В погоне за Солнцем
Шрифт:
Bell Labs вскоре начали производить тонкие пластины сверхчистого кремния с небольшими добавками мышьяка и бора для улучшения проводимости. При попадании солнечных лучей на пластину электроны кремния вышибаются проникающим теплом и перемещаются ближе к поверхности пластины, создавая дисбаланс между передней и задней частями элемента. Если верхняя и нижняя поверхности соединены проводником – обычно просто металлическим проводом, – то по нему начинает идти ток. “Солнечный элемент в целом гораздо более простая структура, чем зеленый лист, – пишет химик Мэри Арчер (жена популярного романиста Джеффри Арчера), – но напоминает лист тем, что одна из его сторон адаптирована для приема солнечного света” [678] .
678
См.: Mary Archer, Hello Sunshine. Royal Institute Proceedings № 66. Р. 10.
New York Times провозгласила открытие Bell Labs “началом новой
Фотоэлектрические элементы защищают трубопроводы от замерзания, они питают свет, радио, придорожные телефоны экстренной помощи, холодильники, кондиционеры, водяные насосы и деревенскую электрификацию. Они встречаются даже в самых мелких устройствах – карманных калькуляторах и часах, зарядках для iPod, камерах и автомобильных зеркалах. В 2003 году около половины фотоэлементов производились в Японии [679] , на Соединенные Штаты приходилось примерно 12 %. В 1985 году мировая годовая потребность находилась на уровне 21 мВт (21 млн ватт), в 2005-м – 1,501 мВт: рост более чем на 7000 %.
679
История Японии очень поучительна. В 1603 году началась эпоха Эдо – 264 года почти полной изоляции от остального мира. Эдо в то время был крупнейшим городом на Земле – 1–1,25 млн жителей (для сравнения в 1801 году Лондон насчитывал 860 тыс. жителей). Почти ничего не ввозилось (за одним исключением – голландские трейдеры торговали в порту Нагасаки), стране приходилось полностью обеспечивать себя. В Японии скудные запасы сырьевых ресурсов (уголь, например, использовался в основном для выпаривания соли). Во многом по этим причинам японцам приходилось многократно использовать и перерабатывать что только можно. Все рассматривалось как потенциальный ресурс – зола, свечные огарки, отходы человеческой жизнедеятельности – всегда ценное удобрение.
Жестянщики чинили котелки и сковородки, чайники и ведра; гончары клеили разбитый фарфор и стекло; сапожники тачали и зашивали: почти ничего не выбрасывалось, а тщательно чинилось или перерабатывалось. Были распространены скупщики бумаги, одежды (вся одежда в те времена делалась вручную, поэтому была особенно ценной: в одном Эдо насчитывалось около 4 тыс. торговцев старой одеждой), сломанных зонтиков, бочек; жестянщики ходили по городу с криками: “Меняемся, меняемся!” – предлагая игрушки и сласти в обмен на старые гвозди и другой металлолом. Мусора не существовало вообще. В Эдо был только один источник энергии – солнце. Практически все поступало прямо или косвенно от него, за исключением камня, металла, керамики и других минеральных материалов.
Это же касалось и освещения. Коммерческое распространение электроэнергии началось в ноябре 1887 года, через двадйать лет после падения сегуната, генератор работал на ископаемом топливе, а до того все искусственное освещение обеспечивалось бумажными фонарями и восковыми свечами. Масло выделялось в основном из кунжутных семян, но также из камелии, рапса и хлопка. В прибрежных областях использовалось китовое масло и масло из сардин. Древесное топливо широко использовалось, но потреблялось меньше годового прироста леса, так что потребление этого энергоносителя не носило экстенсивного характера. Был ли Эдо историческим курьезом, обнищавшим царством Шангри-Ла или моделью, актуальной и сегодня? См.: Eisuke Ishikawa, O-edo ecology jijo (The Edo Period Had a Recycling Society). Tokyo: Kodansha, 1994: См. также: Japan’s Sustainable Society in the Edo Period (1603–1867), Japan for Sustainability newsletter. 2005. 6 апреля. www.energybulletin.net/node/5140
Всего за пять лет у меня собралось около десятка книг и более ста сорока статей на эти темы, и я понял, что различные инициативы в области солнечной энергии возникают в постоянно растущем количестве повсюду, от Китая до Танзании, от ЮАР, где светофоры на солнечных батареях спасают движение от капризов слабой электросети, до Абу-Даби, столицы Объединенных Арабских Эмиратов, которые, несмотря на свою репутацию нефтяной столицы мира и главного же источника CO2, планируют построить исследовательский центр и пятисотмегаваттную солнечную электростанцию. Возникает вопрос: как далеко зашла эта революция?
В 2004 и 2006 годах я предпринял два путешествия, чтобы ответить себе на этот вопрос. Первым пунктом моего назначения стал Фрайбург, город с населением около 215 тыс. человек в земле Баден-Вюртемберг между Черным лесом и долиной Рейна. Он очень сильно пострадал во время Второй мировой войны: в 1940 году немецкие самолеты по ошибке сбросили шестьдесят бомб около железнодорожного вокзала, а в ноябре 1944-го воздушный рейд союзников уничтожил 80 % старого города. Но это означало, что после 1945 года началась масштабная программа реконструкции, и в последнее время Фрайбург привлек множество игроков индустрии солнечной энергии и исследований; ни в одном другом немецком городе нет такого количества предприятий и лабораторий, связанных с окружающей средой. С учетом этого, а также того факта, что это самый солнечный город страны, неудивительно,
В специальном центре солнечной энергии SolarRegionFreiburg [680] я встречался с тремя экспертами: Франциской Брайер, подтянутой блондинкой лет тридцати, лесником по профессии; Томом Дрезелем, социологом и публицистом, обозревающим “солнечные” проекты; Отто Вербахом, директором городского планетария. Фрау Брайер объяснила, что “все началось буквально случайно”. “В пятнадцати километрах отсюда находится деревушка Виль, около которой в начале 1970-х планировалось построить атомную электростанцию. Студенты, фермеры и виноделы (у нас винодельческий район) организовали сидячий протест, а строительная площадка была превращена в дискуссионный центр. В конце концов планы были отозваны, но в адрес протестующих прозвучало: “Вы не хотите атомной энергии – прекрасно, но что вы предлагаете взамен? Против быть легко, попробуйте выступить с конструктивным предложением”. И это заставило людей задуматься”.
680
Во время своего визита я встречался с группой исследователей из Мэдисона, Висконсин, американского города-побратима Фрайбурга. Они приехали сюда за опытом, чтобы развивать подобные инициативы у себя. Еще одним из девяти городов-побратимов Фрайбурга является Безансон с населением в 130 тыс. – один из немногих городов Франции, ведущих собственные энергетические проекты. В 1991 году город установил фотоэлектрические пластины на автомобилях шоссейного департамента. До того предупредительные знаки, обозначающие дорожные работы, подключались к автомобильным аккумуляторам, что требовало постоянной подзарядки – обычно мотор просто работал день напролет, чтобы аккумулятор не садился. Солнечные панели полностью решили эту проблему и сэкономили средства, ранее уходившие на топливо, перезарядку аккумуляторов, ремонт и амортизацию.
Первые робкие шаги по направлению к солнечной энергии начались в 1976 году, а в 1981-м во Фрайбурге был основан Институт систем солнечной энергии Фраунгофера. В свое время Институт вызывал насмешки в научном сообществе, в глазах которого он недалеко ушел от энтузиазма бунтующих хиппи, но сегодня это крупнейший центр такого рода в Европе, в нем работает более трехсот пятидесяти человек. Его успех во многом обязан меняющейся политической реальности. В 1983 году, впервые за тридцать лет, новая политическая партия набрала 5 % голосов, необходимых по избирательному праву Западной Германии для получения мест в федеральном парламенте – зеленые (Die Gr"unen) вошли в бундестаг. Эти фотокадры обошли весь мир: бородатые длинноволосые депутаты без галстуков сидели в парламенте рядом с канцлером Колем. Успех зеленых наэлектризовал жителей Фрайбурга, и началось развитие целой “солнечной” экономики. В 1992 году городской совет разрешил возведение на муниципальной земле только зданий с низким потреблением энергии. В дополнение к солнечным панелям и сборщикам света на крыше стали популярны многие пассивные функции – высококачественная изоляция, ориентированные на юг окна с низкоэмиссионным стеклом, изоляционные пеноблоки. “Будущее начинается каждый день, – говорит Дрезель. – Можно наблюдать развитие города шаг за шагом”.
В 1945 году город находился в зоне французской оккупации. В конце 1990-х на месте бывшей французской военной базы началось строительство Вобана (названного в честь французского маршала XVII века) – нового жилого района на 6 тыс. человек, призванного стать “моделью экологически чистого района”. Солнечная энергия используется там для подогрева воды в большинстве домов, а сам район разработан в соответствии с принципами экологии. “Дорога к экологии вымощена инновациями”, – улыбается фрау Брайер. Очевидным образом Вобан функционирует.
Мы вчетвером разговарили почти два часа, а затем я отправился на прогулку по городу. На первый взгляд он напоминал средний университетский город – преуспевающий, чистый, наполненный студентами. Но постепенно я стал замечать и инновации. На окраине поверх давно заброшенного серебряного рудника сейчас построена солнечная обсерватория. Пять ветряных турбин в пределах города удвоили долю возобновляемого электричества в структуре потребления. К концу моей прогулки я насчитал тридцать разных объектов: технологический парк, несколько солнечных электростанций, отель с “нулевыми выбросами”, железнодорожная станция с солнечной электростанцией башенного типа, множество домов с панелями солнечных батарей на крышах. Постройки тридцатилетней давности подверглись редизайну в целях адаптации их под “солнечные” нужды (с финансированием от сберегательных и заемных институций), а частные компании и общественные службы подготовили крыши для солнечных модулей. Местные жители приобрели доли в панелях, получая возмещение по мере продажи электроэнергии городской сети. Совокупная площадь фотоэлектрических панелей на крышах Фрайбурга составляет около 70 тыс. кв. м, и благодаря специально запрограммированным солнечным сканерам эти панели подстраиваются под солнце каждые 12–15 мин, чтобы поглощение было максимальным. В городе также появилось первое в мире полностью автономное от каких-либо энергетических сетей здание, получающее всю энергию прямо от солнца. В школах есть свои “солнечные” образовательные центры и солнечные электростанции, и это все в стране, которая в среднем имеет только тысячу пятьсот двадцать восемь солнечных часов в год.
“Фрайбург задает тон остальным немецким городам”, – говорит Франциска Брайер. Например, Гельзенкирхен, стоящий на северной части Рейна, был важнейшим угольным и стальным центром Европы в начале XII века – “городом тысячи печей”. Сегодня он переосмысливает себя как “город тысячи солнц”, заимствуя многие инновации Фрайбурга. “Наши нововведения могли бы позаимствовать и Китай, и обе Кореи”. Кстати, у Пекина с Фрайбургом уже есть одна общая черта – велосипедов в два раза больше, чем автомобилей. Но причины разные. В Пекине велосипед является основным видом транспорта, тогда как во Фрайбурге езда на велосипеде символизирует экологическое мышление. Скоро студенты будут подкатывать к университету на мотоциклах на солнечной энергии, это только вопрос времени, убедили меня.