Технологии, которые мы пытаемся разработать ради сохранения этого мира, могут быть использованы и для строительства новых миров
Человечество всерьёз взялось за такие долгосрочные программы, как сокращение негативного влияния на природу и переход на принципы устойчивого развития. В широком смысле эти программы обозначаются словом «декарбонизация». Большая часть работы запланирована в направлении солнечной и ветровой генерации, разработки систем накопления энергии и электроприводного транспорта. Все эти технологии требуют добычи огромного количества минеральных ресурсов. Иначе нам не хватит целого ряда металлов - меди, марганца, кобальта, никеля.
Проблема в том, что после извлечения руд на матушке-земле на десятки и даже сотни лет остаются шрамы в виде заброшенных карьеров, отвалов пустой породы, шахт. И какой смысл сокращать антропогенное влияние в одном месте, увеличивая его в другом?
В качестве альтернативы была предложена добыча полезных ископаемых со дна океанов. Речь идёт о ценных полиметаллических рудах. Например, между Гавайскими островами и Мексикой на дне под слоем воды в четыре с половиной километра рассыпаны камни, в состав которых входят марганец (около 30%), никель (0,5%), кобальт (0,5%), медь (1%). Их собирают подводными бульдозерами и экскаваторами, затем грузят в подъёмники для доставки на поверхность. Переработка начинается на специальном корабле.
Анализ затрат на протяжении срока службы оборудования показывает, что такой способ потенциально позволяет получать продукцию, потребляя гораздо меньше энергии, чем при традиционной горной добыче - карьерной и шахтной. Есть, однако, и проблемы. Подводные бульдозеры нарушают донную экосистему. При производстве возможен подъём на поверхность различных загрязнений с ущербом для рыболовства. Кроме того, со дна высвобождаются газы, попадания которых в атмосферу мы как раз и хотели бы избежать.
Ещё более серьёзная загвоздка в том, что глубоководная добыча минералов с морского дна никогда не была экономически выгодной. Обычный подход к решению этой проблемы - массовое производство, при котором постоянные затраты распределяются на большее количество продукции (см. рис. 2). Это значит, что нужно увеличивать размеры кораблей с горно-обогатительным оборудованием на борту, размеры подводных бульдозеров и экскаваторов, подъёмников, наращивать скорость работы всех систем.
Несомненно, в какой-то момент мы выйдем на окупаемость. Однако пропорционально объёмам производства возрастут и атмосферные выбросы, и ущерб морской экосистеме.
Сотрудники агентства ARPA-E продумывают новые подходы к извлечению металлических руд из морских глубин. Хотят использовать небольшие системы, которые очень недороги в эксплуатации, поскольку действуют автономно. И тогда, хочется надеяться, мы можем сдвинуться в зону прибыльности по голубой стрелке. То есть добыча руд станет выгодной, а воздействие на природу уменьшится.
Как это может выглядеть? Скажем, вместо постоянного присутствия на месте крупного морского судна организуются периодические рейсы. На дне находятся свободно перемещающиеся дроны (не привязанные кабелем), которые обследуют камни, выбирают из них самые богатые рудами и загружают в кузов для последующего подъёма на поверхность (см. рис. 3). Сами дроны должны периодически подзаряжаться от ветровых генераторов или других источников возобновляемой энергии. Тем самым исключается доставка по морю дорогого дизельного топлива на расстояния в тысячи километров. Технология подводной зарядки дронов уже вполне зрелая.
Выигрыш получится благодаря исключению человека из производственного процесса и частичной замене обогатительного производства тщательным подбором камней. Рыболовецкая продукция стоит от 200 до 300 долл. за тонну, и в этом проекте нужно ориентироваться примерно на такую же величину.
Раздумывая о технических проблемах и их решениях, мы поняли, что эта технология может пригодиться и в других местах. Примерно такие же вызовы встают при добыче полезных ископаемых в дальнем космосе. На планетах и астероидах необходимо: использовать возобновляемую энергию и системы связи с большими задержками, применять автономные дроны, способные самостоятельно решать возникающие проблемы, наладить периодический вывоз продукции.
В этом свете добыча полезных ископаемых со дна океанов представляет собой практический подход к разработке природных ресурсов в космическом пространстве. Главные космические державы сегодня разрабатывают мощные ракеты-носители, которые позволят снизить стоимость отправки грузов на орбиту с нескольких тысяч до двух сотен долларов за килограмм. Если проект по строительству сверхтяжёлой ракеты SpaceX Starship в Техасе завершится успехом, это будет ключевой момент для запуска индустриализации в космосе.
Например, компания Caterpillar сможет заняться строительством космического трактора. Пусть он обойдётся в пятьдесят миллионов долларов, зато с его помощью можно будет начать подготовку промышленной инфраструктуры на астероидах. Важно, что эти технологии позволят человечеству выйти на следующий уровень - уровень многопланетной цивилизации. Мы станем гораздо устойчивее, чем раньше, по отношению к тем же климатическим проблемам.
Об авторе: Саймон Фримен - директор программы агентства энергетических исследований ARPA-E.
__________________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.
