В этой области уже ведутся потрясающие исследования. В моей работе мне больше всего нравится возможность встречаться с ведущими учеными и предпринимателями и учиться у них. За многие годы через инвестиции в Breakthrough Energy и другими путями я узнал о революционных прорывах, в которых мы нуждаемся, чтобы сократить до нуля выбросы от производства электроэнергии. Эти идеи находятся на разных стадиях разработки: одни уже достаточно осмысленные и протестированные, другие, честно говоря, больше пока смахивают на фантазии. Но мы не можем позволить себе осторожничать. Безумные идеи единственный способ добиться хотя бы нескольких прорывов.
БЕЗУГЛЕРОДНОЕ ПРОИЗВОДСТВО ЭЛЕКТРОЭНЕРГИИЯдерная энергетика. Пользу атомных электростанций можно сформулировать в одном предложении: это единственный безуглеродный источник энергии, который способен стабильно давать электричество днем и ночью, в любое время года, почти в любом месте планеты и он уже протестирован в больших масштабах.
Ни один другой источник чистой энергии даже близко не сравнить с атомной энергией. (Я имею в виду ядерный распад процесс получения энергии путем расщепления атомов. Другой метод ядерный синтез мы рассмотрим в следующем разделе.) Соединенные Штаты получают около 20% электроэнергии от атомных электростанций; Франция лидер в этом вопросе получает 70%. Напомню, что солнце и ветер, вместе взятые, дают около 7% электроэнергии в мире.
Таким образом, сложно представить себе будущее, в котором мы очистим от выбросов производство электроэнергии и сделаем его настолько дешевым, что сможем отказаться от использования атомной энергии. В 2018 году исследователи Массачусетского технологического института проанализировали почти 1000 сценариев сокращения выбросов до нуля в США. Все дешевые пути предполагали использование чистого и всегда доступного источника энергии, такого как атомная энергия. Без подобного источника добиться безуглеродного производства электроэнергии будет слишком дорого.
Кроме того, АЭС наиболее экономно используют такие материалы, как бетон, сталь и стекло. На графике видно, сколько материала нужно для производства единицы электроэнергии из разных источников.
Сколько материала нужно для строительства и эксплуатации электростанции? Все зависит от ее типа. Атомная станция самая эффективная в этом отношении, она требует намного меньше материала на единицу производимой энергии, чем другие источники. (Министерство энергетики США)[57]
Видите, какой маленький столбец занимает на этом графике атомная энергия? Это значит, что мы получаем гораздо больше энергии с каждого килограмма материала, который идет на строительство и эксплуатацию электростанции. Это важный фактор, учитывая, сколько парниковых газов поступает в атмосферу при производстве этих материалов. (Подробнее об этом см. в следующей главе.) Причем эти данные не учитывают тот факт, что солнечные и ветряные электростанции, как правило, требуют больше площади, чем атомные станции, и производят энергию только 2540% времени своей работы, в то время как АЭС 90%. Так что разница еще больше, чем показано на графике.
Не секрет, что и у атомных электростанций есть свои недостатки. Их очень дорого строить. Человеческий фактор может вызвать аварии. Уран топливо, на котором они работают, может быть направлен на создание оружия. Отходы АЭС опасны, и их сложно хранить.
Чудовищные аварии на Три-Майл-Айленд в Соединенных Штатах, в Чернобыле во времена Советского Союза, на Фукусиме в Японии заставляют обратить внимание на колоссальный риск. К этим трагедиям привели реальные проблемы, однако вместо того чтобы найти их решение, мы вообще прекратили развивать эти области.
Представьте, если бы все люди на планете собрались и сказали: «Слушайте, машины убивают людей. Это опасно. Давайте перестанем на них ездить, полностью откажемся от автомобилей». Смешно, не правда ли? Развитое человечество поступило прямо противоположным образом: использовало инновации, чтобы сделать машины безопаснее. Чтобы люди не ударялись о лобовое стекло, изобрели ремни и подушки безопасности. Для защиты пассажиров во время аварии разработали более безопасные материалы и более совершенный дизайн. Для защиты пешеходов на парковках установили камеры заднего вида.
Атомные электростанции убивают намного меньше людей, чем автомобили. Если на то пошло, даже меньше, чем любое ископаемое топливо. Тем не менее их нужно совершенствовать, точно так же как автомобили, анализируя проблемы одну за другой и изобретая «противоядие».
Атомные электростанции убивают намного меньше людей, чем автомобили. Если на то пошло, даже меньше, чем любое ископаемое топливо. Тем не менее их нужно совершенствовать, точно так же как автомобили, анализируя проблемы одну за другой и изобретая «противоядие».
Атомная энергия опасна? Нет, если считать количество смертей на единицу электроэнергии, как показано на графике. Эти цифры отражают весь процесс производства энергии от добычи топлива до получения электричества, а также экологические проблемы, такие как загрязнение воздуха. (Our World in Data)[58]
Ученые и инженеры предложили массу инновационных решений. Я с большим оптимизмом отношусь к методу, разработанному компанией TerraPower, которую я основал в 2008 году, собрав лучшие умы в ядерной физике и компьютерном моделировании, чтобы разработать ядерный реактор нового поколения.
Поскольку никто не разрешил нам строить экспериментальные реакторы, мы организовали лабораторию суперкомпьютеров в Белвью (штат Вашингтон), где наша команда проводит цифровые симуляции различных конструкций реактора. Думаю, мы создали модель, которая решает все ключевые проблемы с помощью конструкции под названием «реактор на бегущей волне».
Реактор TerraPower может работать на самых разных типах топлива, включая отходы от других ядерных установок. Он будет производить намного меньше отходов, чем сегодняшние электростанции, будет полностью автоматизирован исключая тем самым пресловутый человеческий фактор, и его можно построить под землей, защитив, таким образом, от нападений. Наконец, конструкция гарантирует безопасность благодаря инновациям, которые позволяют контролировать ядерную реакцию: к примеру, радиоактивное топливо содержится в емкостях, которые расширяются при нагревании, что замедляет ядерную реакцию и предотвращает перегрев. Законы физики в буквальном смысле исключают вероятность аварий.
Нам еще очень далеко до строительства этой новой электростанции. На данный момент ее конструкция существует только в наших суперкомпьютерах, и мы ведем переговоры с правительством США по поводу строительства первого прототипа.
Ядерный синтез. Есть совершенно другой, можно сказать, многообещающий подход. Он предполагает получение энергии не путем расщепления атомов, как при ядерном делении, а за счет слияния атомных ядер, или синтеза. Однако до того момента, как на его основе начнется выработка электричества, пройдет минимум 10 лет.
Примерно такой же процесс происходит на Солнце. Берем газ (в большинстве исследований используются определенные типы водорода) и нагреваем его до экстремальной температуры, намного выше 50 000 000°C, пока он находится в электрически заряженном состоянии, которое называется плазмой. При такой температуре частицы движутся так быстро, что сталкиваются друг с другом и сливаются, точно так же как атомы водорода на Солнце. При слиянии они превращаются в гелий. Этот процесс сопровождается выбросом огромного количества энергии, которую можно использовать для получения электричества. (Ученые знают множество способов удержания плазмы, в том числе с применением мощных магнитов и лазеров.)
Хотя ядерный синтез еще находится на экспериментальной стадии, он внушает большие надежды. Поскольку в ходе его используются такие широко распространенные элементы, как водород, дешевого топлива будет достаточно. Основной тип водорода, который обычно применяют в ядерном синтезе, можно получить из морской воды для удовлетворения мировых потребностей в энергии ее достаточно на много тысяч лет. Отходы ядерного синтеза сохраняют радиоактивность сотни лет, в отличие от отходов ядерного деления типа плутония и других они радиоактивны на протяжении сотен тысяч лет. Кроме того, отходы ядерного синтеза намного менее опасны; фактически они не опаснее, чем радиоактивные медицинские отходы. При ядерном синтезе не происходит никакой цепной реакции, которая могла бы выйти из-под контроля, поскольку синтез прекращается, как только мы перестаем подавать топливо или отключаем устройство, содержащее плазму.
Однако реализовать синтез на практике очень сложно. Ученые-ядерщики шутят: «До синтеза еще 40 лет, и так оно будет всегда». (Напомню, что в каждой шутке есть доля правды.) Одно из основных препятствий заключается в том, что запуск реакции ядерного синтеза требует так много энергии, что зачастую в процесс приходится вкладывать больше, чем мы получаем в результате. И как вы понимаете, при такой высокой температуре перед инженерами стоит сложная задача построить подходящий реактор. Ни один из существующих термоядерных реакторов не предназначен для коммерческого производства электроэнергии, которой могли бы пользоваться потребители. Они подходят только для научных целей.