Вероятна ли будущая глобальная энергетическая система без термояда?

С.В. Путвинский

1. Введение

Когда академика Л.А. Арцимовича спросили, когда же по его воззрению будет построен 1-ый ядерный реактор, он ответил: «Тогда, когда это будет необходимо населению земли». Необходимы ли нам на данный момент термоядерные реакторы? Если не на данный момент, то когда они пригодятся и пригодятся ли вообщем? Мы все работающие в этой области осознаем, что трудимся над решением одной из важных заморочек: созданием незапятнанного для среды и фактически не ограниченного ресурсами источника энергии. Последние результаты приобретенные на наибольшей экспериментальной термоядерной установке — Европейский токамак JET — демонстрируют, что цель достижима [1]. JET уже работает на грани положительного выхода, когда приобретенная мощность термоядерных реакций в дейтериево-тритиевой плазме равна мощности, затрачиваемой на ее нагрев.
К огорчению ничего не дается даром и тем паче создание термоядерной энергетики. Это дело, требующее огромных издержек, которые в Русском обществе потерявшем длительные цели, кажутся невообразимыми. Я провел некое время, изучая данные, имеющиеся в разных обзорах и в компьютерной сети, и собрал некие факты и числа, которые предоставляю вашему вниманию.
Материал представленный в этой статье организован последующим образом. Поначалу я напомню о динамике роста населения и представлю статистические данные о сегодняшней структуре производства и употребления энергии, также статистические данные по рассредотачиванию употребления посреди населения Земли (¬2 и ¬3). В ¬4 и ¬5 будут оговорены естественные ограничения на сегодняшнюю глобальную энергетическую систему. основанную на сжигании ископаемых энергоресурсов, и ее вероятное воздействие на климат Земли и биосферу. В последующем шестом параграфе будут дискуссироваться разные другие источники энергии. которые могли бы поменять сегодняшнюю энергетическую систему. Седьмой параграф будет посвящен управляемому термоядерному синтезу. И в конце концов, в последнем разделе я попробую дать мой ответ на вопрос данный академику Арцимовичу.

2. Мировое население и исторические энерго системы

Желаем ли мы этого либо нет, но население Земли будет продолжать расти еще длительное время. На Рис.1 показано, как росло население за последние 40 лет и как, подразумевается, оно будет расти последующие 50 лет.

Вероятна ли будущая глобальная энергетическая система без термояда?

В шестидесятые годы. когда население на Земле было меньше, чем 3 млрд человек, пророчество, что в 2000 году население возрастет в два раза, до 6 млрд, казалось фантастикой. Сейчас видно, что пророчество было умопомрачительно четким (в реальный момент на Земле живет 5885 миллионов человек). Те же модели предвещают что к 2050 году население благополучно возрастет до 9 млрд. Рост населения происходит в основном из-за роста длительности жизни и с этим ничего не поделать — наши моральные рамки ориентированы на повышение длительности жизни до естественного генетического предела, и решения связанные с уменьшением времени жизни неприемлемы для общества.
«Питайтесь и размножайтесь!» отдал приказ Бог нашим праотцам приблизительно 12 тыщ годов назад, когда последние остатки ледников стремительно отступали на север, открывая большие просторы злачных пастбищ, способных прокормить бессчетные стада. И наши праотцы охотно подчинились.
На данный момент тяжело предсказать, на каком уровне остановится рост и какая будет его динамика после максимума. (Замкнутые экологические системы обычно демонстрируют резкое падение численности вида после того, как его плотность добивается уровня, разрушающего среду обитания.) Ясно только одно — если не произойдет чертовских экологических явлений, то в наиблежайшие 50 лет население будет продолжать расти приблизительно с той же скоростью, что и прошлые 50 лет.
Последующие 12000 лет, начиная с тех пор, как вышло естественное глобальное потепление и началась история цивилизаций, человек жил на так именуемых возобновляемых источниках энергии, потребляя зеленоватые растения, которые в свою очередь на прямую употребляют Солнечную энергию в хим реакции фотосинтеза:

6CO2 + 6H2O + hn => C12H12O6 + 6O2 (1)

Во время собственного роста первичный потребитель Солнечной энергии — зеленоватое растение — поглощает углекислый газ из атмосферы, копит зеленоватую массу и производит кислород. Реакция (1) идет в оборотном направлении, когда растение съедается вторичными потребителями Солнечной энергии (травоядными животными, насекомыми, микробами и нами с вами) либо сгорает в хим реакциях. Этот источник энергии поддерживает практически все уровни глобальной экологической системы и был способен поддерживать человеческое население на уровне нескольких 10-ов миллионов человек. Неолитическая революция либо переход от охоты и собирательства к сельскому хозяйству и разведению домашних питомцев ничего не изменил с точки зрения энергетики, а только сделал симбиоз человека и неких животных и растений (общество человек — свинья — зерно), что привело к их обоюдному благополучию и бурному росту населения этого общества.
Промышленная революция, которая произошла в нашем обществе около трехсот годов назад, было явлением совсем необыкновенным для многих млрд лет естественной истории — эта была по-видимому 1-ая в истории смена источника энергии от Солнечной к хим энергии нужных ископаемых — угля, нефти и натурального газа. Дешевенький и большой источник энергии колоссально изменил сегодняшний вид нашего мира и привел к тому бурному росту населения общества человек свинья-зерно, который показан на примере человека на Рис.1.
Хим реакция, производящая энергию при сжигании ископаемых топлив,

С + O2 = СО2 + 94 ккал/моль (2)

перевоплотился на данный момент в основной источник энергии промышленного мира.

3. Создание энергии и ее потребности 3.1. Структура производства и употребления энергии.

Рис. 2 указывает структуру производства и употребления энергии в США как обычный пример для потоков энергии в индустриально развитой стране. Похожие потоки энергии есть и в других продвинутых странах, включая Россию, которая по производству энергии на душу населения далековато не на последнем месте, превосходя многие Европейские страны.

Вероятна ли будущая глобальная энергетическая система без термояда?

Большая часть энергии в промышленно развитой стране (80% в США) делается при сжигании нужных ископаемых — угля, нефти и природного газа. Ядерная энергетика производит в США только около 7.5% энергии. Приблизительно то же количество делается возобновляемыми источниками — гидроэлектростанциями, солнечными и ветровыми и др..
Приблизительно 40% полной произведенной энергии тратится на промышленное создание, около одной четверти на транспорт (авто, стальные дороги, авиация) и остальное употребляется в наших домах на отопление, освещение и изготовление еды. Естественно это деление несколько искусственное, но дает представление о том, какие источники энергии необходимы человеку-индустриальному.
Создание товаров питания. Очень любопытно посмотреть на энерго издержки в сельском хозяйстве индустриально развитой страны. Таблица 1 указывает сколько энергии употребляется на разных стадиях производства товаров питания, начиная от поля и кончая столом в нашей квартире.
Выкармливание, которое включает распашку полей, их удобрение, посадку растений и сбор урожая, потребляет около 3% полной произведенной в США энергии. При полной потребляемой энергии 0.95-1020 Дж и полном популяции 263 миллионов человек соответствует впечатляющей средней мощности 344 Вт, приходящейся на каждого человека. Но, это только малая часть всех расходов на питание. Еду нужно переработать, привезти в магазин, реализовать и приготовить, до того как ее можно поставить на стол и съесть. Если подсчитать все энерго расходы, то средняя мощность, применяемая с сельском хозяйстве вырастет практически до 2-ух кв либо до 16.5% от полной производимой мощности. Если представить, что средний человек съедает 1 кГ еды в денек (либо 2 ккал), то можно оценить среднюю потребляемую мощность в виде товаров питания 100 Ватт. Это только малая часть всех энергетических расходов на создание еды. Так как большая часть энергии делается из нужных ископаемых, то можно сказать, что меню промышленного человека состоит на 95% из нефти, природного газа и угля.

Таблица 1. Потребление энергии в сельском хозяйства США. Относительное рассредотачивание взято из [2], а потребление на душу населения пересчитано основываясь на популяции США, составляющем 263 миллиона человек и полном годичном потреблении энергии 0.95-1020 Дж [5].

Энергия использованная
на:

В % от полного употребления
энергии

В абсолютной величине,
(1018 Дж/год)

Средняя мощность
на душу (Вт)

Выкармливание

3.0

2.85

344

Переработку и перевозку

5.9

5.61

676

Продажу

2.6

2.47

298

Изготовление

5

4.74

571

Всего

16.5

15.69

1889

Мощность потребляемая человеком в виде еды

.

.

100

Вы можете оставить комментарий, или ссылку на Ваш сайт.

Оставить комментарий

recuperatio.ru