Все, что касается успеха, тщательно задокументировано. После медленного старта в 1960-х гг. строительство реакторов ускорилось, и в 1977 г. в США атомные станции вырабатывали более 10 % электроэнергии, а в 1991 г. эта доля увеличилась до 20 %. Атомная энергетика завоевывала рынок быстрее, чем устройства на фотоэлементах и ветровые генераторы, появившиеся в 1990-х гг.
В конце 2019 г. в мире насчитывалось 449 действующих реакторов (и 53 на стадии строительства), причем коэффициент использования установленной мощности на многих из них превышал 90 %. Такую проектную производительность реакторы в среднем поддерживали круглый год, вырабатывая в два с лишним раза больше электроэнергии, чем фотоэлементы и ветряные турбины вместе взятые. В 2018 г. наибольшая доля атомной энергетики была во Франции (около 72 %) и в Венгрии (50 %); в Швейцарии на ядерные реакторы приходилось 38 % электроэнергии, производимой в стране, в Южной Корее – 24 %, в США – чуть меньше 20 %.
«Провал» связан с несбывшимися надеждами. Уверение в том, что атомная энергетика будет «слишком дешевой, чтобы ее цену можно было измерить», не выдумка: именно эти слова произнес Льюис Штраусс, председатель Комиссии по атомной энергии США, на съезде Национальной ассоциации авторов научных публикаций в сентябре 1954 г. в Нью-Йорке. И это было не последнее из подобных смелых заявлений. В 1971 г. Гленн Сиборг, лауреат Нобелевской премии и в то время председатель Комиссии по атомной энергии, предсказывал, что к 2000 г. ядерные реакторы будут вырабатывать почти всю электроэнергию в мире. Сиборг говорил о гигантских прибрежных «ядерных комплексах» для опреснения воды; о геостационарных спутниках телевещания с компактными ядерными реакторами; о танкерах с ядерными силовыми установками; о ядерных взрывах, которые будут менять русла рек и помогать в строительстве подземных городов; о том, что ядерные ракетные двигатели доставят человека на Марс…
Однако проект получения электричества из ядерной энергии затормозил в 1980-х гг. – причиной тому стало падение спроса на электроэнергию в развитых странах и многочисленные проблемы с атомными станциями. Самыми серьезными стали три аварии: на острове Три-Майл-Айленд в штате Пенсильвания в 1979 г., в украинском Чернобыле в 1986 г. и в японской префектуре Фукусима в 2011 г. Эти катастрофы дали серьезные аргументы противникам атомной энергетики.
Тем временем стоимость строительства атомных электростанций превышала ожидаемую, и ученым никак не удавалось разработать приемлемый способ хранения отработанного ядерного топлива (в настоящее время оно временно хранится в контейнерах на территории станции). Кроме того, не удалось добиться успехов в конструировании установок более дешевых и безопасных, чем водо-водяные ядерные реакторы, которые, по сути, представляли собой сухопутные версии реакторов, разработанных в 1950-х гг. для американских подлодок.
В результате общество на Западе обуревают сомнения, компании осторожничают, Германия и Швеция собираются вообще отказаться от атомной энергии, и даже Франция намерена сократить ее долю. И в ближайшие годы реакторы, которые строятся в разных странах мира, не смогут компенсировать потерю мощности, которую повлечет вывод из эксплуатации установок, отработавших свой срок.
Из всех крупных экономик развивать ядерную энергетику намерены только азиатские страны, в первую очередь Китай и Индия, но даже они не в состоянии воспрепятствовать уменьшению доли атомных станций в мировом производстве электроэнергии. Эта доля достигла максимума, почти 18 %, в 1996 г., упала до 10 % в 2018-м, а к 2040 г., по прогнозу Международного энергетического агентства, ожидается лишь небольшой подъем – до уровня 12 %.
Мы можем многое сделать – в первую очередь использовать более совершенные конструкции реактора и решительно заняться проблемой хранения отходов, – чтобы получать немалую долю электроэнергии, расщепляя атом и тем самым ограничивая выбросы углекислого газа. Но это потребует непредвзятого анализа фактов и по-настоящему долгосрочного подхода к глобальной энергетической политике. И пока я не вижу никаких признаков ни того ни другого.
Нет ископаемого топлива – нет электричества от ветра
Ветряные турбины – наиболее наглядный символ поиска возобновляемых источников электроэнергии. Они используют ветер, настолько бесплатный и «зеленый», насколько это возможно для энергии, но сами машины – чистое олицетворение ископаемого топлива.
Большие грузовики доставляют сталь и другие материалы на место производства, землеройные машины прокладывают дорогу к недоступным возвышенностям, огромные краны возводят несущие конструкции – и все эти машины сжигают дизельное топливо. То же самое относится к грузовым поездам и судам, которые перевозят сырье для производства цемента, стали и пластика. Для турбины мощностью 5 МВт требуется 150 тонн одной только стали для железобетонного фундамента, еще 250 тонн для ступиц ротора и для гондол (где устанавливаются редуктор и генератор), а также 500 тонн для башен.
Если к 2030 г. электричество, вырабатываемое ветровыми электростанциями, будет обеспечивать 25 % мировой потребности, то даже при таком высоком коэффициенте мощности, как 35 %, для генерации приблизительно 2,5 тераватт (ТВт) потребуется около 450 млн тонн стали. И это без учета металла, который пойдет на изготовление башен, проводов и трансформаторов для новых высоковольтных линий электропередачи, необходимых для подключения ветровых генераторов к энергосистеме.
Гигантская пластиковая лопасть современной ветряной турбины: сложно изготовить, еще сложнее перевозить и еще сложнее утилизировать
Выплавка стали – процесс энергоемкий. Спеченная или окатанная железная руда расплавляется в домне, и к ней добавляют кокс, получаемый из угля, а также угольную пыль и природный газ. Затем при помощи кислородных конвертеров из передельного чугуна (железа, получаемого из домны) удаляют углерод – и запускается процесс непрерывной разливки стали (расплавленная сталь принимает форму готовых изделий). Для производства тонны стали, используемой в турбинах, обычно требуется 35 ГДж энергии.
Количество ископаемого топлива, необходимого для производства стали для ветряных турбин, которые могут быть введены в строй к 2030 г., эквивалентно 600 млн тонн угля.
Турбина мощностью 5 МВт имеет три аэродинамические поверхности длиной около 60 м и весом около 15 т. У них легкая сердцевина из бальзы или пеноматериала и внешнее покрытие, изготавливаемое, как правило, из эпоксидной или полиэфирной смолы, армированной стекловолокном. Стекло получают путем сплавления двуокиси кремния и других оксидных минералов в печах, воспламеняемых природным газом. Изготовление смол начинается с этилена, полученного из легких углеводородов: по большей части это продукты крекинга нефтяного сырья, сжиженный углеводородный газ или этан, выделенный из природного газа.
