Рывок в развитии нашей цивилизации произошёл благодаря освоению мощного, компактного и дешёвого вида энергии - сжиганию углеводородного топлива (уголь, нефть, газ), и активному использованию его на благо человечества.
Благодаря этому демографический и экономический рост в ХХ веке достиг рекордных темпов за всю историю человечества: численность населения Земли всего за столетие увеличилась в 4 раза, а мировой ВВП — почти в 20 раз.
В 21 веке рост энергопотребления начал замедляться, а с 2010 года темпы прироста потребления энергии начали и вовсе падать.
Пик потребления энергии пришёлся на 2019 год, и вот уже 3 года человечество пытается вернуться на так называемый допандемийный уровень в потреблении энергии.
Но то, что помогло человечеству совершить рывок в своём развитии в 20 веке, сегодня признано опасным и не может быть энергетическим фундаментом для будущего человечества. Беспрецедентный экономический и демографический рост человеческой цивилизации повлёк за собой резкое усиление антропогенного воздействия на окружающую среду.
И я сейчас говорю не о пресловутом увеличении выбросов СО2, вокруг которого началась настоящая истерия, породившая абсурдные экологические движения. Нет, есть куда более сложные и опасные последствия дальнейшего использования углеводородной энергетики.
Увеличение концентрации СО2 - это, наоборот, благо для экосистемы планеты. В самый производительный свой период, когда концентрация биомассы на Земле была максимальна, уровень СО2 колебался от 1500 до 3000 ППМ, что 3,5-7 раз выше, чем сегодняшний уровень. Жизнь на нашей планете тогда в прямом и переносном смысле процветала.
Более подробно я писал об этом тут:
Использование углеводородной энергетики загрязняет планету, делая токсичной её экосистему. Например, происходит загрязнение почвы, что ведёт к уменьшению полезной площади землепользования; загрязнение недр ведёт к уменьшению доступности грунтовых вод и к увеличению концентрации макрочастиц, которые абсорбируются живыми организмами (в том числе людьми, причиняя ущерб нашему здоровью).
Самый яркий пример – Китай. В период с 2002 по 2007 годы органы по экологическому мониторингу Китая проверяли состояние подземных вод в 118 городах. В результате выяснено, что в 65% городов подземные воды сильно загрязнены, в 33% — лёгкое загрязнение и в 3% — не имели загрязнения.
В 2021 году ситуация в Китае ещё более усугубилась: сильно загрязнены уже 75% всех рек и озёр и более 90% подземных вод. И такую ситуацию уже никак не исправить. Экосистема, разумеется, сможет восстановиться сама, но на это потребуется от 10 тысяч до 100 тысяч лет.
В Китае начали массово ставить специальные аппараты для очистки воды, в которых каждый житель может спокойно себе набрать питьевую воду, ибо пить воду из-под крана запрещено в 2/3 всех городов и населённых пунктов Китая.
Потребление углеводородов для выработки энергии несёт ещё одну потенциальную угрозу всему человечеству - неконтролируемое сокращение населения из-за голода, со всеми сопутствующими проблемами.
При общем спаде потребления энергии подобная угроза неминуема. Это уже не раз научно доказано в докладе «Пределы Роста» (доклад Римского клуба по проекту «Проблемы человечества»), тезисы из которого постоянно обсуждается в научных кругах о проблеме мирового развития, в том числе и в России.
Резкий спад потребления - величина относительная и может быть растянута на 10 лет, но опираясь на углеводороды мы в конечном итоге столкнемся с проблемой нехватки энергоресурсов.
Вывод из доклада однозначный: даже уменьшение роста потребления энергии на душу населения приводит к экономическим кризисам, а падение роста потребления энергии уже в среднесрочной перспективе приведёт к лавинообразному эффекту, который потенциально может обернуться сокращением населения до 2,8-3 млрд человек уже к 2060 годам.
Мы прошли точку невозврата, когда относительно безболезненно можно было маневрировать потреблением энергии без вреда для человечества. Теперь же для предостережения наихудшего сценария развития человечество просто вынуждено наращивать энергопотребление любыми методами.
Так что те, кто пророчит закат нефти угля и газа, сильно ошибаются. В будущем они нам понадобятся в ещё больших количествах, чем сегодня.
Однако получается замкнутый круг: углеводороды нам нужны для роста потребления энергии, но всё большее их потребление в конечном итоге приведёт к энергодефициту, который будет вызван как физической нехваткой ресурсов, так и экономической (дороговизна разработки новых месторождений).
Чтобы сохранять прежний темп развития, человечеству необходимо каждые 35 лет удваивать потребление энергии. Но тогда уже к 2055 году нам понадобится потреблять вдвое больше углеводородных энергоресурсов, чем сегодня, а к 2090 году придётся нарастить суммарную добычу углеводородов в 4 раза от нынешнего уровня.
Накопительный эффект от подобного энергопотребления нанесёт серьёзный ущерб экосистеме планеты, фактически закислив большую часть окружающей среды. Предотвратить это можно, развивая технологии вторичной переработки и безопасной утилизации неперерабатываемых отходов. Но подобные технологии очень энергозатратные.
Например, для безопасной утилизации лопастей и гондол ветрогенераторов, выполненных из композитных материалов, требуется затратить энергию, равную той, что эти ветряки производят за 10 лет своей работы.
На сегодня известна единственная технология, с помощью которой возможна безопасная переработка полимерных композитных материалов. Это технология пиролиза ПКМ.
Её суть заключается в том, что во время процесса пиролиза стекловолокно химически разлагается на несколько фракций,которые затем можно извлечь и либо безопасно утилизировать, либо использовать как вторсырьё. Этот процесс осуществляется путём нагревания стекловолокна до очень высокой температуры в дезоксигенированной среде (при отсутствии кислорода).
Выделяемый в процессе газ, который можно использовать в производстве энергии, никак не покрывает тех энергозатрат, что тратятся на механическое измельчение и создание высоких температур в термокамерах.
Но без затрат значительной части энергии на нужды переработки решить нарастающие экологические проблемы и потенциальный ресурсный голод человечества - не получится.
В противном случае это тоже приводит к катастрофическим сценариям для нашей цивилизации, причём уже к концу 21 века.
И если принять во внимание сегодняшние реалии, а также данные учёных и прогнозы в научных докладах, то действенного подхода для предотвращения катастрофического сценария фактически уже нет.
Для стабилизации ситуации до конца 21 века потребуется снизить добычу полезных ископаемых в два раза уже к 2025 году. При этом уже в прошедшем 2022 году должна была быть максимально возможно увеличена урожайность земель на душу населения, а также начато повсеместное внедрение ресурсосберегающих технологий и переработки.
И опять-таки всё упирается в физическое увеличение энергопотребления. И опять-таки необходимый прирост должна давать углеводородная энергетика, использование которой в конечном итоге приведёт к катастрофическому сценарию.
А что может безопасно заменить углеводородную энергетику? Безусловно, только атомная энергия, а в отдалённой перспективе - термоядерная энергия.
А может быть, заменой станет альтернативная солнечно-ветровая энергетика?
- Что ж, европейские учёные объективно ответили на данный вопрос ещё 10 лет назад. И ответ многих расстроит.
По сути, безопасно заменить существующие мощности углеводородной энергетики сегодня неспособно ничто: ни атом, ни тем более ветер с солнцем.
Увеличение потребления энергии требует ввода новых генерирующих мощностей и замены существующих, срок эксплуатации которых подходит к концу. Для совершения любой работы нам требуется определённое количество энергии, и в строительстве новых энергостанций требуется затратить некое количество энергии, без которой ничего построить не получится.
Энергия тратится на всё: на изготовление стройматериалов, на их доставку, на саму стройку, на прочие сопутствующие расходы.
Так вот, чтобы построить новые энергетические мощности, нужно, чтобы уже построенная энергостанция выработала энергию, которую мы можем полезно использовать.
- Если энергостанция не вырабатывает за весь свой активный срок эксплуатации то количество энергии, которое затратили на её строительство и последующее обслуживание, то этот объект в конечном счёте будет поглотителем энергии, а не её источником.
Электростанция - поглотитель энергии? Что за бред?! Но подобный пример есть в мировой энергетике.
Так вот, современная газовая ТЭЦ вырабатывает затраченное на её строительство энергии всего за 12 дней. Конечно, это без учета затрат на добычу газа, его транспортировку к месту потребления.
С учётом всех сопутствующих затрат энергетическая рентабельность выражается уже через коэффициент EROI, и у газовых ТЭЦ он равен 28 единицам (при 7500 часов нагрузки в год и сроке активной эксплуатации в 35 лет).
То есть за 35-летний срок службы газовая ТЭЦ выработает в 28 раз больше энергии, чем было затрачено на её строительство и дальнейшее функционирование (со всеми сопутствующими энергозатратами, включая добычу, транспортировку и хранение необходимого количества газа).
- Для угольной ТЭС эти показатели следующие: энергетическая окупаемость - 2 месяца, EROI – 30 ед.;
- Для АЭС: энергетическая окупаемость - 2 месяца, EROI 75-105 ед.;
- Для ГЭС: энергетическая окупаемость - 3 года, EROI – 35 ед.;
- Для ветроэлектростанций: энергетическая окупаемость - 5 лет, EROI - 3,9 ед.;
- Для солнечных панелей: энергетическая окупаемость - 16 лет, EROI - 1,5-2,3 ед.
Да, разумеется, если, например, ветрогенератор будет непрерывно вырабатывать установочную мощность в течение года, то он теоретически может за год окупиться энергетически. То же самое и с солнечными панелями: если бы на них 24 часа в сутки светило солнце, то они энергетически окупились бы за 6 лет.
Допустим, что с этого дня все правительства в мире договаривается, что отныне генерация энергии будет для всех бесплатной. Пусть это и невыполнимое условие, но оно поможет понять саму суть проблемы.
Даже с учётом того, что вся выработанная энергия будет бесплатной для человечества, при соответствующих энергетических параметрах альтернативой углеводородам может стать только ядерная энергетика. Однако и тут есть нюанс. Дело в том, что время строительства сопоставимой по мощности ТЭЦ в среднем в 2 раза меньше, чем время строительства АЭС.
А чтобы безопасно заместить газовую электростанцию, нужно построить в 7 раз больше ветроэлектростанций, равных по мощности.
То есть ТЭС мощностью 1 ГВт будет такой же энергетически эффективной, как ВЭС мощностью 7 ГВт или как солнечные панели мощностью 12 ГВт.
Один современный атомный энергоблок типа "ВВЭР-1200" мощностью 1,2 ГВт электрической энергии будет по энергетической эффективности сопоставим с 19 ГВт ветроэнергетических мощностей или 32 ГВт мощностей солнечных панелей.
Да, надёжно заместить АЭС ветроэнергетикой возможно, но для этого необходимо выстроить в 16 раз больше мощностей. И с учётом того, что срок работы энергоблока АЭС составляет 60 лет, а ВЭУ – 25-30 лет, то суммарно нужно выстроить уже в 32 раза больше ветроэнергетических мощностей, чем у АЭС.
Причем делать эту нужно в разных местах и объединять их в одну энергосеть для сглаживания прерывистой генерации.
Если и замещать углеводородную энергетику на атом уже сегодня, то в течение 35 лет рост потребления энергии будет замедлен в 2 раза. Да, он не остановится, но серьёзно замедлится, что приведёт к экономическим и политическим кризисам.
При "альтернативном" сценарии удвоение энергопотребления случится к 2090 году, а не к 2055, как в случае с углеводородами.
Если замещать углеводородную энергетику солнечно-ветровой генерацией, то при нынешнем уровне развития технологии и сроках службы современных альтернативных источников энергии удвоить энергопотребление человеческой цивилизации получится только к 2500 году, то есть через 500 лет…
- Получается, что стопроцентной альтернативы углеводородам нет - даже ядерная энергетика уже неспособна сегодня безопасно заместить углеводороды.
По данным международного агентства по энергетике, в 2019 году глобальная потребность в электроэнергии составила около 23 триллионов киловатт-часов. В это время в работе находилось более 440 энергоблоков АЭС, производящих 10% всей электроэнергии в мире. То есть нужно в 10 раз увеличить количество энергетических мощностей АЭС для покрытия действующих потребностей в электроэнергии. Но общее количество новых мощностей АЭС, необходимых для покрытия потребности в энергии всего мира, составляет уже в 100 раз больше, чем мы имеем сегодня.
Реально ли строить по 1000 атомных энергоблоков в год на протяжении 35 лет, чтобы безопасно заместить действующие потребности человечества в энергии? Учитывая, что за всю историю атомной энергетики было построено 640 атомных энергоблоков, а в год при этом максимально строилось в среднем по 43 реактора, из которых запускали только 33, то строительство даже 125 реакторов в год в течение 35 лет выглядит очень амбициозной задачей мирового масштаба, а 1000 реакторов в год за следующие 35 лет – это уже за пределами возможности человеческой цивилизации сегодня.
В итоге потрясения человеческой цивилизации уже неизбежны. Даже события 2019 года и события мирового передала 2022 года должны были наступить через 10-15 лет, если учитывать действующие реалии, но они наступили уже сегодня.
Безусловно, научному сообществу, как и высшим политическим деятелям, проблемы развития человеческой цивилизации известны. Ещё в 2012 году Лондонское королевское общество «The Royal Society» официально признало факт того, что 21 век становится решающим этапом развития всего человечества.
Поэтому строить какие-либо прогнозы на 22 век – бессмысленно. С долей вероятности в 50% он может и не наступить для человечества…
Грустно и печально это всё. Но есть ли шанс, если уж не избежать мирового кризиса человечества, то хотя бы сгладить его?
Такой шанс есть. Но он не всем придётся по душе, а некоторые даже предпочтут коллапс цивилизации. Поговорим об этом в следующей статье.
Постскриптум.
Статьи выходят благодаря поддержке подписчиков-спонсоров. Для спонсоров всегда открыто приватное обсуждение, все ссылки на источники и исследования используемые в основе моих статей. Спасибо друзья за поддержку канала!
Подписывайся на канал!