Здавалось би, сонячна енергетика має колосальний потен­ціал. Щоб задовольнити світові потреби в енергії, вистачило б сонячних панелей площею приблизно 2 · 1010 квадратних метрів. Це десь у п’ять разів більше за площу моєї батьківщини — Голландії, аж ніяк не найбільшої країни.

Утім усе не так просто. Є день і ніч, чого ми досі не враховували. Ми просто виходили з того, що Сонце світить постійно. І хмари коли-не-коли насувають. І якщо ваші сонячні панелі зафіксовані жорстко, вони не можуть весь час бути спрямованими на Сонце. Також має значення, де саме на планеті їх розміщено. Країни біля екватора отримують більше енергії (усе-таки там спекотніше), ніж країни, розташовані північніше (у Північній півкулі) або південніше (у Південній півкулі).

Потрібно враховувати й ефективність установок, які поглинають сонячну енергію. Існує безліч різних технологій, і їхня кількість постійно зростає, але максимальний ККД силіцієвих сонячних елементів (раціональніших порівняно з елементами, виготовленими з дорогих матеріалів) приблизно 18 відсотків. Якщо за допомогою сонячної енергії одразу нагрівати воду (не перетворюючи її спершу на електроенергію), ефективність буде значно вища. Для порівняння: котел на рідкому паливі, навіть не дуже сучасний, легко досягає ККД 75‒80 відсотків. Таким чином, якщо брати до уваги ці обмежувальні чинники, нам радше знадобляться сонячні панелі площею трильйон квадратних метрів, що приблизно втричі більше за площу Німеччини. І це ми ще не враховували вартості побудови електростанцій, які поглинатимуть сонячну енергію та перетворюватимуть її на електроенергію. На цей момент отримувати електрику від Сонця приблизно вдвічі дорожче, ніж із викопного палива. Перехід на сонячну енергію не тільки коштуватиме неймовірних грошей — такий проект просто понад наші технологічні можливості чи політичну волю. Тому поки що сонячна енергетика відіграватиме дедалі більшу, але все-таки відносно незначну роль у світовій економіці.

З іншого боку, якщо почати просто зараз, то за наступні чотири десятиліття ми могли б досягти колосальних успіхів. За оцінками Грінпіс та Міжнародної енергетичної агенції (станом на 2009 рік), за значного державного фінансування сонячна енергетика мог­ла б покрити «до 7 відсотків світових енергетичних потреб до 2030 року та їхню чверть до 2050 року». Кілька років тому в журналі Scientific American стверджували, що впровадження прискореної програми в цій галузі та субсидіювання на понад 400 міль­ярдів доларів протягом наступних сорока років може привести до того, що сонячна енергія забезпечуватиме 69 відсотків потреб Сполучених Штатів в електроенергії та 35 відсотків загальних потреб в енергії.

А як щодо енергії вітру? Усе-таки людство використовує цю енергію ще від часів винайдення паруса. Вітряки з’явилися задовго до електрогенераторів, можливо, навіть за тисячу років до них. І принцип отримання енергії від природи й перетворення її в інший вид, яким людина могла скористатися, був усюди однаковим — чи то в Китаї в ХІІІ столітті, чи ще раніше в Ірані, чи у ХІІ столітті в Європі. Скрізь вітряки полегшували людям важку роботу: піднімали воду для пиття або поливу полів чи перемелювали між величезними каменями зерно на борошно. Вітряк працює від енергії вітру, незалежно від того, виробляє він електрику чи ні.

Як джерело електроенергії енергія вітру легкодоступна, повністю відновлювана і не спричиняє викидів парникового газу. У 2009 році вітроелектростанції по всьому світу виробили 340 терават-годин (одна терават-година — це мільярд кіловат-годин), що становить приблизно 2 відсотки світового споживання електро­енергії. І ця галузь швидко зростає: за останні три роки кількість електроенергії, отриманої від вітру, подвоїлася.

А що з атомною енергією? Вона значно поширеніша, ніж більшість із нас уявляє. Насправді вона оточує нас усюди. Віконні шибки містять радіоактивний калій-40, період піврозпаду якого 1,2 міль­ярда років, і енергія, що вивільняється при цьому, нагріває ядро Землі. Весь гелій в атмосфері — результат радіоактивного розпаду природних ізотопів. Те, що ми називаємо альфа-розпадом, насправді є випромінюванням ядра гелію з більшого нестабільного ядра.

Я зібрав величезну колекцію дуже особливого столового посуду — тарілки, миски, блюдця, чашки — американської марки Fiesta, який почали випускати ще в 1930-ті. Я люблю приносити кілька із цих тарілок на лекції та показувати студентам. Зокрема, оранжеві тарілки під назвою Fiesta red містять оксид урану, який раніше часто був складником керамічної глазурі. Я підношу до тарілки лічильник Гейгера, і він починає швидко пікати. Отже, уран, що міститься в тарілці, радіоактивний і випромінює гамма-промені. Після цієї демонстрації я завжди запрошую студентів до себе на вечерю, але, хоч як дивно, охочих не було ще жодного разу.

Під час розщеплення важких ядер вивільняється велика кількість енергії — як в атомному реакторі, де відбуваються керовані ланцюгові реакції перетворення ядер урану-235, так і в атомній бомбі, де реакції некеровані і призводять до колосальних руйнувань. Атомна електростанція, що за секунду виробляє мільярд джоулів енергії (109 ватів, або 1000 мегаватів), використовує за рік приблизно 1027 ядер урану-235, тобто лише 400 кілограмів цієї радіоактивної речовини.

Проте у природному урані вміст урану-235 становить 0,7 відсотка (решта — це уран-238). Тому на атомних електростанціях використовують збагачений уран. Ступінь збагачення різниться, але зазвичай становить 5 відсотків. Це означає, що вміст урану-235 у паливних стрижнях уже не 0,7 відсотка, а 5 відсотків. Таким чином, ядерний реактор потужністю 1000 мегаватів за рік споживатиме приблизно 8 тонн урану, з яких 400 кілограмів припадає на уран-235. Для порівняння — аналогічна електростанція, що працює на викопному паливі, спалює приблизно 5 мільйонів тонн вугілля за рік.

Збагачувати уран надзвичайно дорого. Роблять це за допомогою тисяч центрифуг. Уран, з якого виготовляють ядерну зброю, має містити мінімум 85 відсотків урану-235. Можливо, тепер ви розуміє­те, чому світ дуже непокоїться через країни, що збагачують уран до невизначеного ступеня, який ніхто не може проконтролювати.

На атомних електростанціях тепло, що виділяється під час керованої ядерної реакції, випаровує воду, пара обертає турбіну й виробляється електроенергія. Таким чином на електроенергію перетворюється приблизно 35 відсотків атомної енергії. Коли ви читаєте, що атомна електростанція виробляє 1000 мегаватів, то не зрозуміло, чи це 1000 мегаватів загальної потужності (третина якої перетворюється на електроенергію, а дві третини втрачаються у вигляді тепла), чи це вся електроенергія, і тоді загальна потужність електростанції становить приблизно 3000 мегаватів. Це суттєва різниця! Вчора я прочитав у газеті, що Іран найближчим часом планує запустити атомну електростанцію, яка вироблятиме 1000 мегаватів електроенергії (оце зрозуміло!).

Останніми роками світ неабияк переймається із приводу глобального потепління і знову зайшла мода на атомну енергетику, бо на відміну від електростанцій, що працюють на викопному паливі, атомні електростанції викидають незначну кількість парникових газів. У Сполучених Штатах уже працює більше ста атомних електростанцій, що виробляють приблизно 20 відсотків енергії, яку ми споживаємо. У Франції ця цифра становить приблизно 75 відсот­ків. Частка атомної енергетики у світовому споживанні електроенергії — майже 15 відсотків. У кожної країни своя політика щодо ядерної енергетики, але щоб побудувати більше електростанцій, політичні діячі мають докласти неабияких зусиль, щоб розвіяти страхи суспільства, викликані сумнозвісними аваріями на Трі-Майл-Айленд, у Чорнобилі й на Фукусімі. Також це потребує дуже значних коштів: за різними оцінками, вартість будівництва атомної електростанції коливається в межах від 5‒10 мільярдів доларів у США до приблизно 2 мільярдів доларів у Китаї. Нарешті, дуже серйозною технологічною й політичною проблемою було і залишається зберігання радіоактивних відходів атомних електростанцій.