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 81·1015 квт-ч энергии, содержащейся в мировых запасах каменного и бурого угля, то энергии во всем горючем сланце на Земле (2,4 %) — 2·1015 квт-ч, в торфе — 1,6·1015 квт-ч, а в нефти и природном газе только 25·1013 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.
Восполняющиеся (неограниченные) источники энергии
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 14·1020 килограммов, мы с помощью простых арифметических действий получим, что общие запасы термоядерной дейтериевой энергии на Земле близки к 5·1024 квт-ч — в 50 миллионов раз больше запасов расщепляющихся материалов.
Если положить ежегодные затраты на выработку энергии для всевозможных нужд в 5·1015 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 квт мощности. 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 15·1016 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 1012 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.) 1/10 энергии растений, это давало бы ежегодно 2·1014 квт-ч.
«Синий уголь». Приливы и отливы обладают довольно большой общей мощностью. К сожалению, заставить их работать на человека пока довольно трудно: они «пульсируют» и поэтому не могут дать равномерного притока энергии. Приходится создавать новые типы горизонтальных турбин, работающих в четырех режимах: турбинном и насосном, один раз при прямом, другой раз при обратном направлениях потока через машину. Есть и другие технические трудности, о которых здесь можно не распространяться.
Затрудняет использование энергии приливов и то, что береговая линия морей очень вытянута, а также, что не везде приливы достаточно высоки. При небольшой же высоте объемная плотность энергии воды невелика, добывание энергии становится невыгодным.
Пока в различных странах (Аргентина, Франция и др.) работают небольшие приливные электростанции (ПЭС), крупнейшая из них — недавно пущенная около порта Сен-Мало (Франция). Строительство очень крупной — на 340 тысяч квт — ПЭС заканчивается во Франции на северо-западном побережье, в устье реки Ранс (высота приливов достигает там 8–9 метров).
На долю нашей страны приходится небольшая часть приливной мощности земного шара: 72 миллиарда квт из примерно 8000 миллиардов квт. В СССР строится в Кислой Губе, в районе Мурманска, первая ПЭС. На основе ее опыта будут сооружены уже проектируемые приливные электростанции в Лумбовском и Мезенском заливах Белого моря.
«Белый уголь». Энергия текущей, в частности падающей воды — один из стариннейших источников обузданной энергии. Древнегреческий поэт Антипатр настолько был восхищен водяным колесом, что воспел его в следующих стихах:
