«Мир уже не пахнет нефтью»

Конец эры ископаемого топлива предрекают давно — и человечество активно готовится к переходу на новые источники энергии. Как протекает подготовка и откуда мы будем черпать электроэнергию в будущем, рассказывает Виктор Удинцев — PhD, начальник отдела инженерной поддержки проектирования портов для диагностик Международного экспериментального термоядерного реактора (ИТЭР).

HBR — Россия: Сколько энергии сегодня производится и потребляется в мире?

Удинцев: Если вы посмотрите на общую динамику потребления и выработки электроэнергии в мире, то увидите, что показатели растут из года в год. В 1990 году все электростанции мира вырабатывали в общей сложности около 12 терраватт-­часов энергии, в 2000-м — примерно 15,5 ТВт·ч, в 2010-м — 21,5 ТВт·ч, в 2013-м — 23,5 ТВт·ч, в 2016-м — 24,5 ТВт·ч. Лидером по объему производства электроэнергии уже давно стал Китай, вслед за ним идут США, Индия и Россия.

Запросы человечества постоянно растут, и энергии нужно все больше. Это вызвано, во-первых, увеличением количества населения, во-вторых, развитием промышленности. Даже в быту мы потребляем все больше энергии. Если, скажем, в 50-е годы прошлого века в квартирах были только лампочки, радиоприемники и кое-где телевизоры, то сегодня почти в каж­дой семье есть микроволновая печь, стиральная машина, холодильник, несколько телевизоров, компьютеров и т. д. Даже чтобы все это произвести, нужно больше энергии.

Понятно, что основные источники энергии сейчас — ископаемые: уголь, газ, нефть. А какая доля приходится на альтернативные источники?

Больше всего приходится на гидро­энергетику — 17% от общего производства, дальше идут ядерная энергетика — примерно 10% и так называемые возобновляемые источники — около 7%. Возобновляемые источники — это солнце, ветер: то, что не ведет к исчерпанию полезных ископаемых.

Остальное приходится на ископаемые топлива, в основном мы зависим от них. Но их запасы ограничены: разработали месторождение — и надо искать новое. Уже давно ясно, что ископаемых источников энергии навечно не хватит. Чтобы отвечать растущим запросам человечества, надо увеличивать долю других источников.

Причина только в том, что нефть и газ в какой-то момент закончатся?

Неизбежное истощение ископаемых источников энергии — это полбеды. Есть еще экологический фактор. Сжигая уголь, газ, нефть, мы выбрасываем в атмосферу углекислый газ, и возникает всем известный парниковый эффект. Существуют разные мнения относительно значимости антропогенного влияния на изменения климата, но факт остается фактом: климат меняется, и наша задача — этому противодействовать.

Насколько, по прогнозам, нам хватит природных ресурсов?

Прогнозы разнятся. В целом, все зависит от того, насколько эффективно мы научимся извлекать полезные ископаемые. Ископаемые источники сегодня разрабатываются потому, что себестоимость добычи относительно невысока. По мере исчерпания «легких» месторождений (разработка которых рентабельна) будут переходить на другие источники ископаемых топлив — например, на сланцевый газ. Тогда себестоимость добычи, скорее всего, возрастет, а значит, увеличится и стоимость электроэнергии, вырабатываемой на таком топливе. Точный прогноз сделать трудно, поскольку параллельно с ископаемыми источниками используются и неископаемые. Но в общем речь идет о десятках лет — может быть, о 50—70 или, если будут найдены дополнительные месторождения, о 90—100.

Можем ли мы уменьшить коли­чество потребляемой энергии?

Не думаю, что это реально. Никто не откажется от возможности использовать холодильники или микроволновки. Что действительно можно сделать, так это снизить уровень энергопотребления приборов. Сейчас этим уже занимаются: на бытовых приборах ставят класс энергопотребления. Автомобили могут быть более «чистыми» — вырабатывать меньше СО2. На таком уровне оптимизация возможна. Но единственный реальный выход — искать другие источники энергии.

Могут ли возобновляемые источники заменить ископаемые?

Все зависит от масштаба. Ветряные станции или солнечные батареи могут эффективно обслуживать небольшой городок, деревню или ферму. В большом масштабе, например в индустриальных городах, вряд ли удастся обойтись только возобновляемыми источниками.

Какие источники энергии могли бы стать реальной заменой ископаемым?

Ядерные (атомные) и термоядерные. Понятно, что основная проблема атомных станций — обеспечение безопасности: все помнят о Чернобыле и Фукусиме. Но если соблюдать все нормы безопасности, это достаточно надежный источник энергии. Во Франции, например, сегодня больше 70% электроэнергии вырабатывается на атомных электростанциях. Однако самый перспективный источник, на мой взгляд, — станции, использующие энергию управляемого термоядерного синтеза.

Сколько бы ни говорили о безопасности атомных станций, они представляют собой реальную угрозу. Чем термоядерные станции будут отличаться от ядерных в этом плане?

С точки зрения экологии они используют достаточно чистый источник энергии — никакого сравнения с атомными станциями. Они не требуют сжигания ископаемого топлива — значит, выбросов СО2 в атмосферу не будет. Хранилища для топлива, на котором будут работать такие электростанции (дейтерия, трития, гелия-3), останутся «чистыми», в отличие от хранилищ для урана или плутония, которые сами становятся радиоактивными.

Поскольку термоядерный синтез основан на слиянии легких ядер, после него не будет радиоактивных остатков. И самое главное: в отличие от атомных электростанций, на термоядерных невозможна самопроизвольная цепочка распада ядерного вещества. Как только останавливают плазму, ядерная реакция прекращается. Это гораздо более безопасный источник энергии.

С другой стороны, конечно, это тоже ядерная установка, поэтому надо принимать меры радиационной защиты. Определенное количество радиоактивных отходов к концу жизни термоядерного реактора все равно будет оставаться. Но такие материалы легко утилизировать, поскольку это не продукты распада урана, в них не вырабатывается плутоний — это просто облученные компоненты. При грамотном подходе единственное, что может случиться на термоядерной станции, — она остановится. Никаких последствий вроде Чернобыля или Фукусимы не будет.

Контролируемый термоядерный синтез — пока дело будущего. Насколько в таком случае реально создание термоядерной электростанции?

Эксперименты в этой области начались еще в середине ХХ века. Сейчас физика термоядерного синтеза относительно понятна — это те же процессы, что происходят на Солнце, на звездах. Уже существует целая цепочка экспериментальных машин: токамаки, стеллараторы, магнитные ловушки — на них изучают физические процессы, протекающие в плазме. Сегодня в Великобритании работает крупнейший токамак JET — установка, в которой создаются условия, необходимые для демонстрации управляемого термоядерного синтеза.

Теперь остается решить некоторые технологические вопросы. Для этого во Франции строится первый в мире экспериментальный термоядерный реактор ИТЭР. В 2025 году там планируют получить первую плазму (ионизированный газ, нагретый до высоких температур), в 2035 году — выйти на настоящий ядерный цикл, то есть получить дейтерий-тритиевую плазму и «настоящую» самоподдерживающуюся термоядерную реакцию. Если все пойдет по плану, в 2040-х уже можно будет построить термоядерную электростанцию, которая начнет давать электричество. А выход на глобальный рынок можно планировать на 2070—2080-е годы.

В двух словах: что такое токамак и чем ИТЭР отличается от существующих токамаков?

ИТЭР — это реактор, который действует по принципу токамака. Токамак — установка для удержания плазмы. Плазма нагревается внутри вакуумной камеры с помощью внешних источников: микроволнового излучения, инжекций нейтральных атомов. Ее очень трудно удержать: звездные температуры все моментально расплавят. Поэтому плазму, скрученную в «бублик», удерживает магнитное поле. Любопытно, кстати, что слово «токамак» пришло из русского языка — его придумал ученик академика Курчатова Игорь Николаевич Головин.

Исследования в области термоядерного синтеза начались в середине прошлого века. Почему они идут так долго?

В прошлом веке, как я уже сказал, не было такой зависимости от энергопотребления. Было достаточно много газа и нефти. Термоядерный синтез рассматривался как перспективный источник — и работа над ним имела в основном научный, а не прикладной характер.

Когда мы говорим о термоядерной станции как о серьезном индустриальном проекте, возникает масса вопросов, связанных с безопасностью, с долговечностью материалов, с интерфейсами, то есть с системами, которые должны работать вместе — а это непросто, когда звездные температуры соседствуют с криогенными, то есть очень высокие (сотни миллионов градусов) с очень низкими (близкими к абсолютному нулю). Такое количество технологических нюансов одной стране решить не по силам — нужно было взяться за них всем миром. Для этого и создали ИТЭР.

Вы сказали, что в Великобритании уже действует самый большой ­токамак. Для чего в таком случае нужен ИТЭР?