Как использовать энергию Солнца для нужд человека: возможное будущее

Нефть, газ, уголь дорожают, с каждым годом ископаемого топлива становится все меньше, и добывать его становится все сложнее. 

Первые, вполне уверенные, шаги в этом направлении уже сделаны. К примеру, солнечный пауэрбанк — источник практически бесплатной энергии. Что если именно солнечная энергия сможет стать для восьмимиллиардного населения планеты тем самым мирным атомом, дарующим энергию за копейки? 

Ведь наше светило не просто теплый шарик на небосклоне. Это термоядерный реактор по объему в 1 300 000 раз больше Земли. Всего за секунду Солнце вырабатывает 386 миллиардов мегаватт энергии, которой хватит на 300 000 лет работы всех электроприборов на Земле. 

Ученые утверждают, что укротить Солнце и использовать его мощь на благо цивилизации вполне реально. 

Цветущая Сахара

Одним из первых об укрощении Солнца заявил еще в 1914 году американский изобретатель Франк Шуман. Тогда его слова никто не принял всерьез. Но ученый, не смотря на скепсис, построил на хлопковых плантациях близ Каира первую в мире ирригационную установку, работавшую на солнечной энергии. 

К сожалению, во время I мировой войны уникальное пошло на переплавку на оружейные стволы. Ученый сдаваться не собирался и предложил проект строительства в Северной Сахаре комплекса солнечных концентраторов  площадью 52 000 км². Да ему солнцем голову напекло! — снова заявили критики, ведь угля и нефти в то время было предостаточно. 

И только спустя век новаторские идеи Шумана получили признание. Сейчас удовлетворить возросшие энepгeтичecкиe пoтpeбнocти мира могли бы солнечные панели на всего 1,2% площади пустыни Caxapa. В 2009 году желание участвовать в проекте достаточно бюджетной мега электростанции с дешевой рабочей силой изъявили 17 крупных мировых инвесторов. 

Превратить Сахару в гигантскую солнечную электростанцию предполагалось к 2050 году.  Цена вопроса составляла 400 миллиардов долларов, которые по расчетам должны были окупиться за несколько лет. Но спустя пять лет концессия развалилась, в основном  из-за политической нестабильности в регионе, периодически вспыхивающих гражданских войн между 10 государствами, которым принадлежит африканская пустыня. Инвесторы испугались, что их вложения в буквальном смысле слова «уйдут в песок».

Жаль, потому что это была бы поистине супер электростанция. Ее уменьшенная копия уже существует. Находится она в пустыне Мохаве, США, где на площади более 13 км² установлено около 350 тысяч управляемых зеркал-гелиостатов. Причем работает станция круглосуточно — благодаря накопителям энергии. 

Подобная станция на 125 тысячах км² в Сахаре не просто могла бы обеспечить весь мир дешевой солнечной энергией, но и решить проблему пресной воды, так как для нужд станции предполагалось построить целую сеть опреснительных заводов. 

Мало того, сама пустыня со временем превратилась бы в цветущий оазис В Сахаре пошли бы дожди. Резкое увеличение осадков в пустыне было бы спровоцировано усилением движения воздуха ветряными электростанциями и экранированием от поверхности земли солнечных лучей и их остужению концентраторами. Появилась бы растительность. Пустыня стала бы пригодной для земледелия. 

По крайней мере, так  утверждает метеоролог из Аргентины Евгения Калнай. Вместе с коллегами  она опубликовала в авторитетном журнале Science результаты моделирования климата Сахары — на тот случай, если  вся ее площадь будет покрыта солнечными и ветряными электростанциями. К тому же эти высокоэкологичные технологии зеленой энергетики  способствовали бы и росту мировой экономики. 

Энергия из космоса 

Как ни странно, первым космическую солнечную электростанцию описал в 1941 году писатель-фантаст Айзек Азимов в рассказе «Логика». Тогда это, как и многое описанное фантастами, казалось неосуществимой выдумкой. Но сейчас идея Азимова уже не видится фантасмагорией. Насколько это реально — давайте посчитаем. 

В космосе нет облаков, смены дня и ночи. Значит, эффективность у солнечной станции изначально будет выше. 

Для обеспечения Земли энергией Солнца, при потреблении планетой примерно 25 триллионов киловатт-часов, понадобится 6000 км² солнечных батарей — четыре площади Санкт-Петербурга. В масштабах космических пространств — капля в море.  

Конструкция, конечно, увесистая, но ученые утверждают, что вывести ее в космос вполне реально. Особенно, учитывая потенциальные возможности огромного корабля Илона Маска, который, согласно разработкам Starship, должен уменьшить цену вывода грузов на орбиту до сотни долларов за килограмм.

Но, если размещение станции в космосе станет возможным, то как доставить полученную энергию на Землю? 

Айзек Азимов предлагал использовать микроволны. Они действительно могут проникнуть через земную атмосферу и достичь полей антенн, но только в ясную сухую погоду. Влага просто поглотит весомую часть микроволн. Получается, что в непогоду электричества на Земле вообще не будет?

Нужно искать другой способ. Специалисты российского холдинга РКС предложили использовать лазерный канал передачи энергии, которому погодные условия не могут создать помех. Предполагается, что такая система позволит использовать беспилотный корабль и как орбитальную «зарядную станцию».

Подобный испытательный образец китайские ученые намерены создать уже к 2025 году, причем собирать орбитальную станцию  намереваются прямо в космосе с помощью технологий трехмерной печати и роботов. Кто знает, может и вправду создание космоСЭС не за горами?

Солнце «в клетке»

В 1960 году  физик-теоретик Фримен Дайсон предположил, что развитый инопланетный вид в конечном итоге захочет собрать всю энергию домашней звезды. И, вероятно, сделает это, заключив свое светило в массивную металлическую оболочку. Эта теория получила название «сфера Дайсона». Но, можно ли действительно «обнять» Солнце? 

Уж точно не в ближайшие пару тысяч лет. Почему? Да, потому что диаметр нашего светила — 1 390 000 километров, а температура его короны —  миллионы градусов. Чтобы обнять Солнце сферой, которая не расплавиться, ее придется располагать на значительном удалении от звезды. 

Таковая будет гигантской, потребует триллионы отдельных солнечных панелей, да еще и закроет Землю от солнечного света. 

Учитывая еще и гравитационную нестабильность и подверженность  астероидным бомбардировкам, ученые склоняются к потенциально возможному созданию не сферы, а роя миллиона спутников, собирающих энергию и перенаправляющих солнечный свет на специальные энергетические станции.  

С них, в свою очередь, и будет вестись раздача энергии космическим аппаратам и остальным  планетам. 

Да, не только Земле. Это с учетом теории, что к тому времени наши потомки уже освоят как минимум Луну, Марс и карликовые планеты в поясе астероидов.

К сожалению, даже на этапе теории, эта идея подразумевает и свои «жертвы»,  в роли которой уже сейчас ученые чаще называют Меркурий, который будет разобран на сырье для реализации проекта. 

Эта планета расположена близко к Солнцу и может обеспечить элементами кислорода и железа, необходимыми для формирования геманита, издревле используемого для изготовления зеркал.

Путь прогресса часто безжалостен. Сможет ли человек стать межзвездным видом, покорить Вселенную и укротить энергию Солнца — никому неизвестно. Тем более, что…

Если Солнце погаснет 

Примерно через пять миллиардов лет наше Солнце окажется на грани коллапса. 

Ученые предрекают, пусть и не скорый, но неизбежный солнечный апокалипсис. Базируя гипотезы на устройстве самих звезд, которые по сути являются шарами из плазмы, в которых постоянно идут термоядерные реакции, в ходе которых водород превращается в гелий и скапливается в ядре звезды. Под воздействием гравитационной силы гелий сжимается, а его температура растет, что приводит к расширению звезды. В результате наше Солнце становится ярче и горячее.

По прогнозам через один миллиард лет это сделает жизнь на Земле практически невозможной из-за испарения мирового океана и иссушения планеты, а еще через четыре миллиарда лет Солнце увеличится до гигантских размеров и поглотит вначале близлежащие Венеру и Меркурий, а потом и уже необитаемую Землю. 

Может ли развитие технологий сможет не допустить апокалипсис? 

Толкнуть Юпитер

Одна из теорий ученых говорит о том, что если «заправить» Солнце водородом, то коллапса удастся избежать.

Но для этого придется пожертвовать самой большой планетой системы — Юпитером, крайне осторожно приблизив его к Солнцу, чтобы избежать прямого столкновения, в результате которого мы превратимся в «печеную картошку». 

Причем, соблюдая пожарную безопасность, нам придется следить, чтобы светило «не переедало», приток водорода должен быть стабильным, но небольшим. На низкокалорийной диете Солнце не должно толстеть, а его температура должна быть в норме. 

Физики даже подсчитали, что подобный ход сможет продлить жизнь Солнца на 87 миллионов лет

А потом диету можно поменять на уранскую, сатурнскую или нептунскую — это еще три газовые планеты-гиганты нашей системы. 

Вселенский хаос

Но и этот план не без изъяна. 

Ведь нарушение гравитационного притяжения хоть одной из планет собьет настройки всех орбит и приведет к хаосу Солнечной системы. 

А еще Юпитер защищает нас  от смертоносных астероидов и комет, и его сдвиг приведет к космической бомбежке Земли. В общем, безнаказанно переместить огромную планету поближе к Солнцу — гораздо более сложная задача, чем   переехать  с Земли, осваивая новые космические территории.  

Подготовлено по материалам программы «Что будет, если...» канала «Наука».