"Гадкий утенок" ядерной физики и возможный прогресс мировой энергетики

Анализ событий последнего десятилетия приводит к выводу - мир приближается к глобальному энергетическому кризису. Это связано с ограниченностью разведанных и доступных запасов органических углеводородов. Выводы всех аналитических центров похожи: нефти и природного газа хватит на 50 лет, угля - на 100 (данные расходятся, но не кардинально). Из-за таких прогнозов не стоит особо надеяться на снижение стоимости нефти и газа до уровня 80-х годов прошлого столетия за счет перераспределения их потоков, тем более с учетом сопутствующих геополитических конфликтов.

Критичность "газовой" проблемы может ослабить сланцевый газ, но это вряд ли принципиально изменит ситуацию, учитывая постоянно возрастающую потребность в углеводородах. Есть ли альтернативы углеводородному сценарию? Есть, и процесс уже пошел!

Является ли "термояд" давно обещанной панацеей?

Сегодня наиболее существенная альтернатива углеводородам - ядерная энергетика на основе деления урана-235. И хотя запасы доступных залежей урана-235 в мире также ограничены (при нынешнем темпе добычи их хватит лет на 50–70), но ситуация не такая критичная в связи с возможностью воспроизводства реакторных изотопов уран-233 и плутоний-239 при облучении нейтронами в реакторах изотопа уран-238, запасы которого в сотни раз больше, чем урана-235.

С другой стороны, использование реакторов деления (АЭС) неизбежно ставит две другие глобальные проблемы - утилизации высокоактивного отработанного топлива (ТВЭЛов) и других радиоактивных отходов, а также ядерной безопасности. В настоящее время в мире накоплено около 200 тыс. т отработанных ТВЭЛов, по 1 млн т отходов средней активности и сильно активной воды и более 10 млн т отходов низкой активности. Каждый год эти цифры увеличиваются на 5%.

Для отработанного топлива пока безальтернативным для всего мира (и Украины) является отложенное решение: складирование отработанных ТВЭЛов на неопределенно длительный срок после первичной переработки, до сих пор - в РФ. Проблема безопасности полностью не решена даже в странах с передовой технологией. Примеры: "Тримайл-айленд" (США, 1979 г.), "Фукусима" (Япония, 2011 г.). Не забудем и Чернобыль! Особо актуальна эта проблема в Украине, где ядерная энергетика обеспечивает 50% производства электроэнергии. Но при этом из 15 блоков АЭС четыре превысили плановый срок эксплуатации (30 лет), а девять проработали более 20 лет…

С начала 50-х годов ХХ столетия не без основания считалось, что светлое (и теплое) будущее человечества связано с решением термоядерной проблемы. Аргументы казались безупречными - один литр воды из крана или океана содержит столько дейтерия, что его участие в термоядерном синтезе обеспечивает производство энергии, эквивалентное бочке нефти (сейчас это 150–180 долл.). А о реальности "термояда" свидетельствует как Солнце, где идут подобные реакции, так и взрывы термоядерных (водородных) бомб.

Однако реальная ситуация с "мирным термоядом" за последние 60 лет обошлась более чем в 200 млрд долл., а решение проблемы пока так и не найдено. Да, сейчас мы знаем о ней несравнимо больше, чем в "наивные" 50-е. Но каждое новое знание приводит к необходимости решения новых фундаментальных задач, требующих все больших затрат и ресурсов. Дальше возникают новые задачи, и цикл повторяется в геометрической прогрессии. Только наивные люди верят в обещание, что очередное поколение все более дорогих токамаков сможет обеспечить хотя бы их самоокупаемость. Увы, таких несбывшихся обещаний в истории "термояда" было много. К слову, стоимость строящегося вблизи Марселя "международного термоядерного экспериментального реактора" (ITER) превышает 15 млрд долл.! И это не предел.

Кроме подобных глобальных проектов, существует несколько новых (старых) альтернатив - гидроэнергетика, биотопливо, ветроэнергетика, солнечная энергетика, геотермальная энергетика. Каждая из них способна решать какую-то часть проблемы, но глобальное решение они (пока) обеспечить не могут. Их суммарный вклад в мировую энергетику - около 20%.

"Холодный ядерный синтез" и альтернативная энергетика

События последних лет показали, что достаточно быстрый выход из энергетического тупика может быть связан с "гадким утенком" ядерной физики - проблемой LENR (low energy nuclear reactions). Эта проблема под названием "холодный ядерный синтез" появилась в марте 1989 г., когда электрохимики М.Флейшман и С.Понс из университета штата Юта заявили о том, что они наблюдали ядерный синтез при электролизе тяжелой воды. Эксперименты были повторены в разных странах. Основные возражения со стороны оппонентов были связаны с невозможностью объяснить эти реакции, исходя из представлений ядерной физики, используемых в проблеме "термояда", для которого наличие высокой температуры является аксиомой.

После начального всплеска энтузиазма эти исследования были подвергнуты частью научного сообщества, а затем истеблишментом остракизму в стиле полномасштабной инквизиции. Их авторы приравнивались к научным диссидентам. В России этим занималась комиссия РАН по лженауке. В США запрет на финансирование таких исследований был введен на основе отрицательных результатов экспертизы в Ливерморе, MIT (Массачусетском технологическом институте) и атомном центре в Харуэлле (Великобритания). Аналогичный негласный запрет на поддержку таких исследований был сделан и в других странах.

Отмечу, что повторный анализ результатов этой экспертизы, проведенный по решению конгресса США в 2006–2007 гг., показал, что значительная часть их была сфальсифицирована, а все положительные результаты отбрасывались (http://en.wikipedia.org/wiki/Cold_fusion). Это неудивительно, учитывая возможности энергетического лобби.

Тем не менее эту проблему и далее изучали энтузиасты (и не только) в США, Японии, Китае, Италии, Израиле, Индии, России, Украине. Ее прямо не запрещали, но и не финансировали. Результаты были обнадеживающими, но недостаточными для практического использования.

Ситуация принципиально изменилась в январе 2011 г., когда в университете Болоньи была проведена презентация теплового генератора, разработанного инженером А. Росси и проф. С.Фокарди на основе LENR. В нем топливом был порошок никеля и водород, а источником энергии - ядерная реакция между ними. Генератор Росси-Фокарди получил название E-Сat (катализатор энергии). Мощность компактного генератора размером не более портфеля - около 10 кВт. Выделяемая энергия превращала проточную холодную воду в пар с температурой 105 градусов. Самое удивительное, что в такой системе полностью отсутствовали радиоактивные отходы! Это связано с тем, что из всех возможных типов (каналов) LENR автоматически реализовывались только те, результатом которых являются стабильные изотопы. В "обычных" реакторах с использованием частиц высокой энергии или нейтронов такой эффект невозможен!

Авторы признались, что до конца не понимают процессы в E-Сat, многие ноу-хау были найдены опытным путем. Естественно, что в эти результаты вначале никто не поверил. Была создана независимая экспертная комиссия в составе двух ученых-ядерщиков из Швеции (С.Куландер и Х.Эссен), которые провели детальный анализ методики экспериментов, участвовали в следующей презентации и подтвердили реальность результатов. После этого Росси провел еще несколько презентаций, которые завершились демонстрацией 28 октября 2011 г. работы новой установки мощностью 1 МВт. Средства для ее создания он получил под залог собственного дома (много ли у нас подобных энтузиастов?). В русскоязычной литературе это мероприятие получило название "Великая Октябрьская Энергетическая Революция".

Для дальнейшей деятельности Росси организовал корпорацию Leonardo Technologies Inc. (LTI). Планы были грандиозными. Он собирался выпустить до конца 2013 г. более 1 млн бытовых теплогенераторов мощностью 10 кВт стоимостью по 500 долл.! Оценочная себестоимость энергии не превышала 1 цент за кВт∙ч! Это в 5–6 раз ниже себестоимости тепловой энергии, произведенной из угля или газа в США. Зарядка этих теплогенераторов должна производиться установкой картриджа размером с авторучку, содержащего порошок никеля и связанный водород. Заправки хватает на шесть месяцев непрерывной работы, что дает потенциальную экономию в размере 2000 долл., т.е. система может окупить себя за 45 дней! Стоимость новой заправки картриджа - 10 долл.!

Вначале Росси собирался организовать массовое производство бытовых тепловых генераторов в Европе совместно с греческой компанией Defkalion Green Technologies, но по ряду причин расторг соглашение и перебрался в США, где получил практически неограниченное финансирование (в том числе заключив контракты с NASA и другими организациями). Там же он произвел и продал 14 своих мегаватников. В США очень хорошо понимают важность этой проблемы, а сам Росси был принят в Белом доме.

Наряду с этими успехами у Росси возникли проблемы с получением лицензии на производство и реализацию бытовых теплогенераторов. В США действует федеральный закон, запрещающий использование ядерной технологии в бытовых приборах. При принятии такого закона никто не предполагал, что могут существовать ядерные технологии без образования радиоактивных отходов. Был найден простой выход.

Корпорация LTI разработала новое поколение своих генераторов Е-Сat HT. У них температура рабочей камеры была повышена до 1000 градусов, что позволяет получать пар с температурой около 600 градусов при давлении 160–200 атм и обеспечивает эффективную работу стандартных турбин электрических генераторов (температура пара у начальной модели Е-Сat была недостаточно высокой). Эти аппараты могут быть использованы для производства электроэнергии при снижении ее себестоимости в пять раз и отсутствии экологических проблем, характерных для тепловых и атомных станций. Эту работу Росси проводит совместно с компанией Cherokee Investment Partners (CIP).

Одновременно лицензия на выпуск апробированного бытового генератора E-Сat была продана в ряд стран, в частности в Китай и Южную Корею, где подобного запрета нет (как и в Европе). Договор о передаче технологии в созданный Nickel-Hydrogen Research Center в городе Tianjin был подписан 16 апреля 2014 г. Т.Дарденом, генеральным директором CIP.

Исходя из такого поворота событий, следует ожидать массового выпуска недорогих компактных бытовых теплогенераторов, параметры которых достаточны для обогрева отдельного дома, что может кардинально изменить ситуацию на рынке энергоресурсов.

С другой стороны, массовое производство высокотемпературных аппаратов Е-Сat HT может быстро изменить ситуацию с производством электроэнергии за счет создания автономных электростанций, максимально приближенных к потребителям. Оба варианта ведут к резкому снижению потребности в газе и нефти. Несложно предугадать грандиозные социальные и экономические последствия такой демонополизации!

Есть ли конкуренты у А.Росси?

Кроме А.Росси, в настоящее время успешно развивают аналогичную технологию (под названием "гиперион") Defkalion Green Technologies, а также другие компании в США, Японии и других странах. В Российской Федерации, по очевидным причинам, исследования альтернативной энергетики "не приветствуются".

В Украине подобные исследования начались задолго до "феномена Росси" и в теоретическом плане они занимают передовые позиции в мире. Полученные результаты объясняют как большую вероятность протекания таких реакций, так и условия их реализации. Свидетельством признания этих исследований является, например, то, что на научно-образовательный коллоквиум по проблеме новой энергетики, организованный в MIT в марте 2014 г. для обмена результатами и кратковременного обучения персонала, который будет внедрять эту технологию, организаторами в качестве докладчиков были персонально приглашены только три ученых из Европы (один из них - автор данной публикации из КНУ, по одному из Италии и Израиля), два из Японии, около десяти - из США. Нелишне отметить, что только двум докладчикам (из КНУ и MIT) было предложено сделать по три доклада, а остальным - по одному. Это мероприятие прошло при большом внимании средств массовой информации, особенно с учетом того, что MIT по всем рейтингам является ведущим университетом мира, в нем работает около 80 нобелевских лауреатов и именно MIT в начале 90-х годов резко критиковал такую технологию. Сейчас ситуация изменилась. На этом коллоквиуме было представлено, в частности, несколько бизнес-проектов, посвященных внедрению новой безопасной энергетической технологии в судостроение, автомобилестроение и авиацию. Процесс пошел.

Мы на пороге больших и скорых перемен, и естественные монополисты могут завтра стать банкротами.

Тримаймося!