Билл Гейтс - Как нам избежать климатической катастрофы

Атомные электростанции убивают намного меньше людей, чем автомобили. Если на то пошло, даже меньше, чем любое ископаемое топливо. Тем не менее их нужно совершенствовать, точно так же как автомобили, анализируя проблемы одну за другой и изобретая «противоядие».

Атомная энергия опасна? Нет, если считать количество смертей на единицу электроэнергии, как показано на графике. Эти цифры отражают весь процесс производства энергии — от добычи топлива до получения электричества, а также экологические проблемы, такие как загрязнение воздуха. (Our World in Data) [58]

Ученые и инженеры предложили массу инновационных решений. Я с большим оптимизмом отношусь к методу, разработанному компанией TerraPower, которую я основал в 2008 году, собрав лучшие умы в ядерной физике и компьютерном моделировании, чтобы разработать ядерный реактор нового поколения.

Поскольку никто не разрешил нам строить экспериментальные реакторы, мы организовали лабораторию суперкомпьютеров в Белвью (штат Вашингтон), где наша команда проводит цифровые симуляции различных конструкций реактора. Думаю, мы создали модель, которая решает все ключевые проблемы с помощью конструкции под названием «реактор на бегущей волне».

Реактор TerraPower может работать на самых разных типах топлива, включая отходы от других ядерных установок. Он будет производить намного меньше отходов, чем сегодняшние электростанции, будет полностью автоматизирован — исключая тем самым пресловутый человеческий фактор, — и его можно построить под землей, защитив, таким образом, от нападений. Наконец, конструкция гарантирует безопасность благодаря инновациям, которые позволяют контролировать ядерную реакцию: к примеру, радиоактивное топливо содержится в емкостях, которые расширяются при нагревании, что замедляет ядерную реакцию и предотвращает перегрев. Законы физики в буквальном смысле исключают вероятность аварий.

Нам еще очень далеко до строительства этой новой электростанции. На данный момент ее конструкция существует только в наших суперкомпьютерах, и мы ведем переговоры с правительством США по поводу строительства первого прототипа.

Ядерный синтез. Есть совершенно другой, можно сказать, многообещающий подход. Он предполагает получение энергии не путем расщепления атомов, как при ядерном делении, а за счет слияния атомных ядер, или синтеза. Однако до того момента, как на его основе начнется выработка электричества, пройдет минимум 10 лет.

Примерно такой же процесс происходит на Солнце. Берем газ (в большинстве исследований используются определенные типы водорода) и нагреваем его до экстремальной температуры, намного выше 50 000 000°C, пока он находится в электрически заряженном состоянии, которое называется плазмой. При такой температуре частицы движутся так быстро, что сталкиваются друг с другом и сливаются, точно так же как атомы водорода на Солнце. При слиянии они превращаются в гелий. Этот процесс сопровождается выбросом огромного количества энергии, которую можно использовать для получения электричества. (Ученые знают множество способов удержания плазмы, в том числе с применением мощных магнитов и лазеров.)

Хотя ядерный синтез еще находится на экспериментальной стадии, он внушает большие надежды. Поскольку в ходе его используются такие широко распространенные элементы, как водород, дешевого топлива будет достаточно. Основной тип водорода, который обычно применяют в ядерном синтезе, можно получить из морской воды — для удовлетворения мировых потребностей в энергии ее достаточно на много тысяч лет. Отходы ядерного синтеза сохраняют радиоактивность сотни лет, в отличие от отходов ядерного деления типа плутония и других — они радиоактивны на протяжении сотен тысяч лет. Кроме того, отходы ядерного синтеза намного менее опасны; фактически они не опаснее, чем радиоактивные медицинские отходы. При ядерном синтезе не происходит никакой цепной реакции, которая могла бы выйти из-под контроля, поскольку синтез прекращается, как только мы перестаем подавать топливо или отключаем устройство, содержащее плазму.

Однако реализовать синтез на практике очень сложно. Ученые-ядерщики шутят: «До синтеза еще 40 лет, и так оно будет всегда». (Напомню, что в каждой шутке есть доля правды.) Одно из основных препятствий заключается в том, что запуск реакции ядерного синтеза требует так много энергии, что зачастую в процесс приходится вкладывать больше, чем мы получаем в результате. И как вы понимаете, при такой высокой температуре перед инженерами стоит сложная задача — построить подходящий реактор. Ни один из существующих термоядерных реакторов не предназначен для коммерческого производства электроэнергии, которой могли бы пользоваться потребители. Они подходят только для научных целей.

Крупнейший проект, который сейчас реализуется в рамках сотрудничества шести стран и Европейского союза, — строительство экспериментального термоядерного реактора под названием ITER на юге Франции. Оно началось в 2010 году и продолжается до сих пор. К середине 2025 года на ITER должны получить первую плазму, а избыток энергии (в 10 раз больше, чем требуется для работы установки) — в конце 2030-х. Это будет уникальное достижение в развитии ядерного синтеза, серьезный шаг вперед, который приведет нас к созданию коммерческих ядерных станций.

Нас ждут и другие инновации, которые сделают ядерный синтез целесообразным. К примеру, некоторые компании используют высокотемпературные сверхпроводники, создающие намного более мощные магнитные поля для хранения плазмы. Если этот подход сработает, он позволит делать термоядерные реакторы намного меньше по размеру, а значит — дешевле, и сократит время строительства.

Однако ключ к успеху кроется не в том, чтобы какая-либо компания предложила одну-единственную прорывную идею в области ядерного синтеза или ядерного деления. Гораздо важнее, чтобы весь мир снова серьезно взялся за развитие атомной энергетики. Она слишком многообещающая, чтобы игнорировать ее.

Морская ветроэнергетика.Установка ветряных турбин в океане или в других водоемах обладает многочисленными преимуществами. Поскольку многие крупные города расположены недалеко от побережья, можно генерировать электроэнергию намного ближе к местам ее потребления и избежать проблем с проведением линий электропередачи. У побережья ветер, как правило, дует стабильнее, так что перебои тоже не так актуальны.

К сожалению, морская ветроэнергетика дает лишь крошечную долю общей мировой электроэнергии — примерно 0,4% в 2019 году. Львиная доля этой энергии приходится на Европу, особенно Северное море. Соединенные Штаты установили генераторы, которые вырабатывают всего 30 мегаватт, причем все — в рамках одного проекта на Род-Айленде. Напомню, что Америка использует около 1000 гигаватт электроэнергии, так что морская ветроэнергетика дает примерно 1/ 32 000электричества в стране.