Термоядерный стимпанк

Сможет ли альтернативная энергетика расширить наши представления о мире? 

Нужды мировой экономики в источниках энергии сегодня растут быстро. После перехода производства с угля на нефть и ядерной революции исследователи обратились к области возобновляемых ресурсов — водяной, солнечной и ветряной энергетике. Поиску новых источников энергии были посвящены инновационные проекты, представленные на конкурсе «Эра нового качества жизни», презентационная секция которого прошла в рамках V Инновационно–промышленного форума «Технологический прорыв. Механизмы новой индустриализации» в Торгово–промышленной палате РФ.

Энергетика будущего 

Топливная энергетика, базирующаяся на необратимом расходовании ископаемых энергоносителей, порождает не только экологические, но и геополитические проблемы, решить которые, не сменив «источник питания», невозможно. Уменьшить негативное влияние на окружающую среду и здоровье человека, стать более безопасным, экологичным и доступным решением призвана альтернативная энергетика, основанная на возобновляемых ресурсах и природных явлениях (ветре, солнечном свете, геотермальных водах). Впрочем, эта сфера пока остается в большей степени перспективой — сейчас ее доля в общемировой энергетике составляет всего около 1–3%. Другим возможным путем реформирования энергетики может стать управляемый термоядерный синтез. В 2020 году ученые планируют начать эксперименты на ИТЭР — Международном экспериментальном термоядерном реакторе, работающем по принципу токамака, реакция в котором происходит при температуре около 150 миллионов градусов Цельсия. Однако начало работ часто откладывается, и на сегодняшний день отставание уже оценивается в два–три года, не в последнюю очередь из–за колоссальных масштабов и стоимости проекта: высота установки составит 73 метра, из которых 60 будут находиться над землей, а основная платформа реактора займет 42 гектара. Несмотря на то, что в этом году американская корпорация Lockheed Martin анонсировала выпуск разрабатываемого компанией компактного термоядерного реактора (КТР), размерами всего 2х3 метра, повсеместное использование процессов управляемого термоядерного синтеза остается пока если не мечтой, то планами на долгосрочную перспективу (запуск КТР в промышленное использование авторы проекта считают возможным минимум через десять лет). И здесь на фоне недостаточной эффективности и рентабельности существующих разработок на сцену — уже не впервые — выходит холодный ядерный синтез.

Прорыв или профанация?

23 марта 1989 года два химика — профессор Мартин Флейшман и его коллега Стенли Понс  — провели в Университете штата Юта пресс–конференцию, на которой сообщили, что путем пропускания тока через электролит получили положительный энергетический выход в виде тепла и зафиксировали идущее от электролита гамма–излучение. В их «реакторе холодного синтеза» через раствор тяжелой воды с солями лития и дейтерия безостановочно пропускался постоянный ток. Исследователи обнаружили, что температура электролита периодически возрастала на десятки градусов, а иногда и больше, хотя источник питания давал стабильную мощность, и объяснили это поступлением внутриядерной энергии, выделяющейся при слиянии ядер дейтерия. Достижение Флейшмана и Понса немедленно окрестили эпохальным, однако позже эксперимент не получил подтверждения. Исследователи из ведущих научных центров США — Калифорнийского и Массачусетского технологических институтов — в деталях повторили его и не обнаружили схожих результатов. В том же году «открытие» подверглось сокрушительной критике на конференции Американского физического общества (АФО). Часть научного сообщества сочла испытателей мошенниками, другие, более лояльные ученые говорят об ошибке, закравшейся в расчеты Флейшмана и Понса. О «холодном термояде» забыли — на время. В 2010–х годах изобретатель Андреа Росси получил национальный патент на изобретение «метод и аппаратура для проведения экзотермической реакции между никелем и водородом, с выделением меди». В работе, созданной при поддержке научного консультанта физика Серджо Фокарди, Росси ссылается на предыдущие работы по холодному ядерному синтезу, относя свою технологию к низкоэнергетическим ядерным реакциям (LENR — low–energy nuclear reaction). Позже авторы проекта предъявили миру действующий 10–киловаттный реактор. Устройство Росси получило название E–Cat и несколько раз подвергалось тестированиям, с одной стороны, зафиксировавшим высочайшие показания выработки энергии, с другой — так до конца и не убедившим критиков проекта в их реальности: испытания проходили на территории Росси, с использованием предоставленных им материалов и в рамках установленных им же ограничений. Впрочем, хотя самые радикальные противники «холодного термояда» называют подобные проекты «лженаукой», существование холодного ядерного синтеза научным сообществом не оспаривается: просто говорить о нем как об источнике энергии нельзя, отмечают исследователи, так как подобные устройства потребляют намного больше энергии, чем генерируют.

Как заставить «холодный термояд» работать?

Холодным ядерным синтезом занимались — и занимаются — и в России. В этой области исследований отметились и представители советской научной школы. Выдержка из Постановления ЦК и Совета министров СССР от 23 июля 1960 года, подписанного Георгием Жуковым, гласит: «…продолжить разработки новых принципов получения энергии, новых принципов получения тяги без отброса масс и получения новых принципов защиты от ядерного излучения. Ответственный за эту программу — ведущий конструктор И. С. Филимоненко». Академик МА ЭНИН им. П. К. Ощепкова в советское время занимался разработками в сфере холодного ядерного синтеза и нового летального аппарата на основе антигравитации, однако после смерти Королева и Курчатова и отставки Жукова все работы были приостановлены, а в 1968 году ученый и вовсе был уволен. «Иван Степанович доверял нашей группе ученых, которые смогли дать сначала теоретическое обоснование происходящих при холодном синтезе физико– химических процессов, а потом на этой основе провести опытно–конструкторские работы», — рассказывает эксперт по внешнеэкономической деятельности одинцовской Торгово–промышленной палаты Сергей Арутюнян, представивший проект «Дейтериевый теплогенератор» в рамках конкурса ТПП РФ «Эра нового качества жизни». Новый проект, развивающий «холодный термояд», получил на конкурсе весьма противоречивые отзывы: около половины экспертов выставили ему самые высокие баллы из возможных, другая же часть вообще отказалась оценивать столь необычную разработку. Почему так произошло?

Новые горизонты

Проект теплогенератора появился на свет в Сибирском отделении РАН. Он прошел стадию компьютерного моделирования и НИОКРа. Сибирские ученые сразу же зарегистрировали невероятный коэффициент преобразования реакции: 118–120%. Вначале была слабая периодичность экспериментов, признают кураторы проекта, однако после серии испытаний и увеличения загрузки и объема реактора, эта проблема была решена, а коэффициент преобразования был повышен до 135%, рассказывают они. В 2009 году авторский коллектив получил патент Европейского патентного бюро на дейтериевый теплогенератор. Разработка опирается на использование дейтерия — изотопа водорода. Теплогенератор состоит из двух цилиндров, в одном из которых помещается некоторое количество водорода, получаемого из воды, и катализаторы — нерадиоактивные металлы, например, палладий или никель. Внутри него также расположен цилиндр меньшего размера, который нагревается в результате реакции холодного синтеза. Через установку пропускается вода, которая получает тепло от нагретого цилиндра — температура внутри реактора может быть достаточно высокой, более ста градусов Цельсия, и даже до 700. Таким образом, на выходе получается пар, который можно использовать или для получения электричества путем вращения турбины, или в паровых дизелях. Если скорость движения воды в генераторе увеличить, она не будет нагреваться так сильно, тогда ее можно использовать для отопления жилой площади или промышленных объектов. «Мы можем регулировать количество компонентов и скорость прохождения воды, получая большую или меньшую производительность и энергетические мощности, проект легко масштабируется. Когда есть технология, цифры уже не имеют значения», — поясняет Сергей Арутюнян. По его мнению, новая технология может предложить человечеству тепло и электричество по более низким ценам, так как себестоимость их получения снизится в десятки раз, а в перспективе — появление новых поколений двигателей для автомобилей, самолетов, морских судов, ракет и космических кораблей. С 2005 года разработка находится под патронажем одинцовской ТПП. «Почему именно мы курируем проект — по федеральному закону о Торгово–промышленных палатах, именно они отвечают в РФ за экспортеров. Наша главная задача — выращивать экспортеров нашей продукции и наших услуг», — поясняет глава Палаты Андрей Ватажицын. Консультативный орган оказал авторскому коллективу содействие в создании полезного экспериментального образца, поиске инвесторов для оплаты патентной заявки. «По–хорошему, в нормальных условиях этот проект уже должен быть осуществлен», — замечает Андрей Ватажицын. Для запуска производства, обещающего перевернуть существующие представления о получении энергии, рабочая группа запрашивает финансирование в размере около 300 миллионов рублей, и при наличии соответствующих инвестиций всего через 10–15 месяцев планирует запустить теплогенератор в производство.

Почему инвесторы не торопятся?

Выстроить прямые связи кредитно– финансовых учреждений с фундаментальной наукой чрезвычайно сложно, говорит Андрей Ватажицын, поэтому инновационные проекты зачастую остаются за чертой внимания инвесторов: «Они не могут взаимодействовать без какой–либо прослойки. У инвесторов и ученых разные типы мышления — доходный и грантовый. Три кита, на которых стоит первый, — доходность, контроль вложений, риски. Второй — гранты, публикации и научное и социальное признание. У них нет «точки соприкосновения». Кроме того, несмотря на радужные перспективы «холодного термояда», к подобным проектам в нашей стране все еще относятся более чем скептически. Российская академия наук не дает однозначного ответа относительно правомерности разработок в этой области, хотя и не поддерживает их. Так, президент РАН Владимир Фортов говорил, что исследования в области холодного ядерного синтеза пока не подтвердили возможность его использования.