Плюс электрификация всей Земли… Экологический тотализатор: кто успеет раньше?

Автор: Юрий Романов

Отто Вайнбергер — в недавнем прошлом профессор факультета физики и геофизики Лейпцигского университета, большую часть жизни прожил в СССР (его отец был одним из тех немецких ракетчиков, которые после войны некоторое время работали в институте, специально для них созданном по образу и подобию довоенных «шараг»), а в последние годы занимается — по его собственному шуточному выражению — «экологическим тотализатором»: «Пытаюсь понять, кто „успеет“ раньше — глобальный сырьевой кризис или мы со своими высокими технологиями». В прошлом году он провёл несколько семинаров в России и на Украине, посвящённых этой проблеме. В форме заочного интервью он ответил на несколько вопросов, касающихся его видения тех трудностей, с которыми столкнётся человечество в связи с прогнозируемым дефицитом нефти и газа.

Сегодня тревогу вызывает само отношение к проблеме. Мы очень легкомысленны. И, в общем, понятно почему — нам с вами лично ничто не грозит. А вот нашим внукам уже придётся жить совсем в ином мире. А их детям и внукам трудно будет даже представить нашу с вами сегодняшнюю жизнь, основанную на сжигании нефти и газа. Думаю, в их глазах именно поэтому мы будем выглядеть дикарями, первобытными людьми.

Серьёзна ли угроза? Конечно. Мы же не умеем обходиться без углеводородного топлива. И мы очень вяло развиваем технологии, позволяющие нам обходиться без него.

Думаю, нас ожидает своего рода «ренессанс» электротехники. Электротранспорт — единственная альтернатива существующим ныне средствам передвижения. Он неизбежно потребует создания новых двигателей, эффективных и недорогих аккумуляторов или топливных элементов. Те, что у нас имеются сегодня, пока не очень хороши. Кстати, производство водорода для них придётся сделать массовым, что потребует разработки целых комплексов промышленного оборудования, оборудования для транспортировки и хранения этого газа, заправочного оборудования — огромное поле для инвестирования.

А выработка электроэнергии? Электричества нам нужно будет очень много — если дефицит топлива вынудит нас отказаться от привычных систем отопления, бытового и промышленного нагрева… Системы доставки электроэнергии к потребителям придётся совершенствовать или вообще менять — нынешние не рассчитаны на такие нагрузки, которые потребуются. Нужно будет усовершенствовать теплогенерирующие устройства, постараться сделать их хоть немного более эффективными, чем существующие сегодня. Освещение переводить на полупроводники… Придётся закрывать обычные электростанции и котельные и, может быть, переводить их на синтетическое топливо, но в это мне не очень верится, так как запасы органики в городах хоть и велики, но рассеяны по большим площадям, так что их сбор и доставка к местам переработки может оказаться дорогостоящей затеей. Похоже, только ядерная энергетика сумеет нас выручить. Но при условии решения всех проблем с безопасностью.

Конечно, решаемы. Как и вообще все технологические проблемы. Но важны сроки. Тут ведь действительно вопрос стоит — «кто успеет раньше». Если топливный кризис наступит, когда мы к нему окажемся не готовы — коллапс экономики. Мировой экономики! Огромные социальные потрясения и, как следствие, большие политические проблемы практически во всех странах… Здесь возможны очень неприятные сценарии. Не говоря уже о том, что в этих условиях нормально заниматься наукой и техникой вряд ли получится, а это откат назад, регресс.

Сроки — это очень важно. Очень много и быстро нужно сделать в части технологии. Срочно потребуется много научных исследований. На всё это нужны большие — государственных масштабов — денежные затраты, следовательно — государственная политическая воля. Ни денег, ни политической воли, направленной хотя бы на постановку этих задач на должном — государственном — уровне, ни у кого пока нет. Ни на Западе, ни у вас. Это тревожит.

Важная проблема — качество инженерной подготовки специалистов-разработчиков и пользователей технологий, особенно — опасных технологий. Дело в том, что нынешняя энергетическая и транспортная техника, при всём своём кажущемся совершенстве, тем не менее довольно груба и примитивна в сравнении с той, какая должна быть создана. То есть от инженеров вскоре потребуются более глубокие знания и более тонкое понимание физических процессов, чем те, которыми они обладают сегодня. Если вообще обладают… Падение качества массовой инженерной подготовки и у вас, и в Европе — это большая проблема, на решение которой уйдёт много времени. Но так или иначе, успех «электрификации всей Земли» [Подросток Отто Вайнбергер учился в советской школе, потом в советском институте и, конечно же, помнит чеканную Ленинскую формулировку: «Коммунизм — это Советская власть плюс электрификация всей страны»] зависит от практического умения инженеров находить эффективные технические решения.

Ветростанции — это несерьёзно. И, кстати сказать, наземные гелиостанции — тоже. Это как у людей — есть основной источник дохода, и есть приработок. Ветростанции — это приработок.

Использование тепла недр Земли — куда более перспективная затея. Трудностей технического плана здесь множество, но принципиально неразрешимых нет. Правда, необходимы очень большие вложения в проектирование проходческой техники для глубин порядка 15—20 км и скважинного технологического оборудования, способного работать при температуре 250—350 градусов. По некоторым оценкам, при одинаковых затратах на строительство атомная станция оказывается примерно в триста раз мощнее, чем соответствующая геотермальная. Но не стоит забывать, что в первом случае имеет место большой экологический риск, а во втором — отпадает необходимость во всей промышленной инфраструктуре добычи и подготовки ядерного топлива, его переработки и захоронения, а также во всех сопутствующих транспортных затратах — а это не просто большие деньги, — колоссальные! Так что экономические показатели геотермальной энергетики могут оказаться весьма неплохими. Здесь требуются очень аккуратные расчёты, учитывающие множество факторов-от околоземные гелиостанции — это совсем другое дело. Главная трудность — доставка на землю выработанной энергии. Есть неплохие идеи использовать для этого микроволновые передатчики, но, во-первых, аппаратуры с подходящими параметрами в «космическом исполнении» пока никто не разработал, а во-вторых, здесь есть проблемы с надёжностью и безопасностью эксплуатации канала передачи мощности. Никому же не хочется в один прекрасный момент из-за сбоя системы прицеливания оказаться как бы в «микроволновке». В общем, идея интересная, но в её скорую реализацию не верю. Во всяком случае, не этой технологии «повезёт» выводить человечество из энергетического кризиса.

Ну, я бы сказал, что пока её нет… Посмотрите, что получается — решение этой задачи оказалось не под силу ни одной из самых экономически сильных стран. Хорошо, что объединились в международный проект [Имеется в виде проект ITER]. Работы ведутся, тратятся колоссальные деньги, а практический выход в виде одной-двух промышленно вырабатывающих электричество термоядерных станций нам обещают только через 60—70 лет. Но даже в эти обещания я не верю. В эксперименте стабильно и длительно работающий термоядерный реактор не запущен, тем не менее сомнений в его будущей работоспособности в рамках принятой технологии уже не принято высказывать — вероятно, настолько велики потраченные деньги, что даже мысль о неудаче не допускается. Впрочем, я стараюсь быть оптимистом. Термоядерная энергетика, как мне представляется, рано или поздно все же будет освоена и придёт на смену атомной. Но подозреваю, что экономические показатели её не будут столь радужными, как преподносится в сегодняшних публикациях. Очень высокая стоимость оборудования, огромные затраты на его разработку… Большая проблема с кадрами… Не все понятно с экономикой топливного цикла… Когда говорят, что в литре воды находится столько же энергии, как в 200 литрах бензина, не предполагается же, что в термоядерный реактор мы будем заливать воду… И главное, что не все проблемы ближайшего будущего связаны только лишь с нехваткой электроэнергии и топлива.

Солнце, воздух и вода

Многие специалисты в области гелиоэнергетики склоняются к тому, что солнечные электростанции и теплогенерирующие установки «в чистом виде» не приживутся на просторах России из-за недостаточного количества солнечного времени в году — климат у нас сами знаете какой…

Использование энергии Солнца опосредовано — через гидроэнергетику — наталкивается на серьёзную трудность: ресурсы гидроэнергии России хоть и велики [Журнал обзоров мировой гидроэнергетики «Hydropower& DAMS» называет Таджикистан владельцем самых больших в мире удельных запасов гидроэнергоресурсов. По абсолютной величине это 300 млрд. кВт/час в год], но для дальнейшего наращивания мощностей потребуется решить множество непростых экологических задач, связанных с последствиями затопления территорий перед плотинами, и вложить значительные деньги в строительство дамб, обводных каналов, шлюзовых каскадов. Себестоимость отечественной гидроэнергии невелика (порядка 0,0022—0,003 доллара за киловатт — это значительно ниже мировых цен), что обеспечивает приемлемые сроки окупаемости, но первоначальные вложения в условиях равнинных ГЭС велики — в диапазоне от 0,8 до 4 млрд. долларов [На эти деньги можно построить два энергоблока АЭС. Ещё пример: стоимость первой термоядерной станции по международному проекту ITER в разных источниках определяется в 10—12 млрд. долларов].

Другой способ опосредованного использования энергии Солнца — это ветроэнергетика. В области её практического внедрения лидируют Германия и Испания. Ежегодно в этих странах вводятся в эксплуатацию ветростанций на 5—6 млн. кВт. Генераторы для таких станций серийно выпускают фирмы США, Бельгии, Голландии. На Украине, Южным машиностроительным заводом — всемирно известным производителем стратегических ракет — освоен выпуск модулей ветроэлектростанций, включающих в себя генератор мощностью 250 кВт., стеклопластиковый пропеллер и башню, изготовленные по той же технологии, что и стеклопластиковые корпуса твердотопливных двигателей ракет СС-24. Запуск одного (!) удельного киловатта мощности ветроэлектростанции (ВЭС) обходится более чем в тысячу долларов. Себестоимость вырабатываемого этими агрегатами электричества составляет 0,05—0,08 доллара за киловатт, что, конечно же, очень дорого. Реальная эксплуатация Новоазовской ВЭС в период с 1998 по 2000 год показала: коэффициент использования установленной мощности не превышает 5%, что не даёт оснований надеяться на окупаемость вложений в обозримый отрезок времени.

Уже не хватает. Нет достаточной компетентности, чтобы адекватно реагировать на второй приближающийся кризис, который тоже связан с дефицитом нефти и газа, — кризис сырья для химической промышленности. Мы же все сожжём за те годы, пока будем строить АЭС, термоядерные станции и бурить землю, чтобы добыть тепло из глубины. Этот кризис, как мне видится, значительно более труден для преодоления, чем энергетический. Энергии у нас, в общем-то, достаточно. Просто добыча её теперь потребует чуть большего напряжения мозгов. А вот отсутствие природных углеводородов… Это очень серьёзный вызов. Чтобы научиться вырабатывать нужные нам продукты без этого сырья, придётся очень много думать, исследовать, конструировать. Может быть, конструировать на молекулярном уровне. Может быть, разрабатывать какие-то принципиально новые тонкие технологии синтеза. Это будут не просто сложные технологии — высочайшие! А кто сможет заниматься этими проектами? Кто сегодня в этих вопросах разбирается? Две-три сотни специалистов, рассеянных по разным странам мира? И что? Кто-то взволнован этим обстоятельством?

Классический ответ: учиться, учиться и ещё раз — учиться [Это — тоже ленинская фраза] (мне кажется, что герр Вайнбергер улыбается). Точнее — учить. Всех. И инженеров, и политиков. И как можно лучше. Мне кажется, это главное сейчас.

Подземная жара

Под слоем земной коры толщиной всего в несколько десятков километров находится раскалённая мантия, простирающаяся до глубины 2900 км и переходящая в ещё более горячее жидкое, а с глубины 5150 км — в твёрдое ядро планеты. Источник энергии, благодаря которому недра Земли так нагреты, до сих пор полностью не изучен. Не так давно американский геофизик М. Херндон высказал гипотезу о том, что в центре Земли находится естественный «ядерный реактор» из урана и плутония (или тория) диаметром всего 8 км. Так или иначе, но эта гипотеза, как утверждают, оказалась способной объяснить не только энергетику земного тепла, но и явления инверсии земного магнитного поля, происходящие каждые 200 тысяч лет.

Наиболее достоверные температурные данные относятся к самой верхней части земной коры, вскрываемой шахтами и буровыми скважинами до максимальных глубин на сегодня — 12 км (Кольская скважина). Нарастание температуры в градусах Цельсия на единицу глубины называют геотермическим градиентом. В среднем геотермический градиент составляет 20—30 °С на 1 км глубины. Так, при заложении Кольской скважины рассчитывали на геотермический градиент 10 °С на 1 км и, следовательно, на проектной глубине (15 км) ожидали температуру порядка 150 °С. Однако такой градиент был только до глубины 3 км, а далее он стал увеличиваться, и на 12 км температура достигла 220 °С. Предполагается, что на проектной глубине температура будет близка к 280 °С.

Исследователи утверждают, что на глубине порядка 400 км температура составляет 1600 °С, а в ядре — 4500—5000 °С.

Выработка электроэнергии за счёт тепла горячей воды впервые в мире была осуществлена в СССР [http://www.gosresurs.ru/jurnal/viewdoc/168.html] в 1967 г. на опытно-промышленной Паратунской ГеоТЭС, спроектированной учёными Института теплофизики Сибирского отделения РАН. Ныне проблемами использования тепла Земли в нашей стране занимаются почти полсотни научных организациях. Стоимость работ, уже выполненных в этой области, превышает 4 млрд. долларов.

Геотермальные электростанции в настоящее время эксплуатируются более чем в двадцати странах мира. Установленная мощность ГеоТЭС составляет около 8000 МВт, и общая выработка геотермального электричества превысила 50 ТВт. В ряде стран вклад геотермальной электроэнергии оказался весьма значительным в балансе национальной энергетики (Филиппины — 21,5%, Эль-Сальвадор — 20%, Никарагуа — 17,2%, Исландия — 14,3%, Коста-Рика — 10,2%). Промышленные геотермальные тепловые станции в 2000 году действовали по крайней мере в 55 странах. Общая установленная мощность рассматриваемых систем превысила 17 ГВт, а в течение одного 2000 года было выработано более 45 ТВт.ч энергии.

Россия располагает огромными ресурсами возобновляемых источников энергии, их потенциал, по некоторым оценкам, на три порядка превышает объём энергоресурсов всех видов ископаемого топлива. При этом геотермальные ресурсы занимают ведущее положение и составляют около 2000 млн. тонн условного топлива в год.

В последние десятилетия в США, а затем и в Западной Европе началось широкое внедрение геотермальных систем, использующих низкопотенциальное тепло верхних (первые десятки метров) горизонтов суш и водных бассейнов. Приблизительная оценка потенциала указанного вида ресурсов для территории России — ещё 150 млн. тонн условного топлива в год. Таким образом, геотермальные ресурсы России отличаются от других невозобновляемых источников энергии неисчерпаемостью, повсеместным распространением, экологической чистотой [http://www.duma.gov.ru/cnature/publiks/torf/pevzner.htm].

Иными словами, учитывая колоссальную массу раскалённого вещества в недрах нашей планеты и возобновляемый характер процесса генерации тепла, мы имеем возможность десятки тысяч лет черпать эту энергию, не рискуя сколько-нибудь заметно охладить наш «шарик».

КАФЕДРА ВАННАХА: Гражданское общество, определённое через логическое выражение

Автор: Ваннах Михаил

Давным-давно Владимир Иванович Даль дал в своём словаре определение «гражданского общества». Именно его! Хотя сам великий лексикограф и писатель бывал и в Третьем отделении. Нет, не за шпионаж — обрусевший датчанин, выпускник Морского корпуса и Дерптского медицинского факультета был горячим патриотом.

В 1831 году в польском походе военный врач Даль, за неимением инженера, сам навёл мост через Вислу у Юзефова и защищал его при переправе, за что и был награждён лично Николаем I. А к жандармским Владимира Ивановича сволокли по доносу Фаддея Булгарина за книгу «Русские сказки. Пяток первый», СПб. 1832. Народность-то ещё не успела занять своё место в известной триаде графа Уварова.

Так что определение гражданского общества, данное Далем, весьма своеобразно. Оно определяется как часть общества, за исключением военных. Знакомые с символами булевой алгебры легко запишут это определение как логическое выражение.

А сегодня в Отечестве скандал. Судят школьного директора. За то, что на компьютерах в подведомственном ему учреждении обнаружился контрафактный софт. Кипят страсти. Народные витии Интернета требуют аж казни главы известной ИТ-фирмы. (Н-да, было бы это единственной угрозой жизни — жить бизнесмену дольше Дункана Маклауда…) ТВ веселит страну, показывая чиновников от образования, подставивших бедолагу-директора и поставивших ему системные блоки с предустановленным контрафактом, важно рассуждающих о том, что вопрос, является ли программа пиратской или не является, есть вопрос научный.

Научный вопрос… У Марка Твена есть превосходный рассказ «Science vs. Luck», «Наука или удача» в русском переводе. Как во времена сугубого пуританизма в штате Кентукки «семёрку» исключили из списка азартных игр и стали рассматривать как игру научную и не подлежащую преследованию. Достигнут славный результат был благодаря судебному эксперименту: четыре дьякона и два школьных учителя, отстаивающих теорию, согласно которой выигрыш в игре зависит от сданных карт, в пух и прах проигрались шести поседевшим в боях ветеранам «семёрки», защищавшим теорию о том, что игра является научной.

Но в целом общественное мнение склоняется к мысли о невиновности директора, ставшего жертвой российских чиновников и транснациональных бизнесменов. Бизнесмены в роскошных офисах, кстати, особенно старательно противопоставляются отечественными медиа замученным жизнью и начальством шкрабам [Шкраб, школьный работник, это такое погоняло для учителя времён Наробраза, Народного комиссариата образования], сеющим разумное, доброе и вечное.

Ну, чиновники, они чиновники и есть. Всегда и везде. Ничем они не отличаются от персонажей Николая Васильевича и Михаила Евграфовича. И ниоткуда не следует, что такое отличие возникнет в следующую пару веков. А вот невинные жертвы…

Профессия преподавателя во всех обществах традиционно предполагает как определённые моральные качества [В максимально редуцированном виде изложены в НФ-романе Р. Э. Хайнлайна «Звёздный десант»] (осуждённые за педофилию к данному ремеслу обычно не допускаются, а публикация в Сети фото слабоодетой училки с цветочком в зубах вызывает некоторый скандал, правда, кажется, не приводит к увольнению модели…), так и какие-никакие знания. Общего характера. Подход Шерлока Холмса, не осведомлённого о теории Коперника, здесь неприемлем.

А вопрос об интеллектуальной собственности для современной цивилизации есть один из важнейших. Куда более важный, чем для века семнадцатого был вопрос о космологических теориях. От законов Кеплера зависела точность навигационных таблиц, которую на практике лихие капитаны компенсировали опросом местных жителей. От концепции интеллектуальной собственности сегодня зависят и целые отрасли, и триллионные инвестиции.

Подчеркнём — концепции есть различные. Средняя Европа. Старинный городок. И университет, и гимназии, и муниципалитет — все сторонники концепции свободного софта. Её выводят из идей Просвещения, из свободы слова. И ей — следуют.

Средний Запад. Университет новый. Его руководство с гордостью называет попечителям и родителям абитуриентов суммы, потраченные на программные продукты. Правление Школьного округа, архаичной структуры самоуправления в тех краях, с осознанием необходимости выкладывают весомые (несмотря на скидки) деньги на учебный софт. За этим — другая концепция. В которой причудливо сочетаются и принципы Адама Смита, с общим благом, вытекающим из частных интересов, и более поздние подходы лорда Кейнса, согласно которым увеличение общественных расходов способствует подъёму экономики. И принявшие эту концепцию тоже следуют ей.

Человек имеет право на выбор. Но преподавая детям информатику на основе коммерческих программ, необходимо и преподавать соответствующую концепцию и следовать законам защиты авторских и смежных прав. Альтернатива — есть!

Выбор навязан начальством? Но Янушу Корчаку не смогли навязать доктрину истребления неполноценных детей, и не потому, что он с ней был незнаком. А быть готовым преподавать мичуринскую биологию Лысенко, генетику, а затем Творение в шесть дней; марксизм и демократические ценности… Как писал Карел Чапек в побасёнках от имени раба — «Я был бы на многое способен, если бы мне приказали».

ТЕХНОЛОГИИ: E-ticket по-русски: Национальные особенности электронных билетов

Автор: Родион Насакин

24 января понятие «электронного билета» (e-ticket) наконец появилось в отечественном законодательстве, правда, в довольно специфическом виде. Минюст зарегистрировал приказ «Об установлении формы электронного пассажирского билета и багажной квитанции в гражданской авиации». Документ не отменяет бумажных билетов, оставляя их в действии в качестве бланков строгой отчётности. Таким образом, концепция e-ticketing, в своём стандартном толковании, подразумевающем отказ от традиционных билетов в принципе, в России остаётся нереализованной.

Российские авиакомпании по-разному реагируют на новый приказ Минтранса. Те, у кого среди клиентов не так много командировочных (например, «Аэрофлот», у которого только 10% пассажиров летают по рабочим нуждам), относятся к появлению e-ticketing даже в усечённом виде весьма позитивно и вслед за чиновниками готовы признать нововведение «революционным». Между тем у некоторых перевозчиков доля командированных достигает 90%, и они относятся к российской реализации без особого энтузиазма.

В 2007—08 годах электронные билеты должны окончательно и бесповоротно утвердиться на мировом рынке авиаперевозок. Международная ассоциация воздушного транспорта (IATA) потребовала от своих членов до конца года перейти на онлайн-оформление. Проштрафившимся компаниям грозит исключение из организации. Для большинства нововведение не представляет особой проблемы. Более 160 авиаперевозчиков мира уже работают с электронными билетами.

Российские чиновники озаботились проблемой только в прошлом году под активные призывы местных компаний, озабоченных требованиями IATA. Волноваться было из-за чего. Если бы e-ticketing не удалось «легализовать», для наших перевозчиков оказались бы закрыты многие зарубежные рынки, а «Аэрофлот» потерял бы членство в альянсе SkyTeam.