорода: дейтерий и тритий. Внутри установки создаются условия, аналогичные тем, что протекают на Солнце. Наша звезда - это природный термоядерный реактор, в котором идет слияние легких ядер водорода. По замыслу ученых, огромная температура в установке превращает вещество в плазму.




Впервые схему термоядерного реактора предложил еще Игорь Евгеньевич Тамм в далеком 1938 году, но дальше теории дело не пошло. Раскаленную плазму нужно удерживать в магнитном поле, так как ни один материал просто не выдержит настолько высоких температур. Для создания сверхмощного магнитного поля проводники будут охлаждаться до -270°С, при этом внутри реактора температура плазмы будет достигать примерно 100 000 000 °С.

Ученым пришлось решить массу проблем и, по сути, создавать новую науку - физику плазмы. В 2007году началось сооружение ИТЭР - международного экспериментального термоядерного реактора, пуск которого запланирован на 2025 год.




Интересно, что развитие термоядерной энергетики станет важным этапом в освоении Луны. Все дело в том, что кроме изотопов водорода в термоядерном реакторе может использоваться гелий-3. При реакции дейтерия и трития выделяется опасное нейтронное излучение и тепло, которое потом нужно преобразовать в электричество. Однако, если использовать гелий-3 то на выходе получим протоны, эти частицы легко улавливаются и могут быть использованы для дополнительной генерации энергии. Теоретически, термоядерная реакция с участием 1 тонны гелия-3 и 0,67 тонн дейтерия даст столько же энергии, сколько мы бы получили при сжигании 15 миллионов тонн нефти. При чем же здесь Луна?

Постоянное космическое облучение образует в лунном грунте большое количество гелия-3, который в будущем может стать главным топливом для всей мировой энергетики.

Водородная революция

Водород в будущем может сыграть решающую роль в развитии цивилизации, поскольку - это экологически чистое топливо и при его сгорании образуется обычный водяной пар. Сейчас получать водород достаточно дорого, но многие ученые предлагают альтернативные варианты.




Любопытную гипотезу "Металлогидридной Земли" выдвинул академик В.Н. Ларин.

Согласно его предположениям, на Земле существуют зоны рифтогенеза, содержащие чистый кремний и магний, которые при соединении с водой окисляются и выделяют тепло и чистый водород.

Мg + H2О = MgО + Н2 + тепло.

Si + 2H2О = SiО2 + 2Н2 + тепло

Теоретически, если в таких зонах пробурить несколько скважин, то закачивая в одни скважины воду, мы получим из других горячий водород. Проблема только в том, что находятся эти зоны на глубине не менее 5 км и пока нет официальной информации, что кто-то рискнул вложить огромные деньги в проверку этой гипотезы.

Тем не менее, даже если гипотеза Ларина не подтвердится, то водород может понадобиться для создания искусственной нефти. Даже заменив весь транспорт на электрический, люди не смогут сразу отказаться от нефти, она будет востребована как сырье для химической промышленности.

После запуска термоядерных реакторов человечество получит огромное количество дешевой электроэнергии. Эту энергию можно не только пустить на зарядку многочисленных электромобилей, но и на получение искусственной нефти с помощью водорода из каменного угля. В этом нет ни чего удивительного. Немец Карл Бош в 1931 году получил Нобелевскую премию, в том числе за успехи в создании искусственного топлива. Разведанных запасов каменного угля хватит человечеству на 200 лет, при этом разведка новых месторождений практически не ведется, а реальных запасов может быть во много раз больше.

Выходит, что энергетическая катастрофа еще толком и не началась, а наука уже предлагает варианты выхода из возможной проблемы. На самом деле, предлагаемых решений гораздо больше, а здесь кратко описана только их часть. Поэтому, наверное, стоит отбросить мрачные прогнозы и с продолжить смотреть в будущее с оптимизмом.