2. Энеркологические проблемы

Принципиальной характеристикой, которую необходимо учитывать при анализе той или иной перспективной технологии, является ее взаимодействие с окружающей средой и влияние на биосферу. Для характеристики области экологии, занимающейся взаимодействием энергетики с окружающей средой, предложено использовать термин энеркология [59]. С энеркологической точки зрения широкое освоение атомной энергии имеет ряд принципиальных отрицательных особенностей.

В обзоре [29] негативные стороны атомной энергетики сформулированы наиболее четко. Важной представляется проблема захоронения радиоактивных отходов, которая до настоящего времени не нашла положительного решения. Достаточно высокой является опасность аварийных ситуаций с выбросом радиоактивности в окружающую среду [62-63]. По ряду оценок эта вероятность соответствует одной крупной катастрофе на 100000 реакторлет [29]. В настоящее время в мире уже работает более 200 промышленных реакторов, при этом число их экспоненциально растет. Развитие энергетики в глобальном масштабе неразрывно связано с широким экспортом атомной технологии в слаборазвитые страны, что может служит каналом распространения атомного оружия [29].

Принципиальное ограничение энергетики, основанной на использовании внутренних источников энергии, связано с проблемами теплового загрязнения среды. Впервые на это ограничение было указано академиком Н. Н. Семеновым [33]. В настоящее время человечество за счет использования различных источников энергии производит 500⋅10¹⁷ кал тепла в год. Это составляет 1/20000 часть общей падающей энергии, получаемой Землей от Солнца, или 1/5000 часть энергии, поглощаемой массой Земли. В среднем человечество увеличивает общее производство энергии на 5% в год. При сохранении скорости роста в течение 200 лет человечество будет производить количество тепла, равное падающей энергии Солнца. Это должно существенно сказаться на тепловом балансе Земли.

Согласно оценкам, сделанным академиком Н. Н. Семеновым, перегрев Земли на 3-4°С может привести к необратимым негативным изменениям климата. Предельное количество энергии, которое может быть получено при использовании атомных и термоядерных станций, всего лишь в три раза больше теплотворной способности всех добываемых в настоящее время топлив [33]. Уже в ближайшие 30-50 лет при современных темпах развития энергетики проблемы, связанные с изменением климата, могут проявиться во всей остроте.

Анализ эффектов теплового загрязнения среды дан в работах [60, 61, 66, 67]. Оценки глобальных эффектов, сделанные в работе [65] из независимых посылок, также показывают, что существующие темпы развития и разработки внутренних источников тепла (прежде всего ядерной и термоядерной энергии) в течение ближайших 30-50 лет способны привести к существенным; негативным изменениям климата. Очевидно, что поиск новых источников энергии должен быть направлен на разработку систем, не вызывающих нарушение теплового баланса Земли. В настоящее время известен лишь один такой источник солнечная энергия, который является экологически "чистым". При создании систем конверсии солнечной энергии с сохранением альбедо практически исчезают или отодвигаются на неопределенный срок проблемы, связанные с возможностью глобального перегрева планеты [33].

В таблице 2 проведено сравнение различных источников энергии, которые, по-видимому, получат развитие в недалеком будущем, и отмечены их преимущества и недостатки.

Таблица 2. Перспективные источники энергии, преимущества и недостатки их использования [23]

Таким образом, солнечная энергетика в экологическом смысле имеет преимущества. Недостатками солнечной энергии с точки зрения ее практического использования являются низкие плотности потоков энергии и отсутствие в настоящее время экономически конкурентоспособной технологии ее использования. Очевидно, что в процессе эволюции технологических способов преобразования энергии произойдет постепенная смена технологий, вносящих основной вклад в энергетический баланс человечества. Предполагаемую динамику развития иллюстрирует рис. 4 [23]. При этом значительный вес в будущем будет иметь энергетика, основанная на использовании солнечной энергии. Например, прогноз, данный в работе [68], показывает, что в 2020 г. вклад солнечной энергии составит 26% от общего энергетического баланса США (рис. 5).

Рис. 4. Прогнозируемая динамика развития источников энергии

Рис. 5. Прогнозируемая динамика потребления энергии в США на ближайшие десятилетия [68]: 1, 2, 3 - солнечная энергия (1 - обогрев домов, 2 - биоконверсия солнечной энергии, 3 - получение электроэнергии); 4 - ядерная энергия; 5 - природный газ; 6 - нефть; 7 - уголь; 8 - гидроэнергия