Станет ли уголь новым “черным золотом”? Опции

[Sonik]

Говорят, что история повторяется. Похоже, что экономика также развивается по спирали, возвращаясь к прошлому, но уже на новом уровне. В свое время уголь стал основным топливом промышленной революции XVIII-XIX веков. Уголь и пар заставляли работать станки, уголь горел в топках паровозов и пароходов, а также помогал вырабатывать электричество.

Сегодня “черный камень” почти не используется на транспорте. Впрочем, доля угля в энергетике остается на достаточно высоком уровне. На угле вырабатывается 52% электроэнергии в США, 54% в Германии и 72% в Китае, в России этот показатель находится на уровне в 18%. Однако экологи все чаще заявляют, что уголь является основным виновником возникновения парникового эффекта, так как при его сгорании образуется углекислый газ. Это далеко не идеальный вид топлива, но его разведанные запасы на земле на порядок больше, чем запасы нефти и газа. По данным германского Федерального института геологии и природных ресурсов, на каменный и бурый уголь приходится почти 60% всех резервов топливных природных ископаемых. В то же время по данным статистического ежегодника компании BP, доля угля в мировой энергетике составляет всего 28%, в то время как доля нефти и газа – 36% и 24% соответственно. Если говорить в относительных цифрах, то запасов нефти и газа хватит на несколько десятилетий, а вот углем можно пользоваться более тысячи лет. При этом внедрение современных технологий очистки и сжигания угля смогут сделать этот вид топлива менее опасным и повысить его эффективность в 1,5-2 раза. Однако перед мировой экономикой стоит несколько иная задача. Рост цен на нефть в 2005-2006 годах вновь сделал актуальным вопрос поиска новых видов топлива для транспортных нужд. По мнению многих авторитетных аналитиков, уголь является одним из источников получения сравнительно дешевого транспортного топлива.

Каким же требованиям должно соответствовать новое альтернативное топливо? В последние годы мировое сообщество обеспокоено проблемой воздействия человека на окружающую среду. Прежде всего, это касается вопроса о парниковом эффекте, который может привести к повышению средней температуры на поверхности земли. По некоторым оценкам, при этом довольно консервативным, к концу XXI века это повышение может составить более 6 градусов по Цельсию, что приведет к таянию ледников и, как следствие, изменению уровня мирового океана. В некоторых случаях изменения могут быть столь катастрофичны, что отдельные территории прибрежных государств окажутся под водой. Кроме того, рост цен на нефть ставит под вопрос экономический рост в мире, а значит, неизбежно влечет за собой обострение многих социальных проблем.

Впрочем, уже сейчас существуют технологии, которые позволяют минимизировать влияние продуктов сгорания угля на усиление парникового эффекта. Предлагается улавливать CO2 при сгорании угля и закачивать его в старые шахты или истощенные месторождения нефти. Таким образом, вопрос использования его в качестве основы энергетики лежит в области внедрения современных технологий. Совсем иначе обстоит дело с использованием угля как сырья для производства синтетического топлива.

Способ получения синтетического топлива из угля появился еще в 1923 году. Авторами технологии стали немецкие химики Фишер и Тропш. Через четыре года в Германии был построен первый завод по производству бензина из бурого угля, потом появились и другие. Причем использовались сразу несколько технологий производства из угля как бензина, так и дизельного топлива. В начале 30-х годов производство было организовано с большим размахом. К 1944 году 90% всего авиационного бензина и более половины автомобильного топлива в Германии производилось именно из местного угля на 27 заводах. В 50-х годах, во времена энергетического эмбарго со стороны ООН против Южно-Африканской республики, доступ к импортным энергоресурсам для страны был закрыт. ЮАР смогла обеспечить свою жизнедеятельность только благодаря тому, что использовала уголь как альтернативный источник получения топлива. ЮАР уже имела научные наработки, и открытие там колоссальных запасов дешевого каменного угля позволило развивать эти технологии. Тогда, с учетом цен на нефть, они уже были рентабельны. Компания Sasol, которая владеет заводами по сжижению угля, до сих пор поставляет 30% топлива на рынок ЮАР.

К слову сказать, по различным оценкам, производство синтетического топлива из угля становится выгодно при цене на нефть от $35 до $50 за баррель. Таким образом, уже сегодня это производство могло бы занять свое достойное место, но развитие данной отрасли сдерживается высоким уровнем начальных инвестиций в организацию производства. Для открытия завода мощностью 30 тыс. баррелей синтетического топлива в день необходимо около $1 млрд. вложений. Чтобы покрыть ежедневные потребности США в топливе может потребоваться строительство более 500 таких заводов, а это колоссальные вложения даже для американской экономики. В настоящее время, синтетическое топливо из угля или других углеводородов производится в промышленных объемах в ЮАР, Новой Зеландии и в США. При содействии южноафриканской компании Sasol организуются производства на территории Китая, где планируют к 2015 году удовлетворять 5% топливных потребностей страны при помощи синтетического топлива. Однако речь не идет о полной замене нефтепродуктов. Скорее это попытка получить производство, которое может обеспечить стратегические потребности, или предоставить дополнительные ресурсы при постоянном росте потребления топлива для транспортных нужд и энергетики.

Принимая во внимание огромные объемы инвестиций, которые необходимы для развития производства синтетического топлива, сложно говорить о полной замене им привычного нефтяного бензина. Ежедневно в мире потребляется около 80 млн. баррелей нефти. Для обеспечения мировых потребностей синтетическим топливом необходимо будет инвестировать $2-$3 трлн., а только на строительство электростанций в ближайшие десятилетия будет затрачено около $10 трлн. Кроме того, быстрый переход на синтез топлива из угля и закрытие нефтедобывающих и перерабатывающих предприятий приведет к резкому изменению на рынке труда. Необходимо будет что-то делать с десятками и сотнями тысяч безработных нефтяников. Все это наводит на мысль, что уголь не сможет в ближайшие десятилетия стать полноценной заменой нефти. Однако он вполне способен играть вторым темпом, т.е. покрывать дополнительные потребности в транспортном топливе, тем более, что вероятный дальнейший рост цен на нефть делает синтетический бензин более выгодным, а капиталовложения не столь неоправданно высокими.

В то же время использование угля в качестве сырья для топлива или непосредственно для выработки электроэнергии не решает экологических проблем. На Всемирном экономическом форуме в Давосе в 2007 году политики и лидеры бизнеса однозначно выразили свою обеспокоенность по поводу глобального потепления. Само по себе это не является чем-то чрезвычайным, но побочные эффекты могут представлять серьезную угрозу. Это и поднятие уровня мирового океана, возникновение ураганов небывалой силы, повышение влажности климата, резкие перепады температур и давления. Опасение за будущее планеты заставляет лидеров мира искать пути решения данной проблемы.

Масштабное использование угля, который по выбросам CO2 превосходит газ и нефтепродукты, может лишь усугубить сложившуюся ситуацию (в настоящее время на уголь приходится около 40% выбросов CO2 в атмосферу). Поэтому, более перспективным представляется путь технического совершенствования электростанций, которые работают на угле, разработка и внедрение систем улавливания и захоронения CO2. Кроме того, нельзя забывать и о других способах получения электроэнергии. Развитие технологий делает менее опасными атомные электростанции, становится более выгодным получение электроэнергии при помощи ветрогенераторов и солнечных батарей. С другой стороны, при весьма вероятном снижении уровня добычи нефти в мире в ближайшие 20-30 лет синтетическое топливо из угля может на некоторое время стать полноценной заменой обычному, тем более, что топливо из угля более чистое и технически устойчивое. При этом использование такого топлива будет постоянно приводить к увеличению CO2 в атмосфере. Природа миллионы лет прятала под землю двуокись углерода, а человечество за каких-то 200-300 лет смогло сжечь значительную часть запасов нефти и газа. Вполне очевидно, что планета может не выдержать еще 200-300 лет такого обращения с собой. Поэтому в качестве альтернативы дешевому топливу из угля предлагается использовать биотопливо на основе этанола. Идея состоит в том, что оно вырабатывается из растений, которые при росте поглощают CO2 из атмосферы. Этот путь представляется наиболее реальным. Уже сегодня Япония планирует увеличить производство этанола, а США собирается покрывать этанолом 20% топливных нужд страны к 2017 году. Немалую роль в снижении выбросов и экономии нефтетоплива играет внедрение новых технологий в автомобилестроении. Например, Toyota ™ в 2006 году смогла продать более 400 тыс. гибридных автомобилей, которые используют бензиноэлектрические двигатели. Кроме того, изменение спроса японских потребителей в сторону микролитражных машин привело к тому, что в 2006 году впервые за последние 32 года в Японии снизился спрос на бензин.

Так или иначе, резких переходов с одного вида топлива на другой не будет. Мировая экономика не готова к этому технически и морально. Лишь постепенная замена одного топлива другим, параллельное использование различных технологий и дополнение новыми разработками способно удовлетворить растущие потребности мировой экономики в энергоносителях, а также изменить к лучшему ситуацию с потеплением климата.

Уголь и политика

Энергоносители всегда неразрывно были связаны с мировой политикой. Доступность высококачественного угля для потребностей флота дало Англии неоспоримое преимущество в XIX веке, дефицит топливных ресурсов заметно сказался на боеспособности германской армии во время Второй мировой войны, а топливный кризис 70-х годов XX века в значительной мере повлиял на тенденции развития мировой экономики. Совершенно очевидно, что без доступного топлива и энергии невозможно обеспечить рост производства, транспортировку товаров, да и обычную современную жизнь в развитых странах. Поэтому, призрак грядущего дефицита нефти вынуждает государства искать альтернативные источники энергии. Первое на что обращают внимание - это на доступность определенного вида топлива на суверенной территории. Для США, Китая и Германии таким доступным энергоносителем является уголь. При этом у США остаются некоторые запасы нефти и газа, в Китае есть возможности импортировать энергоносители из сопредельных государств, которые традиционно считались союзниками, а Германия и Евросоюз в огромной степени зависят от импорта из политически нестабильных регионов. К тому же в последние годы Европа неожиданно нервно стала реагировать на топливную зависимость от основного поставщика газа в этот регион. Когда у мирового сообщества оставались экономические и политические рычаги давления на Российскую Федерацию, в Европе почти не беспокоились о возможном энергетическом шантаже со стороны России. Сегодня эти рычаги не действуют и политические круги Европы озадачились поиском решения проблемы энергетической безопасности. Наиболее легким путем, по мнению аналитиков Deutsche Bank, является использование угля. Подобное мнение может вызвать лишь недоумение, так как Европа весьма трепетно относится к вопросам экологии и потепления климата на планете, а уголь, при 28% доле в мировой энергетике, занимает первую строчку по выбросам CO2 в атмосферу. Поэтому, весьма сомнительно, чтобы уголь стал основой энергетики любой из европейских стран, тем более, что в ближайшее время заработают квоты на выброс CO2.

Однако для экономик России и Китая уголь может стать одним из основных энергоносителей. Значительные запасы позволяют использовать его как в энергетике, так и в производстве альтернативного топлива. Большая территория России позволяет еще долгое время не слишком заботиться о квотах на выброс CO2. Впрочем, в России существует серьезное экономическое препятствие, которое не позволяет более широко использовать каменный и бурый уголь в производстве электроэнергии. Еще в 80-ые годы XX века СССР стал реализовывать программу газификации страны. Прежде всего, это делалось с целью высвободить нефть с внутреннего рынка страны и направить ее на экспорт для получения нефтедолларов. Поэтому в экономике СССР, а значит, и России, газ стал основным топливом для электростанций. Фактически четверть века страна пользовалась дешевым газом для производства электроэнергии и обогрева домов. До сих пор сохраняется дисбаланс цен на газ для внутренних потребителей и потребителей в других странах. Дешевый газ делает невыгодным использование каких-либо иных энергоносителей. Поэтому для более широкого использования угля или иных видов энергии необходимо привести внутренние и внешние цены на углеводородное сырье к более разумному соотношению. Это позволит повысить добычу угля, так как он станет конкурентоспособным на внутреннем рынке. Кроме того, более высокая цена за энергию заставит российские предприятия задуматься об энергосберегающих технологиях и использовании альтернативных источников энергии. Во время своей пресс-конференции в Кремле 1 февраля президент Путин заявил, что в течение 4 лет в России будут изменены механизмы ценообразования на газ. Он перестанет быть неоправданно дешевым для внутреннего потребителя. Это позволит увеличить долю угля в энергетике, а также стимулировать российский бизнес к тому, чтобы отечественная экономика не была столь энергозатратной.

Конечно, у нас еще есть несколько десятилетий, чтобы приготовиться к масштабному снижению мировой добычи нефти и газа. Изменение климата еще не носит драматичного характера, да и технологии не стоят на месте. Есть вполне обоснованная надежда, что мы будем более широко использовать альтернативные возобновляемые источники энергии, а изменение потребительского поведения приведет к тому, что мы станем экономить драгоценный бензин и меньше загрязнять окружающую среду. Так или иначе, но уголь, при современном уровне развитии технологий, не может стать основой мировой энергетики, как бы соблазнительно не смотрелись цифры мировых запасов и себестоимости получения энергии. “Черный камень” лишь цветом похож на “черное золото”.

[Гость_chameleon_*]

ты забыл упомянуть Австралию, в которой практически 90% энергии из угля
Но у западных стран нефти еще дофига осталось. одна только Канада обладает бОльшими запасами нефти, чем все страны Персидского залива, вместе взятые. Это у России ее маловато - где-то до 2010 года. потом - резкий спад и удорожание добычи до уровня рентабельности

Масштабное использование угля, который по выбросам CO2 превосходит газ и нефтепродукты, может лишь усугубить сложившуюся ситуацию (в настоящее время на уголь приходится около 40% выбросов CO2 в атмосферу). Поэтому, более перспективным представляется путь технического совершенствования электростанций, которые работают на угле, разработка и внедрение систем улавливания и захоронения CO2.

а вот это уже не проблема.
у многих стран есть такие технологии, и они уже начинают внедряться.

К слову сказать, по различным оценкам, производство синтетического топлива из угля становится выгодно при цене на нефть от $35 до $50 за баррель.

есть более дешевые процессы

Принимая во внимание огромные объемы инвестиций, которые необходимы для развития производства синтетического топлива, сложно говорить о полной замене им привычного нефтяного бензина.

спирт и биодизель обходятся дешевле

Для США, Китая и Германии таким доступным энергоносителем является уголь. При этом у США остаются некоторые запасы нефти и газа, в Китае есть возможности импортировать энергоносители из сопредельных государств, которые традиционно считались союзниками, а Германия и Евросоюз в огромной степени зависят от импорта из политически нестабильных регионов.

Китай импортирует австралийские уголь и уран. и пока эта зависимость сохраняется, никуда он рыпаться не станет

Конечно, у нас еще есть несколько десятилетий, чтобы приготовиться к масштабному снижению мировой добычи нефти и газа.

ну так это же мировая добыча, а для России этот момент настанет очень скоро. и будут ли нам продавать нефть, газ, уголь по сниженным ценам понятно и так

[sur]

У нас конечно есть синица в руке - запасы угля, но и в небе летают журавли, одним из которых является гелий-3 и основанная на нём гелиевая энергетика. От неуклонного усложнения положения с источниками энергии, уже сейчас снова заговорили о развитии гелиевой энргетики и связанной с этим лунной программы по добыче там гелия-3.

http://nauka.relis.ru/05/0408/05408012.htm

Луна и грош, или история гелиевой энергетики
С легкой руки американского президента в конце 2003 года в повестку дня встал вопрос о новых целях человечества в космосе. Высказанная среди прочих предложений задача создания обитаемой станции на Луне отчасти основывается на заманчивой идее использовать уникальные лунные запасы гелия-3 для получения энергии на Земле. Пригодится лунный гелий или нет, покажет будущее, но рассказ о нем достаточно увлекателен и позволяет сравнить наши знания о строении атомного ядра и Солнечной системы с практическими аспектами энергетики и горного дела.
ЗАЧЕМ? ИЛИ ЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ - АЛХИМИЯ НАЯВУ
Превратить свинец в золото было мечтой средневековых алхимиков. Как всегда, природа оказалась богаче человеческих фантазий. Реакции ядерного синтеза создали все разнообразие химических элементов, заложив материальные основы нашего мира. Однако синтез может дать и нечто гораздо более ценное, чем золото, - энергию. Ядерные реакции в этом смысле подобны химическим (то есть реакциям преобразования молекул): каждое составное вещество, будь то молекула или атомное ядро, характеризуется энергией связи, которую необходимо потратить, чтобы разрушить соединение, и которая высвобождается при его образовании. Когда энергия связи продуктов реакции выше, чем исходных материалов, - реакция идет с выделением энергии, и, если научиться ее забирать в том или ином виде, исходные вещества можно использовать как топливо. Из химических процессов наиболее эффективна в этом смысле, как известно, реакция взаимодействия с кислородом - горение, которая сегодня служит основным и незаменимым источником энергии на электростанциях, на транспорте и в быту (еще больше энергии выделяется в ходе реакции фтора, особенно молекулярного, с водородом; однако и сам фтор, и фтористый водород - вещества чрезвычайно агрессивные).

Энергия связи протонов и нейтронов в ядре значительно больше, чем та, что связывает атомы в молекулы, и ее можно в прямом смысле слова взвесить, пользуясь великой формулой Эйнштейна E = mc2: масса атомного ядра заметно меньше масс отдельных протонов и нейтронов, его составляющих. Поэтому тонна ядерного топлива заменяет многие миллионы тонн нефти. Однако синтез не зря называется термоядерным: чтобы преодолеть электростатическое отталкивание при сближении двух положительно заряженных атомных ядер, нужно как следует разогнать их, то есть нагреть ядерное топливо до сотен миллионов градусов (вспомним, что температура есть мера кинетической энергии частиц). По сути, при таких температурах мы имеем дело уже не с газами или жидкостями, а с четвертым состоянием вещества - плазмой, в которой нет нейтральных атомов, а есть только электроны и ионы.

В природе подобные условия, подходящие для синтеза, существуют лишь в недрах звезд. Солнце своей энергией обязано так называемому гелиевому циклу реакций: синтезу ядра гелия-4 из протонов. В звездах-гигантах и при взрывах сверхновых рождаются и более тяжелые элементы, формируя, таким образом, все разнообразие элементов во Вселенной. (Правда, считается, что часть гелия могла образоваться и непосредственно при рождении Вселенной, во время Большого взрыва.) Солнце в этом смысле не самый эффективный генератор, потому что оно горит долго и медленно: процесс тормозит первая и самая медленная реакция синтеза дейтерия из двух протонов. Все следующие реакции идут гораздо быстрее и немедленно пожирают доступный дейтерий, в несколько этапов перерабатывая его в ядра гелия. В результате, даже если предположить, что в синтезе участвует только одна сотая солнечного вещества, находящаяся в его ядре, энерговыделение составляет всего лишь 0,02 ватта на килограмм. Впрочем, именно этой медлительности, объясняемой в первую очередь небольшой, по звездным меркам, массой светила (Солнце относится к категории субкарликов) и обеспечивающей постоянство потока солнечной энергии на многие миллиарды лет, мы обязаны самим существованием жизни на Земле. В звездах-гигантах преобразование материи в энергию идет значительно быстрее, но в результате они сжигают себя полностью за десятки миллионов лет, не успев даже толком обзавестись планетными системами.

Задумав провести термоядерный синтез в лаборатории, человек собирается таким образом перехитрить природу, создав более эффективный и компактный генератор энергии, чем Солнце. Однако мы можем выбрать гораздо более легко осуществимую реакцию - синтез гелия из дейтерий-тритиевой смеси. Планируется, что проектируемый международный термоядерный реактор - токамак "ИТЕР" сможет достичь порога зажигания, от чего, впрочем, еще очень и очень далеко до коммерческого использования термоядерной энергии (см. "Наука и жизнь" №№ 8, 9, 2001 г.). Основная проблема, как известно, состоит в том, чтобы удержать плазму, нагретую до нужной температуры. Так как никакая стенка при такой температуре не избежит разрушения, то удерживать плазменное облако пытаются магнитным полем. В водородной бомбе задача решается взрывом небольшого атомного заряда, сжимающего и нагревающего смесь до необходимой кондиции, но для мирного получения энергии этот способ мало подходит. (О перспективах так называемой взрывной энергетики см. "Наука и жизнь" № 7, 2002 г.)

Главный недостаток дейтерий-тритиевой реакции - высокая радиоактивность трития, период полураспада которого составляет всего 12,5 лет. Это самая радиационно-грязная из доступных реакций, причем настолько, что в промышленном реакторе внутренние стенки камеры сгорания необходимо будет менять через каждые несколько лет из-за радиационного разрушения материала. Правда, наиболее вредные радиоактивные отходы, требующие бессрочного захоронения глубоко под землей из-за большого времени распада, при синтезе не образуются совсем. Другая проблема заключается в том, что выделяемую энергию уносят в основном нейтроны. Эти не имеющие электрического заряда частицы не замечают электромагнитного поля и вообще плохо взаимодействуют с веществом, так что отобрать у них энергию непросто.

Реакции синтеза без трития, например с участием дейтерия и гелия-3, практически радиационно безопасны, так как в них используются только стабильные ядра и не производятся неудобные нейтроны. Однако, чтобы "зажечь" такую реакцию, нужно, компенсируя более низкую скорость синтеза, нагреть плазму в десять раз сильнее - до миллиарда градусов (одновременно решив задачу ее удержания)! Поэтому сегодня подобные варианты рассматривают как основу будущих термоядерных реакторов второго, следующего за дейтерий-тритиевым, поколения. Однако идея этой альтернативной термоядерной энергетики приобрела и неожиданных союзников. Сторонники колонизации космоса считают гелий-3 одной из основных экономических целей лунной экспансии, которая должна обеспечить потребности человечества в чистой термоядерной энергии.

ГДЕ? ИЛИ СОЛНЕЧНЫЙ ГОСТЬ
На первый взгляд проблем с тем, где взять гелий, быть не должно: он второй по распространенности во Вселенной элемент, а относительное содержание в нем легкого изотопа составляет немногим меньше одной тысячной доли. Однако для Земли гелий - экзотика. Это очень летучий газ. Земля не может удержать его своим тяготением, и почти весь первичный гелий, попавший на нее из протопланетного облака при образовании Солнечной системы, вернулся из атмосферы обратно в космос. Даже обнаружен гелий был сначала на Солнце, почему и получил название в честь древнегреческого бога Гелиоса. Позже его нашли в минералах, содержащих радиоактивные элементы, и, наконец, выловили в атмосфере среди других благородных газов. Земной гелий имеет в основном не космическое, а вторичное, радиационное, происхождение: при распаде радиоактивных химических элементов вылетают альфа-частицы - ядра гелия-4. Гелий-3 так не образуется, и поэтому его количество на Земле ничтожно и исчисляется буквально килограммами.

Запастись гелием космического происхождения (с относительно большим содержанием гелия-3) можно в атмосферах Урана или Нептуна - планет достаточно больших, чтобы удержать этот легкий газ, или на Солнце. Оказалось, что к солнечному гелию подобраться проще: все межпланетное пространство заполнено солнечным ветром, в котором на 70 тысяч протонов приходится 3000 альфа-частиц - ядер гелия-4 и одно ядро гелия-3. Ветер этот чрезвычайно разрежен, по земным меркам он представляет собой самый настоящий вакуум, и "сачком" его поймать невозможно (см. Наука и жизнь" № 7, 2001 г.). Зато солнечная плазма оседает на поверхности небесных тел, не имеющих магнитосферы и атмосферы, например на Луне, и, значит, можно опустошить какую-нибудь природную ловушку, исправно пополнявшуюся последние четыре миллиарда лет. В результате плазменной бомбардировки на Луну за это время выпало несколько сотен миллионов тонн гелия-3. Если бы весь солнечный ветер оставался на поверхности Луны, то кроме 5 граммов гелия-3 на каждом квадратном метре поверхности оказалось бы в среднем еще 100 килограммов водорода и 16 - гелия-4. Из этого количества можно было бы создать вполне приличную атмосферу, лишь немногим более разреженную, чем марсианская, или океан жидкого газа двухметровой глубины!

Однако ничего подобного на Луне нет, и лишь очень малая доля ионов солнечного ветра навсегда остается в верхнем слое лунного грунта - реголите. Исследования лунного грунта, привезенного на Землю советскими станциями "Луна" и американскими "Аполлонами", показали, что гелия-3 в нем примерно 1/100-миллионная часть, или 0,01 грамма на 1 тонну. А всего на Луне около миллиона тонн этого изотопа, по земным меркам очень много. При современном уровне мирового энергопотребления лунного топлива хватило бы на 10 тысяч лет, что примерно в десять раз больше, чем энергетический потенциал всего извлекаемого химического топлива (газа, нефти, угля) на Земле.

КАК? ИЛИ "В ГРАММ ДОБЫЧА, В ГОД ТРУДЫ"
К сожалению, никаких "озер" гелия на Луне нет, он более или менее равномерно рассеян по всему приповерхностному слою. Тем не менее с технической точки зрения процесс добычи довольно прост и в подробностях разработан энтузиастами колонизации Луны (см., например, www.asi.org).

Чтобы обеспечить современную годовую потребность Земли в энергии, необходимо завезти с Луны всего лишь около 100 тонн гелия-3. Именно это количество, соответствующее трем-четырем рейсам космических челноков - шаттлов, и завораживает своей доступностью. Однако сначала надо перекопать около миллиарда тонн лунного грунта - не такое уж большое количество по меркам горной промышленности: например, угля за год в мире добывают два миллиарда тонн (в России - около 300 миллионов тонн). Конечно, содержание гелия-3 в породе не слишком велико: например, разработка месторождений считается экономически эффективной, если золота в них содержится не менее нескольких граммов, а алмазов - не менее двух каратов (0,4 г) на тонну. В этом смысле гелий-3 можно сравнить разве что с радием, которого с начала ХХ века было получено всего лишь несколько килограммов: после обработки тонны чистого урана получается только 0,4 грамма радия, не говоря уже о проблемах добычи самого урана. В начале прошлого века, в период романтического отношения к радиоактивности, радий был довольно популярен и известен не только физикам, но и лирикам: вспомним фразу В. В. Маяковского: "Поэзия - та же добыча радия. В грамм добыча, в год труды". Зато гелий-3 дороже практически любого вещества, используемого человеком, - одна тонна стоила бы как минимум миллиард долларов, если пересчитать энергетический потенциал гелия в нефтяной эквивалент по бросовой цене 7 долларов за баррель.

Газ легко выделяется из реголита, нагретого до нескольких сотен градусов, скажем, при помощи зеркала-концентратора солнечных лучей. Не забудем, что еще надо отделить гелий-3 от гораздо большего количества других газов, в основном от гелия-4. Это делают, охлаждая газы до жидкого состояния и пользуясь незначительной разницей температур кипения изотопов (4,22 К для гелия-4 или 3,19 К для гелия-3). Другой изящный способ разделения основан на использовании свойства сверхтекучести жидкого гелия-4, который может самостоятельно перетечь через вертикальную стенку в соседнюю емкость, оставив после себя только несверхтекучий гелий-3 (см. "Наука и жизнь" № 2, 2004 г.).

Увы, заниматься всем этим придется в безвоздушном пространстве, не "в тепличных" условиях Земли, а на Луне. Придется переселить туда несколько шахтерских городов, что, в сущности, означает колонизацию Луны. Сейчас за безопасностью нескольких космонавтов на околоземной орбите следят сотни специалистов и в любой момент экипаж может вернуться на Землю. Если в космосе окажутся десятки тысяч человек, им придется жить в условиях вакуума самостоятельно, без детального присмотра с Земли, и обеспечивать себя водой, воздухом, топливом, основными строительными материалами. Впрочем, водорода, кислорода и металлов на Луне достаточно. Многие из них могут быть получены как побочный продукт добычи гелия. Тогда, вероятно, гелий-3 сможет стать выгодным товаром для торговли с Землей. Но поскольку люди, находящиеся в столь сложных условиях, будут нуждаться в гораздо большем количестве энергии, чем земляне, лунные запасы гелия-3 могут показаться нашим потомкам не такими уж безграничными и привлекательными.

Кстати, на этот случай есть и альтернативное решение. Если уж инженеры и физики найдут способ справиться с удержанием в десять раз более горячей, чем нужно для современного токамака, гелиевой плазмы (задача, кажущаяся сейчас совершенно фантастической), то, увеличив температуру еще всего лишь в два раза, мы "зажжем" и реакцию синтеза с участием протонов и бора. Тогда все проблемы с топливом будут решены, причем за гораздо меньшую цену: бора в земной коре больше, чем, например, серебра или золота, он широко используется как добавка в металлургии, электронике, химии. Различных боросодержащих солей горнообогатительные комбинаты выпускают сотни тысяч тонн в год, а если нам не хватит запасов на суше, то в каждой тонне морской воды содержится несколько граммов бора. И тот, у кого в домашней аптечке припасен пузырек борной кислоты, может считать, что у него есть собственный энергетический резерв на будущее.

Кандидат физико-математических наук А. Петрукович.

[Merin_S600]

Наличие в стране огромных запасов непопулярного вида топлива - это огромный плюс!
(читать столько инфы "наверное" вредно)

[Grog]

Но у западных стран нефти еще дофига осталось. одна только Канада обладает бОльшими запасами нефти, чем все страны Персидского залива, вместе взятые. Это у России ее маловато - где-то до 2010 года.

Спорное утверждение, здесь, похоже, берутся в расчёт исследованные источники добычи.