Заглянем в будущее - Семенов Николай Николаевич (читать книги бесплатно полностью без регистрации .txt) 📗
Действительно, — световая стадия фотосинтеза в конечном счете определяется реакцией Н2O + CO2 > О2 + СН2O. Это типично окислительно-восстановительная реакция, так же как и реакция фиксации азота, и она требует приблизительно такой же затраты энергии. Принципиально реакция могла бы идти при участии подобных же комплексных соединений.
Итак, допустим, что на этом пути удастся разрешить проблему фотосинтеза вне организма и получить хороший к.п.д. Допустим далее, что мы сумеем поднять к.п.д. использования солнечной энергии до 20 процентов, то есть сделать его примерно вдвое большим, чем максимальный «биологический» к.п.д. фотосинтеза в растениях. (Конечно, это лишь предположение, не имеющее пока экспериментальных подтверждений.) Большие пластмассовые кассеты, содержащие водный раствор исходных веществ, будут располагаться на огромных пространствах энергетических полей. Под действием солнечной энергии в кассетах будут образовываться богатые химической энергией продукты реакции. Эти растворы будут медленно циркулировать, попадая на соответствующие подстанции, где будут извлекаться богатые энергией конечные продукты и добавляться исходные. Таким путем будет осуществляться непрерывный сбор энергетического урожая.
Это, конечно, лишь схема, вероятно, далекая от реального осуществления. Для размещения энергетических полей следует использовать пустынные и полупустынные местности с большой солнечной радиацией, непригодные для сельского хозяйства. Общая площадь этих энергетических полей, как мы себе представляем, должна составлять 109 гектаров, то есть примерно вдвое меньше, чем занято под сельскохозяйственными полями и лугами сейчас. Для примера можно взять карту с изображением контуров Европы, Африки, Аравийского полуострова и небольшой части Восточной Азии, где проживает примерно четвертая часть человечества. В этом районе для энергетических полей потребуется также четвертая часть от 109 гектаров, то есть 2,5 · 108 гектаров. Количество пустынь и полупустынь и этом районе значительно больше, чем указанная площадь.
Население Северной и Южной Америки составляет около 1/4 от общего числа людей. Здесь также имеются пустыни и полупустыни. Сложнее будет обстоять дело в основной части Азии и архипелагах, расположенных между Азией и Австралией, где живет более ? всего человечества и где есть только пустыня Гоби и пустынная местность северной и центральной части Австралии. Итак, как показано выше, площадь всех энергетических полей равна 109 гектаров, энергетическая урожайность с гектара — 3,4 · 109 ккал в год. Общая энергетическая урожайность в мире составит 3,4 · 109 ккал/га ? 109 = 3,4 · 1018 ккал в год в виде богатого химической энергией продукта. Как мы знаем, при сжигании всех добываемых в год горючих ископаемых получается 5,6 · 1016 ккал. Таким образом, использование солнечной радиации позволило бы увеличить энергетические ресурсы человечества в 60 раз.
Использование солнечной энергии, как, впрочем, и термоядерной, требует прежде всего активного научного исследования. Между тем над осуществлением управляемой термоядерной реакции D + D трудится огромное число ученых у нас и за рубежом, а над научными основами проблем использования солнечной энергии целеустремленных работ практически не ведется.
Несколько пугает огромная площадь энергетических полей, необходимых для собирания рассеянной солнечной энергии. Однако использование солнечной энергии для целей синтеза пищи, то есть в сельском хозяйстве, требует также огромных площадей, больших капиталовложений и расхода труда и средств на их эксплуатацию, причем тем больших, чем выше мы хотим получить урожай.
Использование солнечной энергии не вызовет перегрева Земли, а значит, каких-либо изменений климата, не несет никаких опасностей отравления земли и воздуха вредными веществами. Оно является вечным источником энергии.
Итак, мы рассмотрели возможности использования солнечной энергии путем фотосинтеза в специально подобранных химических системах вне организма. Но нельзя окончательно исключить и чисто тепловой путь использования солнечной радиации. Лет 30–40 назад многие ученые и инженеры увлекались проектированием и даже созданием такого рода солнечных машин, в общем неплохо работающих.
Однако уже тогда было ясно, что массового значения эти установки не будут иметь. Между тем само существование парникового эффекта позволяет поставить вопрос, не удастся ли найти такие вещества, которые предохраняли бы «парники» от потерь тепла в землю и от потерь теплового излучения в атмосферу с таким расчетом, чтобы в «парниках» создалась температура в несколько сот градусов (хотя бы для районов, примыкающих к экватору).
Интересно, что в конце своей жизни Жолио-Кюри, один из главных создателей научных основ использования атомной энергии, выдвигал на первый план использование солнечной энергии.
Уже в настоящее время следовало бы создать мировое сотрудничество ученых по разработке научных основ использования солнечной энергии путем искусственного фотосинтеза вне организма. Работы эти крайне важны, так как если здесь откроются какие-либо практические перспективы, то их осуществление может привести к очень важным результатам как в смысле энергетики, так и в смысле возможности синтеза искусственной пищи и кормов.
Солнечная энергия не только постоянна, но и огромна. Солнце является наиболее мощным источником энергии для Земли. Кроме того, использование солнечной радиации таит в себе возможность контроля изменения климата за счет охлаждения чрезмерно жарких областей и утепления более холодных. Конечно, все эти возможности будут тесно связаны с перспективами, которые откроют научные исследования конца нашего и начала XXI века.
Я думаю, что по всем направлениям поиска новых грандиозных источников энергии (атомные котлы-размножители, термоядерные реакции, солнечная энергия, а может быть, энергия подземного тепла) надо вести целеустремленные исследования.
Но представим себе, что управляемая термоядерная реакция D + D будет осуществима. Как предел ее использования мы получаем цифру, в 700 раз превышающую энергию ископаемых топлив, получаемую сейчас в год. При этом мы будем обладать энергией, более чем в десять раз большей, чем энергия, которую мы сможем получить при указанных условиях от использования солнечной энергии, собираемой с огромных полей. Понадобятся ли в этом случае энергетические солнечные поля?
Вспомним, что использование термоядерной энергии реакции D + D станет технически возможным, быть может, через 100 лет, а построение множества таких реакторов потребует еще лет пятьдесят. За это время человечество успеет сильно истощить запасы горючих ископаемых и таким образом лишить будущие поколения удобного сырья для органического синтеза и для самых основных проблем будущего, которую смогут решить солнечные энергетические поля.
Но для этого надо решить очень трудную научную задачу — найти пути проведения реакции фотосинтеза, то есть получения органических соединений на базе CO2 и воды под действием солнечной энергии вне организма. Безграничные запасы CO2 содержатся в виде карбонатов. И если нам удастся решить указанную проблему, мы сможем всегда получать ежегодно количество органических продуктов в 60 раз больше, чем мы добываем сейчас подземных ископаемых. Вот главная цель решения проблемы использования солнечной энергии.
Это навсегда избавит человечество от опасности исчерпания запасов горючих ископаемых для целей органического синтеза. Кроме того, получаемые с энергетических полей органические вещества и переработанные либо с помощью уже сейчас разрабатываемых микробиологических методов, либо путем химического синтеза могут стать основой корма для скота. Если сейчас эти процессы еще не имеют существенной перспективы, так как в настоящее время мы более ограничены запасами нефти, чем пищи, то в будущем они, наоборот, могут стать основными. Следует иметь в виду, что при принятом к.п.д. в 20 процентов для преобразования солнечной энергии в химическую урожайность энергетических полей будет более чем в 10 раз превышать лучшие возможные урожаи сельскохозяйственных полей (15 тонн сухого вещества с гектара).
