Проблемы энергетической инверсии

Если допустить, что необходимые человечеству энергоресурсы в 2000 г. составят 25 млрд. т, то по этому уровню потребления извлекаемых запасов химического топлива человечеству его хватит примерно на 150 лет. Следует сказать, что, по мнению большинства специалистов, потребление химического топлива после 1990 г., по всей вероятности, несколько снизится.

Сейчас человечество в огромных масштабах осуществляет процесс преобразования потенциальной энергии, в свое время сконцентрированной в недрах нашей планеты, в активную ее форму. Полученное от сжигания топлива тепло рассеивается в окружающее пространство. Его приходится 200 ккал в год на 1 м2, а в индустриальных центрах значительно больше. При сгорании огромного количества топлива всех видов резко изменяется состав воздуха, особенно в крупных городах, что в конечном счете сказывается на изменении соотношения между кислородом и углекислым газом в атмосфере Земли в целом. Все это, как думают многие ученые, может привести к существенному нарушению теплового баланса нашей планеты.

Академик М. А. Стырикович в статье "Человек и планета", опубликованной в газете "Труд" 28 ноября 1974 г., писал:

"Прежде всего речь идет об опасности существенного повышения температуры поверхности нашей планеты. Сегодня суммарное выделение энергии на Земле в результате деятельности человека составляет лишь около 0,002% ее радиационного баланса. Однако рост потребления всех энергоресурсов более чем удваивается за каждые 20 лет. Легко подсчитать, что суммарное выделение энергии за столетие может превысить 1% радиационного баланса Земли. Многие ученые считают это уже угрожающим.

По мнению некоторых специалистов, рост выделения тепла может вызвать опасные изменения климата даже раньше, однако вряд ли ранее середины XXI в. Таким образом, и этот предел еще относительно далек. Гораздо скорее может сказаться на глобальном климате, а по мнению ряда специалистов, уже сейчас ощущается изменение отражательных свойств планеты за счет различных выбросов в атмосферу в результате деятельности человека. Еще недавно наблюдалось систематическое повышение средней температуры на Земле. С начала века и до конца 40-х гг. среднегодовая температура повысилась примерно на 0,7°, а площадь арктических льдов уменьшилась на 10%. Это явление тогда объяснялось возрастанием концентрации углекислоты в атмосфере за счет сжигания все больших количеств топлива. Однако за последние 20 лет, когда выбросы углекислоты возросли примерно вдвое, потепление сменилось систематическим похолоданием. В настоящее время температура приближается к уровню конца XIX в.

Интересно отметить, что сами ученые по-разному оценивают происходящие изменения климата. Если некоторые из них считают глобальное потепление в масштабах 0,5-1°, ведущее в первую очередь к перераспределению осадков, вредным и даже губительным, то, пожалуй, большинство говорит сейчас об опасности похолодания, если теперешний процесс понижения температуры продолжится хотя бы еще 20-30 лет. Во всяком случае, раньше, чем целенаправленно менять что-либо в глобальном ходе изменения климата, надо провести громадный объем работ с целью установить, "что такое хорошо и что такое плохо".

Для решения этих планетарных проблем некоторые ученые предлагают ряд проектов, в том числе, например, для избежания возможного разогрева земной поверхности предлагаются остроумные способы отвода тепла в мировое пространство через специальные материальные носители.

Однако какие бы проекты не выдвигались для уменьшения опасности перегрева или переохлахсдения поверхности Земли, неизменными остаются две задачи: постоянные поиски способов повышения коэффициента полезного использования существующих источников энергии и отыскание таких процессов, которые не вели бы к указанным опасностям для человечества.

К таким поискам прежде всего следует отнести эффективное использование солнечной энергии. Солнечная радиация, падающая на нашу планету, за исключением той доли, которая отражается обратно в мировое пространство, в конечном счете превращается в тепло. Важно научиться максимально ее использовать до того, как она превратится в указанную форму. Подсчитано, что, за вычетом расходов на испарение и фотосинтез, солнечная радиация, приходящая на Землю, почти в 7 тыс. раз превышает все нынешнее мировое потребление энергии. Солнечная энергия, падающая за год на территорию только среднеазиатских пустынь Каракум и Кызылкум, в сотни раз превышает годичную потребность в энергии всего Советского Союза.

Солнечная радиация -колоссальнейший энергетический резерв. Не случайно в свое время Жолио-Кюри пришел к следующему выводу: "Хотя я и верю в будущее атомной энергии и убежден в важности этого изобретения, однако я считаю, что подлинный переворот в энергетике мира наступит только тогда, когда мы сможем осуществлять массовый синтез молекул, аналогичных хлорофиллу или даже более высокого качества".

Огромные энергетические ресурсы таятся в геотермальных водах. Уже на пятикилометровой глубине от земной поверхности количество тепла в тысячи раз превышает потенциальную энергию всех существующих горючих ископаемых, вместе взятых, - угля, нефти, газа и др. Носителем ее служат горячие подземные воды. Порой они изливаются в виде гейзеров либо просто горячих ключей, но очень часто обнаруживаются при бурении, например, разведочных скважин. Бурение в целях поиска полезных ископаемых и геотермическое картирование территории СССР дали возможность подсчитать запасы термальных вод с температурой от 40 до 250° и оценить их суммарный суточный дебит в 20 млн. м³.

В настоящее время ведутся исследования по извлечению глубинного тепла Земли в районах вечной мерзлоты. Вовлечение геотермальных вод, особенно полученных при добыче полезных ископаемых, в хозяйственный оборот сулит большие выгоды. Выгодно применять термальные воды и в сельскохозяйственном производстве - например, для отопления теплиц и парников. Использование геотермальных вод не может нарушить теплового баланса на поверхности нашей планеты, так как эти воды уже участвуют в общем тепловом балансе независимо от того, использует их человечество или нет.

Один из богатейших источников энергии - ветер. По расчетам академика П. П. Лазарева, энергия воздушных потоков в атмосфере Земли превосходит энергию годового потребления каменного угля в 3-4 тыс. раз.

Предсказывая в 1888 г. великую будущность открытию электричества, Ф. Энгельс писал:

"В действительности это колоссальная революция. Паровая машина научила нас превращать тепло в механическое движение, но использование электричества откроет нам путь к тому, чтобы превращать все виды энергии - теплоту, механическое движение, электричество, магнетизм, свет - одно в другое и обратно и применять их в промышленности" (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 35, с. 374).

Все большее внимание ученых привлекают проблемы энергетической инверсии. В Москве создан Общественный институт энергетической инверсии (ЭНИН), основателем и руководителем которого является заслуженный изобретатель РСФСР, заслуженный деятель науки и техники РСФСР, профессор, доктор технических наук П. К. Ощепков.

"Едва ли не самой дерзновенной мечтой человечества, - пишет он, - является овладение процессами естественного круговорота энергии в природе. Энергия также неуничтожима, как и несотворима, поэтому совершенно естественно, что процессы рассеяния энергии и процессы ее сосредоточения существуют в единстве.

Есть люди, которые утверждают, что эта идея противоречит закону термодинамики. Это неверно. Второй закон термодинамики, оправдавший себя в тысячах и тысячах случаев, указывающий путь при решении многих научных и технических задач, - безусловно правильный закон для любой замкнутой системы. Оспаривать справедливость его для этих систем просто бессмысленно. Но в реальном мире абсолютно замкнутых систем нет. Мир бесконечен во времени и пространстве, и взаимодействие между материальными субстанциями происходит по более сложным законам, чем второе начало термодинамики. Открыть эти законы суждено науке грядущего.

Использование процесса естественного круговорота энергии в природе на благо человечества не несет с собой угрозы перегрева поверхности Земли, так как оно не может изменить теплового баланса нашей планеты. Оно свободно и от радиоактивной опасности, от загрязнения атмосферы продуктами сгорания. Оно несет с собой несравнимое ни с чем изобилие энергии, составляющей главную основу жизни... Необходимость решения проблемы использования процессов естественного круговорота энергии в природе - это веление нашего времени".

Вопросы круговорота энергии привлекали внимание ученых еще в прошлом веке. Так, известный немецкий естествоиспытатель Э. Геккель в своей замечательной книге "Мировые загадки", опубликованной в конце XIX в., писал:

"Если бы учение об энтропии было правильно, то предполагаемому "концу" мира должно было бы соответствовать и "начало", минимум энтропии, при котором температурное различие между обособленными частями Вселенной было бы наибольшим... Начала мира так же не существует, как и конца. Как мир бесконечен, так он и пребывает в вечном движении. ...Защитники же энтропии справедливо ее отстаивают, пока имеют в виду лишь отдельные процессы, при которых в известных условиях связанная теплота не может быть вновь превращена в работу... В огромном же целом мироздания господствуют совершенно иные отношения: здесь даны условия, в которых может иметь место и обратное превращение скрытой теплоты в механическую работу".

Такими же представлениями руководствовался и знаменитый исследователь, изобретатель в области токов высокой частоты Н. Тесла. Свою лекцию 20 мая 1892 г. в американском Институте инженеров-электриков Н. Тесла закончил такими вещими словами:

"Мы проходим с непостижимой скоростью через бесконечное пространство; все окружающее нас находится в непрерывном движении, и энергия есть повсюду. Должны найтись и прямые способы утилизации этой энергии. И когда свет получится из окружающей нас среды, и когда таким же образом будут получаться все другие формы энергии из своего неисчерпаемого источника, человечество пойдет вперед гигантскими шагами. Одно созерцание этой величественной перспективы поднимает наш дух, укрепляет нашу надежду и наполняет паши сердца величайшей радостью".

Ф. Энгельс, обобщая основополагающие открытия в естествознании, писал в предисловии ко второму изданию "Анти-Дюринга": "Если еще десять лет тому назад новооткрытый великий основной закон движения понимался лишь как закон сохранения энергии, лишь как выражение того, что движение не может быть уничтожено и создано, т. е. понимался только с количественной стороны, то это узкое, отрицательное выражение все более вытесняется положительным выражением в виде закона превращения энергии, где впервые вступает в свои права качественное содержание процесса и стирается последнее воспоминание о внемировом творце. Теперь уже не нужно проповедовать как нечто новое, что количество движения (так называемой энергии) не изменяется, когда оно из кинетической энергии (так называемой механической силы) превращается в электричество, теплоту, потенциальную энергию положения и т. д., и обратно..." (Маркс К. и Энгельс Ф. Соч., т. 20, с. 13)

Дальнейшее развитие этих идей, составляющих основу диалектико-материалистического миропонимания, мы находим в работах выдающегося советского ученого К. Э. Циолковского о круговороте энергии. Он пишет, что в природе должны быть условия перехода тепла не только от более нагретых тел к более холодным, но и обратного, что оба процесса - и рассеяние энергии, и концентрация энергии - "равны и обеспечивают вечное возникновение юности Вселенной".

Занимаясь проблемой дальних и сверхдальних космических полетов, К. Э. Циолковский глубоко задумывался над проблемой источников энергии. Он понимал, что без энергии не может быть получено никакое целенаправленное изменение скорости движения материальных тел ни на Земле, ни в космосе.

Так же как и Д. И. Менделеев, К. Э. Циолковский пришел к выводу, что сжигать минеральное топливо, являющееся прекрасным химическим сырьем, в топках котлов безрассудно, что человечество рано или поздно неминуемо придет к полному истощению природных запасов топлива и, следовательно, должно будет овладеть и второй ветвью всеобщего процесса круговорота энергии в природе - ее концентрацией.

В апреле 1975 г. Общественный институт энергетической инверсии совместно с Комитетом космонавтики ДОСААФ СССР провел третью научно-техническую сессию, на которой были заслушаны и творчески обсуждены 39 докладов ученых по проблеме энергетической инверсии. В решении этой сессии, в частности, отмечается, что "новейший идеализм, стремясь отнять у человека право на познание жизни, стойко защищает модифицированную теорию "тепловой смерти" мира, ретушируя, видоизменяя и приспосабливая ее к новым факторам. Материалистическая наука не может примириться со взглядами "физического" идеализма на эволюцию энергии в природе, с идеалистическим извращением проблемы всеобщего круговорота концентрируемой R рассеиваемой энергии. Сегодня все более острым становится вопрос управления энергетической инверсией, которая есть единый процесс превращения энергии из одного состояния в другое, протекающий в двух направлениях - концентрации и рассеяния".

Дальнейшее изучение и всесторонние научные исследования проблем энергетики безусловно приведут к новым важным открытиям и изобретениям.