Лучи Солнца могли бы человеком, с помощью двигателей, превращаться в механическую работу, а эта последняя легко бы давала энергию химическую, электрическую и т. д.; но пока известны только попытки это делать или очень незначительные применения.
Природа эту энергию частью рассеивает поверхностью почвы, воды, снегов и облаков, именно около 20%. (Так называемое альбедо для Луны принимается в 17,5%, для снега 78%, для белого песка 24%, для глины 16%, для облаков и воды — неизвестна. Для Земли, я лично, вычисляю 20%). Менее 80% превращается в теплоту почвы и воды, но, конечно, и эта теплота, в конце концов, почти целиком уходит в виде темных лучей в небесное пространство. Незначительная часть энергии солнечных лучей превращается в движение воздуха и воды, другая, тоже малая часть, идет на образование растений и животных. Но растения и животные, сгнивая, выделяют обратно эту энергию в небесное пространство. Однако малая доля растений не подвергается полному сгниванию, а образует залежи торфа и других полуистлевших растений, снесенных реками, океанами и засыпанных там песком, илом и морскими осадками. В древние времена эти запасы энергии накоплялись в большом количестве и образовали залежи каменного угля, нефти и торфа.
Будем говорить сейчас об энергии движущихся воздуха и воды. Для современного человека и эта работа громадна. Он пользуется ею и сейчас, но в незначительном размере. Ветряные и водяные мельницы, турбины и другие машины используют очень немного эту работу.
Можно пользоваться волнообразным движением воздуха и воды. Это только в зачатке. Больше всего пользуются поступательным движением воздуха и воды и, в особенности, падением воды в водопадах. Вода тут заменяет топливо и называется не без основания белым углем, вернее — прозрачным топливом.
Если принять среднее количество выпадающей воды в виде дождя в 100 сантиметров (предельное количество более 400 сантиметров), а высоту облаков в 1 километр, то работа, даруемая человеку на 1 квадратный метр поверхности земли, составит в год 1000 тонно-метров, или миллион килограмм-метров. В день будет 2800 килограмм-метров, т. е. только 1/700 или несколько более одной тысячной энергии лучей, доходящих до земной поверхности. Она не только сравнительно ничтожна, но и ее даже трудно использовать. Часть ее превращается в падение и движение воды и может быть использована, хотя и ее человек еще далеко не взял полностью. Абсолютно энергия падения дождей не мала: на одного жителя Земли ее приходится в секунду 3000 килограмм-метров, или непрерывная работа машины в 40 лошадиных сил. Все водопады дадут на долю одного человека много меньше. Но работа водопадов может быть легче использована, и для современного населения имеет большее значение. Для будущего же она чересчур ничтожна, так как население возрастет в сотни раз, и работа водопадов не будет достаточной для такого множества людей и их возросшей потребности в индустрии.
Энергия лучей накопляется в древесине и плодах растений. Древесина, сгорая и давая тепло, с помощью машин-двигателей превращается в механическую работу.
Плоды, годные как человеческая пища, также накопляют теплоту и энергию, проявляющуюся в животных и человеке.
По Тимирязеву, поле не утилизирует больше 1–2% солнечной энергии, но при лучших условиях, во время опытов, утилизация доходила до 5%, считая энергию всех частей растения — съедобных и несъедобных. А так как машины-двигатели пока не утилизируют более 30% энергии топлива, то этим путем мы не можем получить более 1,5% солнечной энергии, между тем как непосредственно солнечною теплотою можно утилизировать до 30%, т. е. в 20 раз больше. На практике поле дает лишь 0,02% утилизации. Так что, сжигая древесину в моторах и утилизируя 30% энергии, получим лишь 0,006%, или в 5000 раз меньше, чем непосредственно теплотою Солнца. Вот как невыгодна накопленная в древесине энергия в качестве двигателя!
Мы видели, что на квадратный метр полная энергия лучей равна в секунду 52 килограмм-метрам; следовательно, человек может получить с помощью растений не более 0,78 килограмм-метров. Для получения лошадиной силы (75 кг-м) надо 96 квадратных метров или квадрат почвы со стороною в 10 метров.
Отсюда видно, как невыгодно пользоваться растениями как топливом в моторах для получения работы. Притом мы взяли искусственные и самые благоприятные условия для растений. На практике работа еще в 250 раз меньше.
Впрочем, в жарком климате некоторые растения, даже не считая несъедобных частей, при самых натуральных условиях, утилизируют от 2 до 5% солнечной энергии. Как источник механической энергии и это топливо, как мы видели, невыгодно. Но материал этот, т. е. пищевой солнечный продукт, незаменим в питательном отношении.
Для расчета возьмем наиболее плодовитое растение тропических стран, именно банан, который, по словам Гумбольдта, дает в 133 раза больше питательных веществ, чем одной площади поле, засеянное пшеницею. Это растение дает в год с гектара (десятины) 25 000 пудов питательных продуктов, т. е. более 400 000 килограммов. На квадратный метр в год получим 40 килограммов, в день — 0,11 килограмма. Если принять тепло-производительность банана, как и картофеля в 1000 калорий, то банан дает в сутки ПО калорий. Мы же видим, что на квадратный метр падает 5200 калорий. Значит, утилизируется более 2% солнечной энергии. Если же считать и несъедобные части, то, конечно, получим большую утилизацию. Но я не знаю точно теплопроизводительность банана.
Можно это проверить другим соображением. Гектар дает в год при уходе и урожае до 130 пудов пшеницы. Это составит 2200 килограммов, с 1 квадратного метра получим 0,22 килограмма в год, а в день — 0,0006 килограмма. Банан, по Гумбольдту, дает в 133 раза больше, т. е. 0,08 килограмма. Тепло- производительность пшеницы 4000 калорий. Значит, банан в день на квадратный метр дает 320 калорий. Это составит уже 6,4%. Но, может быть, Гумбольдт подразумевал обычный урожай, втрое меньший приведенного, и тогда получим те же 2–3% утилизации солнечной энергии.
Итак, на практике и в опытах утилизируется посредством наиболее выгодных растений не более 1/50-1/20 всей солнечной энергии. Обычные же хлебные растения дают в 100 раз меньше, т. е. от 1/5000 до 1/2000 части всей лучевой энергии, доходящей до поверхности земли. Почему так мало?
Мы видим, что утилизация страшно зависит от рода растений; может быть, она мала благодаря большому количеству пасмурных дней, несовершенству почвы, недостатку удобрения, влаги и соответствующей атмосферы. Изменяя все эти условия, в особенности, культивируя растения искусственным подбором, мы, может быть, в конце концов достигнем если не 100% утилизации, это недостижимый предел, то хоть 50%. Тогда плодородие теперешних наилучших растений увеличится в 10–25 раз. На квадратный метр в день получим до 2500 калорий, которые в наиболее совершенных двигателях превратятся в ежесекундную работу, в 9 килограмм-метров. Тогда 9 килограмм-метров дадут одну лошадиную силу, 1 кв. метр даст одного механического раба. И это пределы, о которых только может мечтать человек.
Все же, в отношении получения работы непосредственная эксплуатация лучей с помощью солнечного двигателя будет выгоднее. Предполагавшихся идеальных растений еще нет, и неизвестно, будут ли они; двигатели же солнечные более осуществимы, в особенности они могут оправдать себя в сухих безоблачных странах, или, еще лучше, вне атмосферы и вне земли. Тогда действие их будет в 8 раз сильнее.
Мы говорили пока об энергии солнечных лучей в отношении механической работы, в которой, конечно, нуждается человек. Мы указали на ее предел, который доходит до 18 килограмм-метров в секунду на квадратный метр, т. е. работу 3 человек. Идеальные растения дадут вдвое меньше, а известные и существующие еще в 10 раз меньше, т. е. около 1 кг-м. Вообще же, на средней практике, еще в 250 раз меньше.
Теперь разберем значение растений как эксплуататоров солнечной энергии в отношении питания человека. Тут, как будто, они не имеют конкурентов!
На обитателя Земли приходится 4 гектара тропической земли. Сколько же эта поверхность может прокормить людей. Одного ли человека?
Картофель, в среднем, на 4 гектара, или десятины, дает в год 2000 пудов, или 80 000 фунтов. На человека в день приходится более 400 фунтов, или в 100 раз больше, чем нужно. При особенном уходе
