Александр Лосев

| Ведомости

Мировая экономика устроена и развивается так, что никакие возобновляемые источники не смогут обеспечить все возрастающую потребность в энергии

Потребности в энергии увеличиваются на порядок быстрее роста численности населения

Аристотель придумал понятие «энергия» для обозначения активной человеческой деятельности, преобразующей мир. В наши дни степень прогресса и уровень развития цивилизации принято измерять количеством энергии, потребляемой человечеством, а также объемом располагаемой информации.

С момента зарождения современной цивилизации до конца ХХ в. происходил гиперболический рост населения Земли, а с появлением паровых машин в начале XIX в. мировое энергопотребление увеличивается пропорционально квадрату этого населения. В ХХ в. люди использовали больше энергоресурсов, чем за всю предыдущую историю, хотя с момента появления вида homo sapiens на Земле родились свыше 107 млрд человек.

Сегодня десятую часть всей электроэнергии в мире использует цифровая экономика, и в дальнейшем ее доля в глобальном энергопотреблении только возрастет. Даже смартфон может потреблять больше энергии, чем домашний холодильник, если учесть звонки, сообщения, пересылку фото и видео, зарядку, многочисленные «облачные» серверы, дата-центры и комплексы базовых станций радиосвязи. При этом мир электронных технологий не такой уж и чистый с экологической точки зрения, как кажется.

Потребности в энергии будут только возрастать. Если, по данным Международного энергетического агентства, в 2015 г. мировое энергопотребление составило 20,76 трлн кВт ч, то через 15 лет прогнозируется 33,4 трлн кВт ч (прирост на 60%), а к 2050 г. потребление энергии может удвоиться – до 41,3 трлн кВт ч.

Потребности увеличиваются, поскольку растет и численность населения, и материальное благополучие. Логично ожидать качественных изменений, которые преобразят мир. Но в вопросе, каким он будет, мнения экспертов расходятся. Пока тревогу бьют лишь экологи, предупреждая о катастрофических последствиях бума энергопотребления для окружающей среды.

Инерционный сценарий развития становится базовым

За последние 150 лет мировая энергетика выросла в 35 раз, но ее структура в наступившем XXI в. остается достаточно архаичной: 68% электричества вырабатывается путем сжигания ископаемого топлива – угля, торфа, газа и нефтепродуктов. При этом доля угольной энергетики в мире превышает 40%, в то время как на возобновляемые источники энергии (ВИЭ) приходится пока лишь 5% генерации, а доля атомных электростанций снизилась за последние четверть века в два раза до 10%.

Основной прирост мирового энергопотребления в ближайшие годы будет происходить за счет развивающихся стран, где энергоэффективность низка, а относительная бедность ограничивает развитие «зеленой» энергетики и ВИЭ. По данным ООН на 2015 г., около 1,5 млрд жителей Земли не знают, что такое электричество, а 3 млрд человек приходится ежедневно использовать дрова и органические остатки для приготовления пищи и отопления домов.

50 лет назад удельное потребление энергии на душу населения в развитых странах было в 20 раз выше, чем в развивающихся, сейчас разница сократилась до 7 раз, но все еще огромна. Эти обстоятельства, к сожалению, определяют инерционный сценарий развития энергетики на долгие годы вперед. Относительно дешевые нефть, газ и уголь, а также прагматичное нежелание отвлекать финансовые ресурсы на капиталоемкие и долгосрочные атомные проекты перевешивают любые соображения и доводы технического прогресса. Поэтому увеличение выработки электроэнергии будет происходить во многом за счет ископаемых углеводородов, а не ВИЭ, что бы ни говорили футурологи и эксперты.

Нефть и газ еще понадобятся

Ставить крест на угольной и нефтегазовой отрасли пока рано, учитывая постоянный рост глобального энергопотребления, в том числе и из-за развития цифровых технологий, увеличения числа автомобилей (электромобили тоже потребляют много энергии), а также чрезвычайно высокой доли тепловых электростанций в общей генерации (порядка 68%). Потребность в нефти в 2030 г. может достичь 6200 млн т, что намного превышает 4790 млн т в 2015 г.

Текущий сценарий развития энергетики скорее предполагает ренессанс нефти и газа, а не избавление от нефтяной зависимости. В ближайшие 15-20 лет на долю нефтепродуктов будет приходиться 30% выработки энергии, включая тепловую, на газ – 26%, при постоянном росте объемов генерации электроэнергии и потребности в углеводородах. Учитывая, что КПД современных теплоэлектростанций составляет 40-60% в зависимости от размеров, особенностей конструкции и используемого топлива, половина сжигаемых углеводородов превращается просто в продукты горения, прежде всего в углекислый газ, и выбрасывается в атмосферу. Экологические проблемы будут только нарастать, при том что уже сейчас ископаемые виды топлива дают 75% техногенной эмиссии диоксида углерода.

Некоторые утверждают, что мир спасут электромобили и солнечная энергия. К сожалению, это не так.

Энергетическая мифология и сценарии катастрофы

Массовый переход человечества на электромобили, а также заполнение обширных пустынь солнечными панелями – это сценарий катастрофы, и отнюдь не для нефтяных компаний, как кажется на первый взгляд, a для экологии.

Начнем с электромобилей. Общее количество эксплуатируемого автотранспорта, включая грузовики и автобусы, уже превышает 1 млрд. Через 15 лет число машин возрастет до 1,5 млрд. Используемая автомобилями энергия движения, то есть та самая мощность, что создается в бензиновых и дизельных двигателях, уже сейчас в 2,5 раза превышает суммарную вырабатываемую мощность всех электростанций Земли. То есть каждый автомобиль – это своего рода самодвижущаяся энергетическая установка. Представим, что будет, если сотни миллионов машин, вместо того чтобы, сжигая топливо в своих моторах, преобразовывать тепловую энергию в механическую и кинетическую для своего движения, станут массово потреблять электричество, две трети которого также вырабатываются на тепловых электростанциях путем сжигания углеводородов. Сколько десятков тысяч новых электростанций нужно построить для сотен миллионов электромобилей?

Электромобилям требуется порядка 350-400 Вт на 1 км. В процессе выработки такого количества энергии в атмосферу попадает 200 г углекислого газа. И это без учета потерь электричества в высоковольтных и распределительных сетях, в трансформаторах, на станциях зарядки, а также в аккумуляторах, кондиционерах и электросетях самих электромобилей. При том что для бензиновых двигателей норма выброса углекислого газа сейчас составляет 130 г на 1 км пути, и она должна быть снижена к 2020 г. до 95 г/км.

Получается парадокс: при существующей структуре мировой энергетики электромобили будут в два раза грязнее и опаснее для экологии Земли, чем обычные автомобили с бензиновыми двигателями. Просто проблема загрязнения воздуха городов будет перенесена за их пределы, но при этом многократно увеличится. А есть еще и проблема аккумуляторов, и не только с их утилизаций. Их производство наносит непоправимый ущерб окружающей среде – это тысячи тонн отработанной породы и кубометры жидких кислотных отходов. Цена такому электромобильному будущему – здоровье и жизнь сотен миллионов людей и настоящая климатическая катастрофа.

Но, может быть, решение проблемы, связанной с дополнительными гигаваттами электричества для электромобилей (и смартфонов), находится в сфере использования неисчерпаемого источника бесплатной энергии – солнечной? (Тут вспоминается строка Стругацких: «Счастье для всех. Даром. И пусть никто не уйдет обиженным».) Ведь поверхность Земли получает в ясную погоду эквивалент 0,7-1,3 кВт тепловой энергии на 1 кв. м. И есть гигантские малонаселенные пространства субтропических пустынь, которые можно застелить солнечными панелями и теоретически решить все проблемы.

К сожалению, даром ничего не бывает. Издержки солнечной энергетики (прямые и косвенные) невероятно высоки. Дело даже не в технологиях изготовления панелей фотоэлементов (об этом чуть дальше), а в том, что плотность потока солнечной энергии очень низка, при этом затраты на преобразователи, накопители, регуляторы, охладители и системы трансформации и передачи электричества огромны. А еще есть постоянная смена дня и ночи, сезонность и климатические факторы, делающие работу солнечных установок нестабильной. Эффективность солнечных элементов резко снижается при их нагреве. Как ни парадоксально, но в Якутии они будут работать гораздо эффективнее, чем, например, в Калифорнии, ведь 80% солнечной радиации уходит просто на нагрев панелей, а повышение температуры поверхности фотоэлемента всего на 10 градусов в два раза снижает его эффективность. Ежедневная эксплуатация обычного газотурбинного или мазутного электрогенератора на порядок дешевле и проще, чем сопоставимой по мощности солнечной электростанции.

Все это можно было бы пережить, если изготовить миллионы квадратных метров солнечных батарей для замены тепловых электростанций. Только экология этого не переживет. Ведь нужно будет дополнительно израсходовать миллионы тонн коксующего угля (нужный для солнечных элементов промышленный кремний получают путем восстановления из кремнезема или кристаллического диоксида кремния с помощью кокса в электродуговых печах при температуре 2000 градусов), различных горных пород, содержащих мышьяк, свинец и кадмий, моторного топлива, стали и пластика, тераватт электричества (вырабатываемого в основном на тепловых станциях). Сколько миллионов тонн углекислого газа и вредных примесей при этом попадет в атмосферу и что будет с почвами и водными источниками?

Эра газа и атома

Возобновляемые источники энергии – это локальные решения для мест, где строить большие электростанции экономически неэффективно. Лишь повсеместное развитие и массовое использование ядерной энергетики на новом качественном уровне безопасности и утилизации отходов (а в будущем и термоядерной энергетики) поможет человечеству обеспечить себя необходимым количеством энергии без превращения планеты в жаркую, отравленную газами, кислотами и солями тяжелых металлов пустыню.

Энергия универсальна, и переход человечества к электрическому миру когда-нибудь состоится, может, в следующем веке, но не в обозримой перспективе. Следующие 20-30 лет будут «эрой газа», гораздо более чистого, чем нефть и уголь, топлива. А если еще и появятся технологии добычи металлогидридов из земной коры, то бензин и дизель в автомобилях, мазут и уголь на электростанциях заменит собой водород – настоящее экологически безупречное топливо будущего.

Метки: газ, мировая экономика, нефть, технологии, экология, электроэнергия, энергетика