Академик Виктор КОЖЕВНИКОВ: "Через пять миллионов лет мы исчезнем"
16.03.2017
"Чаепития в Академии" — постоянная рубрика "Правды.Ру". Писатель Владимир Губарев беседует с выдающимися учеными. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию интервью научного журналиста с директором Института химии твердого тела УрО РАН академиком Виктором Кожевниковым. Разговор получился о главном — о вещах, которые обеспечивают выживание человечества.
"Тысячу путей ведут к заблуждению, к истине — только один".
Я вспомнил эти слова Руссо, когда слушал лекцию академика Виктора Леонидовича Кожевникова. Он выступал перед студентами и школьниками, рассказывая об энергии, ее получении и использовании. Казалось бы, об этом нам известно все — лампочка горит на столе, компьютер подключен через розетку, за окном светит фонарь — что же тут неизвестного, таинственного? Оказывается, кажущее — это "тысячи путей", а о единственном и правильном академик рассказывал подробно и убедительно.
В Перми проходил форум "Ни дня без науки", и на него был приглашен директор Института химии твердого тела В. А. Кожевников.
— Наш институт небольшой, — сразу же предупредил он, — можно сказать, классически-академический. И занимаемся мы проблемами, которые всегда будут волновать людей, каждый раз открываясь перед ними по-новому…
Такое вступление не могло не заинтересовать меня. Тем более, предполагалось, что академик будет говорить о науке будущего — по крайней мере, так было обозначено в программе форума.
— Есть проблемы, которые, как мне представляется, являются центральными в самом существовании человечества. Многие вещи обеспечивают наше выживание: и гармония космического порядка, и встраивание жизни в материальный порядок вещей, и взаимоотношения между людьми, и многое другое. Все это связывает нас, и люди из поколения в поколение, из века в век дрейфуют, и чем стремительней летят годы, тем быстрее этот дрейф проистекает. Это как расширение Вселенной…
— Неожиданное сравнение!
— …и она постоянно расширяется до тех пор, пока не перестанет существовать. Это произойдет через десять миллиардов лет. Казалось бы, у нас есть запас времени, но в масштабах Вселенной он ничтожен! Так и судьба человечества. Помимо того, что мы как люди должны договориться и не допустить самоуничтожения, наша судьба зависит от обеспечения энергией. Обычно биологические виды существуют порядка десяти миллионов лет. Человеческая цивилизация насчитывает от пяти до шести миллионов лет. То есть если мы будем развиваться по законам животного мира, то нам осталось немного: через пять миллионов лет мы исчезнем. Если мы будем жить по своим законам и использовать свой интеллект разумно, то шансов прожить гораздо дольше у нас много. Будем рассчитывать на оптимистический сценарий, а следовательно, речь должна идти о производстве энергии.
— Сразу стало полегче: все-таки жалко цивилизацию, которая может исчезнуть через пять миллионов лет…
— А без энергии еще раньше! Когда первобытные люди узнали, что такое огонь, наступил гигантский скачек в эволюции цивилизации. Как великую драгоценность носили они в горшках горящие угли. И если они тухли, то это была величайшая беда. Итак, вся наша жизнь — это борьба за энергетические ресурсы. Если есть изобилие энергии, то все остальные проблемы исчезают. Нет голода, нет недостатка чистой воды, чистого воздуха, мы можем перерабатывать любые ресурсы для удовлетворения любых материальных нужд. Итак, в центре жизни цивилизации — проблема энергии.
— И как ее добывать?
— Тут много иллюзий! Совсем в недалеком прошлом бытовало представление, что мы можем строить на реках бесконечное число электростанций, и сразу же заживем хорошо! Мол, вода течет и производит энергию. Или же построим много атомных электростанций, компактных, мощных, и опять-таки будет энергии в изобилии. Оказалось, все не так — без оглядки нельзя строить ни ГЭС, ни АЭС. Гидроэлектростанции занимают колоссальные площади, из хозяйственного оборота изымаются большие территории. К атомным станциям изменилось отношение после аварий в Чернобыле и на Фукусиме. Оказалось, что это очень опасный способ получения энергии. А ведь нам нужна чистая энергия и в изобилии. Та, что сохраняет наш мир, природную среду, в которой мы живем.
— Значит, надо расставить приоритеты?
— Они определены. Их называют часто: медицинские технологии, робототехника, ядерные и космические технологии, природопользование и некоторые другие. Но это все "вторичные" приоритеты. Главное — эффективное производство и сбережение энергии.
— И чем человечество располагает?
— То, что есть, известно. В ближайшее время мы рассчитываем на получение термоядерной энергии. Она намного лучше, чем ядерная, так как основана не на делении ядер, а на их синтезе. Сейчас реализуется международный проект, во Франции строится экспериментальная термоядерная станция. Специалисты, которые заняты в проекте, уверены, что к 2050 году станция заработает, и она будет давать энергии больше, чем потребляет. Промышленное производство энергии на подобных станциях возможно только к концу столетия.
— Многие считают, что это оптимистический вариант?
— Будем надеяться, так как это великолепная перспектива, для реализации которой сил и средств жалеть не надо. Однако это будущее. А что же сейчас? Это возобновляемые источники энергии. Первый из них — Солнце. Это грандиозная, чистая, дармовая энергия. Лишь малое ее количество попадает на Землю. Однако энергия эта не слишком плотная, собрать ее трудно. Однако нужно иметь в виду, что солнечная энергия превращается в другие виды — это ветровая, приливная, тепловая и так далее. К сожалению, все эти источники энергии не очень удобны для использования, хотя все шире и шире применяются. В частности, в Германии уже около 30 процентов энергобаланса составляют именно такие чистые источники энергии. Однако в соседней Франции около 70 процентов электроэнергии дают АЭС. Таким образом, нельзя говорить, что кому-то отдается предпочтение. Все-таки основные источники энергии в современном мире — уголь, газ, нефть, а также уран. На первое место сейчас выходит газ, то есть метан. Его у нас очень много — целый океан плещется… Правда, доставать его трудно — основные его запасы находятся далеко и глубоко. Метан — это простейшие органические соединения, своеобразная "грань между живым и мертвым миром". Вероятно, он формируется и в процессах геосинтеза… В общем, на Земле его очень много. Да и нефть, вероятно, связана с происхождением метана, а потому ее запасы достаточно велики. Следует особо сказать и об угле, значение которого еще недавно преуменьшалось. Объемы добычи его огромные, причем использование его в энергетике нарастает.
— А если подвести итог по ископаемым источникам энергии, каков он?
— Как нас повысить эффективность использования органического топлива? Ответ на этот вопрос сегодня имеет принципиальное значение. И если говорить откровенно, то современная наука именно этой проблеме уделяет главное внимание, хотя мы занимаемся и возобновляемыми источниками. Однако они на втором месте, и вырваться в лидеры им не удастся еще довольно долго. Но перспективы есть, а потому надо обязательно занимаемся этой проблемой. К примеру, соединение "индий-сера". Исключительно эффективное соединение, которое используется при преобразовании солнечной энергии в электрическую. Никакие другие соединения пока не могут с ним конкурировать. Проблема: получение пленок и наличие больших площадей. Другой пример иллюстрирует наше достижение: это преобразование инфракрасного излучения в коротковолновое, то есть "невидимое" мы делаем "видимым". Применение тех материалов, которые мы создаем, может быть самое разнообразное.
— Все-таки заменить "большую энергетику" пока невозможно?
— Да, и мы продолжаем интенсивно работать с традиционными источниками энергии. Итак, сейчас 70 процентов тепловой и электрической энергии получается за счет сжигания органического топлива. В том числе и угля. Его добывают, привозят к станции, складируют, Образуются гигантские терриконы, потом его сжигают. Чтобы ни говорили, но это по-прежнему печка. Получается пар, который крутит турбины, получаем электричество. Его еще нужно доставить потребителю. От энергии угля в общей сложности остается не более 30 процентов, все остальное пропадает впустую. В 2015-м году Мурманск стал черным — его засыпало угольной пылью. В городе очень много котельных, работающих на угле. Кто бывал на Дальнем Востоке, то может подтвердить: регулярно Владивосток становится черным. И бухта Золотой Рог уже не "золотая", а "серая". Надо отметить, что при сжигании угля не только образуется пыль и зола, но и огромное количество углекислого газа, а также (это меньше известно) окислов азота. Понятно, что все это очень плохо, а потому процесс использования угля необходимо совершенствовать. Над этим ученые наши работают. Направлений исследований много, а потому в ближайшее время следует ждать определенных успехов.
— Иначе мы можем погубить планету?
— Экологи об этом говорят постоянно, и большая доля правды в их словах есть.
— А нельзя ли уголь заменить газом?
— Россия — одна из немногих стран, располагающих колоссальными запасами газа. Мы, действительно, "газовая сверхдержава", но половина нашего газа сосредоточена в удаленных и труднодоступных месторождениях. Разрабатывать их невыгодно. Много и мелких месторождений. При добыче нефти образуется попутный газ, и он сжигается. Это гигантские потери. Мы сжигаем 50 миллиардов кубометров в год! А в ту же Германию в год мы поставили 48 миллиардов кубометров… И дело в только в экономике, хотя это очень важно…
— А в чем же еще?
— Глобальное потепление вызывает таяние льдов в Арктике. Высвобождается огромное количество метана, который поступает в атмосферу, разогревая ее. Свою лепту вносят и шахты, и большие фермерские хозяйства, и предприятия. А метан в 20 раз больше разрушает озоновый слой Земли, чем углекислый газ. В общем, вместо того, чтобы использовать метан эффективно, мы, люди, выбрасываем его в атмосферу, превращая ее в гигантскую свалку.
— Что же делать?
— Это извечный вопрос, на который ответить нелегко… Переработка — единственное спасение. Из метана напрямую что-либо получить очень трудно, так как в нем много энергии и структура очень прочная. Он предпочитает взорваться, чем идти на переработку. К сожалению, катализаторов, которые помогли бы переработать метан во что-то полезное, пока нет. Над ними работают, но очевидных успехов не наблюдается. Поэтому из метана сначала получается синтез-газ, а уже потом его можно использовать для получения органических соединений. Если соединить метан с кислородом, то получается деэтиловый эфир. Практически — это дизельное топливо. А в качестве кислорода используется воздух. В нем одна часть кислорода и четыре азота, который является балластом. Он не участвует в процессах, но понижает их эффективность. Поэтому, на мой взгляд, в такого рода технологиях имеет смысл использовать чистый кислород. Кстати, это мало кто знает, но скажу: самый крупный рынок сегодня это рынок кислорода. Прежде всего, он нужен при производстве стали и чугуна. Его получают многими способами, но наиболее эффективен тот, что предложил наш академик Петр Леонидович Капица. Объем рынка кислорода сегодня порядка 60 миллиардов долларов. Однако нужно создавать огромные предприятия, чтобы процесс производства был выгоден. А это не всегда нужно и возможно. Мы обратили внимание на некоторые соединения, которые имеют в своей кристаллической решетке кислород и способные его отдавать. На наш взгляд, создание новых технологий на такой основе весьма перспективно. Мы можем создавать мембраны. Если одну стороны мы омываем метаном, а другую сторону — воздухом, то происходит прекрасный процесс: перенос кислорода со стороны воздуха на сторону метана. При определенных условиях получается синтез-газ.
— Красиво…
— Эффективно! Причем процесс идет с большим выделением тепла, которое можно разумно использовать. По этим новым технологиям в Америке строится завод. Предполагается, что цена кислорода при использовании мембран понизится на 30-40 процентов, а это огромные деньги…
— А у нас?
— Пока все на уровне лабораторных исследований… И еще одно важное обстоятельство, когда мы говорим о будущей энергетике. Мы вновь возвращаемся к использованию природного газа. В 2013 году — пик развития нашей экономики, потом она начала падать — мы использовали порядка 600 миллиардов кубов газа. Из них 450 внутри страны, 150 — экспорт. Внутри страны мы сожгли 90 процентов газа в промышленности, в производстве электроэнергии, на транспорте и в коммунальном хозяйстве. Порядка 50 миллиардов пошло на переработку — получение синтез-газа, из которого потом получается и водород, и аммиак, топливо и топливные элементы. Плюс некоторые объемы для органического синтеза. Все эти процессы требуют огромного количества тепла, а потому приблизительно половину сырья мы вынуждены сжигать. Образно говоря, это гигантская печка, в которой сгорают наши природные ресурсы.
— И что же делать?
— Вывод простой: даже небольшое улучшение этого процесса несет большую пользу и природе, и экономике, а значит и нам. Альтернатива — это использование предлагаемых наукой методов, то есть мембраны. Раз выделяется тепло, следовательно, можно создавать самоподдерживающиеся процессы. Второе: установки можно делать компактными. Плюс к этому — нет отходов, так как мы используем кислород. Да и сырье экономится, так как ничего лишнего мы не сжигаем. И что актуально: почти нулевая эмиссия углекислого газа, увеличение которого в атмосфере ученые связывают с изменением климата на планете.
— Почему же мы медлим?
— Кислород с метаном соединить чрезвычайно трудно. Процесс не отработан. К сожалению, все попытки сделать его эффективным, пока не увенчались успехом. В Южной Африке одна из попыток кончилась колоссальным взрывом — завод просто снесло с лица земли. Процесс очень опасен, а потому на первое место пока ставится его безопасность. Надо находить новые технологии. Одна из них — мембраны. Причем мы глубоко убеждены, что идем по правильному пути.
