Зелена економіка ігнорує принципи фізики, термодинаміки, математики і геології

Переважна більшість країн світу задекларували готовність стати вуглецево нейтральними до середини 21-го століття шляхом всеохопної зеленої трансформації. Професор прикладних наук Саймон Мішо (Simon Michaux) з фізики, геології, гірничорудної інженерії, переробки мінералів та геометалургії конкретно порахував, що це мало би означати на практиці, використовуючи офіційні дані ООН, Світового банку, Міжнародного енергетичного агентства і національну статистику.

Він розглянув ті сектори економіки, які нині повністю або частково функціонують завдяки викопним енергентам (нафта, газ, вугілля), а саме: електроенергетика, всі види транспорту, опалення, виробництво сталі, цементу, пластику, мінеральних добрив. Враховуючи сучасну сукупну глобальну енергетичну складову викопних джерел у вищезгаданих секторах, зокрема кількість всіх транспортних засобів, обігрів всіх споруд, виготовлення конкретних об’ємів і ваги зазначених матеріалів, науковець енергетично конвертував і математично вивів тотальні потреби зеленої трансформації у вигляді додаткових потужностей електроенергетики – 48 939,8 ТВт·год.

Ці додаткові потужності повинні бути забезпечені виключно за рахунок відновлюваних джерел енергії – сонця, вітру, гідро (в т.ч. припливно-хвильова), геотермальних, на біомасі, а також атомної. Вони будуть використані для виготовлення електрокарів на заміну всіх наявних неекологічних транспортних засобів (1,475 мільярдів штук), батарей і заряджувальних станцій до них, виготовлення вітрогенераторів і сонячних панелей, виробництва 355,5 млн.т. водню для виготовлення водневих акумуляторів, 39,1 млн.т. водню для виробництва аміаку як пального і 64,6 млн.т. водню для виробництва мінеральних добрив, 377,5 млн.т. біодизеля (за рахунок скорочення площі с/г земель для виробництва їжі), створення буферних ємностей накопичення і зберігання енергії для згладжування коливань подачі електроенергії від сонця і вітру (від 25,7 ТВт·год до 8 634,1 ТВт·год залежно від затребуваного розміру буфера – від 6 годин до 12 тижнів), тощо.^[1]

Тим часом нинішній світовий обсяг генерації електроенергії від ВДЕ складає 8 440  ТВт·год, а атомної енергії – ще 2,55 ТВт·год, разом – 11 ТВт·год. Тобто впродовж наступних 25 років необхідно наростити ці потужності в 4,5 рази. Для цього необхідно додатково збудувати 796 709 нових електростанцій середньої величини, які би працювали без використання викопних джерел, порівняно з нині існуючими 46 423 електростанціями всіх типів, тобто за 25 років збільшити їхню кількість у 17 разів (насправді ще більше, бо серед нині діючих теж треба замінити приблизно 65% тих, що працюють на вугіллі, газі або мазуті). Це вимагатиме спорудження нових 511 тисяч СЕС, 230 тисяч ВЕС, майже 5 тисяч ГЕС, 25 тисяч ТЕС на біомасі, 287 АЕС, 600 геотермальних і припливних станцій. 

У свою чергу, заміна левової частки сучасної енергетичної інфраструктури і будівництво нових або модернізація заводів по виробництву електричних або водневих автомобілів, повітряних та морських суден, а також сталі, цементу, скла, полімерів і т.д. вимагає видобутку і застосування великої кількости різноманітних металів, мінералів, газів та інших хімічних елементів і сполук. Спираючись на вищезазначені енергетичні та ресурсні потреби, нескладно здійснити відповідну калькуляцію: наприклад, зелена трансформація світу потребує додатково 353 млн. т. алюмінію (при нинішньому річному виробництві 63 млн.т.), 18 033 млн.т. міді (проти 24 млн.т. на рік тепер), 4 421 млн.т. нікелю (2,35 млн.т.), 860 млн.т. кобальту (0,6 млн.т.), 3 874 млн.т. літію (0,09 млн.т.), 36 083 млн.т. графіту (2,73 млн.т.), 2 773 млн.т. ванадію (0,1 млн.т.), 4,16 млн.т. германію (0,00013 млн.т.) і т.д. Ще цікавіше порівнювати ці цифри в розрізі років, а саме: щоб отримати необхідні для зеленого переходу обсяги міді, треба на нинішньому рівні річного видобутку видобувати її безперервно протягом 745 років; нікелю – 1881 рік; кобальту – 6825 років; графіту – 13 217 років; літію – 39 831 рік і т.д.

Ситуацію не міняє перспектива розвитку циркулярної економіки, тому що навіть стопроцентна переробка всіх наявних в обігу у світі металів (що саме по собі нереально) не дає необхідні обсяги. Насправді сьогодні понад 90% всіх промислових відходів йдуть одразу на звалища.

А людство розраховує, що зелений перехід здійсниться вже в наступні 25-30 років… А уявіть собі, скільки тим часом буде додатково викинуто в атмосферу парникових газів через лихоманку з розробки нових родовищ корисних копалин, масове будівництво нової енергетичної і транспортної інфраструктури. Ще більше посилення й так величезного антропогенного впливу на довкілля призведе до швидкого перетину всіх кліматичних і біосферних точок неповернення.

Отже, зелений перехід у запланованих обсягах в глобальному масштабі фізично неможливий через неможливість забезпечити достатні енергетичні потужності з невикопних джерел, а також відсутність необхідної кількости водню, металів і рідкоземельних мінералів. Скоріше за все, він так само неможливий і в рамках окремої країни. Адже вищенаведені підрахунки необхідних джерел і обсягів енергії і матеріалів справедливі і на національному рівні, можливо в дещо інших пропорціях залежно від локальних запасів.

_______________________________________________

С.Мішо пропонує альтернативу квазізеленій парадигмі у вигляді чотирьох технологій, застосування яких, на його думку, може стати більш реалістичним, ефективним і швидшим у часі і не вимагатиме колосальних природних ресурсів: рідкосольовий торієвий реактор, спалювання залізного порошку як джерело енергії, акумуляторні батареї нелітієвого типу, аміачний двигун внутрішнього згоряння. Розглянемо кожну з них детальніше.

Принцип роботи Thorium MSR відомий ще з середини 1950-х років, проте лише в 2022 р. КНР вперше запустила такий реактор потужністю 2 МВт в комерційних цілях. США, Канада, Велика Британія, Франція, Данія, Бразилія, Індія і ще кілька країн мають експериментальні версії рідкосольових реакторів або плани їхньої розробки в ближчі 5-10 років. До переваг торієвих АЕС з фтор-сольовим літієво-бериловим рідким охолодженням порівняно з традиційними урановими АЕС з водним охолодженням належать: вищий рівень безпеки завдяки роботі при звичайному атмосферному тиску і меншій радіоактивності суміші, вищий ККД завдяки вищій температурі роботи (700°С порівняно з 300°С), можливість як масштабування потужностей, так і застосування в малих модульних реакторах, можливість завантаження активного палива і вивантаження відпрацьованого палива без зупинки реактора, значно нижчі обсяги радіоактивних відходів, можливість використання відпрацьованого ядерного палива з уранових реакторів як активне паливо для торієвих реакторів. Серед недоліків: висока корозивність торієво-сольового розчину при його бомбардуванні нейтронами, більші витрати на ремонт і обслуговування. З погляду кліматичних змін і зеленої трансформації найважливіша перевага торієвих рідкосольових реакторів в тому, що їх можна збудувати набагато швидше і дешевше, що робить цей вид енергії гарним варіантом для масштабної заміни електростанцій на викопних джерелах.

Метод спалювання залізного порошку з виділенням енергії внаслідок оксидації покликаний замінити вугілля і природний газ у промисловості. При цьому досягаються температури 1500-2000°С, чого цілком достатньо для виплавки сталі, виробництва пластику, гуми, цементу або водню. У цьому процесі залізо перетворюється на свої оксиди FeO2 або Fe2O3, тобто іржу, з нульовими викидами вуглекислого газу та двоокису сірки і мінімальними викидами оксидів азоту. Потім оксиди заліза відновлюються знову до первинного стану залізного порошку термохімічним шляхом (змішування з воднем або чадним газом), або електрохімічним шляхом з використанням струму. Тобто відбувається рециркуляція початкового джерела енергії, з коефіцієнтом втрат в межах 1,5-15%. При цьому важливо, що затрати енергії на отримання залізного порошку (розплавлення + газова атомізація 1 тонни заліза) складають 0,6 МВт·год, тоді як енергія від спалювання 1 тонни залізного порошку сягає 1,9 МВт·год. На відновлення 1 тонни заліза з оксидів витрачається кількасот КВт·год; а якщо для цього використовувати синтез-газ як продукт переробки стічних вод, то побічно отримаємо ще й біовугілля, водень і очищену воду. Іншими словами: залізний порошок як джерело енергії для промисловости є енергетично виправданим, економічно вигідним і екологічно відносно чистим. А отримання чистого водню з каналізаційних вод (в пропорції приблизно 1:23) є ліпшим способом генерації цього палива, ніж з питної або морської води.

Системи накопичення і зберігання енергії можуть складатися на основі різних хімічних компонентів. Найпопулярнішими на сьогодні є літій-іонні акумуляторні батареї. Разом з тим, якщо брати співвідношення таких ключових параметрів, як об’ємна густина енергії (Ватт·год/літр) і гравіметрична густина енергії (міліампер/г), то літієві батареї виявляються найгіршими. Найкращі теоретичні показники мають магній-іонні накопичувачі і батареї на основі суміші магнію і літію з повітрям або сіркою. Посередині за енергоємністю розташовані фторид-іонні, хлорид-іонні та натрій-іонні батареї, суміш цинку і натрію з повітрям і оксиди металів у комбінації з хлоридом натрію з невпорядкованою катіонною сіткою. Усі ці активні субстанції потребують також міді, нікелю і графіту, але все-таки їхні складники не настільки екзотичні чи важкодоступні. Багато з них є побічним продуктом у відходах гірничорудної промисловости. На жаль, усі ці альтернативи досі не отримали достатнього фінансування, щоби вийти за рамки тестових майданчиків. Тим часом якраз літій серед них найбільш дефіцитний. Професор С.Мішо віддає перевагу системам накопичення і зберігання енергії на основі натрію і фтору як найдешевший варіант з найпоширеніших і легкодоступних матеріалів.

Двигуни внутрішнього згоряння на основі аміаку призначені передусім для встановлення на великих океанських суднах на заміну мазуту, суднового дизельного палива і скрапленого природного газу. Теоретично двигун такого типу може бути встановлений і на повітряні судна на заміну авіаційному бензину, а також на неелектрифікованих залізничних потягах. Звісно, мається на увазі, що «зелений» аміак (NH3) добувається шляхом каталітичного синтезу азоту і водню під високим тиском і при високих температурах, а не з метану, тобто викопного пального.

Перевага аміаку над, наприклад, воднем, полягає в безпечності перевезення та експлуатації. Головний недолік – токсичність цього газу для людей, тварин і рослин, тому його не можна застосовувати в персональних або муніципальних транспортних засобах, а на суднах він розміщується в балонних резервуарах під тиском. Утворювані шкідливі для довкілля азотні сполуки при згорянні аміаку проходять через каталітичний нейтралізатор. Однак в разі недосконалого дизайну двигуна існує ризик витоку неспаленого аміаку. Інший недолік – аміачні ДВЗ мають великі розміри і займають велику площу, що скорочує об’єм корисного вантажу на судні.

Чотири вищеописані технології взаємно пов’язані, підтримуючи справжню зелену трансформацію крізь усі сектори економіки: торієві реактори стають головним джерелом електрифікації для потреб транспорту, виробництва водню і залізного порошку; спалювання залізного порошку дає енергію для важкої промисловости, а процес його відновлення заодно забезпечує переробку побутових відходів; водень використовується на транспорті і для виробництва аміаку,  і т.д. і т.і. Тобто це виглядає як готова замкнута система зеленого енергетичного і промислового переходу.

Звісно, не можна виключати й елементу комерційного лоббізму в презентації шановного професора, але описані технології мають підтримку в широких академічних і ділових колах.

_______________________________________________

У підсумку, залишається відкритим запитання про те, наскільки світові політики усвідомлюють серйозні геофізичні обмеження для здійснення зеленого переходу в його нинішніх гігантських обсягах і примітивній інтерпретації. Виглядає так, що вони стали заручниками традиційного капіталістичного світосприйняття. Коли уряди запускали процес зеленої трансформації, то вирішили, що він не може відбуватися без участі приватного сектора, тобто бізнесу. Тим часом світовий бізнес розглядає зелений перехід виключно як новий спосіб заробітку, а не як шанс врятувати людство, а отже і себе, від кліматичної та екологічної катастрофи. Все, що допомагає, рятує, але не приносить прибутку, ніколи не буде реалізовано в капіталістичному світі. 

Можливо, певне розуміння існує в урядах Фінляндії, Швеції, Бельгії та Австралії, яких професор С.Мішо консультує. Питання про відмову від концепції безперервного економічного росту, про різке скорочення виробництва і споживання всіх видів енергії і матеріалів, вочевидь, взагалі не стоїть на порядку денному, бо це буде вельми непопулярно серед виборців. Залишається єдиний варіант: західні країни мають на меті повикачувати максимум ресурсів з країн третього світу (залишивши їм гроші-фантики і екологічну пустку), щоби здійснити бодай частково цю зелену трансформацію у власних суспільствах і потім спокійно відгородитися від злиденних і голодних у своїх европейських і американських фортецях.

Чи вистачить в Україні розуму не потрапити в цю пастку? Якщо ми сліпо слідуватимемо мантрі технологічної декарбонізації, будуватимемо велетенські парки вітряків і сонячних панелей, знищуючи по ходу природні поглиначі парникових газів, прагнутимемо пересадити всіх на електрокари без різкого скорочення загальної кількости всіх транспортних засобів, розроблятимемо нові родовища без огляду на екологічну шкоду чи виготовлятимемо водень з дорогоцінної води на догоду західних партнерів, то дуже скоро ми упремося в глуху стіну нестачі природних ресурсів, економічний обвал і сплюндроване довкілля.   

На даному етапі було би корисно, якби профільні органи виконавчої влади в Україні розглянули запропоновані вище технології на додаток до інших способів повоєнної відбудови України.

[1] Буферні потужності для ВДЕ неможливо забезпечити за рахунок використання батарей електрокарів, тому що 65 ТВт·год ємности батарей майбутніх півтора мільярдів електрокарів не покриють дефіцит у декілька тисяч ТВт·год необхідної ємности майбутніх систем накопичення і збереження енергії.

Джерело:

https://www.simonmichaux.com/youtube-videos  

Олександр Александрович, посол з особливих доручень МЗС України

з вивчення міжнародного досвіду трансформації економіки