Реалии наших дней

\

В ближайшие несколько лет в связи с глобальным потеплением человечество ждут наводнения и засуха. Международная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) на днях предупредила, что последствия этих катаклизмов могут обернуться настоящим апокалипсисом, если не будут приняты решающие меры. Чем меньше люди готовы к встрече с бушующей стихией, тем больше риск не справиться с катастрофой глобального масштаба.
На этой неделе в городе Кампала, в Уганде, проходит встреча МГЭИК, по итогам которой в пятницу должен быть обнародован очередной, пятый по счету оценочный доклад, посвященный климатическим изменениям. Он будет содержать в себе как анализ ситуации, так и описание возможных мер по предотвращению разрушительных последствий экстремальной погоды. Эксперты утверждают, что большого количества жертв можно избежать, если будет выработан четкий план совместных действий, передает AFP. Но пока человечество к новой беде совершенно не готово.

 

Особенно мало возможностей для маневра оказывается у бедных стран, поэтому они в первую очередь столкнутся с серьезными проблемами по обеспечению безопасности людей и испытают на себе наиболее ощутимый удар. Однако события августа 2003 г., когда в Европе 70 тысяч человек погибли от неправдоподобной жары, или бедствия, причиненные ураганом Катрина, показывают, что не защищены и богатые государства.
«Серьезность последствий климатических изменений зависит не только от разрушительной силы самих катаклизмов, но и от нашей готовности к встрече с ними», — говорится в опубликованном сегодня кратком резюме, направленном политикам. Об этом рассказал Уилл Стеффен, глава Института по вопросам изменения климата при австралийском национальном университете. «Помимо всего прочего, в нем содержится ключевая идея о том, насколько мы уязвимы», — отметил он один из важнейших, по его мнению, посылов доклада.
Интересно, что впервые в оценочном докладе соединены как климатическая наука, так и система управления риском. Сегодня в ходе встречи было озвучено предложение специалистам из разных областей науки объединяться для разработки программ по адаптации к климатическим изменениям. Невилл Николс, профессор университета в Мельбурне, отвечавший за научную часть доклада, подтвердил, что сотрудничество позволит сделать более точные выводы, если эксперты разных рабочих групп, например, социологи и метеорологи будут работать вместе.
Программа по адаптации предполагает раннее прогнозирование угроз и методики препятствования уже случившимся катаклизмам, которые кое-где уже используются на местном уровне. Например, крупные лесные насаждения во Вьетнаме, Камбодже и Мьянме помогают снижать разрушительную силу циклонов, вызванных потеплевшим морем. В США проводятся эксперименты по выращиванию новых видов кукурузы, риса и бобов, которые более устойчивы к жаре. Эти сорта могут спасти более 350 млн людей от голода, который непременно наступит, как только температура на Земле поднимется еще на пару градусов.
Хотя 800-страничный труд, ставший итогом пяти лет сбора и анализа данных, пока не доступен для чтения, некоторые выдержки из него уже стали достоянием общественности.
Так, в начале ноября распространилась информация о том, чего ждать от природы. Эксперты пророчат разрушительные наводнения и сильнейшую засуху. Количество ЧП, вызванных глобальным потеплением, возрастет. Такие явления, как ураганы, штормы и цунами, которые в настоящий момент достаточно редки, к концу ХХI в. станут происходить в два — три раза чаще.
Что касается засух, еще доподлинно не установлено, каковы будут их масштабы. Так или иначе, климатический удар окажется настолько сильным, что многие регионы станут попросту непригодны для проживания, что повлечет за собой глобальную миграцию: люди вынуждены будут покидать регионы, в которых проживание станет невозможным.
Называть регионы, которые пострадают в первую очередь от последствий климатического коллапса, эксперты Межправительственной группы категорически отказываются до тех пор, пока доклад не будет представлен целиком.

 

 

 
Цивилизация подсолнухов
 
Солнечный кругОсновным и первичным источником энергии для нашей планеты всегда была и долго еще будет самая близкая к нам звезда — скромный желтый карлик, носящий имя Солнце. Именно его лучистой энергией взращивается 1 квадриллион тонн растений, питающих, в свою очередь, 10 трлн. тонн животных и бактерий.
Сегодня человечеству, для того чтобы удовлетворить свои постоянно растущие потребности, ежегодно необходимо около 10 млрд. тонн условного топлива (читай — каменного угля). Многие специалисты полагают, что при нормальном развитии уже к 2020 году этого топлива потребуется в три с половиной раза больше. А теперь внимание: энергия, поставляемая на нашу планету Солнцем за год, если перевести ее в то же условное топливо, составляет примерно 100 трлн. тонн. В 10 тысяч раз больше, чем нам нужно. Считается, что на Земле запасено 6 трлн. тонн различных углеводородов. Если это так, то сопоставимую с содержащейся в них энергию Солнце дарит нашей планете всего за три недели. И резервы нашей звезды настолько велики, что такое энергоснабжение она сможет поддерживать еще 5 млрд. лет.
Земные зеленые растения и морские водоросли утилизируют примерно 3–4% поступающей от Солнца энергии. Если бы человек смог взять для своего внутреннего потребления хотя бы еще один дополнительный процент, это решило бы многие проблемы на века вперед.

На один процент

И человек уже знает, как его взять. Все началось, как это не раз было в современной физике, с Альберта Эйнштейна. Многие помнят, что этот великий ученый был удостоен в 1921 году Нобелевской премии. Но мало кто знает, что получил он ее не за свою теорию относительности, а за объяснение законов внешнего фотоэффекта. Еще в 1905 году он опубликовал работу, в которой, опираясь на гипотезу Планка, описал, как именно и в каких количествах кванты света «вышибают» из металла электроны.
Впервые получить с помощью фотоэффекта электрический ток удалось в 30-е годы прошлого века советским физикам. Произошло это в физико-техническом институте, руководил которым знаменитый академик А. Ф. Иоффе. Правда, КПД тогдашних солнечных сернисто-талиевых элементов еле дотягивал до 1%, то есть в электричество обращался лишь 1% падавшей на элемент энергии. Но задел был положен. В 1954 году американцы Пирсон, Фуллер и Чапин запатентовали первый элемент с приемлемым (порядка 6%) КПД. А с 1958 года солнечные батареи, сделанные из кремния, стали основными источниками электричества на советских и американских космических аппаратах. К середине 70-х годов КПД солнечных элементов подполз к 10-процентной отметке и… почти на два десятилетия замер на этом рубеже. Для космических кораблей этого вполне хватало, а для наземного использования производство весьма дорогих солнечных батарей (1 кг кремния необходимого качества стоил тогда до 100 долларов) по сравнению со сжиганием дешевой нефти выглядело непозволительной роскошью. Как следствие — большинство работ по освоению новых технологий в области солнечной энергетики было свернуто, а финансирование оставшихся сильно сокращено.
В начале 90-х годов прошлого века будущий лауреат Нобелевской премии академик Жорес Алферов на годичном собрании АН СССР заявил, что если бы на развитие альтернативной энергетики (а солнечная энергетика у нас считается одним из ее видов) было потрачено хотя бы 15% тех средств, что мы вложили в энергетику атомную, то АЭС нам бы сейчас вообще были не нужны. Судя по тому, что даже на тех крохах, что выделялись, удалось к середине 90-х поднять КПД солнечных элементов до 15%, а к началу нового века — до 20%, утверждение академика недалеко от истины.
Кремниевая соната

В качестве материала для производства солнечных элементов сейчас используется кремний — второй по распространенности на Земле (после кислорода) элемент. В нашей планете его 15,2%, а в земной коре и вообще почти треть. Это хорошо. Плохо то, что встречается он в виде окиси — SiO2. Это тот самый песок, на котором люди любят нежиться на пляже. Извлечь из него чистый кремний весьма сложно. Настолько сложно, что стоимость силициума (так химики называют кремний), в котором не более 1 грамма примесей на 10 кг продукта, сопоставима со стоимостью обогащенного урана, используемого на атомных электростанциях. Запасы кремния превышают запасы урана почти в 100 тысяч раз, однако хорошего «солнечного» вещест-ва человечество добывает в шесть раз меньше, чем хорошего атомного урана.
Кремний по сию пору в промышленности извлекают и очищают теми же способами, что и в конце 50-х годов прошлого века. А из несовершенства технологий вытекает высокая стоимость, высокие энергозатраты, низкий выход и высокая экологическая опасность. Из тонны кварцевого песка по самой распространенной на сегодняшний день хлорсилановой технологии получают 50–90 кг относительно чистого силициума. При этом на извлечение 1 кг расходуется столько энергии, что киловаттный чайник мог бы на ней непрерывно работать в течение 250 часов.
Все это тем более странно, поскольку новые, гораздо более удачные технологии уже существуют, и существуют давно. Еще в 1974 году немецкая фирма Siemens научилась получать чистый кремний с помощью карботермического цикла. Не будем вдаваться в подробности — просто скажем, что в этом случае энергозатраты падают на порядок, а выход продукта увеличивается в 10–15 раз. Соответственно, и стоимость получаемого кремния падает до 5–15 долларов за килограмм.
Тут-то и кроется особая выгода для России. Для немецкой технологии простой песок уже не подходит, тут нужны так называемые особо чистые кварциты, самые крупные залежи которых находятся в нашей стране. Кроме того, по мнению тех же специалистов из Siemens, наши кварциты наиболее качественные. По всем расчетам их вполне должно хватить на то, чтобы покрыть все ближайшие потребности человечества в особо чистом кремнии.
Сколько крыть в километрах

Электричество относится к числу весьма капризных и плохо запасаемых продуктов, поэтому производится его всегда практически столько же, сколько и требуется. Общая мощность всех земных электростанций составляет примерно 1000 ГВт-то есть один тераватт. Для того чтобы получить этот тераватт от Солнца, стандартными кремниевыми панелями нужно «замостить» территорию в 40 тысяч км2. Это с учетом того, что работать станция будет только днем. Квадрат со стороной 200 км — это примерно одна двухсотая часть пустыни Сахара. Задача, с которой современное человечество вполне может справиться.
Однако решать ее в лоб нельзя, так как при этом возникают сразу две огромные проблемы. Первая — это хранение энергии. Производить энергию такая гигастанция сможет только днем, а человечеству она нужна круглые сутки. Значит, на ночь ее дневные излишки нужно в чем-то запасать. В аккумуляторах, в гигантских конденсаторах, в супермаховиках. Такие «энергохранилища» будут стоить ненамного дешевле, чем сама СЭС. Вторая проблема — изменение климата в месте постройки. Если раньше солнечная энергия здесь шла на нагрев почвы и воздуха, то теперь ее часть пойдет на получение электричества. Температура в районе электростанции, а 40 тысяч км2 — это немало, практически вся Московская область, — несколько упадет. В центре этой территории появится то, что климатологи называют бароцентром — область постоянного пониженного давления, в которой обычно формируются мощные циклоны. Нечто наподобие красного юпитерианского глаза. Циклоны эти будут окроплять территорию электростанции и прилегающие районы дождями, а небо над нашими батареями заволокут грозовые тучи. Соответственно, и выработка энергии уменьшится в десятки раз.
Обе эти глобальные проблемы имеют одно простое решение. А именно: надо строить не одну электростанцию на 40 тысяч км2, а 400 электростанций по 100 км². И располагать их по земному экватору в наиболее солнечных районах (ученые говорят — в районах с наиболее высокой соляризацией). Тогда в то время, пока часть станций будет отдыхать на ночной стороне Земли, противоположные будут обслуживать планету. Каких-то особых погодных отклонений в пятачках 10×10 км происходить не должно.
Космические перспективыЕсли не считать высокой стоимости солнечных батарей, то главная помеха развитию солнечной энергетики на Земле — земная атмосфера. То небо совсем не вовремя затягивается облаками, то дым от соседнего завода закрывает Солнце. Да и при совершенно ясном небе свет, просто проходя через атмосферу, теряет две трети своей энергии. Если бы человечеству удалось построить электростанцию в космосе, то вполне можно было бы обойтись батареей площадью в 6000 км².
Но тут опять перед нами встают два вопроса. Во-первых, как туда эти батареи поднять, а во-вторых, как доставить полученное электричество на Землю.
Проблемы эти были теоретически решены еще в 1968 году, когда идея космической СЭС возникла впервые, а в 1973 году эти решения были оформлены соответствующим патентом. Доставка элементов в космос по патенту, естественно, осуществляется космическими кораблями, другого способа мы пока не знаем. А энергию на Землю планируется переправлять в виде особого электромагнитного излучения с длиной волны от 1 мм до 1 м — такого своеобразного космического радара. В отличие от солнечного света, этот СВЧ-луч при прохождении атмосферы потеряет не более 2% энергии.
Недавно космическую задумку воскресил профессор Института космических систем (Хьюстон, США) доктор Дэвид Крисвелл. Правда в его проектах она приобрела несколько иные черты.
Главное отличие состоит в том, что Крисвелл предложил разместить солнечные электростанции не в открытом космосе, а на поверхности нашего верного спутника — Луны. Таскать на спутник солнечные батареи не планируется. Предлагается построить на Луне небольшой заводик и производить элементы прямо на месте, из подручного сырья. Ибо на Луне кремния тоже более чем достаточно.
Доставка энергии на Землю будет осуществляться уже описанным выше способом. Для ее приема надо будет построить несколько довольно простых и дешевых антенн размерами примерно 10×13 км. Сам луч будет совершенно безопасен, и ни облака, ни тучи не будут для него препятствием. Потери энергии по пути (без малого 400 тысяч км) составят не более 40%. Таких станций на лунном экваторе нужно построить пять, тогда в любой момент две или три из них будут находиться на дневной стороне нашего спутника.
Этот проект, после реализации которого жители Земли будут обеспечены электричеством на ближайшие столетия, по подсчетам доктора Крисвелла, обойдется в 60 млрд. долларов. Это в три раза дороже, чем программа «Аполлон» (19,5 млрд. долларов), но зато в десять раз дешевле войны в Ираке (567 млрд.)
А ведь, наверное, лучше строить станции на Луне, чем воевать на Земле за нефть. Да и денег можно в будущем немало сэкономить.

Цифры
1 квадриллион тонн растений взращивается на энергии солнца 10 млрд. тонн условного топлива ежегодно необходимо человечеству для развития 100 трлн. тонн условного топлива составляет энергия, поставляемая на нашу планету Солнцем за годCivilization of sunflowers

Solar circle

The basic and primary energy source for our planet always was and long still there will be a star closest to us — the modest yellow dwarf bearing a name the Sun. By its radiant energy it is cultivated 1 квадриллион tons of the plants feeding, in turn, 10 bln. of tons of animals and bacteria.
Today to mankind to satisfy the constantly growing requirements, it is annually necessary about 10 billion tons of conditional fuel (read — coal). Many experts believe that at normal development by 2020 of this fuel it is required in three and a half time more. And now attention: the energy delivered on our planet by the Sun for year if to translate it in the same conditional fuel, makes about 100 bln. tons. In 10 thousand times more, than to us it is necessary. It is considered that on the Earth it is reserved 6 bln. tons of various hydrocarbons. If it so comparable with containing in them the Sun gives energy to our planet of all for three weeks. And reserves of our star are so great that such power supply it can support still 5 billion years.
Terrestrial green plants and sea seaweed utilize approximately 3–4 % of energy arriving from the Sun. If the person could take for the internal consumption at least one more additional percent, it would solve many problems forever forward.For one percent

And the person already knows, how it to take. All has begun, as it was time and again in the modern physics, from Albert Einstein. Many remember that this great scientist has been awarded in 1921 of the Nobel Prize. But very few people knows that it has received it not for the theory of a relativity, and for an explanation of laws of an external photoeffect. In 1905 it has published work in which, leaning against Planck’s hypothesis, has described, how and in what quantities light quanta «knock out» from metal electrons.
For the first time to receive by means of a photoeffect an electric current it was possible in 30th years of the last century to the Soviet physicists. There was it at physicotechnical institute, the well-known academician A.F.Ioffe supervised which. However, the EFFICIENCY of that time solar sernisto-talievyh elements hardly held out to 1 %, that is in an electricity 1 % of energy falling on an element addressed only. But the reserve has been put. In 1954 Americans of Pirson, Fuller and Chapin have patented the first element with comprehensible (an order of 6 %) EFFICIENCY. And since 1958 the solar batteries made of silicon, became the basic sources of an electricity on the Soviet and American space vehicles. To the middle of 70th years of EFFICIENCY of solar elements
Power it has been curtailed, and financing of the remained is strongly reduced.
In the early nineties the last century the future Nobel prize winner academician Jores Alfyorov at year meeting AN of the USSR has declared that if 15 % of those means have been spent for development of alternative power (and the solar power at us is considered one of its kinds) at least that we have enclosed in power nuclear the atomic power stations now in general weren’t necessary to us. Judging by what even on those remains that it were allocated, possible 90 to lift to the middle EFFICIENCY of solar elements to 15 %, and to the beginning of a new century — to 20 %, the statement of the academician near to true.Silicon sonata


As a material for manufacture of solar elements silicon — the second for prevalence on the Earth (after oxygen) an element is now used. In its our planet of 15,2 %, and in earth crust and in general almost third. It is good. Badly that there is it in the form of an oxide — SiO2. It is that sand on which people like to luxuriate on a beach. To take from it pure silicon rather difficult. It is so difficult that cost sicilium (so chemists name silicon) in which no more than 1 gram of impurity on 10 kg of a product, it is comparable to cost of the enriched uranium used on atomic power stations. Silicon stocks exceed uranium stocks almost in 100 thousand times, however good «solar» veshchest-va the mankind extracts six times less, than good nuclear uranium.
Silicon up to that moment in the industry take and clear in the same ways, as in the late fifties the last century. And high cost, high power inputs, a low exit and high ecological danger follows from imperfection of technologies. From ton of quartz sand on the most widespread for today hlorsianovoi technologies receive 50–90 kg concerning pure sichilium. Thus of 1 kg is spent for extraction so much energy that киловаттный the teapot could work continuously on it within 250 hours.
All it is especially strange, as new, much more successful technologies already exist, and exist for a long time. In 1974 German firm Siemens has learned to receive pure silicon with the help carbotermic a cycle. We will not go into details — we will simply tell that in this case power inputs fall on an order, and the product yield increases at 10-15 time. Accordingly, and cost of received silicon falls to 5–15 dollars for kg.
Here also special benefit for Russia is covered. For German technology simple sand any more doesn’t approach, the so-called especially pure quartzites which largest deposits are in our country here are necessary. Besides, according to the same experts from Siemens, our quartzites the most qualitative. By their all calculations quite should suffice on covering all nearest requirements of mankind for especially pure silicon.gaging on this boundary has crept up to a 10 percent mark and … almost for two decades. For spaceships of it quite sufficed, and for land use manufacture of rather expensive solar batteries (1 kg of silicon of necessary quality cost then to 100 dollars) in comparison with burning of cheap oil looked inadmissible luxury. As consequence — the majority of works on development of new technologies in the field of solar

How many to cover in kilometers
The electricity is among rather whimsical and badly reserved products, therefore is made it always practically as much, how many it is required. The general capacity of all terrestrial power stations makes approximately 1000 úóÔ there is one tersvatt. To receive this тераватт from the Sun, standard silicon panels it is necessary «замостить» territory in 40 thousand км2. It taking into account that the station only will work in the afternoon. The square with the party of 200 km is approximately one two-hundredth part of desert Sahara. A problem from which the modern mankind can quite consult.
However to solve it in a forehead it is impossible, as thus there are at once two huge problems. The first is a storage of energy. Make energy such гигастанция can only in the afternoon, and it is necessary to mankind all day and night. Means, for the night its day surpluses need to be reserved in something. In accumulators, in huge condensers, in superflywheels. Such «power storehouses» will cost no much more cheaply, than itself СЭС. The second problem — climate change in a construction place. If earlier solar energy here went on soil and air heating now its part will go on electricity reception. The temperature around power station, and 40 thousand km2 is much, almost all Moscow Region, — will fall a little. In the center of this territory there will be that climatologists name barcenter — area of the constant lowered pressure in which powerful cyclones are usually formed. Something like red Upiters eyes. These cyclones will sprinkle territory of power station and adjoining areas with rains, and the sky over our batteries will be clouded by thunderclouds. Accordingly, and energy development will decrease in tens times.
Both these global problems have one simple decision. Namely: it is necessary to build not one power station on 40 thousand км2, and 400 power stations on 100 km ². And to have them on terrestrial equator in the most solar areas (scientists speak — in areas with the highest solarization). Then at that time while the part of stations will have a rest on the night party of the Earth, opposite will serve a planet. Any special weather deviations in fives 10×10 km shouldn’t to occur.Space prospects


Short of high cost of solar batteries, the main hindrance to development of solar power on the Earth — terrestrial atmosphere. That sky at all is tightened in time by clouds a smoke from the next factory closes the Sun. And at absolutely clear sky light, simply passing through atmosphere, loses two thirds of energy. If the mankind managed to construct power station in space it would be quite possible to manage the battery the area in 6000 km ².
But here again before us there are two questions. First, as there these batteries to lift, and secondly how to deliver the received electricity to the Earth.
These problems have been theoretically solved in 1968 when the idea space СЭС has arisen for the first time, and in 1973 these decisions have been issued by the corresponding patent. Delivery of elements in space under the patent, naturally, is carried out by spaceships, other way we yet don’t know. And energy to the Earth it is planned to forward in the form of special electromagnetic radiation with length of a wave from 1 mm to 1 m — such original space radar. Unlike a sunlight, this microwave beam at atmosphere passage will lose no more than 2 % of energy.
Recently space idea was revived with the professor of Institute of space systems (Houston, the USA) doctor David Krisvell. Truth in its projects it has got a bit different lines.
The main difference consists that Krisvell has suggested to place solar power stations not in a free space, and on a surface of our faithful companion — the Moon. To drag on the companion solar batteries it is not planned. It is offered to construct on the Moon small заводик and to make elements directly on a place, from improvised raw materials. For on the silicon Moon too more than it is enough.
Delivery of energy to the Earth will be carried out in way already described above. For its reception it will be necessary to construct a little enough simple and cheap aerials in the sizes about 10×13 km. The beam will be absolutely safe, and neither clouds, nor clouds won’t be for it an obstacle. Energy losses on the way (without small 400 thousand in km) will make no more than 40 %. Such stations on lunar equator it is necessary to construct five then at any moment two or three of them will be on the day party of our companion.
This project after which realization inhabitants of the Earth will be provided by an electricity the next centuries, by estimates of doctor Krisvella, will manage in 60 billion dollars. It is three times more expensive, than the program «Apollo» (19,5 billion dollars), but is ten times cheaper than war in Iraq (567 billion)
And after all, probably, it is better to build stations on the Moon, than to be at war on the Earth for oil. And money it is possible to save much in the future.Figures


1 kvadrillion tons of plants it is cultivated on energy of the sun of 10 billion tons of conditional fuel it is annually necessary for mankind for development of 100 bln. tons of conditional fuel the energy delivered on our planet by the Sun for year makes

\

  • |
  • Добавить комментарий

    Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

    3 + 6 =