Текст книги "Как избежать климатических катастроф?: План Б 4.0: спасение цивилизации"

Автор книги: Лестер Р. Браун

сообщить о нарушении

Текущая страница: 14 (всего у книги 37 страниц) [доступный отрывок для чтения: 14 страниц]

ЭНЕРГИЯ ЗЕМЛИ

Энергия, которая таится в шести верхних милях земной поверхности, в 50 000 раз превышает энергию, содержащуюся во всех мировых запасах нефти и газа, вместе взятых. Это – поразительная статистика, о которой знают очень немногие. Но несмотря на изобилие этой энергии, мощность всех мировых геотермальных электростанций составляет всего лишь 10 500 мегаватт энергии⁶⁴.

Отчасти из-за господства нефтяной, газовой и угольной промышленности, которые дают дешевое топливо, исключая из стоимости этого топлива такие составляющие, как затраты, связанные с изменением климата и загрязнением воздуха, в разработку геотермальных ресурсов вкладывается сравнительно мало средств. За последнее десятилетие использование геотермальной энергии увеличивалось менее чем на 3% в год⁶⁵.

Половина из существующих в мире мощностей, генерирующих энергию на геотермальных источниках, находится в США и на Филиппинах. Мексика, Индонезия, Италия и Япония дают большую часть остального производства. Всего геотермальную энергию превращают в электричество примерно в 24 странах. Исландия, Филиппины и Сальвадор получают, соответственно, 27, 26 и 23% всего производимого в них электричества за счет геотермальных электростанций⁶⁶.

Возможности геотермальной энергии огромны. С ее помощью можно обогревать жилища и обеспечивать необходимым теплом промышленное производство. Особенно богаты геотермальной энергией страны, расположенные на берегах Тихого океана по так называемому Огненному кольцу. В числе этих стран – Чили, Перу, Колумбия, Мексика, США, Канада, Россия, Китай, Япония, Филиппины, Индонезия и Австралия. Не обделены геотермальными источниками и страны, расположенные вдоль Великого Африканского разлома, такие как Кения и Эфиопия, а также страны Восточного Средиземноморья⁶⁷.

Помимо производства электроэнергии, примерно 100 000 мегаватт геотермальной энергии используется непосредственно, без преобразования в электричество – для обогрева жилищ и теплиц, а также для обеспечения теплом промышленных процессов. Примером подобного использования энергии могут служить горячие бани в Японии, отопление домов в Исландии и теплицы в России⁶⁸.

Собранная Массачусетским технологическим институтом междисциплинарная группа из 13 ученых и инженеров в 2006 г. оценила имеющийся у США потенциал производства электричества с помощью геотермальной энергии. Исходя из последних достижений технологий, в том числе применяемых нефтяными и газовыми компаниями технологий бурения и повышения извлечения нефти, эта группа пришла к следующему выводу. Усовершенствованные геотермальные системы можно использовать для интенсивного развития геотермальной энергии. Данная технология предусматривает глубокое бурение скважин до уровня нагретой породы, дробление породы и закачку воды в раздробленную породу с последующим подъемом перегретой воды на поверхность для приведения в действие турбин. Группа экспертов Массачусетского технологического института отмечает, что благодаря этой технологии США обладают запасами геотермальной энергии, перекрывающими энергетические потребности США в 2000 раз⁶⁹.

Эта технология все еще остается дорогой, но ее можно применять почти во всех случаях, когда геотермальную энергию надо преобразовать в электричество. В настоящее время лидером в разработке опытных проектов применения этой технологии является Австралия. За ней следуют Германия и Франция. По оценкам группы экспертов Массачусетского университета, для того, чтобы в полной мере реализовать потенциал геотермальной энергии, США необходимо в ближайшие годы вложить в соответствующие исследования и опытно-конструкторские разработки 1 млрд долларов. Эти вложения эквивалентны затратам на строительство одной электростанции, работающей на угле⁷⁰.

Пока эта новая технология не получила широкого распространения, инвесторы вкладывают средства в уже существующие технологии использования геотермальной энергии. На протяжении многих лет работы в области использования геотермальной энергии США ограничивались проектом «Гейзеры». Этот проект осуществлялся к северу от Сан-Франциско, где находится крупнейший в мире комплекс по генерированию электричества с помощью геотермальной энергии. Мощность этого комплекса составляет 850 мегаватт. Ныне в США с помощью геотермальной энергии производят более 3000 мегаватт электроэнергии: страна переживает возрождение этого вида энергетики. В 12 штатах строятся 126 электростанций, работающих на геотермальной энергии. Ожидается, что когда эти электростанции вступят в строй, мощности, генерирующие электричество с помощью геотермальной энергии в США, утроятся. Пока в этом процессе лидируют штаты Калифорния, Невада, Орегон, Айдахо и Юта, но в области геотермальной энергетики появляется множество новых компаний, так что в США уже сложились все условия для массированного развития геотермальной энергетики⁷¹.

Чрезвычайно богатая геотермальной энергией Индонезия в 2008 г. заявила о планах по созданию геотермальных мощностей по производству 6900 мегаватт электроэнергии. Развернуть ряд новых проектов в этой области планируют и Филиппины, ныне занимающие второе место в мире по производству электричества с помощью геотермальной энергии⁷².

Лидером по производству геотермального электричества среди африканских стран, расположенных вдоль Большого разлома, – Танзании, Кении, Уганды, Эритреи, Эфиопии и Джибути и других – является Кения. В настоящее время с помощью геотермальной энергии там генерируют более 100 мегаватт электроэнергии, а к 2015 г. планируют увеличить этот показатель до 1 200 мегаватт. Такое наращивание удвоит общие мощности страны по производству электроэнергии с нынешних 1200 до 2400 мегаватт⁷³.

Япония, в которой действуют 18 электростанций, работающих на геотермальной энергии (их общая мощность составляет 535 мегаватт), – один из пионеров использования геотермальной энергии. После почти двух десятилетий спячки эта богатая геотермальными источниками страна, издавна известная тысячами горячих бань, снова начинает строить электростанции, работающие на геотермальной энергии⁷⁴.

В Европе в Германии действуют 4 маленькие электростанции, работающие на геотермальной энергии, и строится еще примерно 180 таких станций. Вернер Буссман, глава Геотермальной ассоциации Германии, говорит: «Геотермальные источники могли бы в 600 раз перекрыть потребности Германии в электричестве». Моник Барбут, глава организации Global Environment Facility, ожидает, что число стран, использующих геотермальную энергию для производства электричества, за период с 2000 по 2010 г. увеличится примерно с 20 до 50⁷⁵.

Помимо электростанций, работающих на геотермальной энергии, геотермальное тепло, выкачиваемое из скважин насосами, сейчас широко используют для отопления и охлаждения помещений. Действительно, почему бы не воспользоваться поразительным постоянством температуры небольших земных глубин? Эта постоянная температура становится источником тепла в зимний период и источником холода в летний. Подобная технология особенно привлекательна тем, что может обеспечить и обогрев, и охлаждение, причем затраты электричества при ее применении на 25–50% меньше, чем при использовании традиционных систем отопления и охлаждения. Например, в Германии в настоящее время действует 130 тыс. геотермальных насосов, обогревающих и охлаждающих жилые и коммерческие здания, при этом ежегодно в эксплуатацию вводят по меньшей мере 25 тыс. новых насосов⁷⁶.

Лидеры в области прямого использования геотермального тепла – Исландия и Франция. В Исландии геотермальную энергию используют для отопления почти 90% домов, что в основном сделало использование угля в этих целях излишним. На долю геотермальной энергии приходится более трети общего энергопотребления Исландии. Во Франции после двух нефтяных кризисов 1970-х гг. было построено около 70 геотермальных тепловых станций, которые обеспечивают теплом и горячей водой примерно 200 000 жителей. В США геотермальное тепло получают индивидуальные дома в г. Рино, штат Невада, и в г. Кламат-Фоллс, штат Орегон. В числе других стран, в которых есть обширные местные системы отопления, работающие на геотермальной энергии, – Китай, Япония и Турция⁷⁷.

В северных странах геотермальное тепло идеально для теплиц. В числе тех, кто использует этот источник тепла для производства свежих овощей в зимний период, – Россия, Венгрия, Исландия и США. Поскольку растущие цены на нефть резко повышают расходы на транспортировку свежей продукции, использование геотермального тепла в тепличном хозяйстве, вероятно, в будущем получит дальнейшее распространение⁷⁸.

Среди 16 стран, использующих геотермальную энергию в аквакультуре, – Китай, Израиль и США. Например, в Калифорнии 15 рыбных хозяйств, использующих подземные теплые воды, ежегодно дают примерно 10 млн фунтов тилапии, полосатого окуня и зубатки⁷⁹.

Число стран, обращающихся к геотермальной энергии как к источнику получения электричества и тепла, быстро растет. Расширяется и спектр способов использования геотермальной энергии. Например, в Румынии с помощью геотермальной энергии обогреваются целые районы, а также теплицы, и осуществляется горячее водоснабжение домов и предприятий⁸⁰.

Горячую воду из геотермальных источников широко используют в банях и бассейнах. В Японии есть 2800 курортов с горячими водами, 5500 общественных бань и 15 600 гостиниц, использующих геотермальные воды. В Исландии геотермальную энергию используют для обогрева примерно 1000 общественных бассейнов, большинство из них действуют круглый год и не являются крытыми спортивными сооружениями. В Венгрии на геотермальных водах работает 1200 плавательных бассейнов⁸¹.

Если бы четыре самые населенные страны, расположенные по Тихоокеанскому огненному кольцу, – США, Япония, Китай и Индонезия – сделали серьезные инвестиции в развитие своих геотермальных ресурсов, эти ресурсы вполне смогли бы стать одним из основных источников энергии в мире. Осторожные оценки возможности производства электричества с помощью геотермальной энергии показывают, что если только в США и Японии будут производить 240 000 мегаватт с помощью геотермальной энергии, легко представить мир, где к 2020 г. будут действовать тысячи работающих на геотермальной энергии электростанций, производящих 200 000 мегаватт электроэнергии. Это и составляет цель, поставленную в Плане Б⁸².

БИОЛОГИЧЕСКИЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

По мере истощения запасов нефти и природного газа мир обращает все большее внимание на энергию, получаемую из растений. В дополнение к энергетическим культурам, о которых шла речь в главе 2, к таким источникам относятся отходы лесной промышленности, отходы сахарной промышленности, городской мусор, навоз домашнего скота, посадки быстрорастущих деревьев, остатки урожаев и отходы городских и дворовых насаждений. Все это можно использовать для производства электроэнергии, тепла или горючего для автомобилей.

Возможности использования биологических источников энергии ограниченны. Даже кукуруза, наиболее эффективная из всех зерновых культур, может преобразовать в электричество всего лишь 0,5% солнечной энергии. Напротив, солнечные фотоэлектрические или тепловые электростанции преобразуют в электричество примерно 15% солнечного света. В мире, испытывающем нехватку земли, энергетические культуры не могут конкурировать с электричеством, производимым с помощью энергии Солнца, тем более с электричеством, производимым с помощью ветра (такое производство намного эффективнее использует землю)⁸³.

В лесной и деревообрабатывающей промышленности, в том числе на лесопилках и бумажных комбинатах, отходы уже давно используют для производства электричества. Американские компании сжигают отходы деревообработки и для получения необходимого им производственного тепла, и для выработки электричества, которое компании продают местным электростанциям. На предприятиях США, главным образом благодаря сжиганию отходов деревообработки, производят почти 11 тыс. мегаватт электроэнергии⁸⁴.

Кроме того, отходы деревообработки широко используют для производства тепла и электроэнергии (тепло обычно используют в системах центрального отопления). В Швеции почти половина всех жилых и коммерческих зданий подключена к системам центрального отопления. Еще недавно, в 1980 г., свыше 90% тепла для этих систем получали за счет сжигания импортируемой нефти, но к 2007 г. нефть по большей части была вытеснена деревянной щепой и городским мусором⁸⁵.

В США, в г. Сен-Пол в штате Миннесота (в городе проживают 275 тыс. жителей) модернизировать систему центрального отопления начали более 20 лет назад. В городе построили теплоэлектроцентраль, работающую на отходах древесины из городских парков, отходах деревообработки и древесине из других источников. ТЭЦ, потребляющая 250 тыс. тонн древесных отходов в год, ныне обеспечивает отоплением 80% центра города – или более 1 кв. мили жилых и коммерческих площадей. Это позволило в основном отказаться от угля, что привело к сокращению выбросов углерода на 76 тыс. т в год. Также это привело к ликвидации отходов древесины, и в целом город приобрел устойчивый и возобновляемый источник тепла и электричества⁸⁶.

Oglethorpe Power, крупная группа коммунальных электростанций в штате Джорджия, объявила о планах строительства трех работающих на биомассе электростанций мощностью 100 мегаватт каждая. Основным топливом станут деревянная щепа, опилки, хворост, собираемый при очистке лесов, и, в тех случаях, когда эти виды топлива становятся доступными, орехи пекан и скорлупа арахисовых орехов⁸⁷.

В сахарной промышленности недавно начали сжигать остатки сахарного тростника для производства тепла и электроэнергии. Наибольшее распространение эта практика получила в Бразилии. Компании, занимающиеся перегонкой сахарного тростника в этанол, поняли, что сжигание выжимок сахарного тростника, а также волокон, остающихся после извлечения сахарного сиропа, может давать и тепло, необходимое для процесса ферментации, и электроэнергию, которую можно продавать местным электростанциям. Теперь эта система пустила прочные корни и распространяется на сахарных заводах других стран, в которых производят остальные четыре пятых вырабатываемого в мире сахара⁸⁸.

В городах для производства тепла и электроэнергии используют также мусор, который сжигают после того, как из него извлекают (будем на это надеяться) все материалы, подлежащие вторичной переработке. В Европе мусоросжигательные заводы обеспечивают теплом 20 млн человек. Лидерами в этой сфере являются Франция (128 мусоросжигательных заводов) и Германия (67 заводов).

В США действует около 89 мусоросжигательных заводов, которые обеспечивают энергией 6 млн потребителей. Впрочем, желательно все же продвигаться к созданию экономики, не производящей мусора, экономике, в которой энергию, затраченную на производство бумаги, картона, пластмасс и других горючих материалов, можно было бы легко извлечь в процессе переработки. Сжигание мусора – не слишком изящный способ решения проблемы отходов⁸⁹.

До того как мы достигнем нулевого уровня отходов, для производства электричества на тепловых электростанциях или тепла для производственных процессов можно использовать метан (природный газ), образующийся на существующих свалках в процессе разложения погребенных в мусоре органических материалов. Компания Puget Sound Energy планирует строительство электростанции мощностью 35 мегаватт, работающей на газе, который образуется на свалке г. Сиэтл. Эта электростанция пополнит сотню других подобных электростанций, уже работающих в США⁹⁰.

Вблизи Атланты компания Interface, крупнейший в мире производитель промышленных ковровых покрытий, убедила город инвестировать 3 млн долларов в улавливание метана, выделяющегося на муниципальной свалке, и строительство трубопровода длиной 9 миль от свалки до предприятия компании. Природный газ из этого трубопровода стоит на 30 процентов меньше мировых рыночных цен на газ и обеспечивает 20% потребностей предприятия в топливе. Предполагается, что свалка будет давать метан в течение 40 лет, принося городу 35 млн долларов дохода на 3 млн долларов начальных вложений и снижая эксплутационные расходы Interface⁹¹.

Как уже было сказано в главе 2, для производства горючего для автомобилей, в том числе этанола и биологического дизельного топлива, используют также сельскохозяйственные культуры. В 2009 г. в мире должны произвести 19 млрд галлонов топливного этанола и почти 4 млрд галлонов биологического дизельного топлива. Половину этанола произведут в США, треть – в Бразилии, остальное биотопливо будет произведено примерно в десятке других стран, среди которых лидируют Китай и Канада. Германия и Франция дают по 15% мирового производства биологического дизельного топлива, крупными производителями которого являются также США, Бразилия и Италия⁹².

Некогда разрекламированное как альтернатива нефти, горючее, полученное из сельскохозяйственных культур, в последние годы подверглось тщательному изучению. В ходе этого изучения возникли серьезные сомнения в его технических возможностях. США, которые в 2005 г. обогнали Бразилию по производству этанола, а за 2007–2008 гг. почти удвоили это производство, способствовали повышению мировых цен на продовольствие до максимума. Далеко идущие планы в области использования биологического дизельного топлива вынашивают и в Европе. Но, обладая низким потенциалом расширения производства масличных культур, европейские предприятия по производству биологического дизельного топлива переходят на пальмовое масло из Малайзии и Индонезии, стимулируя тем самым вырубку влажных тропических лесов под плантации масличных пальм⁹³.

В мире, в котором у пахотных земель нет больше избытка производительности, каждый акр, засеянный кукурузой под этанол, означает необходимость расчистки другого акра для производства зерновых. В исследовании, выполненном под руководством Тима Серчингера из Принстонского университета в начале 2008 г. и опубликованном в журнале Science, с помощью глобальной сельскохозяйственной модели было продемонстрировано: вырубка тропических лесов под пашню и расширение производства биологического топлива в США существенно увеличили ежегодные выбросы парниковых газов, а не сократили их, как утверждалось в проведенных на более узкой основе исследованиях⁹⁴.

Подобный вывод сделан и в другом опубликованном в журнале Science исследовании, выполненном группой ученых из университета штата Миннесота. Сосредоточив внимание на связанных с вырубкой тропических лесов выбросах углерода, эта группа ученых показала, что превращение земель, занимаемых влажными тропическими лесами или пастбищами, в пахотные земли для возделывания кукурузы, соевых бобов или масличной пальмы для производства биологического топлива привело к увеличению выбросов углерода и возникновению «углеродного долга биологического топлива», который по меньшей мере в 37 раз превышает ежегодное снижение выброса парниковых газов, достигаемое за счет перехода с ископаемых видов топлива на биологические⁹⁵.

Сторонники производимого из сельскохозяйственных культур биотоплива получили еще один жестокий удар от группы ученых, которую возглавил Пауль Крутцен, лауреат Нобелевской премии по химии из Института химии Макса Планка в Германии. Эта группа ученых пришла к выводу, что выбросы окислов азота, газов с мощным парниковым эффектом, от синтетических азотных удобрений, используемых при выращивании таких культур, как кукуруза и рапс, являющихся сырьем для производства биотоплива, могут свести на нет любые сокращения выбросов СО₂, достигнутые благодаря замещению ископаемых видов топлива биотопливом. Таким образом, биотопливо оказывается угрозой стабильности климата. Американские производители этанола отвергли выводы группы Пауля Крутцена, но в докладе Международного научного совета, всемирной федерации научных ассоциаций, за 2009 г. эти выводы тем не менее подтвердили⁹⁶.

Чем больше изучают жидкие виды биологического горючего, тем менее привлекательными они выглядят. Сегодня этаноловое горючее производят почти исключительно из сахарного тростника и крахмалосодержащих кормовых культур. В настоящее время ведутся работы по созданию эффективных технологий получения этанола из целлюлозосодержащих материалов. Некоторые исследования указывают на то, что большие объемы этанола можно получать при переработке трав, высеваемых при севообороте, и гибридов тополя (и то, и другое можно выращивать на малоплодородных землях). Однако в настоящее время дешевых технологий получения этанола из целлюлозы не существует. Не предвидится появление таких технологий и в обозримом будущем⁹⁷.

В третьем опубликованном в журнале Science докладе указывается, что непосредственное сжигание целлюлозосодержащих растений с целью получить электричество для электромобилей дает на 81% больше пробега, чем переработка этих растений в жидкое топливо. Так насколько же велик возможный вклад растительных материалов в обеспечение мира энергией? Основываясь на исследовании, проведенном министерствами энергетики и сельского хозяйства США, мы прогнозируем, что, используя отходы лесопереработки и городской мусор, а также некоторые многолетние культуры (например травы, используемые при севообороте, и быстрорастущие деревья, высаживаемые на малоплодородных землях), США к 2020 г. смогут вырабатывать более 40 гигаватт электроэнергии, т.е. примерно в 4 раза больше, чем ныне. В рамках Плана Б мы предполагаем, что мировое использование растительных материалов для производства электричества может добавить 200 гигаватт мощности к тому же 2020 г.⁹⁸