А причина в том, что плотность потока солнечной энергии слишком невелика (и это, кстати, очень хорошо, потому что иначе жизнь на планете возникнуть не смогла бы, и проблемы энергетики некому было бы обсуждать), чтобы она, эта энергия, могла бы «сама себя содержать». Плотности потока достаточно, чтобы зеленело дерево, летали птицы, жил первобытный человек, — он не случайно был солнцепоклонником. Но, шагнув на первую ступеньку цивилизации, он понял, что без огня не проживешь (вернее, огонь — куда более концентрированная энергия, нежели солнечная, — поставил человека на эту ступеньку). Проблема плотности энергии — тот водораздел, по одну сторону которого находятся физики, а по другую — инженеры и экономисты. Для физика любая энергия равноценна, равноправна: солнечное тепло, ствол сосны, кусок угля и полный бензина бак он приравнивает друг другу, содержащуюся в них энергию измеряет одними и теми же калориями. С другой стороны, в баке все-таки не дрова, а бензин: энергия жидкого топлива значительно концентрированнее и удобнее для пользования. Эти энергии для инженера и экономиста различны по своему качеству (эту новую характеристику энергии ввели американские ученые Говард и Элизабет Одум). Судите сами: восемь тысяч калорий солнечного света упадут за день на зеленую крону и превратятся в древесину, содержащую всего восемь калорий, но эти новые калории совсем иные. Древесину можно сохранить, солнечные лучи — использовать только в тот момент, когда они есть. Деревом, сожженным в печи, можно обогреть дом, — для солнечных лучей это доступно только посредством специальных устройств, гораздо более сложных, нежели печь. Человека можно также рассматривать как концентрированную солнечную энергию чрезвычайно высокого качества. Но, в отличие от других живых существ, он пошел дальше, создал «вторую природу» — творение рук и мозга всего человечества, всех предшествующих нам поколений. Но смог он это сделать только потому, что находил источники энергии все более и более концентрированной, создавал машины для ее использования: дрова, уголь, нефть — вот ступени цивилизации. И еще потому, что придумал письменность и стал передавать потомкам свой опыт во все больших и больших масштабах. История прогресса — история концентрации энергии…
Но вернемся к гелиотехнике. Коэффициент полезного действия солнечных преобразователей невелик, от пяти до двадцати процентов. Поэтому капитальные затраты на их сооружение оказываются в четыре — шесть раз больше, чем на геотермические электростанции, в двадцать — сто раз, чем на добычу такого же количества энергии из скважин Северного моря, где условия чуть ли не самые сложные среди всех морских нефтепромыслов. Это на Земле. А ведь существуют безумно смелые проекты орбитальных гелиоэлектростанций, пересылающих энергию на Землю по радиоканалу. Поскольку бумага терпит любые выкладки, предлагается собрать на орбите энергоустановку мощностью восемь тысяч мегаватт (в земных условиях нет еще ни одной электростанции такой мощности) и шесть тысяч направить к приемной антенне — семикилометрового диаметра сооружению в одной из многочисленных земных пустынь. В космосе же — сорок пять квадратных километров солнечных элементов, двенадцать тысяч тонн металлоконструкций, восемьсот тысяч радиопередатчиков, антенна в километр диаметром, — все грандиозно, все на грани реальности и фантазии. Технически (если отвлечься от расходов) можно смонтировать в космосе такую сверхсложную установку. Ее сторонники считают, что лет через двадцать пять она станет приобретать черты реальности. Что ж, не будем уподобляться тем авторитетам, которые категорически утверждали, что создать летательный аппарат тяжелее воздуха невозможно. Поживем — увидим.
Пока же вся штука заключается в том, что за эти двадцать пять лет (да и не двадцать пять — гораздо больше, потому что одна такая станция погоды не сделает, а многих придется подождать) нам требуется найти выход из энергетических трудностей нынешних. Надо научиться всюду, где это только возможно, использовать уголь вместо нефти (это в первую очередь) и вместо газа (это вторая задача). Потому что, даже по самым неблагоприятным подсчетам, угля хватит человечеству на сто пятьдесят лет, а оптимисты уверяют, что на два с половиной века.
Уголь вместо нефти и газа. Никакого иного выхода ученые пока не видят.
Советский Союз уже сделал из этого вполне определенный вывод: «Использование нефти и горючих газов для расширения производства электроэнергии в перспективе не намечается», — читаем мы в одной обзорной работе, посвященной проблемам энергетики.
Однако электроэнергия — это еще мало. Две трети энергии, расходуемой и у нас и во всем мире, — не электричество, а обыкновенное тепло. Сто, пятьсот, тысяча, полторы тысячи градусов… Отопление домов, работа химических реакторов, металлургических агрегатов, двигателей внутреннего сгорания — нигде не обойтись без тепла сгоревшего топлива. Триста пятьдесят миллионов автомобилей, сотни тысяч локомотивов, теплоходов, самолетов требуют не электричества, а горючего. Горючего традиционного. И его надо дать, если мы хотим развивать экономический механизм. (Правда, уже замелькали сообщения об автомобильном двигателе на угольной пыли, о строительстве первых двух океанских пароходов на угле, о проекте паровоза, также сжигающего угольную пыль, — решения интересные, наверняка перспективные, но отнюдь не позволяющие выкинуть на свалку транспорт, который накопился за прошедшие десятилетия.) Поэтому с углем связана еще одна надежда: он должен стать источником бензина, а затем горючего газа. Давать их столько, сколько нужно, а не капельками с экспериментальных установок.
Сделать из твердого жидкое непросто. В нефти гораздо больше водорода, чем в угле, а кислорода раз в двадцать меньше. Требуется одни атомы убрать, другие ввести — разорвать прочные межатомные связи, для чего придется немало энергии взять откуда-то со стороны (в этом, собственно, и заключается причина провала попыток наладить крупномасштабное производство синтетического горючего: на него тратится энергии больше, чем заключено в полученном бензине; конечно, во время войны на такое можно пойти, но в мирное время да при наличии природного топлива экономика отворачивалась от «заманчивых» предложений). Дополнительная неприятность — зола. В угле, как ни старайся, всегда присутствуют негорючие частицы. Когда уголь превращают в жидкость, частицы золы захватывают катализатор, нужный для реакции, и его приходится все время пополнять: еще одна статья расходов. Пытаются взять дешевый катализатор, чтобы не жалко было терять, — реакция идет плохо, усложняется аппаратурное оформление установки. Покамест жидкое топливо из угля дороже нефти, даже добываемой из морских скважин.
Что все это значит? Только то, что нужны нетривиальные решения. Придумали ведь в Энергетическом институте имени Кржижановского, как ускорить в миллион раз (именно так!) терморазложение канско-ачинских углей: из этого далеко не блестящего топлива вырабатывают горючее для электростанций и доменных печей, горючее, которое, в отличие от исходного угля, выгодно возить на любое расстояние. Вырабатывают жидкую смолу, которую затем можно превратить в отличное моторное топливо. А энергию черпают не стороннюю для этого терморазложения, берут все тот же уголь. Ах, как хочется порадоваться таким достижениям, но омрачает картину мысль о том, что строится установка эта черепашьими темпами — с 1975 года все никак не войдет в строй, хотя обещали кончить дело меньше чем в пятилетку. Еще хуже, что жидкую смолу, которую будет (изобретатели упорны, а время им благоприятствует) вырабатывать агрегат, пока неясно куда девать: даже проекта завода нового синтетического топлива в 1981 году еще не было… Тут уже действуют законы не экономики, а, к сожалению, бюрократизма. И остается только надеяться, что все обостряющееся внимание общества к энергетическим проблемам стронет наконец с места застрявший воз.