Энергетикам на заметку. Часть 2
Часть 2
Характеристики тупика
Ситуацию глобального энергетического тупика характеризует с одной стороны исчерпание экономического ресурса нефтегазовой энергетики, с другой - наличие альтернатив, не способных в ближайшей перспективе обеспечить революционное развитие энергетики. Резкое удешевление электроэнергии в результате переворота в энергетике должно обеспечить расширение применения в производстве робототехники. Необходимым также является снижение стоимости производства синтетических материалов, разработка новых их видов, выгодных в производстве. Появление возможностей генерации большого количества дешёвой электроэнергии может стать решающим условием возникновения новых отраслей.
В числе аналоговых вариантов генерации называют сжигание твердых сухих отходов - грязный и непрактичный способ. В число относительных альтернативных новшеств входят приливные электростанции. Они используют кинетическую энергию приливных волн для генерации электроэнергии. Их недостатки очевидны: малая мощность и возможность использования только в прибрежных областях. Однако правительства охотно субсидируют все изложенные альтернативные энергетические проекты, сознавая, что они не несут угрозы старой энергетике и даже не в состоянии повлиять на снижение цен на нефть и природный газ. Логично заключить, что ограниченность известных альтернативных проектов и является их главной привлекательной стороной. Корпорации и правительственная бюрократия ни в одной стране глобального капитализма не стремятся обесценить сделанные инвестиции.
Консерватизм неолиберальной элиты не означает отсутствия или скорого вероятного появления подлинных технических альтернатив, несущих замену старой энергетической модели экономики. Главная черта новых решений в энергетике должна состоять в значительном снижении стоимости генерации, чем при сжигании нефти и газа. Важной является возможность получения значительно большего количества энергии. Вторично по значению снятие географических ограничений для работы устройств, характерных в случае получения солнечной, геотермальной энергии и энергии приливов. Дополнительный характер имеет потребность в способах беспроводной передачи электричества в большом количестве на значительные расстояния. Вместе с тем для повышения производительности труда обилие дешевой электроэнергии имеет решающее значение. Но любые серьезные изменения в энергетике ставят под удар господство существующих сырьевых и энергетических монополий.
Революция в энергетике может произойти только после перехода экономического кризиса в фазу депрессии. Важным условием является ослабление или уничтожение политической власти западных финансовых корпораций, а также корпораций нефтегазовой сферы. Вероятное падение мировых цен на энергоносители в ходе перехода к депрессивной фазе глобального кризиса может сыграть большую роль в будущем перевороте, затрагивающим как энергетику, так и индустрию вообще. Сокращение запасов нефти и газа на планете, удорожание добычи и транспортировки являются косвенными факторами. Рыночное их выражение оказывает прямое влияние на перспективы мировой энергетики. Предел нефтегазовой энергетики не будет достигнут, когда запасы этих ресурсов подойдут к концу, как полагают либеральные аналитики. Предел уже достигнут.
Застой в энергетике сдерживает развитие сферы производства средств производства, он формирует застой в области разработки и выпуска новых материалов. Производство новых материалов может быть энергоемким, что в нынешних условиях означает - дорогим. Обострение мирового хозяйственного кризиса, несмотря на вероятное значительное падение цен на энергоносители, остро выразит кризис в энергетике. Старые монополии и связанные с ними банки яснее предстанут в глазах общества как охранители застоя, а обслуживающие их неолиберальные правительства еще раз покажут неспособность побороть кризис. Поэтому политические и структурные преграды прогрессу будут убраны политически при решающей роли общественных низов.
Поиск новых универсальных экономически выгодных технологий, какой когда-то была атомная энергетика, не интересует правительства. Внимание общества отвлекается от кризиса в энергетике; его взору предлагаются не имеющие экономического значения альтернативы. Даже население стран с крупными запасами нефти и газа вправе спросить, почему каждый год электричество дорожает, а не становится дешевле. Характерно, что даже развитие атомной генерации не смягчает этой проблемы и, вероятно, не в состоянии ее снять в ближайшие десять лет.
Старая отраслевая структура экономики связана с политической моделью, тормозящей общественный прогресс и стоящей на пути качественных перемен в энергетике. Традиционно энергетические компании, работающие с очень крупными инвестициями и нуждающиеся даже в условиях дерегулированного рынка в содействии государства (землеотвод, развитие инфраструктуры, обеспечение безопасности и т.д.), являются политически активными и влиятельными. Они тесно связаны с государственной бюрократией. Они плотно взаимодействуют с ведущими структурами финансового капитала, выступающими в роли их кредиторов и инвесторов.
Именно блок финансового капитала, энергетических и сырьевых монополий с государственной бюрократией является важнейшим центром силы в рамках неолиберального политического режима и важнейшим источником авторитарных тенденций, присущих современному государству. Существование этого блока имеет принципиальное значение не только в случае России и Соединенных Штатов Америки, где энергетические компании традиционно являются мощной силой в экономике (особенно четко это прослеживалось в годы президентства Джорджа Буша-младшего), но те же тенденции прослеживаются в западноевропейских странах, а также в Китае, Бразилии и других государствах, не говоря уже об авторитарно-нефтяных режимах Ближнего Востока.
Именно эта система господства объясняет парадоксальное положение дел, при котором мелочный культ «инноваций» сочетается с глубочайшим консерватизмом по отношению ко всем принципиально важным вопросам. Роль «инновационной экономики» состоит как раз в предотвращении перемен, в придании поверхностного динамизма косным и консервативным структурам за счет постоянных мелких улучшений, появления новых разновидностей тех же самых товаров, искусственного стимулирования рыночного спроса за счет принуждения покупателей к обновлению используемых ими предметов, манипулирования потреблением.
На политическом уровне продолжением описанной системы является имитационная демократия (или, по выражению известного политолога Колина Крауча, «постдемократия»), предлагающая избирателю выбор между списками кандидатов, стоящих на схожих политических позициях, выступающих представителями различных фракций даже не правящего класса в целом, а именно узкого господствующего блока, из которого исключены даже многие сектора буржуазии. Россия в этом смысле не только не противостоит Западу, но, напротив, в ней те же тенденции проявились с ещё большей силой, приведя к гротескному результату в виде модели «управляемой демократии», сводящей политическую конкуренцию к заранее спланированному спектаклю, с ролями, расписанными для всех участников, в равной степени «работающими под контролем» со стороны администрации.
Однако кризис существующей экономической системы, начавшийся в 2008 году, дезорганизует существующие системы господства, подрывает способность правительственного аппарата к контролю над населением, открывая простор для демократических требований и движений «снизу». Если господство консервативного блока энергетических и финансовых корпораций вело к свертыванию демократии, то в период революционных перемен массовое движение, приводящее к демократическому перевороту, подрывает господство консервативной корпоративно-бюрократической элиты, создавая условия для перемен, в том числе и в области энергетики.
Новейшие технологии и перспективные направления
С кризисом традиционной углеводородной энергетики человечество столкнулось ещё в начале 1970-х годов ХХ века. Официальная наука, признав, с оговорками, наличие кризиса, в качестве выхода указала на атомную энергетику. Когда стало очевидно, что возможности атомной энергетики более чем скромные, начали рекламировать как далекую перспективу термоядерные электростанции на основе ТОКАМАКа. Эксперименты в этой области продолжаются уже в течение полувека, а электростанций пока нет. Но за эти полвека, практически без поддержки официальных научных структур, а часто и вопреки ним, сформировалось новое направление исследований, которое с полным правом можно называть инновационной энергетикой.
После кризисных для мирового капитализма 1970-х годов последовал продолжительный экономический подъем. В его основе не лежало обновление энергетики или всеобщее распространение в производстве робототехники, ее ограниченное внедрение соединилось с применением дешевой низкоквалифицированной рабочей силы. Энергия человеческих мускулов, беспощадно эксплуатируемых в странах периферии, стала источником неолиберальной «энергетической» революции. К 2008 году ее возможности оказались исчерпанными. В условиях современного кризиса необходима новая - подлинная, а не либерально-потогонная, революция в энергетике. Без нее невозможно разрешить накопленных противоречий и выйти на качественно новый этап экономического развития.
Традиционная энергетика нуждается не столько в дополнении, сколько в вытеснении, скорейшей замене ее инновационными технологиями. Это означает неминуемость своего рода «инвестиционного шока», когда одновременно будут обесценены значительные инвестиции, сделанные ранее и возникнет потребность в массированных новых инвестициях. Развитие в таких условиях вряд ли может быть обеспечено без активного участия государства и национализации отрасли, позволяющей ей не только выдержать «инвестиционный шок», но и осуществить преобразование комплексно и эффективно на основе единого сценария. Парадоксальным образом кризисное состояние российской энергетики делает нашу страну более подготовленной к подобному перевороту, поскольку распад старой энергетики и без того подошел к критическому уровню и массированное обновление основных фондов в любом случае является необходимостью. Вопрос лишь в том, чтобы изношенное оборудование не было заменено новыми техническими проектами, которые на самом деле будут страдать от «морального износа» уже в момент их реализации.
На начало 2010-х годов обозначилось порядка десяти перспективных подходов развития принципиально новой энергетики. В одних областях поиска уже получены определённые практически значимые результаты, в других исследования ведутся на уровне лабораторных или полупромышленных моделей. В России практически все работы корпоративным сектором и государством игнорируются, что является вполне нормальным для неолиберальной периферийной экономики. Даже в США и ЕС, правительства и крупный бизнес со скрытым страхом относится к ученым, мечтающим опрокинуть старую энергетику. Ещё не очевидно, какое из направлений окажется наиболее эффективным для производства энергии, главным образом - электричества.
На сегодняшний день известны следующие разновидности инновационной энергетики (мы приводим их краткое описание):
Установки для нагрева жидкости - вихревые теплогенераторы (существуют и другие названия этих установок). Жидкость прокачивается электронасосом через конструкцию определенным образом соединённых труб и нагревается до 90 градусов. Эти теплогенераторы давно используются для отопления помещений, но общепризнанной теории процессов, приводящих к нагреву жидкости, пока нет. Есть конструкции, в которых в качестве рабочего тела пытаются использовать воздух.
«Холодный ядерный синтез». Попытки извлечь ядерную энергию без применения сверхвысоких температур предпринимаются с конца 1980-х годов. Недавно итальянскими инженерами было заявлено, что им такая попытка удалась, правда от наименования холодный ядерный синтез они отказываются. Но суть в том, что в их катализаторе энергии тепло получают в результате слияния ядер химических элементов. Установка готова для практического использования.
Магнитомеханический усилитель мощности. По уверению авторов этого изобретения им удаётся использовать магнитное поле Земли для увеличения скорости вращения вала генератора или электромотора. Тем самым увеличивается количество электроэнергии, получаемой от генератора или уменьшается потребление энергии электромотором из сети. Такие устройства находятся на стадии полупромышленных образцов.
Индукционные нагреватели. Индукционный нагрев с помощью электричества используется в промышленности давно, но этот процесс удалось усовершенствовать. Теперь индукционный электрокотёл даёт больше тепловой энергии при тех же затратах электроэнергии. Предлагаемый электрокотёл, благодаря усовершенствованию, по эксплуатационным затратам будет на уровне газовых котлов.
Двигатели без выброса массы. Лабораторные образцы таких двигателей, не потребляющих топлива, демонстрируются в одном из космических исследовательских институтов (НИИ космических систем). Был проведен эксперимент с таким двигателем на спутнике. Перспективы этого направления пока не ясны.
Плазменные генераторы электроэнергии. Эксперименты с различными конструкциями ведутся давно в основном на лабораторном уровне.
Напряженные замкнутые контуры. По утверждению энтузиастов этого подхода существуют такие кинематические схемы, реализация которых позволяет извлечь дополнительную энергию. Демонстрировались возможности таких схем в конструкциях мельниц для измельчения отходов полимерных материалов. Затраты энергии на измельчение в этих мельницах меньше, чем в мельницах традиционных конструкций.
Энергоустановки на основе динамической сверхпроводимости. Разработчики этих потенциальных генераторов электроэнергии утверждают, что при определённой скорости вращения дисков возникает эффект динамической сверхпроводимости тока, что позволяет генерировать мощные магнитные поля. А уже эти поля можно использовать для генерации электроэнергии. В ходе экспериментов накоплен большой массив информации по необычным физическим эффектам. Есть возможность не только генерировать энергию, но и создать двигатель для транспортных средств. Это направление выглядит одним из самых перспективных в новой энергетике.
Атмосферная электроэнергетика, объединяет различные способы и проекты получения накапливаемой в атмосфере электрической энергии. Наиболее очевидный путь состоит в захвате колоссальной энергии молний. Данное направление новой энергетики обладает немалым потенциалом.
Приведенный перечень исследований, направлений и готовых установок не является исчерпывающим. Однако он позволяет сделать вывод, что общество может приступить к осуществлению крупных проектов в инновационной энергетике, чтобы создать и развить принципиально новые технологии генерирования энергии. Благодаря этому будет создано важное условие выхода из тупика, как энергетической отрасли, так и всей экономики.
Крайне сомнительно, что нынешние руководство РАН и правительство России способны разработать целевую комплексную программу НИОКР в области новейших методов получения дешевой энергии на базе научных идей тех ученых и изобретателей, которые не могут до сих пор прорвать блокаду консервативной среды. Российские власти прямо заинтересованы в сохранении энергетического status quo на планете. Борьба начальства РАН с лженаукой обернулась забраковкой актуальных научных работ. Был зарублен «холодный синтез»; не видно развития других направлений энергетики в рамках официальной науки. Однако остановить прогресс в энергетической сфере невозможно. Его блокировка в России может лишь осложнить судьбу господствующих сырьевых монополий.
Радикальные инновации
Современные исследования позволяют выделить несколько изобретений и сфер, способных сыграть важную роль в энергетической революции. Возможно, благодаря таким новшествам привычный мир навсегда уйдет в прошлое.
Нанопроводниковый аккумулятор
В 2007 году Стэндфордский университет представил новое изобретение. Им оказался нанопроводниковый аккумулятор, вид литий-ионного аккумулятора. Суть изобретения в замене традиционного графитового анода аккумулятора на анод из нержавеющей стали покрытый кремниевым нанопроводником. Благодаря способности кремния удерживать в 10 раз больше лития, чем графит стало возможно создавать значительно большую плотность энергии на аноде. Масса аккумулятора при этом снизилась. Предполагается, что со временем увеличение площади поверхности анода сделает процесс зарядки и разрядки более быстрым. До конца 2012 года ожидается начало коммерческого использования нового аккумулятора.
Появление в продаже более объемных и «быстрых» батарей способно не только облегчить жизнь владельцев переносных компьютеров и мобильных телефонов. Оно может означать начало реального вытеснения двигателя внутреннего сгорания в автодорожном транспорте электромобилями с большим запасом энергии и мощностью. Снижение стоимости производства аккумуляторов нового поколения, а также увеличение срока их жизни (как минимум до нескольких тысяч циклов) расширит поле применения автономных электронных устройств.
Беспроводная передача электричества
Необходимо различать беспроводную передачу электрических сигналов и электрической энергии. В первом деле человечество добилось уже больших успехов, во втором оно, как может показаться, делает первые шаги. В 2010 году Haier Group удивила мир первым в мире LCD телевизором. В основе разработки лежали исследования по беспроводной передаче энергии и на беспроводном домашнем цифровом интерфейсе (WHDI).
Однако еще в 1893 году Никола Тесла продемонстрировал беспроводное освещение люминесцентными лампами как проект для Колумбовской всемирной выставки в Чикаго. В 1897 году ученый зарегистрировал первый план беспроводной передачи электричества. Но способ, разработанный Тесла, не нашел широкого практического применения, что было, прежде всего, связано с достаточностью для экономического развития уже имеющихся базовых изобретений в электроэнергетике. Консервативную роль сыграли энергетические компании, не проявившие заинтересованности в беспроводной передаче электричества не только в рамках помещения, но и на расстоянии в тысячи километров. Столь же холодно они воспринимали попытки Тесла предложить новые - революционные способы генерации, взамен ранее выдвинутым им же методам. В 1917 году была разрушена принадлежавшая ему Башня Ворденклифа, построенная для проведения опытов по беспроводной передаче больших мощностей.
Начавшие распространяться в наши дни беспроводные зарядные устройства для всевозможных гаджетов демонстрируют возрождение интереса к беспроводной передаче электроэнергии. Перспективы этого направления колоссальны. Не случайно в 2008 году корпорация Intel попыталась воспроизвести опыты Тесла 1894 года, а также группы Джона Брауна 1988 года по беспроводной передаче энергии для свечения ламп накаливания с 75% КПД. Задачи и успехи современной беспроводной передачи выглядят скромно по сравнению с размахом работ Тесла столетней давности. Однако именно в наши дни кризис новой когда-то электроэнергетики делает работы в направление беспроводной передачи электричества чрезвычайно актуальными и ценными.
Атмосферная электроэнергетика
В 2010 году бразильский ученый Фернандо Галембекк сделал сенсационное заявление о возможностях получения атмосферного электричества. Согласно разработкам его группы из университета Кампинаш в Сан-Паулу мельчайшие заряды могут собираться из влажного воздуха. Как показали испытания, для сбора зарядов могут применяться определенные металлы, что в перспективе открывает крупные возможности для производства электроэнергии в регионах с влажным климатом. Считается, что совершенствование этой технологии даст человечеству еще один источник возобновляемой энергии.
Разработки бразильских ученых - не единственные попытки получить доступ к электричеству, заключенному в воздушном слое планеты. Существуют проекты летающих станций, занимающихся «ловлей» молний, а также наземных установок того же назначения. В России опытами в данной области занимаются сразу несколько групп, не имея никакой государственной поддержки. Бразильские исследователи стремятся разработать устройство для получения - «вытягивания» - электроэнергии из движущегося влажного воздуха. С этой целью проводятся эксперименты с материалами, что должно помочь выделить наиболее эффективные (более эффективные, чем кварц и фосфат алюминия) для содействия формированию электрического заряда в атмосфере. Однако описанные разработки в области атмосферной электроэнергетики не включают вызова молний - провоцирования грозовых разрядов с целью получения энергии, экспериментально опробованного Николой Тесла еще в конце XIX столетия. Работа в данном направлении может оказаться наиболее перспективной из всей группы исследований атмосферной электроэнергетики.
Критики опытов профессора Галембекка по получению «влажного электричества» подчеркивают, что данный способ может дать немного энергии. Но вся группа (как известных, так и не публичных) работ в области атмосферной электроэнергетики может оказаться куда более значительной по результатам. Постановка на службу человечеству энергии молний и атмосферного электричества вообще способна надолго и без гигантских затрат решить энергетический вопрос, как минимум дав один из основных источников электроэнергии недалекого будущего. Тесла говорил, что энергия окружает нас повсюду, и вопрос состоит лишь в том, как ее взять. Умение вызывать грозовые разряды и аккумулировать полученное электричество откроет новые возможности экономического развития мира, вновь сделав энергию дешёвой. Накапливаемая в атмосфере планеты энергия обладает колоссальным потенциалом.
В конце XIX - начале XX века Тесла попытался экспериментально получить доступ к «неиссякаемому источнику энергии неба». Работы в этой области шли совместно с исследованиями по беспроводной передаче электричества. Финансовые затруднения вынудили ученого свернуть работу, хотя он много лет безуспешно пытался найти поддержку своих исследований. Известным результатом его экспериментальной работы оказался вызов в Колорадо молнии, что привело к аварии на местной электростанции в результате возникновения короткого замыкания. В современных условиях при наличии государственной поддержки исследований по «приручению» атмосферного электричества такая технология способна оказаться чрезвычайно продуктивной, что в конечном итоге должно помочь технологическому преодолению энергетического кризиса.
Атмосферная электроэнергетика может в ближайшие десятилетия стать ведущим направлением в группе технологий, призванных обновить энергетику. Соответствующие работы сейчас активно ведутся в Массачусетском технологическом институте (Massachusetts Institute of Technology - MIT), есть также и российские разработки. Бесспорным является революционный характер исследований в области получения атмосферного электричества. При этом источник энергии зачастую оценивается как почти безграничный, а затраты по ее получению должны оказаться минимальными.
КОРТЭЖ - технология
Группой московских инженеров прорабатывается возможность производства электроэнергии на основе так называемой динамической сверхпроводимости. Эффект сверхпроводимости возникает при вращении металлического диска на высоких скоростях. Предполагается, что при вращении электроны диска концентрируются по периметру диска, что позволяет пропускать в этом месте очень большой ток. Сконцентрированные электроны образуют короткозамкнутый тороидальный электронный жгут (КОРТЭЖ). Благодаря этому жгуту ток отделяется от металла диска и не нагревает его, что и обеспечивает возможность пропускать электроток большой величины. Большой ток, в свою очередь, позволяет получать сверхсильное магнитное поле, которое может использоваться для генерации электроэнергии.
По данной технологии проведено большое количество опытов на экспериментальной установке, отработаны основные способы использования эффекта электронного жгута в качестве средства генерации энергии. Осталось проверить работоспособность технологии на полупромышленном образце. Остановка на данной фазе связана с финансовыми проблемами этого проекта.
E-Cat и «холодный синтез»
Изобретение Андреа Росси автономного реактора E-Cat открывает эпоху революции в энергетике. Демонстрация готовой работающей установки дает основания надеяться на запуск серийного производства аппаратов.
В конце октября 2011 года группа итальянских ученых во главе с Андреа Росси представила и протестировала в Болонье революционный автономный реактор, источник «бесплатного тепла» - «катализатор энергии» (E-Cat). Принцип действия его строится на использовании в качестве топлива никеля и водорода, в процессе взаимодействия которых выделяется тепловая энергия и образуется медь. В основе функционирования устройства лежит низкоэнергетическая ядерная реакциям (LENR). При работе установки Росси мощностью в 1000 кВт в течении шести месяцев будет расходоваться только 10 кг никеля и 18 кг водорода. Создатели подчеркивают: реактор обеспечивает выработку абсолютно чистой энергии, количество которой не ограничено. Ее производство возможно в промышленных масштабах, а сами установки планируется предоставлять в аренду.
Выпуск генераторов Росси, вероятно, начнется в США. Предполагается, что цена «домашнего» E-Cat составит 400-500 долларов, что не должно помешать изобретению окупится в ходе всего одного года. Перезарядка генераторов и их техническое обслуживание не будет дорогим. В отличие от автономных генераторов для промышленности, экономичные «домашние» агрегаты нельзя будет перестроить для применения в индустрии. Интерес в мире к работе итальянского ученого все более возрастает.
Длительное время мировая экономика обходилась без инноваций в энергетике. Прогресс в информационной сфере 1970-2000-х годов соединялся с застоем в области энергетики. Так называемые «альтернативные источники» не создавали реальной замены сжиганию углеводородного топлива. Биотопливо, ветровые и солнечные генераторы не ставили под удар старую энергетику. Разработки революционных технологий в энергетике, для получения атмосферного электричества или экономичной автономной генерации, блокировались правительствами и корпорациями. Появление реактора Росси пробивает брешь в обороне консерваторов. В ближайшие годы появятся и другие изобретения, радикально снижающие себестоимость энергии.
Новые генераторы позволят предприятиям и людям автономно получать дешёвое электричество. Составной частью глобального экономического кризиса является энергетический кризис, выражающийся в удорожании ключевых энергоресурсов, нефти и газа. Резкое удешевление электроэнергии - одно из необходимых условий преодоления кризиса и запуска нового подъема в экономике. И чем скорее оно будет выполнено, тем скорее пойдет дальнейший научный, культурный, социальный, политический и экономический прогресс человечества.
Авторы: Экспертная группа ИГСО: Василий Колташов, руководитель Людмила Бычкова Генрих Минаков Борис Кагарлицкий Валерий Паульман Анна Очкина, "Хвиля"