Атомные станции или угольные — что лучше?

Это была стоянка синантропов, которые довольно значительно отличались от современного человека и, возможно, даже не были его предками. Они умели лишь поддерживать огонь в костре, который возникал естественным путем от удара молнии или лесных пожаров. Добывать огонь сами люди научились лишь в конце каменного века — 50-70 тыс. лет назад: сначала с помощью трения, а потом, когда была освоена выплавка железа и стали, — с помощью огнива (примерно 5 тыс. лет назад). Этот способ добывания огня просуществовал несколько тысяч лет, пока в 30-х гг. XIX в. не были изобретены серные спички, усовершенствованные в Швеции в 1855 г. и получившие название шведских.

До тех пор, пока англичанин Томас Ньюкомен не изобрел в 1705 г. первую пригодную для практического использования паровую машину с паровым котлом, в котором сжигалось органическое топливо, загрязнение земной атмосферы углекислым газом, выходящим из печных отопительных труб, заметного ущерба природе не наносило.

Но с середины XIX в., после начала строительства и эксплуатации железных дорог и создания электрических генераторов тока, сначала для освещения, а вскоре и для приведения в действие электромоторов, ситуация начала меняться.

Следует отметить, что в развитие электроэнергетики, во всяком случае в создание ее основ, существенный вклад внесли наши соотечественники: Павел Николаевич Яблочков и Александр Николаевич Лодыгин (практическое использование электричества для освещения улиц и внутренних помещений, патент 1874 г.). Это изобретение в истории электротехники долгое время назвалось «русским светом».

К сожалению, большую часть своих пионерских работ они выполнили в Германии, Франции и США, так как у российского правительства денег для них не нашлось.

Одна из крупнейших французских компаний так и называлась — «Всеобщая электрическая компания с патентами Яблочкова», где автор патентов работал лишь в качестве руководителя технического отдела, получая довольно скромную зарплату.

Усовершенствовав изобретение Лодыгина, Эдисон (он придумал новые электрические контакты для подведения электропитания к лампочке накаливания в виде ввинчивающегося патрона, которым мы пользуемся до сих пор) в 1882 г. построил в Нью-Йорке первую промышленную электростанцию, работающую на коммерческих началах, которая положила начало созданию одного из крупнейших в мире электротехнических концернов «Дженерал электрик», процветающего в США и до сего дня.

Кстати, в 1872 г. Эдисон создал в Америке один из первых, а может быть, и просто первый научно-исследовательский институт в Менло-Парке, штат Нью-Джерси.

Создав в конце XIX в. электрическое освещение и электрический мотор, а в середине XX — еще телевизор и компьютер, человек поставил перед собой едва ли не самую сложную проблему своего выживания на планете. Производство электроэнергии на Земле начало расти практически по экспоненциальному закону с периодом удвоения около 20 лет. При таком росте мощностей электростанций их работа начинает влиять на климат Земли и условия жизни на ней.

До 1954 г. производство электроэнергии в основном основывалось на сжигании невосполнимых природных запасов ископаемого топлива — каменного угля, сланцев, нефти и газа.

В самом конце 40-х гг. на реке Протве, примерно в 100 км от Москвы, началось строительство первой в мире атомной электростанции (АЭС), которая была пущена летом 1954 г.

Дело пошло такими темпами, что спустя всего 40 лет начали строиться АЭС, превосходящие по мощности свою прародительницу в 2000 раз!

Но всех проблем энергетики это не решило, а скорее наоборот, возникли еще более сложные: куда девать радиоактивные отходы атомной промышленности? На каждый выработанный гигаватт-год электроэнергии на атомных станциях образуется Мегакюри радиоактивных отходов, которые необходимо куда-то девать.

Отходы перерабатывают на специальных радиохимических предприятиях, потом спекают в виде аморфной, слаборастворимой в воде керамики и ... закапывают в могильники в специально выбранных по геологическим показателям местах, откуда, по представлениям геологов, не вытекают подземные воды. Поначалу эти отходы в запаянных контейнерах просто топили в океане.

Западные страны норовят избавиться от этого неприятного субстрата и вывезти его для захоронения куда- нибудь подальше со своей территории.

Что делать с отходами атомных электростанций, пока толком никто не придумал, и сейчас это обстоятельство является едва ли не основным аргументом «зеленых» против строительства АЭС. И надо сказать, что аргумент этот достаточно веский, хотя сидеть при свечах люди предпочитают лишь на особо торжественных церемониях.

В приведенной ниже таблице приведены данные МАГАТЭ по производству электроэнергии атомными электростанциями во всем мире в 1999 г. (Бюллетень

МАГАТЭ, 41/2/1999). Как мы видим, полная мощность всех современных 434 атомных электростанций составля- ет 3,48891 • Ю11 Вт.

Все эти станции вырабатывают 1,1 • 1019 Дж элек- троэнергии в год. При энергетической эффективности угольных станций порядка 40 % и теплотворной способности угля 30 МДж/кг для получения такого количества электроэнергии на тепловых станциях надо сжечь около 1 млрд т угля, выбросить в атмосферу 3,6 млрд т углекислого газа и взять из атмосферы 2,6 млрд т кислорода.

Т аб л и ца 12.1

Продолжение табл.

А так как атомные станции вырабатывают пока только около 20 % всей электроэнергии, то тепловые электростанции, сжигая в год около 5 млрд т угля, выбрасывают в атмосферу 18 млрд т углекислого газа и забирают из нее 13 млрд т кислорода.

Мы оценивали выбросы тепловых станций, считая, ради простоты, что все они — угольные, так как при сжигании нефти или газа результат практически будет тем же, а доля гидро- и ветровых электростанций, вместе взятых, пока не превышает 5 %.

Есть еще один аргумент против сжигания угля на тепловых станциях. Сама по себе добыча угля приносит огромный вред здоровью людей из-за очень высокого уровня производственного травматизма, связанного с его добычей. В табл. 12.2 представлена статистика причин смертности населения в одной из самых благополучных в этом отношении стран мира — США.

Т аб л и ца 12.2

В статистику несчастных случаев при производстве электроэнергии на тепловых станциях включен производственный травматизм и профессиональные заболевания, связанные с добычей угля.

Есть еще один парадоксальный, на первый взгляд, аргумент против тепловых электростанций. Это их радиационная небезопасность.

Природный уголь и сланцы содержат большое количество примесей, в том числе и радиоактивных.

Воздействие угольных станций на природу и человека начинается уже на первой стадии производства электро

энергии — во время его добычи. В США для изучения этого вопроса была создана специальная комиссия конгресса — «Nuclear Regulatory Commission» (Комиссия по ядерному урегулированию). Вот ее выводы.

На производство 1 ГВт электроэнергии в США приходится 650 человеко-месяцев труда шахтеров. При вдыхании угольной пыли и за счет излучения пластов доза облучения в некоторых шахтах может доходить до 1-6 бэр в месяц. Вот таблица радиоактивных выбросов новых тепловых станций (станций, где приняты все технически возможные меры для очистки выбросов). Активность отнесена к выработке 1 ГВт электрической энергии в год, 3,15- 1016 Дж.

Так как все тепловые станции вырабатывают 6,6 • 1019 Дж/год, то полные выбросы радиоактивности составляют

22 кКи в год. И всем этим мы дышим.

Конечно, аварии на атомных станциях, диверсии террористов или повреждение станций в результате военных действий могут приводить к катастрофическим экологическим последствиям, и Чернобыль здесь далеко не первый прецедент.

Был Колдерхолл в Англии, Тримайлайленд в США, были и Хиросима, и Нагасаки, и Югославия, когда никакая мораль не действовала на вошедших в раж генералов. О Чернобыле мы еще поговорим. Конечно, беда это большая. Но вот причина ее и последствия лежат вовсе не в технической стороне дела, а в чисто моральной, или, скорее, аморальной форме поведения чиновников.

Пока человек не решил проблему с термоядерными станциями, строить надо атомные, а не тепловые. На это

уйдет еще лет 50-100. Но планету мы сохраним. Сжигание органического топлива — это неизбежный и довольно скорый конец цивилизации.

Посмотрим теперь, как реагирует природа на деяния «венца своего творения».

Американские геофизики П. Джоунс и М. У игл и в статье «Тенденции глобального потепления», опубликованной ими в «Комсомольской правде» от 5.11.1997, приводят результаты своих десятилетних исследований по изучению температурного режима Земли за 130 лет с 1860 по 1990 гг.

Рис. 12.1. Результаты исследований П. Джоунса и М. Уигли

Гладкая кривая, проведенная методом наибольшего правдоподобия через все эти точки значений «средней температуры» Земли, — это экспонента. Если ее продолжить чуть дальше, то получается, что к 2015 г. температура повысится на 1-2,2 °С, а к 2050 г. на 2-4 °С. Результатом такого потепления будет исчезновение льдов Северного полярного бассейна.

Зимой северные льды занимают гораздо большую территорию, чем летом. Однако в течение последних 20 лет площадь полярной шапки в зимнее время сократилась на 6%. Площадь, занимаемая льдом летом, сократилась с 1960 г. на 42 %. Все это вовсе не открытия последних лет.

Еще в докладах «Римскому клубу» видные климатологи и геофизики разных стран предупреждали о сложнейших проблемах, возникающих перед жителями Земли в связи с быстрыми изменениями климата в глобальных масштабах, вызванных технической революцией.

Среагировала и ООН, создав в 1995 г. совместно с Всемирной метеорологической организацией «Межправительственную комиссию по изменению климата» — IPCC. В работе этой комиссии участвуют около 1500 ведущих ученых-климатологов со всего мира. Эта комиссия выпускает меморандумы и рекомендации, которые, безусловно, имеют научное значение, но отнюдь не обязательны для исполнения.

Сто лет назад Анатоль Франсуа Тибо, которого мы знаем под именем Анатоль Франс, очень четко сформулировал такую ситуацию: «Благими намерениями мы только устилаем дорогу в ад».

Почему климат Земли стал быстро изменяться, точно не знает пока, видимо, никто, но идей и соображений на эту тему — множество. Причем с самыми противоположными выводами. Очевидно, что разные страны и регионы будут подвержены этому процессу в разной степени. Поэтому и острота реакции на выводы специалистов в разных странах — разная.

Комиссия конгресса США по охране окружающей среды (Environment Protection Agency) постепенно ужесточает допустимые нормы выбросов в природную среду. Но доля выбросов в США едва достигает 20% от мировых. А как у нас?

В своих исследованиях Джоунс и У игл и приводят карты полушарий, где разными цветами отмечена степень изменения температуры. Из их данных следует, что есть две области, где среднегодовое повышение температуры за тот же 130-летний период, что и на рис. 12.1, превысило 2,5 °С.

Интересно отметить, что «полюсы потепления» в северном полушарии находятся один в Канаде, другой — в Центральной России. Тот факт, что зима 2000-2001 гг. в Сибири выдалась на редкость лютой, ровным счетом ничего не опровергает.

Динамика климатических процессов зависит от совокупности очень многих параметров, таких, как изменение циркуляции воздушных потоков в атмосфере в результате изменения разности температур между экваториальными и арктическими областями, изменения скорости и мощности океанических течений и их тепловой инерционности, влияния солнечной активности. Все это влияет на климат с разной степенью инерции.

Это очень четко видно на рис. 12.1, где проведено усреднение температур за пятилетний период. Если же этот же график построить без такого усреднения, то картина выглядит не такой уж гладкой, но тем не менее тенденция к потеплению просматривается вполне четко.

Как любое значительное экологическое явление, таяние полярной шапки нельзя отнести к абсолютно отрицательным или положительным явлениям.

С одной стороны, исчезновение (пусть даже сезонное) арктических льдов может привести к вымиранию некоторых видов северной фауны и изменению климата обширных областей тундры и вообще к смягчению климата Сибири. Но пока люди не слишком озабоченны проблемами белых медведей и моржей.

С другой стороны, навигация через полюс между Северной Америкой, Европой и Азией сможет резко ускорить процесс снижения затрат на соответствующие пассажиро- и грузоперевозки. Однако у природы, «если где-то что прибыло, то в другом месте обязательно что-то убыло». Это понимал еще 250 лет назад М. В. Ломоносов.

Уменьшение площади снежного покрова уменьшит альбедо солнечной радиации и в результате обратной связи может привести к изменению атмосферной циркуляции и переносу атмосферного тепла, а это, в свою очередь, — к похолоданию климата в других районах Земли.

По мнению большинства геофизиков, такое резкое потепление климата Земли связано с промышленными выбросами большого количества парниковых газов и в первую очередь — СО2.

Если человечество сожжет все запасы угля, нефти и газа (а такие намерения у него пока не пропали, так как никто не хочет сидеть без света, в том числе и «зеленые фанаты», которые требуют закрыть все атомные станции), то в атмосферу будет выброшено 1,3 • 1013 т углекислого газа и забрано из нее 9,6 • 1012 т кислорода.

Всего в атмосфере Земли сейчас около 1015 т кислорода и примерно 1,5 • 1012 т углекислого газа. Это означает, что концентрация углекислоты увеличится почти на порядок. Конечно, часть этой углекислоты поглотят леса, составляющие почти 90 % всей биомассы Земли (1,5 • 1012 т), и океан. Однако этот процесс имеет свою инерцию. Лес растет медленно, а человек его нещадно истребляет по 2 % от общего количества ежегодно.

Когда человек вырубит леса, поглощать углекислоту природе будет нечем. В Экваториальной Африке и Южной Америке уничтожение тропических лесов происходит с безумной, варварской скоростью. Площадь лесов в Африке и Южной Америке уже уменьшилась более чем наполовину, и при нынешних темпах лесозаготовок можно покончить с тропическими лесами уже в этом, XXI в. К чему это приведет, мы поговорим далее.