Антиматерия, ядерный синтез и коровьи «лепешки»: ищем источники энергии будущего

Ископаемое топливо, к которому относятся уголь, нефть, газ и некоторые другие минералы и вещества, когда-нибудь закончится. Через сколько лет это случится, не имеет значения: рано или поздно человечество столкнется с нехваткой энергоресурсов. Некоторые шаги по решению отдаленной в будущем проблемы уже предпринимаются, однако не всегда эффективность новых способов высока.

Не все источники энергии в действительности являются в полной мере «альтернативными», заметно снижающими потребление той же нефти. Яркий тому пример — электромобили наподобие тех, что выпускает Tesla. Электричество не берется из ниоткуда, его необходимо выработать и доставить до потребителя, обеспечить хранение и последующую утилизацию носителей — батарей. Эксперты от автомобилестроения и энергетики утверждают, что данная проблема преувеличена, однако в некоторых регионах она все же актуальна.

В перспективе ситуация изменится и компании смогут полностью перейти на получение энергии от солнца, ветра, воды и иных теоретически неистощимых источников (хотя все когда-то кончается). До тех пор можно лишь заглядывать в будущее в ожидании появления того самого «неистощимого».

Мы решили обратить внимание на потенциально эффективные, но на данный момент недоступные или нераспространенные по разным причинам энергоносители. Преграды могут иметь различный характер: например, недостаточно развитая технология делает получение и хранение энергии экономически нецелесообразным или слишком трудозатратным, что, в общем-то, одно и то же. Или источник существует лишь в умах ученых в качестве теории, реализация которой также пока невозможна.

1. Антиматерия (или антивещество). Ее применяют в качестве топлива для межзвездных кораблей и обеспечения энергией целых городов и планет. Но лишь в фантастических романах и рассказах.

Производство антиматерии является весьма дорогостоящим процессом, а в «дикой» природе она не встречается (вернее, ее не обнаружили в обозреваемой Вселенной). Согласно подсчетам NASA, сделанным еще в 1999 году, синтез одного грамма антиводорода обошелся бы в $62,5 трлн. Но для полета на Марс достаточно куда меньшего объема — всего 1 мг. Ученым уже удалось создать немного антивещества и даже удержать его на краткий промежуток времени. Дело осталось за малым: добиться технологического прорыва на Земле или найти источник компонентов для производства антиматерии за пределами нашей планеты. Правда, потребуется еще и «батарейка» для ее хранения.

В NASA считают, что антивещество как поставщика энергии рассматривать пока нет смысла. В нашем же рейтинге оно является наиболее фантастическим, недостижимым, но очень лакомым источником благоденствия человечества.

2. Холодный ядерный синтез. Еще один гипотетический и, главное, дешевый источник, который позволит обезопасить ядерную энергетику и обеспечить Землю «электричеством». При «обычной» термоядерной реакции для сближения ядер рабочего вещества необходима температура в миллионы градусов. Холодный же ядерный синтез при достижении аналогичного результата не предполагает сильного нагревания. Ученые и исследователи со всего мира регулярно сообщают об успешных испытаниях рабочих установок ХЯС, однако дальше заявлений, к сожалению, дело не идет.

Государственные институты и частные организации продолжают трудиться в заданном направлении, но значимых успехов достигнуто не было, а Американское патентное агентство (USPTO) и вовсе перестало принимать заявки на технологии и устройства, в названии или описании которых упоминается холодный ядерный синтез. Объяснение простое: «Как и вечные двигатели, ХЯС не работает».

Некоторые называют холодный ядерный синтез алхимией. Сторонники же заговоров разного уровня утверждают, что успехи в данной области давно превзошли самые оптимистичные ожидания, а крупные корпорации намеренно препятствуют повсеместному применению ХЯС — они не заинтересованы в дешевой энергии для всех. Даже пользователи форума Onliner.by были готовы за сравнительно небольшую сумму обеспечить частный дом системой на холодном ядерном синтезе.

На данный момент технология находится даже не в зачаточном состоянии, а ее коммерческое применение начнется не раньше, чем человечество освоит производство антиматерии в промышленных масштабах.

3. Управляемый термоядерный синтез. Более приближенная к реальности технология получения энергии. На этот раз за счет высоких, а не комнатных температур, как при холодном ядерном синтезе. В отличие от ядерной энергетики, при использовании установок УТС проблема радиоактивных отходов стоит менее остро, теоретически и в случае аварии уровень загрязнения окружающей среды окажется заметно меньше.

К настоящему времени в разных странах мира было построено более трех сотен токамаков — установок для магнитного удержания плазмы. Однако наиболее заметной и, вероятно, перспективной является реализация проекта ITER, в рамках которого ведется реальная работа над созданием термоядерного реактора.

В проекте участвуют страны ЕС, а также США, Япония, Россия и некоторые другие государства. Запуск первых экспериментов запланирован на 2020 год, однако сроки могут измениться. Впрочем, сам ITER не будет производить электроэнергию: проект реализуется для проведения экспериментов и изучения существующих проблем для последующего создания коммерческого реактора подобного типа.

Американцы же готовы выпустить компактный термоядерный реактор менее чем через 10 лет. Предполагается, что он будет иметь размеры грузовика и на 20 кг топлива в год обеспечит энергией 80 тыс. домов. В России также реализуется подобный проект, однако в несколько измененном виде — речь идет о гибридной установке, в которой термоядерная реакция используется для улучшения производительности обычного ядерного реактора.

4. Космическая энергетика. Добывать энергию возможно не только на поверхности Земли, но и в непосредственной близости от планеты. Многие знают, что такое солнечные батареи и насколько их эффективность зависит от различных аспектов окружающей среды. Еще в прошлом веке была предложена идея создания на орбите Земли солнечных «ферм», которые передавали бы собранную энергию вниз посредством электромагнитных волн — тянуть провода окажется слишком накладно.

Система зеркал вокруг нашей планеты улавливала бы свет Солнца на протяжении практически всего времени функционирования, что в разы выше показателей солнечных электростанций на поверхности Земли. В теории поток добытой энергии можно было бы передавать адресно в точки размещения приемников. Некоторые ученые также предлагают размещение солнечных электростанций на Луне, однако это значительно повысит затраты на создание системы передачи энергии на Землю.

Основные минусы, которые не позволят реализовать нечто подобное в ближайшем будущем, заключаются в дороговизне, сложности обслуживания и огромном количестве космического мусора (земляне оставляют свой след везде, куда могут добраться).

Кстати, ученые регулярно проводят испытания по беспроводной передаче энергии, однако пока расстояния слишком малы для применения подобных систем на орбите. Так, в марте 2015 года Mitsubishi смогла отправить 10 кВт к приемнику в полукилометре от излучателя. В любом случае, технология найдет свое применение и на Земле, например для передачи энергии в труднодоступных местах или электромобилям на дорогах. Однако цель перед инженерами стоит куда более высокая — во всех смыслах.

5. Биотопливо и компания. Замыкает список сборная «солянка» с весьма специфическим составом, но доступная уже сегодня. В качестве источника энергии могут применяться водоросли, различные сельскохозяйственные культуры и даже отходы жизнедеятельности человека и животных. Главное в этом вопросе — умеренность. Ведь даже самые «экологичные» варианты могут нанести непоправимый вред.

По крайней мере, именно такая ситуация сложилась после того, как популярность в качестве топлива обрело пальмовое масло: повышенный спрос на этот продукт привел к росту плантаций растений за счет других культур. В частности, имели место вырубка лесов и уничтожение торфяников.

Британцы, известные всему миру своими учеными, весной 2015 года доказали, что свою славу они заработали не на пустом месте: автобус, работающий на коровьих «лепешках», поставил рекорд скорости (123,5 км/ч) для рейсовых транспортных средств. Работала машина, конечно, не на оригинальном сырье, а на добытом из него газе.

Даже Билл Гейтс решил профинансировать создание работающего на моче зарядного устройства для мобильных девайсов: уже готовая экспериментальная установка содержит микробные топливные элементы, которые питаются содержащимися в урине органическими элементами. Возможностей море, необходимо лишь разработать требуемые для их использования технологии.

Перепечатка текста и фотографий Onliner.by запрещена без разрешения редакции. nak@onliner.by