Энергия и жизнь
Шрифт:
Заслуживают особого внимания направления работ, связанные с получением энергии из органики, накопленной не в прошлых биосферах, а образуемой в нашей биосфере под влиянием непосредственного потока энергии от Солнца. Пример такой возобновляемой органики давно известен — это древесина. Не зря ее доля в общем энергопотреблении резко упала уже к середине нашего века. Низкая калорийность — главная тому причина. А нельзя ли выращивать или получать продукт, близкий по теплотворной способности к самой нефти? Оказалось, что идея далеко не фантастическая, а вполне осуществимая. Есть целый ряд тропических деревьев, обычных кустарников и сорных трав, которые могут выделять в больших количествах соки — легкие углеводороды, близкие по энергетическим свойствам к типичным бензинам. Самые перспективные среди них — растения семейства молочаевых, чертополохи
Большие надежды возлагаются также на получение водорода с помощью биологических процессов. Водород привлекает внимание энергетиков из-за своей огромной энергоемкости. Не зря его называют топливом помер один для будущего, так как экологическая его чистота очевидна. Если его получать из воды электролизом, то при его сгорании, т. е. соединении с кислородом, снова образуется вода. Получается цикл. Если его осуществлять с помощью химического расщепления воды, то это энергетически невыгодно. Мы знаем, что растения умеют это делать быстро и хорошо, надо только научиться забирать у них хотя бы часть водорода до того, как он вступит в реакцию синтеза. Наибольшие надежды в этом направлении связываются с хорошо знакомыми нам синезелеными водорослями. Разрабатываются также синтетические аналоги живых фотосинтезирующих систем. Трудно сказать, на каком пути ждет наибольший выигрыш, но уже по современным оценкам с квадратного метра поверхности, освещаемой Солнцем, можно получить за день около 20 г фотоводорода, т. е. около 20 т с квадратного километра. И снова, по ориентировочным расчетам, участок пустыни 140x140 км сможет удовлетворить все энергетические нужды страны. До реального осуществления таких проектов очень далеко, сделаны лишь первые шаги. В самое последнее время удалось увеличить выделение фотоводорода у цианобактерий более чем в 20 раз, используя новые штаммы. Развитие методов генной инженерии позволяет надеяться на быстрое продвижение на этом пути.
Заканчивая анализ развития энергетики человечества, подчеркнем несколько наиболее существенных моментов. Прежде всего это ускорение роста энергообеспеченности человека, непосредственно связанное с развитием общественно-экономических отношений. Если политика — это концентрированная экономика, то экономика — это концентрированная энергетика. Производительность труда как главный показатель уровня экономики базируется на энергообеспеченности. Однако экспоненциальный рост энергетики не может продолжаться, как мы видели, даже в течение ближайших столетий.
Второй показатель, который, в отличие от первого, уже связан с качественными изменениями,—это переход на все более энергетически емкое топливо. Если принять теплотворную способность нефти за единицу, то для угля она составит менее 0,5, а дрова имеют коэффициент только 0,2, по зато водород в 3 раза более калориен, а атомное и термоядерное горючее более энергоемки уже в миллионы раз.
Рис. 16. Тенденции развития энергетики человечества.
1 — энергия, вовлеченная в орбиту деятельности человека; 2 — потери энергии во времени. Внизу заштрихована и отдельно построена область, соответствующая энергии, непосредственно используемой человеком.
Заботы о повышении к.п.д. энергетических машин также можно считать одним из важнейших аспектов развития энергетики человечества на всем ее протяжении. История человечества показывает, что переходы с одного типа источников энергии на другой никогда не происходят плавно, процесс этот полон драматизма и противоречий: периоды быстрого прогресса и количественного роста (гигантизма) сменяются периодами замедления, в которые очень важное значение приобретает экономичность использования источников. Общие тенденции роста энергетики человечества качественно можно представить в виде возрастающей негладкой кривой (рис. 16)
Возможно, что в настоящее время, с крупномасштабных позиций, мы находимся перед очередным скачком — овладением термоядерной энергией. Но и здесь проявятся все те же принципы: наряду с количественным ростом будет наблюдаться и качественный. К снижению теплопотерь нас настоятельно призывает еще более насущная, чем рост энергетики, проблема нашего сосуществования с биосферой, нашего гармоничного вписывания в глобальный круговорот. Этому и посвящена следующая глава.
Глава 10. Человек в циклах биосферы
Культура, если она развивается стихийно, а не направляется сознательно... оставляет поело себя пустыню...
Есть такое твердое правило: утром встал, умылся, привел себя в порядок — и сразу же приведи в порядок свою планету.
10.1. Воздействие на биосферу в прошлом
Первое серьезное воздействие человека на окружающую среду непосредственно связано с его «энергетическими достижениями»: с овладением огнем и выработкой простых, но эффективных орудий охоты и лова. Уже более 250 тыс. лет назад первой серьезной жертвой человека стали крупные млекопитающие. Наиболее вероятно, что именно человек истребил мамонтов, гигантских оленей и других крупных травоядных животных во времена верхнего палеолита.
Особенно резко возросло воздействие человека на природу с последующим развитием технологий во времена неолита, с переходом вначале к скотоводству, а затем к земледелию. Выжигание растительного покрова производилось и для увеличения пастбищ, и для повышения плодородия земель. Широко развилось так называемое подсечно-огневое земледелие, сохранившееся в некоторых тропических странах до сих пор! По этому методу вырубали участки леса, сжигали деревья, а почва обогащалась биогенными элементами и давала высокие урожаи даже при плохой обработке. Но все это длилось год-другой, а затем требовалась новая территория. Правда, заброшенная площадь потом зарастала лесом, по это либо происходило за десятки-сотни лет, либо не происходило никогда вследствие иссушения территории. Особенно уязвимыми оказались тропические леса из-за их хорошо сбалансированного круговорота, а следовательно, и из-за слабых почвенных покровов.
К последнему времени накапливается все больше сведений о том, что судьба первых цивилизаций в истории человеческого общества во многом определялась их неразумной экологической политикой. Раньше в каждом учебнике говорилось о благоприятном географическом положении каждой из древних цивилизаций, связанных с обширными лесами, плодородными землями, полноводными реками. И это способствовало развитию и процветанию данной цивилизации. Теперь все чаще говорится, что и конец некоторых цивилизаций был связан с окружающей средой, вернее, с ее резким ухудшением в результате развития самой цивилизации: культура в буквальном смысле оставляла после себя пустыню.
Нельзя сказать, что древние люди не пытались бороться с изменением среды; мы восхищаемся великолепными ирригационными сооружениями Азии и Америки. Но что-то не удавалось, возможно, слишком поздно принимались меры, и потому, например, «козы съели Грецию», а там, где Ганнибал разводил слонов, остались только раскаленные зыбучие пески.
Резкий скачок в развитии техники и особенно энергетики в средние века нашего тысячелетия, переход к использованию машин привели к еще более резкому воздействию на природу. Ощутимые результаты этого давления человека на биологическое окружение появились в Европе, самой густонаселенной и технически передовой. (В гл. 9 мы говорили об Англии, имевшей самые развитые технологии и уже в XVII в. лишившейся почти всех лесов.)