Пути в незнаемое

Удивительные, однако, петли делает история! Мысль о водороде как топливе для двигателей внутреннего сгорания имеет почтенную историю: первый работающий так мотор был продемонстрирован в 1852 году. Восемьдесят лет спустя первый водородный автомобиль шмыгал по лондонским улицам, но не выдержал конкуренции более дешевого и простого в обращении бензина. Интересно, в каком году падет побежденный водородом бензин? Схватка, похоже, вот-вот разыграется не на шутку. Ведь даже десять процентов водорода, добавленного к обыкновенному горючему, снижает его расход на сорок процентов (сказывается более высокая теплотворная способность добавки), менее вредным становится выхлоп. А у чисто водородных автомобилей и выхлоп соответственно чист, одна вода.

Присматриваются к водороду авиаторы. Новое топливо способно улучшить экономику воздушных перевозок, на тот же маршрут удастся брать меньше горючего (правда, по весу, а не по объему, и инженеры ломают головы над тем, куда деть значительно более крупные баки). Возрастает коммерческая нагрузка. Обычный вариант «Боинга-707» имеет на борту восемьдесят тонн керосина, и лишь двадцать остается на пассажиров и багаж. Водородный вариант переворачивает соотношение: двадцать тонн топлива и восемьдесят полезной нагрузки. Есть за что биться, не правда ли?

Иной — чистой! — становится благодаря водороду металлургия. На Всемирном электротехническом конгрессе 1977 года в Москве академик Рыкалин выступил с докладом «Термическая плазма в металлургии и технологии». Он рассказал, что плазма с температурой десять — пятнадцать тысяч градусов намного ускоряет процессы химического взаимодействия, и они длятся уже не минуты, не секунды, а тысячные доли секунд. Плазму получают в плазмотронах — приборах (впрочем, скорее даже установках, ибо трудно назвать прибором вещь, развивающую, пусть кратковременно, свыше тридцати мегаватт), где на газ воздействует электрическая дуга или мощный поток радиоволн подходящей частоты. Их энергия сдирает с атомов электронные оболочки, возникает смесь ионов и электронов — плазма. И вот такой поток водородной плазмы предлагается использовать для прямого превращения руды в металл, минуя доменный процесс. Преимуществ множество. Отпадает нужда в коксе, то есть в самом дорогом угле и не менее дорогой его переработке на кокс. Можно обойтись без агломерации руды, без ее спекания в достаточно крупные куски (иных домна не любит), — наоборот, именно мелкая, почти пылевидная руда наиболее подходит для новой технологии.

В энергетике, понятно, водород должен вытеснить все иные виды топлива. Тепловые электростанции освободят наконец железные дороги от перевозок угля и мазута, землю — от золоотвалов, воздух — от гари. Но дальше начинается самое интересное. Выясняется, что водород способен стать конкурентом линий электропередачи! По расчетам американских специалистов, водород переносит по трубам более дешевую энергию, чем такой же мощности кабель переменного тока. Сейчас во многих домах электрические плиты установлены на место газовых. Не исключено, что через пару десятков лет произойдет очередная метаморфоза, и газовые, теперь уже водородные плиты снова вернутся в квартиры. А если расстояние равно девятистам километрам, водородопровод эквивалентен ЛЭП переменного тока напряжением полмиллиона вольт — линии, обычной у нас для связи отдельных энергосистем между собою. То есть во многих случаях потребуется считать и считать, прежде чем решиться на тот или иной вариант.

Откуда возьмется водород? Пока что мы обходили этот вопрос, но ведь действительно: нельзя же его добывать так, как сейчас, — сжигая природный газ или разлагая воду электрическим током. И тот и другой способы крайне невыгодны для крупномасштабного производства водорода. К счастью, есть более рациональные способы. Один из них — разложение воды с помощью катализаторов, веществ очень доступных: угля и окиси железа. Трудность, правда, в том, что реакция идет при температурах от двухсот пятидесяти до тысячи четырехсот градусов, в зависимости от стадии (она многостадийна). Но мы уже знаем, что сжигать топливо не станем: тепло должна дать атомная энергия, к которой мы наконец подобрались вплотную. Речь идет о высокотемпературных ядерных реакторах.

В обычных атомных установках тепло из активной зоны реактора переносит вода, порой — легкоплавкий металл. Температуру таких теплоносителей выше пятисот градусов не поднимают, нельзя. А в высокотемпературных системах вместо этих веществ циркулирует гелий. Значит, есть возможность и теоретически и практически поднять температуру теплоносителя до тысячи, а иногда даже до тысячи двухсот градусов. Высокотемпературные реакторы поднимают тепловой КПД атомной станции до пятидесяти процентов — величины, абсолютно недостижимой для обычных АЭС и ТЭС.