Солнечный круг
Основным 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
В начале
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»
Кремний по сию пору в промышленности извлекают и очищают теми же способами, что и в конце
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.
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
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
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.
Космические перспективы
Если 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.
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
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 год
