"Бридке каченя" ядерної фізики та можливий прогрес світової енергетики

Аналіз подій останнього десятиліття приводить до висновку - світ наближається до глобальної енергетичної кризи. Це пов'язано з обмеженістю розвіданих і доступних запасів органічних вуглеводнів. Висновки всіх аналітичних центрів схожі: нафти й природного газу вистачить на 50 років, вугілля - на 100 (дані розходяться, але не кардинально). Через такі прогнози не варто особливо сподіватися на зниження вартості нафти й газу до рівня 80-х років минулого сторіччя за рахунок перерозподілу їхніх потоків, тим більше з урахуванням супутніх геополітичних конфліктів.

Критичність "газової" проблеми може послабити сланцевий газ, але це навряд чи принципово змінить ситуацію, з огляду на постійно зростаючу потребу у вуглеводнях. Чи є альтернативи вуглеводневому сценарію? Є, і процес уже пішов!

Чи є "термояд" давно обіцяною панацеєю?

Нині найістотніша альтернатива вуглеводням - ядерна енергетика на основі поділу урану-235. І хоча запаси доступних покладів урану-235 у світі також обмежені (за нинішнього темпу видобутку їх вистачить років на 50–70), але ситуація не така критична у зв'язку з можливістю відтворити реакторні ізотопи уран-233 і плутоній-239 при опроміненні нейтронами в реакторах ізотопу уран-238, запаси якого в сотні разів більші, ніж урану-235.

З іншого боку, використання реакторів поділу (АЕС) неминуче ставить дві інші глобальні проблеми - утилізації високоактивного відпрацьованого палива (ТВЕЛів) та інших радіоактивних відходів, а також ядерної безпеки. Нині у світі накопичено близько 200 тис. т відпрацьованих ТВЕЛів, по 1 млн т відходів середньої активності й дуже активної води та понад 10 млн т відходів низької активності. Щороку ці цифри збільшуються на 5%.

Для відпрацьованого палива поки що безальтернативним для всього світу (й України) є відкладене рішення: складування відпрацьованих ТВЕЛів на невизначено тривалий термін після первинної переробки, досі - у РФ. Проблему безпеки повністю не вирішено навіть у країнах із передовою технологією. Приклади: "Трімайл-айленд" (США, 1979 р.), "Фукусіма" (Японія, 2011 р.). Не забудемо й Чорнобиль! Особливо актуальна ця проблема в Україні, де ядерна енергетика забезпечує 50% виробництва електроенергії. Але при цьому з 15 блоків АЕС чотири перевищили плановий термін експлуатації (30 років), а дев'ять пропрацювали понад 20 років...

Із початку 50-х років ХХ сторіччя небезпідставно вважалося, що світле (й тепле) майбутнє людства пов'язане з вирішенням термоядерної проблеми. Аргументи здавалися бездоганними - один літр води з крану чи океану містить стільки дейтерію, що його участь у термоядерному синтезі забезпечує виробництво енергії, еквівалентне бочці нафти (нині це 150–180 дол.). А про реальність "термояду" свідчить як Сонце, де відбуваються подібні реакції, так і вибухи термоядерних (водневих) бомб.

Однак реальна ситуація з "мирним термоядом" за останні 60 років обійшлася більш як у 200 млрд дол., а проблему поки що так і не вирішено. Так, тепер ми знаємо про неї незрівнянно більше, ніж в "наївних" 1950-х. Але кожне нове знання приводить до потреби вирішувати нові фундаментальні завдання, які потребують дедалі більших витрат і ресурсів. Далі виникають нові завдання, і цикл повторюється в геометричній прогресії. Тільки наївні люди вірять в обіцянку, що наступне покоління дедалі дорожчих токамаків зможе забезпечити хоча б їхню самоокупність. На жаль, таких незбутніх обіцянок в історії "термояду" було багато. До слова, вартість "міжнародного термоядерного експериментального реактора" (ITER), який споруджують поблизу Марселя, перевищує 15 млрд дол.! І це не межа.

Крім подібних глобальних проектів, є кілька нових (старих) альтернатив - гідроенергетика, біопаливо, вітроенергетика, сонячна енергетика, геотермальна енергетика. Кожна з них здатна вирішувати якусь частину проблеми, але глобального розв'язання вони (поки що) забезпечити не можуть. Їхній сумарний внесок у світову енергетику - близько 20%.

"Холодний ядерний синтез" і альтернативна енергетика

Події останніх років показали, що досить швидкий вихід з енергетичного тупика може бути пов'язаний з "бридким каченям" ядерної фізики - проблемою LENR (low energy nuclear reactions). Ця проблема під назвою "холодний ядерний синтез" з'явилася в березні 1989 р., коли електрохіміки М.Флейшман і С.Понс із університету штату Юта заявили про те, що вони спостерігали ядерний синтез при електролізі важкої води. Експерименти повторили в різних країнах. Основні заперечення з боку опонентів були пов'язані з неможливістю пояснити ці реакції, виходячи з уявлень ядерної фізики, якими користуються в проблемі "термояду", для якого наявність високої температури є аксіомою.

Після початкового сплеску ентузіазму ці дослідження частина наукового співтовариства, а потім істеблішмент піддали остракізму в стилі повномасштабної інквізиції. Їхніх авторів прирівнювали до наукових дисидентів. У Росії цим займалася комісія РАН із лженауки. У США заборону на фінансування таких досліджень запровадили на основі негативних результатів експертизи в Ліверморі, MIT (Массачусетському технологічному інституті) й атомному центрі в Харуеллі (Великобританія). Аналогічна негласна заборона на підтримку таких досліджень була і в інших країнах.

Зазначу, що повторний аналіз результатів цієї експертизи, проведений за рішенням конгресу США в 2006–2007 рр., показав, що значну частину їх було фальсифіковано, а всі позитивні результати відкидалися (//en.wikipedia.org/wiki/Cold_fusion). Це недивно, з огляду на можливості енергетичного лобі.

Проте цю проблему й далі вивчали ентузіасти (й не тільки) у США, Японії, Китаї, Італії, Ізраїлі, Індії, Росії, Україні. Її прямо не забороняли, але й не фінансували. Результати були обнадійливими, але недостатніми для практичного використання.

Ситуація принципово змінилася в січні 2011 р., коли в університеті Болоньї провели презентацію теплового генератора, розробленого інженером А.Россі та проф. С.Фокарді на основі LENR. У ньому паливом був порошок нікелю й водень, а джерелом енергії - ядерна реакція між ними. Генератор Россі-Фокарді одержав назву E-Сat (каталізатор енергії). Потужність компактного генератора розміром не більше портфеля - близько 10 кВт. Енергія, що виділяється, перетворювала проточну холодну воду на пару з температурою 105 градусів. Найбільше дивує, що в такій системі повністю не було радіоактивних відходів! Це пов'язане з тим, що з усіх можливих типів (каналів) LENR автоматично реалізовувалися тільки ті, результатом яких є стабільні ізотопи. В "звичайних" реакторах із використанням частинок високої енергії або нейтронів такий ефект неможливий!

Автори зізналися, що до кінця не розуміють процесів у E-Сat, багато ноу-хау знайдено дослідним шляхом. Природно, що в ці результати спочатку ніхто не повірив. Було створено незалежну експертну комісію у складі двох учених-ядерників зі Швеції (С.Куландер і Х.Ессен), які провели детальний аналіз методики експериментів, брали участь у подальшій презентації та підтвердили реальність результатів. Після цього Россі провів ще кілька презентацій, які завершилися демонстрацією 28 жовтня 2011 р. дії нової установки потужністю 1 МВт. Кошти для її створення він одержав під заставу власного будинку (чи багато в нас є таких ентузіастів?). У російськомовній літературі цей захід одержав назву "Велика Жовтнева Енергетична Революція".

Для подальшої діяльності Россі організував корпорацію Leonardo Technologies Inc. (LTI). Плани були грандіозними. Він збирався випустити до кінця 2013 р. понад 1 млн побутових теплогенераторів потужністю 10 кВт вартістю по 500 дол.! Оціночна собівартість енергії не перевищувала 1 цента за кВт год.! Це в 5–6 разів нижче за собівартість теплової енергії, виробленої з вугілля або газу в США. Заряджатися ці теплогенератори мали встановленням картриджа розміром з авторучку, що містить порошок нікелю та зв'язаний водень. Заправки вистачає на шість місяців безперервної роботи, що дає потенційну економію в розмірі 2000 дол., тобто система може окупитися за 45 днів! Вартість нової заправки картриджа - 10 дол.!

Спочатку Россі збирався організувати масове виробництво побутових теплових генераторів у Європі разом із грецькою компанією Defkalion Green Technologies, але з низки причин розірвав угоду й перебрався у США, де одержав практично необмежене фінансування (зокрема уклавши контракти з NASA й іншими організаціями). Там же він виготовив і продав 14 своїх мегаватників. У США дуже добре розуміють важливість цієї проблеми, а самого Россі прийняли в Білому домі.

Поряд із цими успіхами в Россі виникли проблеми з одержанням ліцензії на виробництво й реалізацію побутових теплогенераторів. У США діє федеральний закон, що забороняє використання ядерної технології в побутових приладах. При прийнятті такого закону ніхто не передбачав, що можуть існувати ядерні технології без утворення радіоактивних відходів. Було знайдено простий вихід.

Корпорація LTI розробила нове покоління своїх генераторів Е-Сat HT. У них температуру робочої камери підвищили до 1000 градусів, що дає змогу одержувати пару з температурою близько 600 градусів при тиску 160–200 атм. і забезпечує ефективну роботу стандартних турбін електричних генераторів (температура пари в початковій моделі Е-Сat була недостатньо високою). Ці апарати можна використовувати для виробництва електроенергії при зниженні її собівартості в п'ять разів і відсутності екологічних проблем, характерних для теплових та атомних станцій. Цю роботу Россі проводить разом із компанією Cherokee Investment Partners (CIP).

Одночасно ліцензію на випуск апробованого побутового генератора E-Сat продали в низку країн, зокрема в Китай і Південну Корею, де такої заборони немає (як і в Європі). Угоду про передачу технології в створений Nickel-Hydrogen Research Center у місті Tianjin підписав 16 квітня 2014 р. Т.Дарден, генеральний директор CIP.

Виходячи з такого розвитку подій, варто очікувати масового випуску недорогих компактних побутових теплогенераторів, параметри яких достатні для обігріву окремого будинку, що може кардинально змінити ситуацію на ринку енергоресурсів.

З іншого боку, масове виробництво високотемпературних апаратів Е-Сat HT може швидко змінити ситуацію з виробництвом електроенергії за рахунок створення автономних електростанцій, максимально наближених до споживачів. Обидва варіанти ведуть до різкого зниження потреби в газі й нафті. Нескладно передбачити грандіозні соціальні й економічні наслідки такої демонополізації!

Чи є конкуренти в А.Россі?

Крім А.Россі, нині успішно розвивають аналогічну технологію (за назвою "гіперіон") Defkalion Green Technologies, а також інші компанії в США, Японії та інших країнах. У Російській Федерації, з очевидних причин, дослідження альтернативної енергетики "не вітаються".

В Україні такі дослідження розпочали задовго до "феномена Россі", й у теоретичному плані вони займають передові позиції у світі. Отримані результати пояснюють як велику ймовірність протікання таких реакцій, так й умови їх реалізації. Свідченням визнання цих досліджень є, наприклад, те, що на науково-освітній колоквіум з проблеми нової енергетики, організований у MIT у березні 2014 р. для обміну результатами й короткочасним навчанням персоналу, який впроваджуватиме цю технологію, організатори як доповідачів персонально запросили лише трьох учених з Європи (один із них - автор цієї публікації з КНУ, по одному з Італії та Ізраїлю), двох з Японії, близько десяти - із США. Незайве зазначити, що тільки двом доповідачам (із КНУ й MIT) запропонували зробити по три доповіді, а решті - по одній. Цей захід відбувся за великої уваги засобів масової інформації, особливо враховуючи те, що MIT по всіх рейтингах є провідним університетом світу, в ньому працюють близько 80 нобелівських лауреатів, і саме MIT на початку 1990-х років різко критикував таку технологію. Нині ситуація змінилася. На цьому колоквіумі було представлено, зокрема, кілька бізнес-проектів, присвячених впровадженню нової безпечної енергетичної технології в суднобудування, автомобілебудування й авіацію. Процес пішов.

Ми на порозі великих і швидких змін, і природні монополісти можуть завтра стати банкрутами.

Тримаймося!