Текст книги "Репортаж из XXI века"

Автор книги: Михаил Васильев

Соавторы: Сергей Гущев
сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 25 страниц)

Сверхъемкие аккумуляторы

О таких аккумуляторах мечтают во многих отраслях техники и промышленности. Представьте себе автомобиль. Вместо бака с горючим он возит небольшой ящичек с аккумуляторами. Изредка водитель автомобиля подключает клеммы к электрической сети, а на бензозаправочные колонки и не оглядывается. Ездит такой автомобиль почти бесшумно: ведь в его электрических двигателях нет движущихся возвратно-поступательно частей – поршней, клапанов, обычных для двигателей внутреннего сгорания; нет цилиндров, в которых бы сгорало, а точнее, взрывалось, – так стремительно это сгорание, – топливо. И воздуха обсаженных зеленью улиц не портит выхлопами копоти и сажи такой автомобиль… Нет, определенно, это была бы настоящая греза шофера!

Или представьте еще. Приехали в неисследованный горный район геологи. По обрывистым склонам стремительных горных рек, по обнаженным скалам застучали их молотки. И вот обнаружено место, к которому ведут со всех сторон следы косвенных улик. Да, по всей вероятности, именно здесь, под каменистой, заросшей соснами почвой прекрасной и дикой пади скрыты залежи руд драгоценного металла. Надо убедиться в этом, провести разведочное бурение, установить границы залежи.

Геологи собирают небольшую буровую установку, подключают к ней клеммы сверхъемкого аккумулятора – и поползли вниз, в недра земли, одна за другой колонковые трубы. Не надо к этой буровой установке подвозить горючее на вьючных лошадях по непроходимым горным тропам или даже с помощью вертолетов, как это нередко делается сейчас. Не надо тянуть высоковольтную электрическую линию через горные перевалы и глубокие ущелья.

А в авиации… Сколько дополнительных тонн груза можно было бы перевозить на аэропланах и вертолетах, если бы не нужны были громоздкие и тяжелые баки с горючим, а вместо них стояли бы небольшие легкие ящички со сверхъемкими аккумуляторами!

Да, будь созданы такие аккумуляторы, совершенно по другому пути пошло бы развитие всех транспортных средств. Вместо загрузки углем и водой тендера паровоза просто меняли бы на станциях аккумуляторные батареи. Не было бы паутины трамвайных и троллейбусных проводов над улицами городов – весь городской транспорт работал бы на аккумуляторах. Да, возможно, не было бы и высоковольтных линий электропередачи – дорогих, требующих постоянного контроля.

Вместо передачи по проводам электроэнергию привозили бы в заряженных аккумуляторах.

Как бы ни был удален в этом случае населенный пункт от электростанции и как бы он ни был мал, будь это хотя бы одинокий домик лесника в доброй сотне километров от ближайшего села, он не испытывал бы недостатка электроэнергии. Раз в год привозили бы сюда те же самые ящички с аккумуляторами.

Нет, бесспорно, создание такого аккумулятора произвело бы революцию в целом ряде отраслей современной техники!

Но будут ли когда-нибудь созданы такие аккумуляторы? Возможны ли они вообще? Нет ли закона природы, который утверждал бы невозможность создания такого аккумулятора?

Мы обратились с этими вопросами к академику Александру Наумовичу Фрумкину, известному своими работами в области электрохимических источников тока.

– Сразу же определим, – сказал академик, – круг вопросов, которые мы затронем. Если решим, что нас интересует область электрохимических источников тока, то придется ответить, что наряду со столь важной задачей этого участка фронта, какой является создание сверхъемких аккумуляторов, существуют и другие, в частности задача создания устройства для прямого превращения химической энергии топлива в электроэнергию, причем такого устройства, коэффициент полезного действия которого был бы достаточно высоким.

Многие знают, что четыре пятых всей вырабатываемой в нашей стране электроэнергии производят тепловые электростанции, сжигающие уголь, торф и другие виды топлива. А знаете ли вы, что, если электростанция превращает в электрический ток 30 процентов заключающейся в топливе энергии и теряет «только» 70 процентов, это уже считается отличным показателем! Две трети добытой из-под земли трудом людей химической энергии топлива, как правило, теряется без пользы. Что бы сказал мучимый жаждой человек, если бы, добравшись до воды и зачерпнув полный стакан, ему удалось поднести к губам едва треть его? А ведь именно в таком положении находится человечество: из наполненного до краев кубка энергии ему удается полезно использовать едва четверть!

Есть ли пути повышения коэффициента полезного действия тепловых электростанций? Теплотехники сразу ответят: для этого надо поднять начальные параметры пара – его температуру и давление. И сразу же предупредят, что это дело очень сложное, что практически по этому пути они дошли уже почти до предела, что трубопроводы свежего пара у них и так уже работают чуть ли не при малиновом калении, что для борьбы с крипом – ползучестью металлов при высоких температурах – приходится применять дорогие легированные стали и т. д., и т. п. Повышение электрического коэффициента полезного действия тепловых электростанций до 50 процентов – это почти не осуществимая мечта современных теплотехников.

Дело здесь не в усовершенствовании отдельных узлов и борьбе с отдельными потерями энергии. Дело в принципиальной невозможности повышения коэффициента полезного действия электростанций, в топках которых сжигается топливо, а в турбинах работает водяной пар!

Для того чтобы поднять коэффициент полезного превращения химической энергии топлива в электрическую, следует искать новые пути таких превращений, принципиально отличные от применяемых на современных электростанциях.

…Яростное пламя клокочет в топке гигантского – высотой с восьмиэтажный дом – парового котла электростанции. А что такое пламя? В чем физическая сущность процесса горения?

Топливо состоит в основном из углерода. При горении его атомы теряют электроны. Атомы кислорода, наоборот, приобретают их. Атомы углерода и кислорода соединяются в молекулы углекислого газа. Так как все эти процессы, изложенные здесь в упрощенном виде, происходят очень энергично, атомы и молекулы веществ, участвующих в горении, приобретают большие скорости, а это означает повышение их температуры. Они начинают испускать свет, а это и есть пламя.

Значит, при горении происходит непрерывный обмен электронами, их движение. А ведь электрический ток – это тоже движение электронов, только упорядоченное. Значит, если упорядочить движение электронов в горящем веществе, можно получить электрический ток. Только надо не позволить электрически заряженным ионам хаотически растратить свою электрическую энергию при взаимных встречах, не дать ей превратиться в тепло.

Кстати, это давно уже научились делать. Ведь электрохимические процессы, происходящие в любом аккумуляторе, в любой батарейке от карманного фонаря, принципиально ничем не отличаются от обычного горения. Там тоже происходит обмен электронами между двумя химическими элементами, происходит «горение». Только движение электронов в аккумуляторе строго упорядоченно, и их энергия не превращается в тепловую в хаосе пламени.

В батарейке карманного фонаря «сгорает» цинк. В свинцовом аккумуляторе– свинец. Есть множество различных электрохимических источников тока – батарей и аккумуляторов различных типов, в которых «сгорают» самые различные элементы. Можно построить, например, батарею, в которой «сгорает» железо, и процесс его окисления, который при ржавлении железа приводит к бесполезной потере металла, сделать источником энергии. Ну, а нельзя ли создать устройство – батарею, аккумулятор, в котором также без огня и пламени медленно «сгорало» бы, порождая электрический ток, наше обычное топливо электростанций – каменный уголь?

Первым энтузиастом этой идеи был известный русский инженер Павел Николаевич Яблочков. Однако техническое осуществление ее оказалось настолько сложным, что и сегодня практически действующих конструкций таких аппаратов еще не существует. Есть только лабораторные образцы устройств, в которых может осуществляться «беспламенное», или лучше сказать «электрическое», сгорание некоторых видов топлива.

Одно из таких устройств – их называют обобщенно топливными элементами – предложил немецкий ученый Бауэр. Здесь «сгорает» порошок кокса, помещаемый и цилиндрическую чашечку из пористой глины. Эту чашечку опускают в большой сосуд, наполненный железной окалиной. Работает такой топливный элемент при температуре около 1000°. К сожалению, этот элемент работает периодически: когда порция кокса выгорит, элемент надо охлаждать и заменять топливо новым. Конечно, этот чисто конструктивный недостаток может быть устранен, но дело это отнюдь не простое.

Дальнейшая работа в том же направлении привела, однако, к выводу, что топливный элемент можно создать пока лишь на основе газообразного, но не твердого топлива.

Имеется целый ряд конструкций топливных элементов, в которых сгорает не твердое топливо, а газ. Английский ученый Бэкон разработал конструкцию элемента, в котором «сгорает» водород. Устроен он следующим образом: в раствор едкого кали опущены два электрода, сделанных из пористого никеля. К одному электроду подводят водород, к другому – кислород. Газы проникают сквозь бесчисленные поры никеля и соприкасаются с электролитом. Этот элемент работает при давлении газов около 50 атмосфер и при температуре 200–240°.

По сообщениям зарубежной печати, батарея Бэкона развивает на каждый кубометр объема мощность до 80 киловатт. Это весьма значительная мощность, позволяющая ставить вопрос о возможности практического использования батарей таких элементов. Описаны в настоящее время и другие аналогичные элементы, работающие на водороде при более низких температурах и атмосферном давлении. Недостатком их является то, что они работают на чистом водороде, который слишком дорог. Очень существенно было бы использовать более дешевое газообразное топливо, в первую очередь генераторный газ. Это, вообще говоря, возможно, но пока все элементы, использующие генераторный газ, работают только при высоких температурах, например 800°. Такую установку для «сжигания» горючего газа построил советский ученый О. К. Давтян. Она представляет собой кожух, в который подаются с одной стороны обыкновенный воздух, с другой – генераторный газ. Потоки воздуха и генераторного газа разделены слоем твердого электролита. С каждого кубометра объема такого элемента можно получить до 5 киловатт мощности. Это в 5 раз больше, чем на современной тепловой электростанции. Коэффициент полезного действия этого элемента высок, но, к сожалению, через некоторое время электролит изменяет свой состав, и элементы делаются непригодными.

Задача огромной важности – создание электролита и электродов для топливного элемента, которые могли бы длительное время работать на природном горючем газе.

Представляете ли вы себе, какие преимущества принесло бы широкое внедрение в будущем топливных элементов? Но до его осуществления еще далеко. Чтобы оно стало реальностью, надо очень и очень много работать.

А теперь вернемся к нашему вопросу об аккумуляторах. Возможно ли значительно увеличить емкость электрического аккумулятора, не увеличивая его объема и веса? Да, возможно.

Оглянемся назад. На самой заре XIX столетия, в 1800 году, известный итальянский физик и физиолог Алессандро Вольта изобрел первый длительно действующий электрохимический источник тока – Вольтов столб. Он состоял из ряда цинковых и медных кружков, проложенных суконными кружками, смоченными соленой водой. Собственно, с этого времени и надо начинать историю развития современной электротехники.

А уже через год, в 1801 году, открыто явление поляризации, а именно, замечено, что два одинаковых электрода, погруженных в подкисленную воду и находящихся в соединении с полюсами Вольтова столба, способны сами давать ток после того, как их отключили от первоначального источника тока. Так возникла идея аккумулирования, запасания электрического тока. Первым практически использовал аккумулятор русский ученый Якоби.

Однако только в 1860 году французский физик Планте, исходя из представлений Якоби, предложил распространенный и сегодня, конечно, значительно с тех пор усовершенствованный свинцовый аккумулятор. И еще сорок лет должно было пролететь, прежде чем появился изобретенный Эдисоном второй тип аккумуляторов – щелочной аккумулятор с электродами из окиси никеля и железа. Щелочные аккумуляторы ныне распространены так же широко, как кислотные.

Эти два типа аккумуляторов нашли и находят широкое применение и на транспорте. Первое применение электрохимических источников тока – но не аккумуляторов, а гальванических элементов – на транспорте связано также с именем Якоби. Всем памятно интереснейшее событие из истории техники – создание Якоби судна, которое приводилось в движение на Неве электромоторами от гальванических батарей. Хотя и не оправдались полностью ожидания ученых того времени, что электрохимические источники тока станут основными для приведения в движение транспортных машин, уже сегодня есть виды транспорта, использующие в качестве энергоисточника аккумуляторные батареи. Всем, вероятно, известны электрокары, обслуживающие грузовые поезда. Все знают также, что и винты подводной лодки в погруженном состоянии приводят в движение электрические двигатели. Но с бензиновым баком на легковом автомобиле ни свинцовый, ни железо-никелевый аккумулятор конкурировать не может, хотя для железнодорожного транспорта в определенных условиях перевод на питание аккумуляторами может оказаться экономически целесообразным.

В последние годы появился новый вид аккумулятора, способный действительно соперничать с жидким топливом. Это серебряно-цинковые аккумуляторы. Их энергоемкость на единицу веса примерно в четыре раза выше, чем у аккумуляторов других типов. Недостаток их – высокая стоимость. Конечно, сравнивать энергоемкость такого аккумулятора и бензина надо правильно. В серебряно-цинковом аккумуляторе «сгорает» цинк, Эта реакция дает несколько меньше энергии на единицу веса, чем выделяется при сжигании углерода. Но ведь из энергии, освобожденной при сгорании углерода и водорода, заключенных в молекулах бензина, в двигателе автомобиля удается полезно использовать едва 20–25 процентов. А серебряно-цинковый аккумулятор позволит полезно применить 70–75 процентов заключенной в нем энергии. Если мы будем исходить из такого расчета, мы можем сказать, что уже и сегодня килограмм серебряно-цинкового аккумулятора, установленного на легковой автомашине, «полезнее» килограмма бензина, запасенного в баке. Этот килограмм аккумулятора обеспечит более длительный пробег автомашины, чем килограмм бензина. Основной недостаток – дороговизна. Но в некоторых случаях, например при установке на спутниках, – это не препятствие. И действительно, такие аккумуляторы честно работали на третьем советском искусственном спутнике.

В принципе и емкость серебряно-цинкового аккумулятора – не предел.

Но работать над этим придется еще очень много. Последние десятилетия позволили резко продвинуть вперед теорию электрохимических источников тока. Мы уже несравненно отчетливее представляем себе сейчас, что происходит на границе соприкосновения металла и электролита, как раз там, где рождается и устремляется по заранее предписанному руслу поток электронов – электрический ток, и это позволит нам продвигаться дальше в решении прикладных вопросов.

Идей, которые требуют развития, мыслей, которые ждут воплощения, нехоженых путей, которые могут привести к интереснейшим открытиям, в электрохимии бесконечно много.

…Перед нами широкий простор проспекта Ленина. По нему стремительно проносятся многочисленные легковые машины и солидные, тяжеловесные автобусы. За ними клубятся, мгновенно тая, голубые облачка выхлопных газов. Ровно движется полупрозрачная, состоящая из одних плексигласовых окон, коробка троллейбуса. Своими длинными штангами он неотступно касается проводов.

Все эти машины ждут, когда в сером здании энергетического института, из двери которого мы только что вышли, или еще в каком-нибудь месте люди изобретут способ дешево и просто запасать в небольшом объеме большие количества электрической энергии.

Речь идет об аккумуляторе в широком смысле слова. Об аккумуляторе более энергоемком, чем лучшие химические, более энергоемком, чем лучшее современное топливо.

Речь идет именно об этом. И может быть, не химический аккумулятор, а атомный позволит решить эту задачу. Ведь уже существуют атомные батареи, способные в течение многих лет вырабатывать электрический ток. рождаемый распадом крупинки радиоактивного вещества. Еще невелик этот ток – он едва может питать лампочку карманного фонаря. Еще недолго работает и батарейка – тонкий механизм входящих в ее устройство полупроводников разрушает радиоактивное излучение. Но это первая ласточка. Может быть, за ней будущее?

А может быть, будущее за каким-либо другим устройством, сам принцип которого еще ждет своего открывателя?

Во всяком случае, сверхъемкие аккумуляторы энергии – их ждет техника – будут созданы.

Пойманные лучи Солнца

Солнце… Сколько посвящено ему стихов, восторженных описаний, научных трудов. Оно дает жизнь всему живому на Земле, да и на других планетах солнечной системы, если на них есть жизнь.

Солнце… Находящееся на расстоянии сотен миллионов километров от Земли, протянутой рукой лучей оно оказывает буквально на все, происходящее на нашей планете, огромнейшее влияние.

Не будь Солнца, Земля была бы холодным мертвым шаром. Температура на ее поверхности лишь на несколько градусов – за счет просачивающегося тепла недр – превышала бы абсолютный нуль. В голубовато-зеленых скалах из замерзшего азота и кислорода атмосферы дробился бы холодный отблеск далеких звезд. Удары метеоров и извержения редких вулканов – вот и все движение, которое оживляло бы ее поверхность.

А сейчас, когда каждое утро всходит Солнце… Пусть стоят возле Оймякона трескучие морозы в 70 градусов, разве не живет – деревьями, травами, насекомыми, птицами, животными – этот стоящий здесь, покрытый серебром инея лес? Пусть страшная жара опаляет среднеазиатские пустыни – и здесь, торжествуя, расцветает жизнь. Эту в среднем почти на триста градусов выше абсолютного нуля температуру на нашей планете, такой удобной для жизни, обеспечивает Солнце.

…Дует ветер. Легкий ли зефир, в жаркий вечер прохладой овевающий лицо, крепкий ли бриз, плотно наполняющий паруса рыбачьих шаланд, неукротимый ли ураган, выбрасывающий на берег суда, срывающий крыши, выворачивающий с корнем столетние деревья, сметающий все на своем пути, – это тоже работа Солнца. По-разному нагрелись различные участки земной поверхности, сместилось равновесие масс в атмосфере, и потекли бесчисленные воздушные течения, завихряясь, сталкиваясь друг с другом, мешая и помогая друг другу.

Могучая энергия ветра, которой издавна пользовался человек, подставивший под его струю крылья ли ветряной мельницы, упругий ли холст паруса, – это тень, осколок от лавины энергии, которая обрушивается на земной шар в виде солнечных лучей.

…Морские волны. С грохотом, подобным орудийной канонаде, набрасываются они раз за разом на скалы приморских берегов, сдвигая камни, переворачивая холмы гальки и песка. Они страшны и могучи даже на наших небольших морях, стиснутых со всех сторон сушей, – Черном, Балтийском, Белом. Какую же могучую энергию несут они в себе там, в 40-х «ревущих» широтах Южного полушария, где нет на их пути никаких преград! А ведь волны порождает ветер, их энергия – только тень тени от энергии солнечных лучей.

…Гигантские океанские течения оплетают земной шар. Пока что человек изучил – да и то не очень подробно – океанские течения поверхностных слоев воды. Только в последние годы были обнаружены донные течения холодной воды из полярных морей в экваториальные. А первоисточником этого всемирного перемещения океанских масс, энергия которого не подсчитана даже приблизительно, тоже является Солнце.

…Люди давно уже, несколько тысячелетий назад, научились использовать и энергию текущих рек. Сегодня, когда человек становится воистину всемогущим, энергия рек является одним из источников его силы. В нашей стране энергия рек дает почти пятую часть используемой электроэнергии.

И ее первоисточником тоже является Солнце. Ведь это оно испарило из океанов, подняло в облака и бросило на возвышенные участки материков воду, которую на обратном пути к морям и океанам и перехватывают лопасти турбин и белые стены плотин гидростанций.

…Остальные четыре пятые доли электрической мощи нашей страны мы получаем от тепловых электростанций. Источником энергии в них является ископаемое топливо – уголь, нефть, природный газ. И как это ни неожиданно, энергия, добытая из черных недр Земли, тоже является одним из превращений солнечного луча, правда, не сегодня, а миллионы лет назад озарявшего дремучие папоротниковые леса, из которых образовался каменный уголь, согревавшего теплую воду лагун, в которых росли и гибли те миллиарды живых существ, тела которых стали нефтью. И торф, и дрова – это превратившиеся в топливо солнечные лучи…

Все известные нам на Земле энергетические источники, кроме атомной энергии, тепла земных недр да еще энергии приливов и отливов, имеют своим первоисточником тепло солнечных лучей. Но почему же должен человек пользоваться только брызгами могучего потока солнечной энергии, собирая их по каплям? Почему не подставить ему под этот водопад энергии свой кубок и не наполнить его сразу до краев?

– Отвечая на этот вопрос, обычно ссылаются на две причины, – сказал нам доктор технических наук профессор Валентин Алексеевич Баум, известный своими работами в гелиоэнергетике. – Во-первых, указывают, что энергия солнечных лучей слишком-де раздроблена, мало концентрирована, да к тому же еще ее интенсивность изменяется в зависимости от времени суток, года, широты, земной поверхности, погоды. Во-вторых, не существу-ет-де пока устройств, с помощью которых можно было бы достаточно экономно, с достаточно высоким КПД превращать энергию солнечных лучей в электрический ток.

Вряд ли целесообразно подробно останавливаться на первом возражении. Да, действительно, количество солнечных лучей изменяется в данной точке земной поверхности в зависимости от многих причин. Но на территории нашей страны есть гигантские области, где Солнце светит ежедневно в течение 8–9 месяцев в году, где работа гелиоэлектростанции может быть вполне устойчивой. Конечно, и там надо подключать на ночное время электростанции другого типа, но при работе в единую высоковольтную сеть это дело вполне осуществимо. Что же касается недостаточной концентрации солнечных лучей… На границу земной атмосферы они приносят мощность почти 1,4 киловатта на квадратный метр. Пусть поверхности Земли достигает всего половина этой мощности, и это не так уж мало. Действительно, мощность Волжской ГЭС имени В. И. Ленина смогла бы развить гелиоэлектростанция с КПД всего 10 процентов, использующая энергию солнечных лучей лишь с 12 квадратных километров среднеазиатской пустыни.

Значительно труднее опровергнуть второе возражение. Да, действительно, устройства, имеющие достаточно высокий коэффициент полезного превращения лучистой энергии в электрический ток, существуют только в лабораториях. В широкое производство они еще не пошли и не скоро пойдут. Но необходимо помнить и о другом.

Всего двадцать – двадцать пять лет тому назад были одинаково проблематичны, сомнительны перспективы развития и гелиоэнергетики и атомной энергетики. За эти годы были приложены в разных странах мира гигантские усилия к тому, чтобы овладеть секретами атомной энергии. И в результате в целом ряде стран уже осуществляется строительство крупнейших атомных электростанций. Можно представить, какой фантастический расцвет гелиоэнергетики наступил бы сейчас, если бы за эти годы на ее развитие была направлена хотя бы часть тех средств, которые были затрачены на атомную энергетику.

Я думаю, что основная причина отсутствия у нас гелиоэлектростанций состоит совершенно в другом. Не пришло еще просто их время. Еще не растрачена сокровищница земных недр – залежи угля, нефти, торфа, урана. Призрак энергетического голода грозит человечеству еще из очень туманного далека – двадцать второго или даже двадцать третьего века. Именно поэтому проблема гелиоэнергетики не стала насущной потребностью дня. Но в будущем гелиоэнергетика может стать важной отраслью нашего народного хозяйства солнечных районов.

Рассмотрим теперь некоторые из возможных сегодня путей использования энергии солнечных лучей.

Первый путь – превращение лучистой энергии в тепловую. Уже обыкновенный парник – устройство для такого превращения. Солнечный луч легко проникает сквозь прозрачное стекло и нагревает дно парника. Нагретое дно тоже излучает энергию, но не в виде световых, а в виде невидимых инфракрасных лучей. Для этих лучей стекло не прозрачно, оно не пропускает их наружу. Стекло предохраняет грунт и от ветра, который выдувал бы тепло. Солнечный луч попал в ловушку.

Усовершенствуя такую ловушку, поставив несколько рядов стекол, можно поднять температуру воздуха в ней и на полсотню-сотню градусов. На таком принципе – его называют оранжерейным эффектом – работают у нас в южных районах страны несколько бань, сушилки для фруктов, опреснители соленой воды. Но, конечно, для целей большой энергетики эти солнечные ящики непригодны. Будущее не за ними.

Второй путь – концентрация солнечных лучей с помощью больших зеркал в одном месте, где располагается обычный паровой котел. Такие установки существуют довольно давно. В некоторых странах с солнечным климатом начинают широко распространяться работающие на этом принципе солнечные кипятильники, солнечные кухни. История техники знает и целый ряд энергетических установок небольшой мощности, работавших на этом же принципе. И, надо сказать, в целом ряде случаев они работали неплохо. Спроектированная в гелиолаборатории Энергетического института им. Г. М. Кржижановского АН СССР солнечная теплосиловая электростанция мощностью 1200 киловатт использует этот принцип. Правда, в ее конструкции воплощен целый ряд оригинальных решений, значительно ее улучшающих, но не меняющих основного. И в ней 1300 «зайчиков», отраженных зеркалами размером три на пять метров, будут направляться автоматически на черную поверхность парового котла и кипятить в нем воду. Образующийся пар с температурой около 400–500° и давлением в 30–35 атмосфер будет работать в турбине, приводящей в действие электрогенератор мощностью 1200 киловатт. Отработанный в турбине пар давлением 2 атмосферы в количестве 13 тонн в час будет использоваться для технологических целей.

Мы надеемся, что эта электростанция будет построена. На ее опыте мы проверим целый ряд теоретических предположений, целый ряд различных схем. Ее расчетный КПД должен составлять 15–17 процентов. Это не так уж мало и, во всяком случае, вполне рентабельно.

Нет ли, однако, других возможных схем солнечных электростанций будущего с особым, своим собственным преобразователем, а не заимствованным из старых котельных ТЭЦ?

Поиски такого преобразователя ведутся давно. В первую очередь логично обратиться к природе: не осуществляется ли где-нибудь в ее волшебных лабораториях необходимое преобразование? И оказывается, такое преобразование осуществляется в огромных масштабах.

Осуществляет его зеленое зернышко хлорофилла в глубине клетки листа растения. Оно аккумулирует энергию солнечного луча, заковывает ее в длинные и прочные цепи органических молекул. Сжигая дрова в печи, мы разрушаем эти молекулы и освобождаем энергию солнечных лучей.

Ученые подсчитали КПД этого совершающегося повсеместно в природе превращения. Он оказался очень небольшим для культурных растений – 1–2 процента. Если мы прибавим еще все те потери, которые неизбежны при дальнейших превращениях энергии в тепловых электростанциях, в которых мы сегодня используем энергию топлива, мы получим еще более мизерный результат. Биологи, растениеводы, работая над важнейшей задачей повышения КПД фотосинтеза, нашли, что очень интенсивно этот процесс идет у некоторых видов водорослей. Опыты с ними проводились в Японии, США и других странах. В условиях максимально благоприятных температур, при повышенном содержании углекислого газа удавалось вырастить очень солидный урожай – до 50 и выше тонн водорослей на гектар бассейна. Подсчеты показывают, что если будет достигнут теоретически возможный КПД фотосинтеза, равный примерно 12,5 процента, и удастся снимать 250 тонн с гектара, то в этом случае электроэнергия, вырабатываемая электростанцией, сжигающей водоросли – в сухом ли виде, получив ли из них метан в специальных бродильных чанах, – уже не будет слишком дорогой. Но пока использование явления фотосинтеза может считаться перспективным только для получения пищевых продуктов, но не топлива электростанций.

Этот подсказанный нам природой способ преобразования энергии солнечных лучей в электрическую энергию пока, однако, с высоким КПД не воспроизведен в неживых искусственных химических системах.

Иногда говорят: «Как все совершенно в природе и как несовершенно в технике…» Так ли это?

Перед нами – обыкновенный бык. Это еще пока основной «двигатель» во многих слаборазвитых странах. Посмотрим на эту «машину» глазами инженера.

Велик ли его КПД? У растения—1 %, а у быка?.. Бык пожирает зелень и на пахоте отдает землепашцу всего 2–3 % от той энергии, что была в съеденной зелени. 2–3 % от 1 %! Это 0,05 %. Иными словами, бык пожирает почти все растения, которые помогает вырастить. Нет, нам не нужны двигатели с КПД, равным нулю…

Физики сумели найти лучшие пути. И даже не один, а несколько.

Первый был открыт еще в 1821 году немецким ученым Т. Зеебеком. Этот ученый установил, что если спаять концы двух проволок из разных металлов, а затем этот спай нагреть, то по проволочкам пойдет электрический ток. Мы обычно называем теперь такой ток термоэлектричеством, а устройство из двух проволочек – термоэлементом.

Во времена Зеебека коэффициент полезного действия термоэлементов измерялся десятыми и сотыми долями процента. Однако в последние годы его удалось поднять до 7 процентов. Вспомним, что это предельный практически достигнутый КПД паровоза. На перспективность такого метода преобразования солнечной энергии в электроэнергию еще в 1924 году указывал академик А. Ф. Иоффе. И действительно, термоэлектрогенераторы уже вышли из стен лаборатории Института полупроводников АН СССР, нашли применение в быту. В скольких селениях нашей Родины, в которые из-за их отдаленности еще не дотянулись линии электропередачи, ныне работают термоэлектрогенераторы, надеваемые в виде абажура на керосиновую лампу или поставленные на керосинку. Вырабатываемый ими электрический ток питает радиоприемники.