Гольцов* В. А., Везироглу** Т. Н, Гольцова Л. Ф.
* - Донецкий национальный технический университет, ул. Артема 58, г. Донецк, Украина ** - Институт чистой энергетики, Университет Майами, Корэл Гэйблс,
Флорида 33124-0622, США
УДК 662.769.2: 330.133.8
В свете учения академика Вернадского развита крупномасштабная концепция перехода человечества в эру водородной 7 цивилизации. Кратко изложена история развития водородной экономики от идеи до коммерциализации (на примерах коммерциализации водородного автомобиля). Сформулированы некоторые задачи, стоящие перед странами СНГ, в связи с активным вхождением водородной экономики в жизнь мирового сообщества. Проанализированы исторически необходимые этапы длительного перехода от водородной экономики к водородной цивилизации. Указано, что переход к водородной цивилизации "стронет с места" и историческое, и геологическое существование Земли и человечества.
1. ВВЕДЕНИЕ
Крупномасштабная концепция о будущем неизбежном вступлении человечества в эру экологически чистой водородной цивилизации впервые сформулирована и обоснована в работах [1-3] в свете учения В. И. Вернадского [4-7]. Грандиозность этой трансформации человеческой цивилизации (включающей человеческие, технические и геологические аспекты жизни нашей планеты) столь масштабна, что заставляет вновь и вновь вдумываться в учение нашего великого соотечественника [4-7].
Бисфера, согласно учению Вернадского, - это организованная, определенная оболочка земной коры, сопряженная с жизнью. Как известно, функционирование биосферы осуществляется следующим образом. Земля, как космический объект, обменивается с космосом веществом и энергией. Вещество поступает на Землю в виде метеоритов, космической пыли, микрочастиц, элементарных частиц солнечного и космического ветра и т. д.
Энергию Земля получает, прежде всего, в виде солнечного излучения. При детальном рассмотрении необходимо также учитывать энергию, получаемую от других космических объектов в виде электромагнитного излучения, энергии микрочастиц и других материальных тел. Конечно, солнечная энергия является решающим условием существования и функционирования биосферы. Поэтому далее в настоящей работе авторы будут апеллировать именно к этому источнику энергии. Вся получаемая Землей солнечная энергия может быть поделена крупным планом на две части. Первая - это тепловое излучение Земли. В основном это длинноволновое электромагнитное излучение. Оно частично проходит через атмосферные обо-
лочки Земли и уходит в Космос. Определенная часть этого излучения Земли задерживается атмосферными оболочками, образно говоря, как атмосферной "шубой". В результате в обмене энергией Земля-Космос имеет место некоторое стационарное состояние, и наша планета является весьма теплой (по сравнению с температурным режимом космического пространства) и оказывается пригодной для сложившихся на ней форм жизни. Вторая часть солнечной энергии, получаемой Землей, преобразуется биосферой (первоначально, главным образом, благодаря работе растительного мира) в поддающиеся хранению формы химической энергии живого вещества.
На уровне науки своего времени и опережая его В. И. Вернадский детально разработал все биогеохимические аспекты функционирования биосферы, особо выделив и детально проанализировав циклы обращения химических элементов, компонентов живого вещества. Вернадский показал, что эти циклы, говоря современным научным языком, являются стационарными, самоподдерживающимися. Они не являются замкнутыми.
В рамках настоящей работы особый интерес представляет цикл углерода, в котором исключительную важность имеет углекислый газ (С02). Он выделяется в атмосферу Земли при жизнедеятельности животного мира, захватывается и перерабатывается растительным миром (с выделением в атмосферу кислорода), участвует в образовании минералов на суше и в водной среде и т. д.
Вернадский как основоположник учения о ноосфере уже в свое время осознавал и геологическую грандиозность деятельности человечества, и непредсказуемость ее последствий. Он подчеркивал [4]: "Мы видим все более яркое влияние сознания и коллективного разума человека на геохимические процес-
* Автор-корреспондент. Е-шаП: goltsov@physics.dgtu.donetsk.ua;
http://www.dgtu.donetsk.ua/hydrogen/; http://64.177.6.116/hydrogen/
в
сы"; "Очень интересен и характерен факт в истории углерода, что количество угольной кислоты увеличивается с ходом цивилизации"; "Цивилизованный человек нарушает этим путем установившееся земное равновесие". Вернадский весьма эмоционально подчеркивал: "Человек действует здесь не как Homo sapiens, а как Homo sapiens faber". Он восклицал: "Где остановится этот новый геологический процесс? И остановится ли он?"
Чуть более полувека, прошедшие после ухода из жизни великого мыслителя, выявили, однако, что деятельность человечества в этом направлении приблизилась к масштабам неразумным. Грустно иронизируя, можно сказать, что человек действует в наше время как Homo desipiens faber.
2. ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ И ГЛОБАЛЬНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ
Сжигание углеводородных топлив ведет в масштабах Земли к сильному увеличению содержания углекислоты в атмосфере. По данным Немецкого физического общества содержание СО2 увеличилось за 100 лет, начиная с 1850 по 1950 г., на ~15% и затем повышалось ежегодно до 1988 г. на ~0,3-0,5%. В 1988 г. содержание СО2 достигло 350 ppmv, а в начале этого века оно уже должно превысить 390 ppmv.
Увеличение содержания С02 ( а также N0,,, СН4 и некоторых других газов) в атмосфере ведет к парниковому эффекту. Это связано с тем, что именно содержание углекислоты в атмосфере в основном определяет долю теплового излучения Земли, уходящего в космос. С увеличением содержания СО, в атмосфере эта доля уменьшается и происходит сдвиг динамического равновесия в сторону общего потепления на Земле.
За последние десятилетия парниковый эффект и его возможные последствия изучаются во всем мире многими специализированными научными учреждениями и анализируются крупными специалистами (ссылки см. в [3,8]). Прогнозы не утешительны. Уже общее среднее потепление на 1-2 К, ожидаемое в ближайшие десятилетия, вызовет совершенно катастрофические планетарные последствия: таяние ледников Арктики и Антарктики, резкое изменение климата на Земле в целом с особо опасными последствиями для отдельных регионов - затопления, нарушения условий для сельскохозяйственной деятельности и т. д. Все это широко освещается в специальной и массовой печати, проникает в сознание не только ученых, но и широких кругов общественности. Проблема вышла на уровень международных организаций (ООН и ее структуры). Стали проводиться международные конференции и переговоры. Для "зеленых" и их партий парниковый эффект и возможная экологическая катастрофа стали важными атрибутами их движений. Определились и страны -ведущие "вкладчики" в надвигающуюся катастрофу. По процентному вкладу в общемировой объем вредных выбросов они разделились следующим образом: США - 24%, Китай - 14%, Россия - 6%, Англия - 2% .
В 1997 г. в Киото (Япония) лидеры ведущих стран подписали соглашение, где обязались принять меры к сокращению вредных выбросов в атмосферу путем технического перевооружения соответствующих заводов. Предполагалось, что невыполнение обязательств через 3 года повлечет за собой карательные санкции и повышение налогов на топливо.
22-23 ноября 2000 г. в Гааге прошла очередная конференция, организованная ООН и Всемирной организацией здравоохранения. Беспокойство последней обусловлено тем, что причиной 6% смертности является загрязнение воздуха. Замыслы организаторов конференции провалились. Можно даже сказать, "с треском" провалились. По мнению авторов настоящей работы, это - закономерный результат, обусловленный целым комплексом причин: политических, экономических, технических, научных и т. д. Отметим среди них лишь самую главную. Она несомненно состоит в ошибочности осуществляемого подхода - добиться решения такой сложной мировой проблемы путем лишь простой договоренности о добровольном принятии государствами неких обязательств в виде квот на снижение вредных выбросов в атмосферу. Поясним иллюзорность такого подхода на одном примере. По соглашению, подписанному в Киото, США должны были сократить вредные выбросы на 7%. Однако в США сейчас, как известно, идет сильный подъем экономики и вместо снижения выбросов это государство - загрязнитель атмосферы № 1, -увеличит выбросы на 8 - 9 %. Понятно, что любая администрация США никогда не рискнет лишить свой народ экономического подъема, какие бы обязательства до этого они на себя ни брали. На искусственное и быстрое удушение экономики они не пойдут никогда. Аналогичным образом, несомненно, будут поступать все страны "золотого миллиарда". Также будут поступать и бедные страны: они тем более не могут себе позволить заморозить рост производства и, соответственно, потребления энергии.
Короче говоря, в таком варианте поиски решений проблемы парникового эффекта и предупреждения мировой экологической катастрофы являются абсолютно бесперспективными. Действительно, еще Вернадский подчеркивал, что призывы идти назад к первобытной жизни (а такие призывы в прямой, завуалированной или смягченной форме имели место во все времена) не состоятельны и не могут быть реализованы на практике.
И все же, если говорить о поисках решения экологической проблемы, то выход из тупика есть и он систематически разрабатывается уже в течение четверти века. Можно сказать, что латентный период его развития завершен, и теперь настало время приложить усилия, чтобы этой "болезнью" заболела большая часть человечества.
3. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА: ЗАРОЖДЕНИЕ, СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ
3.1. Историческая справка
Крупномасштабная концепция экологически чистой водородной энергетики зародилась в середине 70-х годов как естественная реакция совестливой части мирового научного сообщества на надвигающуюся экологическую катастрофу, на ограниченность мировых запасов углеводородных топлив (прежде всего нефти и газа) и на мировой энергетический кризис тех лет. Действительно, при сжиган
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.