.Андрей Алексеевич Климов
Бывший научный сотрудник института Теоретической и Экспериментальной Биофизики РАН, Пущино.
В настоящее время я пенсионер.
anklimov@mail.ru
Я считаю, что с помощью моей идеи можно предотвратить как излишнее потепление на Земле, так и прогнозируемое некоторыми учёными похолодание.
Я опасаюсь, что если весь мир будет увлечен работами в согласии с моей идеей, то может наступить опасное похолодание на Земле.
Поэтому прежде, чем развертывать такие работы вне России нужно выработать правила в рамках ООН, которые помогут регулировать температуру на Земле в выбранном диапазоне. В России нужно начать работы в этом направлении как можно быстрее.
Далее я привожу слегка скорректированные тексты из моих материалов, приведенных в
https://идея.росконгресс.рф/improject-84158/ideas/129301
Способ регуляции концентрации СО2 в атмосфере Земли.
Или
Замена "Зелёной революции" на "революцию Терра Прета".
Лишь в 1980 году идея опасности глобального потепления проникла в массы вне научного мира. С тех пор было предложено большое число способов борьбы с ростом СО2 в атмосфере, но мой анализ показал, что ни один из изученных мной описанных в литературе способов не удовлетворяет сразу всем сформулированным мной необходимым условиям:
1) Неизвестно повысится ли температура на Земле или понизится по разным причинам, поэтому нужно иметь возможность не только снизить концентрацию парниковых газов в атмосфере, но и повысить их концентрацию, если на Земле начнется похолодание.
2) Удалять СО2 из атмосферы нужно так, чтобы не тратить на это много энергии, даже атомных станций, иначе это приведет в конечном счёте к замене потерянной доли энергии атомных станций сжиганием ископаемого топлива и росту СО2 в атмосфере.
3) Из пункта 1 следует, что нельзя прятать СО2 так, что вернуть его в атмосферу будет трудно, дорого, долго или даже невозможно.
4) Из пункта 1 следует, что продукты переработки СО2 или органики нужно спрятать так, что они сколь угодно долго могут храниться и не превратятся опять в СО2 без небольших усилий людей.
5) Нельзя допустить, чтобы вместе с продуктами переработки СО2 и органики из кругооборота вывелись удобрения, часто присутствующие в органике и могущие переходить в продукты переработки органики.
6) Желательно, чтобы продукты переработки органики можно было спрятать так, чтобы они приносили пользу и не приносили вреда.
Я предлагаю получать из органики крупнопористый уголь, пиролизных или биохимический, отделять от него удобрения в процессе получения угля или после и возвращать удобрения в природные циклы.
Известно, что чистый углерод может самовозгораться в воздухе, поджигаться молниями, пожарами, космическими частицами и т.д., поэтому нужно смешать полученный уголь с негорючими и не взрывающимися веществами для длительного хранения и использования, но такими, что при необходимости они могут быть удалены из угля простым и недорогим способом.
Если уголь не загорится, то он может храниться очень долго и пока нет тех, кто его съест. Я читал, что 2000 лет назад в Южной Америке люди закапывали низкотемпературный пиролизный уголь в землю для повышения ее плодородия.
Эти участки "Черной земли", "Терра прета" до сих пор дают бо́льший урожай, чем расположенные рядом не черные участки земли. Подробности в https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Терра_прета
Не надо путать "Черную землю, Терра Прета" с привычным черноземом, поэтому советую использовать распространенное в мире название "Терра Прета", Terra Preta.
Предлагаю провести эксперименты в России для оценки применимости "удобрения" земель в РФ пиролизным углем для безопасного выращивания растений.
Таким образом можно вывести из кругооборота углерод, произведенный растениями из СО2 и воды и оставить удобрения в этом углероде доступными для новых растений.
При необходимости можно отделить уголь от почвы используя разность плотности угля и почвы и флотацию в воде или выдувание осушенного угля воздухом из почвы.
Излишки пиролизного угля можно прятать под водой в болотах и выращивать там такие растения, которые помогут высосать удобрения из пиролизного угля. Позже можно выделить из этих растений удобрения и новый пиролизный уголь.
Описание проблемной ситуации:
Более 40 лет угроза глобального потепления тревожит человечество. Несмотря на многочисленные международные соглашения не найдено решение, которое позволило бы остановить рост концентрации в атмосфере газов, вызывающих опасный рост температуры на Земле.
Я нашел решение, которое при международном сотрудничестве позволит удерживать на желательном уровне концентрацию СО2 в атмосфере, основного парникового газа. То есть как снижать, так и повышать концентрацию СО2.
В процессе удастся получить очень полезный продукт, "черную землю", повышающую плодородие почв и выступающую в качестве буфера, стабилизирующего и регулирующего концентрацию удобрений в почве.
В крупных порах угля могут поселиться полезные для почвы бактерии и грибки.
Даже в масштабах одной России без участия других стран моя идея поможет сильно ограничить рост концентрации СО2 в атмосфере.
Но с участием других стран можно достичь полной регуляции концентрации СО2 в атмосфере.
Затраты и ресурсы:
Затраты огромные, но самоокупаемые за счёт повышения урожайности растений и устранения угрозы неконтролируемого роста температуры на Земле и связанных с этим губительных проблем.
Прогнозируемые эффекты, видение результата реализации идеи:
Регуляция температуры на Земле в желательном диапазоне и улучшение качества почвы для сельского и лесного хозяйства.
Описание целевой аудитории:
Всем, кто хочет сохранить приемлемые условия жизни на Земле.
Если есть опыт в реализации идеи, опишите измеримые эффекты и пользу от применения идеи:
Прототип предлагаемой идеи появился более 2000 лет назад. Подробности в https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Терра_прета
Впервые идею о существовании парникового эффекта на Земле выдвинул французский физик Жан-Батист Фурье в 1827 году.
По современным расчетам Земля, не имеющая парникового эффекта, должна обладать температурой ниже примерно на 39 ℃: https://ru.m.wikipedia.org/wiki/Парниковый_эффект
Поэтому нельзя бороться с парниковым эффектом, но нужно его регулировать с учётом мнения всех жителей Земли.
29 января 2024
Самое важное дополнение 1_2_2024
Здесь моя собственная идея и она переворачивает все опасения по поводу роста концентрации СО2 в атмосфере и приводит к выводу, что если идею создания Терра Прета с использованием атмосферного СО2 не контролировать, то концентрация СО2 может снизиться в разы и Земля может замёрзнуть!
Я подсчитал, что в атмосфере Земли в 2024 году находится около 890 гигатонн углерода, поэтому над 1 м2 поверхности Земли находится (8.9*10^14кг)/(5.1*10^14м2)~1.75 кг/м2 углерода.
Согласно https://en.m.wikipedia.org/wiki/Land_use_statistics_by_country
В эту статью включена таблица со статистикой по странам, из которой видим, что площадь всех обрабатываемых земель в мире 1.724*10^13 м2
Поэтому, если опустить весь углерод атмосферы на обрабатываемые земли, то на 1 м2 придется всего (8.9*10^14кг)/(1.72*10^13м2)~50 кг/м2 и в слое земли толщиной 20 см можно будет создать хорошую долю угля для того, чтобы образовалась "черная земля или Terra preta" на всей обрабатываемой площади Земли.
Но!
В этом случае в атмосфере не будет СО2, исчезнет парниковый эффект, средняя температура на Земле понизится на 39С и все замёрзнет.
Ясно, что "приземлить" из атмосферы можно лишь вновь поступающий в атмосферу углерод в форме СО2 от сжигания ископаемого топлива и утечек метана. Если производство "черной земли или Terra preta" станет популярным на Земле, то в будущем может возникнуть ситуация, в которой нужно будет бороться не с повышением концентрации СО2 в атмосфере, а нужно будет стараться не допустить снижения концентрации СО2 в атмосфере. Понадобится получать "черную землю или terra preta" из ископаемого топлива.
В РФ 10^12 м2 опустынивающейся земли, для превращения которой в Терра Прета нужно до 50 гигатонн углерода из 890 гигатонн углерода, имеющегося в атмосфере в 2024 году.
Дополнения:
Эксперт Юрий Скурыдин 31 янв. 2024: На протяжении всего времени существования Земли имеют место циклические колебания концентрации углекислого газа в атмосфере. Для чего необходимо уменьшение концентрации этого газа сегодня? Тем более СО2 - компонент, жизненно необходимый для растений. Кроме того, следует иметь в виду, что СО2 - далеко не единственное вещество, влияющее на глобальные процессы парникового эффекта. Гораздо больший вклад в этот эффект вносит водяной пар, но почему-то бороться с ним сегодня не предполагается ...
Первый ответ Андрея Климова эксперту Юрию Скурыдину 31 янв. 2024:
Уважаемый Юрий! Я загрузил данные измерений концентрации СО2 в атмосфере, обработал в Excel и встревожился: рост ускоряется!
Первое описание я привел в https://dzen.ru/b/Y5siRBo_-HupDeXz
Я обработал результаты измерений концентрации СО2 на станции Мауна Лоа с 1959 года до 2021 года и нескольких других станциях за более короткие периоды и получил аппроксимирующие формулы для оценки ежегодного роста и прироста концентрации СО2 в атмосфере: https://scrippsco2.ucsd.edu/data/atmospheric_co2/primary_mlo_co2_record.html
Для Мауна Лоа я получил сглаженную от сезонных колебаний формулу, в которой 1 ppm это 1 часть на миллион по объему газа в воздухе: СО2(ppm)=0.0133*Date^2-51.341*Date+49851.2
где месяцы заменены на десятичные числа, например: 1959.0411, 1959.126, 1959.2027, 1959.2877, 1959.3699, 1959.4548, 1959.537, 1959.6219, 1959.7068, 1959.789, 1959.874, 1959.9562, 1960.0411, 1960.126,…
Сходные результаты я получил и для результатов измерений концентрации СО2 на других станциях, собранных на сайте
https://gml.noaa.gov/dv/data/index.php?category=Greenhouse%2BGases¶meter_name=Carbon%2BDioxide
https://gml.noaa.gov/aftp/data/trace_gases/co2/flask/surface/co2_alt_surface-flask_1_ccgg_month.txt
Для станции в Мауна Лоа я получил ещё и уравнение, описывающее линейный рост сезонных колебаний СО2 в атмосфере:
Если Δ(СО2)=ppm(max,year,month=5) - [ppm(min,year-1,month=10) + ppm(min,year,month=10] /2,
то: Δ(СО2,ppm)= 0.0203*Date - 34.04, R2 = 0.9998.
Для других станций уравнения, описывающее линейный рост сезонных колебаний СО2 в атмосфере отличаются от того, которое я вывел для станции в Мауна Лоа. Ближе к экватору сезонные колебания малозаметны, а в северных широтах значительно больше. Южнее экватора они меньше, чем на севере и в противофазе к северным колебаниям.
Вычисление концентрации СО2 в атмосфере я произвел из-за того, что встречались противоречивые цифры в разных работах.
Масса сухого воздуха составляет (5,1352±0,0003)·10^18кг, общая масса водяных паров в среднем равна 1,27·10^16кг.
В 2023 году концентрация углекислого газа в атмосфере превысила 420 частиц на миллион (ppm), а в 2021 году была 417 ppm.
Молекулярная масса CO2 44,01 г/Моль, а молекулярная масса воздуха, то есть средняя величина от азота, кислорода, аргона и других минорных газов составляет 28,96 г/Моль.
Это значит, что средняя масса CO2 в атмосфере в 2021 году была около 417·5,135·44,01·10^12/28,96 кг=3,254·10^12 тонн.
Углерода в этом CO2 в атмосфере было 12·3,254·10^12/44=887 миллиардов тонн.
Для CO2: 1ppm=5,135·44,01·10^12/28,96кг=7,804·10^12кг=7,804·10^9 тонн,
это соответствует 2,128·10^9 тонн углерода.
Сезонные изменения CO2 меняются от 2-4 ppm южнее экватора Земли до 7-17 ppm на севере.
То есть, в среднем количество углекислого газа в атмосфере Земли по природным причинам колеблется примерно на 50-60 млрд тонн в течение года, но в противоположных фазах южнее и севернее экватора и гораздо сильнее на севере, чем на юге, обратно пропорционально изменению массы наземных растений. Меридиональные перемещения воздуха слабы и не обеспечивают сезонное перемешивание воздуха.
Рост концентрации СО2 с 1959 года описывается параболой и меня это тревожит. А вас?
Второй ответ Андрея Климова эксперту Юрию Скурыдину 31 янв. 2024:
Уважаемый Юрий! Вы правы, что увеличение концентрации СО2 в атмосфере полезно растениям, но с ростом температуры могут ухудшиться другие параметры среды, которые повредят растениям.
Растения С3 типа увеличивают фотосинтез до 1000 ppm CO2 в воздухе и таких растений С3 типа около 95%.
5% растений относятся к С4 типу и для них достигнут максимум 400 ppm CO2 в атмосфере, до которого рос их фотосинтез.
Третий ответ Андрея Климова эксперту Юрию Скурыдину 31 янв. 2024:
Уважаемый Юрий! За 140 лет концентрация СО2 в атмосфере выросла от 280 ppm до 420 ppm, то есть, в полтора раза, и с 1959 года ее рост описывается параболой. Выросла температура. Вероятно, что увеличилось испарение разных вод и выросла облачность, но такие измерения я не нашел. Если облачность все таки увеличилась, то это могло дать существенную прибавку к парниковому эффекту, но не отменяет ту часть роста парникового эффекта, которая зависит от СО2.
В истории Земли были периоды когда концентрация СО2 была выше и, возможно, растения тогда выработали возможность роста фотосинтеза пропорционально концентрации СО2 в атмосфере до 1000 ppm.
И тогда могло быть переселение немногочисленных предков людей вслед за уютными условиями. Но если на юге теперь станет слишком жарко, а в РФ будет ещё неплохо, то миллиарды людей потянутся в РФ. Мне это не нравится. А вам?
Дополнение 5_2_2024
При пиролизе органики могут выделяться очень опасные вещества, особенно, из огромного класса с общим именем диоксины, содержащие хлор. Нашел хорошее описание всех проблем, связанных с диоксинами. Очень длинное. https://en.m.wikipedia.org/wiki/Dioxin_toxicity
Мой Яндекс браузер перевел этот текст на русский язык.
Поэтому перед проведением пиролиза нужно убедиться, что в органике отсутствует хлор или его очень мало. Можно органику в воде подвергнуть электролизу с многочисленными электродами в пористой оболочке и выделившийся на анодах газ хлор сжечь с выделившимся на катодах водородом. HCl значительно менее опасен, чем диоксины.
Опасные диоксины жирорастворимы и нужно их удалять из дыма с помощью фильтров с липидами или мылами. Потом можно сжечь эти фильтры при температуре выше 1000С, при которой диоксины превратятся в HCl.
Возможно, что пиролиз органики лучше проводить тоже при температуре выше 1000С и выдерживать полученный уголь при этой температуре достаточно долго, чтобы в нем не осталось диоксинов.
При описании "Черной Земли Terra preta" указывалось, что лучший результат по повышению плодородия почвы достигали с добавкой угля с крупными порами, в которых могли поселиться бактерии.
Я нашел в интернете описания способов увеличения пор в дереве с помощью мощного микроволнового облучения влажной древесины. Аналог получения поп корна.
Я придумал, что можно попытаться получить уголь с крупными порами с пиролизом влажной древесины и доведением конечной температуры до более 1000 С для разрушения диоксинов.
Нужно использовать тепло отходящих пиролизных газов и продуктов пиролиза для подогрева воздуха в теплообменниках, поступающего в пиролизную печь, чтобы достичь более 1000 С и разрушения диоксинов.
Дополнение 06_2_2024
При пиролизе органики получается уголь с золой, которая содержит нелетучие удобрения - соли и окислы металлов и фосфора. Но азотные соединения в органике разрушаются до газообразного азота. Кроме азота в пиролизным газах присутствует водород, поэтому нужно разработать пристройку к пиролизным печам, в которой из азота и водорода будет синтезироваться аммиак и другие азот-содержащие удобрения. Пока пиролиз древесины идёт при относительно низкой температуре, в пиролизных газах на этой стадии выделяется уксусная кислота, которая при взаимодействии с окислами металлов в золе остывшего угля позволит получить нелетучие водорастворимые хорошие удобрения.
Дополнение 20_4_2024
Встречал статьи, в которых утверждали, что биопродуктивность океанских вод низкая из-за слишком низких концентраций удобрений вдали от подводных вулканов, способных локально повысить концентрацию минеральных солей. Не знаю, могут ли вулканы повысить и концентрацию азотных соединений. Нужно изучить возможность азотфиксирующих свойств морских водорослей, из которых я предлагаю сделать плавучие острова для сбора удобрений в океанах и производства из этих водорослей пиролизного угля с удобрениями для создания Терра Прета.
Дополнение 22_4_2024
При пиролизе органических веществ выделяется много конденсируемых и газообразных продуктов, которые можно использовать как жидкие и газообразные виды топлива и для выделения полезных веществ.
Углекислый газ, полученный при пиролизе, после очистки можно использовать для повышения концентрации СО2 в теплицах до 1000 ppm, до которой фотосинтез растет пропорционально концентрации СО2 у растений С3 типа, которых 95% на Земле. Часто концентрацию СО2 растения в теплицах и парниках снижают по сравнению с уличной в разы и в разы снижается эффективность использования
--
Я считаю, что если понижать концентрацию СО2 в атмосфере, то уменьшится та часть парникового эффекта, которая определяется СО2. Воздух станет холоднее и в нем будет растворяться меньше воды и снизится та часть парникового эффекта, которая зависит от концентрации водяного пара. Ясное небо с морозом и снегом, отражающим свет на большей части Земли, будет большую часть времени.
Хорошее описание современного состояния работ по использованию пиролизного угля в сельском хозяйстве. Обратите внимание, что чистый пиролизный уголь всосет в себя из почвы удобрения и растениям пользы будет меньше, чем вреда. Поэтому перед использованием в почве нужно "зарядить" пиролизный уголь удобрениями и микробиотой:
https://dzen.ru/a/ZSGcVwHSfDZkYKgH
Биоуголь на даче: чем он может быть полезен и как его сделать в домашних условиях