Трагічна помилка цивілізації?

Думка про те, що людство припустилося трагічної помилки, коли, створюючи сучасну енергетику, пішло шляхом дедалі більшого підвищення температур, сьогодні можна почути все частіше. Розплата за нестримний фізичний екстрим і пов’язані з ним проблеми вже дають про себе знати — потепління, цунамі, танення льоду на полюсах, численні пожежі... Планета не витримує нашого натиску й, будемо відвертими, нашої жадібності. Маховик запущено, і ще не таке буде!..

Певне, наша Земля взагалі не пристосована до таких ігор із вогнем, які вигадала людина. Природний розвиток на планеті йшов зовсім іншим, більш бережливим шляхом. Органічне життя, освоюючи планету, задовольнялося комфортними температурами до 100° С. При цьому воно спромоглося завоювати всю територію Землі — від екватора до полюсів. З допомогою фотосинтезу — дуже нехитрої реакції — йому вдалося освоїти сонячну енергію у кількостях, які дотепер недоступні нашій агресивній енергетиці...

А чи був у людства альтернативний шлях?

Був! Понад те, якщо людство опанує можливості, які відкриває перед ним термоелектрика, воно повернеться на природний шлях розвитку й одержить достатню кількість чистої енергії, оминаючи забруднення природи і нагрівання планети. Власне, про це і йшлося на черговому Міжнародному форумі з термоелектрики, який проходив у середині липня в Чернівцях.

Чому саме тут? — може запитати читач. Річ у тім, що в цьому обласному центрі працює всесвітньо відомий Інститут термоелектрики. Тут знаходиться штаб-квартира Міжнародної термоелектричної академії. І до того ж у липні цього року творцю цих установ, відомому досліднику, професору Лук’яну Анатичуку виповнилося 70 років.

До речі, підтвердженням того, що вчений обрав перспективний шлях у науці, є і такий факт: Інститут термоелектрики відкрили в Японії, а в даний час такий самий інститут (третій у світі) відкривають і в Росії, що стала на шлях інтенсивного розвитку наукових напрямів, які обіцяють величезні досягнення у промисловості.

Незабаром за тим самим принципом був сконструйований гінекологічний пасок, що використовується для зняття больового синдрому при переймах породілля. З його допомогою створюється приємна хвиля з холодних і теплих імпульсів. А після пологів такий пасок вмикається на +4°С і сприяє зупиненню кровотечі.

Вражає і кепка для водіїв. За кермом заколисує, і, щоб не заснути, достатньо одягти таку кепку, увімкнути проводи, що виходять із неї, у прикурювач. Після цього розташовані на лобовій частині дві термоелектричні таблетки починають у циклічному режимі охолоджувати або трохи підігрівати точки на чолі. Сон як рукою знімає.

На жаль, пароплави, виходячи в море, дотепер зазнають аварій, і пасажири, буває, опиняються у воді. Потерпілим подати радіосигнал дотепер було складно: акумуляторні батареї у воді – дуже ненадійне джерело струму. Тому в Інституті термоелектрики в рятувальний пояс вмонтували крихітний термоелектричний генератор. Він даватиме струм завжди і скрізь, де є різниця температур. Так, якщо вода — 18°С, а температура тіла людини — 36,6°, то цей перепад уже достатній для вироблення такого струму, щоб пристрій сам почав подавати сигнал SOS. Отже, якщо SOS лунає в ефірі, то життя ще жевріє у тілі потерпілого...

Таких прикладів використання термоелектрики для найрізноманітніших цілей можна навести безліч. І з кожним роком їхня кількість істотно зростає. І все-таки головні надії у Інституті пов’язують з одержанням електроенергії у промислових масштабах.

Вперше одержувати електроенергію, користуючись перепадом температур води в різних шарах океану, запропонували японці. В океані температура води в нижніх шарах близько 0°С, а на поверхні — 20. За рахунок такого перепаду можна одержати електрику. І це цілком справжня електростанція!

Таким самим чином можна виробити електроенергію і на суші: достатньо закопати капсулу з термоелектрика на глибину 40 метрів, а іншу розташувати на поверхні грунту.

Втім, наразі промислове використання цієї ідеї — зі сфери наукової фантастики. Реальні термоелектричні генератори вперше були створені 1942 року в ленін­градському інституті під керівництвом одного з піонерів термоелектрики, великого вченого Абрама Іоффе. Під час війни перед інститутом було поставлено завдання забезпечити... партизан джерелом електрики для зв’язку з Великою землею, тому що акумуляторні батареї регулярно доставляти в тил ворога було складно. Тоді фізики виготовили казанок із подвійним дном, в якому за рахунок того, що між водою у казанку і вогнищем був перепад температур, працювала термоелектрична батарея. Вона й забезпечила струмом радіопередавачі партизан. ККД був невеличкий — близько трьох відсотків, але електроенергії вистачало, щоб передати чи прийняти повідомлення з центру.

Нині в Інституті термоелектрики в Чернівцях створено термоелектричні батареї, які працюють на гасовій лампі, гасниці, примусі. Вони забезпечують вже вищий ККД — від 7 до 10 відсотків. Звичайні гасові лампи, на які одягнуті термоелементи, виробляють 2,5 Вт. Це дає можливість працювати транзисторному приймачу. А термогенератор на гасниці дає потужність 15 Вт, що дозволяє вже дивитися телевізор. Ще більша потужність — від об’єднання парового опалення з термоелектричним генератором. Так, на звичайних опалювальних батареях у невеличкому заміському будинку можна одержувати 3,5 кВт електричної потужності. Цього цілком достатньо, щоб живити всі електричні прилади в такому будинку.

— Лук’яне Івановичу, що очікує термоелектрику в зв’язку з застосуванням нанотехнологій? — з таким питанням звернувся оглядач «ДТ» до Л.Анатичука під час одного з семінарів.

— Ця тема дуже популярна на форумі. Їй навіть був присвячений спеціальний семінар, який зібрав найвідоміших у світі вчених, котрі займаються нанотехнологіями для термоелектрики. В цьому напрямі нині випробовуються різні підходи. Приміром, компанія Марлоу (США) експериментує з нанодротами, цікаві розробки проводять у Кишиневі, Москві. Індійці запатентували в США деякі дуже креативні проекти. Звичайно, широким фронтом ведуться дослідження в Японії. Тут експерименти проводяться одразу в кількох лабораторіях. Та стверджувати, що це незабаром дасть революційні результати, навряд чи хтось наважиться, тому що наразі реальних успіхів немає, і невідомо чи будуть вони взагалі.

Слід зазначити, що на цьому напрямі нанотехнології дуже відрізняються від розроблювальних у електроніці. Тут зовсім інші вимоги до матеріалів. Ці штучно створені структури схильні до температурних впливів, і в цьому є певна небезпека, тому що вся термоелектрика побудована на перепадах температур.

Утім, є галузі, де нанотехнології, певне, зможуть відіграти величезну роль. Насамперед це стосується використання тепла океану. Тут наноструктури працюватимуть при малих перепадах температур (фактично при кімнатних температурах), і це дозволить їм бути суперефективними.

— На який ККД можна розраховувати?

— Мабуть, ККД навряд чи буде більшим, ніж піввідсотка. Та це не грає ніякої ролі. Тут важливо зрозуміти, що в екологічно чистій енергетиці слід оперувати зовсім іншими поняттями. Хіба ж при природному фотосинтезі досягнуто високий ККД? Ні, він десь близько 0,2 відсотка. Однак природа пішла цим шляхом, і ефективно забезпечує все органічне життя на планеті.

Річ у тім, що ККД важливий там, де борються за високі температури, де потрібно заощаджувати паливо. А хіба нам потрібно заощаджувати сонячний потік? Океанічного тепла вистачить усім, і енергетична проблема може бути вирішена в такий спосіб.

У ХIХ столітті, коли основи сучасної енергетики тільки закладалися, довелося піти небезпечним шляхом — гонитвою за високими температурами. Та це тупиковий шлях для людства. Нині парові машини можна побачити тільки в музеї техніки. Переконаний, що саме там згодом опиняться і двигуни внутрішнього згорання, теплові електростанції та інші великі досягнення минулого століття. Вони просто зникнуть із життя людей, і про них згадуватимуть як про небезпечний анахронізм. Людство користуватиметься електрикою, отриманою екологічно чистим способом. Воно навчиться перетворювати його з дуже високим ККД на механічну енергію. А сама енергія добуватиметься з допомогою термоелектрики.

— Та, певне, колись доведеться вигадати більш місткі акумулятори?

— А вони вже є — з допомогою електрики легко виробляється водень і, будь ласка, — катайтеся з його допомогою скільки завгодно. До речі, водневий напрям розвивається дуже енергійно. Так що обрії нової енергетики вже проглядаються досить чітко.

За нинішніх обставин мене хвилює інше — хто розвиватиме ці досягнення? Кадри, які залишилися у спадщину від колишніх часів, уже дуже постарішали...

На щастя, у нас на кафедрі термоелектрики в Чернівецькому національному університеті відкрито спеціальність «прикладна фізика». Навчання на ній повністю забезпечується за рахунок бюджету, і за це особлива подяка президенту НАНУ Б.Патону та Міністерству освіти та науки, які вчасно оцінили важливість розвитку цього напряму в Україні та клопотали перед урядом про виділення необхідних для цього коштів. Щороку на цю спеціальність набирається група з 25 чоловік. Природно, не всі успішно проходять нелегкий шлях навчання, хоча ми гарантуємо працевлаштування усім студентам, які вступили до нас на перший курс. За п’ять років вони опановують повний курс, проходять через усі лабораторії: від вирощування матеріалів до створення якогось приладу. Повірте — це непросто, тому що все потрібно вміти розрахувати, сконструювати. А для цього, крім таланта, потрібно мати й велике терпіння і працьовитість...

Уже відбувся перший випуск. У чотирьох магістрів, які беруть участь у нинішньому форумі, є по три-чотири наукові праці, опубліковані в серйозних наукових журналах. Для вчорашніх студентів це зовсім непогано! Вони незабаром вступатимуть до аспірантури. На них наші надії…

P. S. Клуб інтелектуалів «Дев’ята цивілізація» чергове (виїзне) засідання провів у Чернівцях.