Пролог: Мегатренд альтернативной энергетики в эпоху соперничества великих держав - Александр Мирчев

Технологии, которые в настоящее время кажутся невероятными, такие как энергия приливов, волн, водорода, магнитного поля Земли и солнечная энергия с орбиты, которые могут быть разработаны в ходе развития мегатренда, способны изменить баланс глобальной энергетической безопасности. Для того чтобы эти технологии способствовали энергетической безопасности, их теоретические возможности следует поставить на рельсы практического применения.

Приливы и отливы возникают благодаря изменениям положения Луны относительно Земли и Земли внутри Солнечной системы. Приливы более предсказуемы, чем переменчивый ветер или энергия Солнца, которая зависит от уровня солнечного излучения и погодных условий. Самые первые случаи применения энергии приливов известны в Средние века, а согласно некоторым источникам, ее использовали еще в Древнем Риме. По словам писателя, изобретателя и футуриста Артура Чарльза Кларка, «довольно неуместно называть нашу планету “Земля”, когда очевидно, что она – “Океан”» [73]. Энергия приливов может вырабатываться тремя способами: с помощью приливного течения, с помощью запруд (низких плотин) и приливных лагун [74]. Энергия, вырабатываемая при помощи генераторов приливных потоков, в целом экологичнее и меньше воздействует на экосистему. Подобно ветряным турбинам, многие генераторы приливных потоков вращаются под водой благодаря движению глубинных вод.

Число сторонников энергии приливов растет. Разрабатываются многочисленные проекты ее включения в национальные электросети, что способствует распространению и коммерческому применению этих технологий. В настоящее время в мире реализуется несколько пилотных и демонстрационных проектов, в том числе в Испании, Швеции, США, Республике Корея и Китае [75]. При этом пока технология энергии приливов была протестирована в ограниченном объеме, и многие вопросы, связанные с ее использованием, остаются без ответа. Ее проблемы главным образом связаны с особенно высокими начальными затратами и потребностью в технологиях хранения энергии, которые соответствуют времени приливов и отливов. Кроме того, существует неопределенность в отношении эффективности и экологического воздействия широкомасштабного внедрения приливной энергетики.

Технологии волновой генерации улавливают и транспортируют энергию, вырабатываемую поверхностными волнами океана. Эта энергия используется для производства электроэнергии, опреснения воды и ее закачки в резервуары. Энергию волн трудно использовать, поскольку океан непредсказуем. Поэтому энергия волн редко генерируется в производственных масштабах, поскольку соответствующие технологии и инфраструктура находятся на очень ранней стадии развития и стоимость технологий высока [76]. Тем не менее в рамках ряда проектов изучается возможность создания жизнеспособных и пригодных к эксплуатации систем, таких как крупный строящийся коммерческий объект волновой энергетики в Швеции [77].

Сложно определить преимущества, которые могут дать технологии приливов и волн конкретным заинтересованным сторонам. Очевидно, что, так как они доступны не всем странам и субъектам, эти технологии могут привести к конфронтации за право доступа, особенно на спорных морских границах.

На первый взгляд, водород – это энергетическая панацея, ведь он содержит много энергии и практически не загрязняет окружающую среду [78]. Однако это нетипичный возобновляемый ресурс. Водород не первичный источник энергии, а скорее энергетический вектор, поскольку энергию получают за счет другого источника. Свободного водорода нет ни в атмосфере Земли, ни где-либо еще на планете – его нужно добывать, обычно из воды или углеводородов. Хотя сложно прогнозировать долгосрочное развитие этой отрасли, водородные топливные элементы считаются перспективной технологией. Они могут обеспечивать теплом и электричеством здания и приводить в действие электродвигатели транспортных средств [79]. Хотя водород остается дорогостоящей и трудно реализуемой технологией, реальное его применение может изменить текущий геополитический баланс.

Производство огромного количества энергии за счет ядерного синтеза было давней мечтой физиков. Перспективы термоядерного синтеза возникли после Второй мировой войны, когда физики начали воспроизводить реакцию, которая происходит на Солнце и звездах. В реакциях термоядерного синтеза обычно соединяются два изотопа водорода – дейтерий и тритий. При соединении под высоким давлением и температуре они сплавляются вместе, превращаясь в плазму. Во время этой реакции высвобождаются нейтроны и энергия. Ядерный синтез направлен на захват этой энергии и позволяет производить электричество обычными методами (например, с помощью пара).

Многие экспериментальные устройства по всему миру могут производить термоядерный синтез в течение короткого периода времени, но эти реакторы требуют использования гораздо большего количества энергии, чем вырабатывают. Чтобы продемонстрировать жизнеспособность этой формы производства энергии в широких масштабах, несколько стран предприняли проект Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР – ITER, International Thermonuclear Experimental Reactor). Партнеры ИТЭР построили экспериментальный термоядерный реактор в Кадараше на юге Франции. В настоящее время это крупнейшее в мире научное объединение, цель которого – демонстрация научной и технологической осуществимости термоядерного синтеза в качестве источника энергии [80]. Стоимость проекта в настоящее время оценивается в €20 млрд [81].

Европейское соглашение по развитию термоядерного синтеза, организация, ответственная за вклад ЕС в ИТЭР в размере 45 % [82], опубликовало дорожную карту ЕС на пути к реализации термоядерной энергии. В ней отмечается, что, для того чтобы сделать термоядерные реакторы жизнеспособными, необходимо приложить значительные усилия [83]. Кроме того, Китай разрабатывает собственное термоядерное устройство, известное как «искусственное солнце», которое станет важным испытательным устройством в ходе разработки ИТЭР. Учитывая, что топливо и его применение неисчерпаемы, чисты и безопасны, термоядерная энергия может сыграть важную роль в будущем энергобалансе. Однако, наряду с техническими и политическими проблемами, эта технология столкнется с конкуренцией со стороны других, более экономически эффективных возобновляемых источников энергии [84].

Производство электроэнергии с использованием магнитного поля Земли – это экспериментальная технология, которая позволяет вырабатывать электроэнергию с помощью магнитного поля Земли через электродинамические тросы или аналогичные устройства [85]. В настоящее время она находится на стадии теории и о попытках ее реализации ничего не известно. Поэтому геополитическое влияние данного способа трудно предсказать.

Другим примером революционного источника энергии является орбитальная энергия. В настоящее время ученые проводят эксперименты с использованием спутников для передачи солнечной энергии на Землю в виде радиочастот. Эти спутники, оснащенные фотоэлектрическими панелями, могут значительно изменить реалии глобальной безопасности. В условиях отсутствия атмосферы фотоэлектрические панели дольше находятся под прямым воздействием солнечного света, что значительно увеличивает их способность поглощать энергию [86].

Другие инновационные технологии включают атмосферные вихревые двигатели (atmospheric vortex engines, AVE), генерирующие электроэнергию из тропосферы, и солнечные панели с использованием нанотехнологий. Существуют также фантастические теории относительно добычи гелия-3 (He3) на Луне. Хотя большинство из этих экспериментальных разработок могут и не стать жизнеспособными технологиями, нельзя исключать, что подобные альтернативы могут в будущем обеспечить нелинейный скачок. Ярким примером этого являются усилия американских ученых из Национальной лаборатории имени Лоуренса Беркли по разработке пьезоэлектрического генератора на основе вируса [87].

Путь к практическому внедрению этих «технологий будущего» еще не до конца определен. Экспериментальные технологии, такие как геотермальная, приливная и волновая энергия, остаются в основном маложизнеспособными и ограничиваются