Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Выбросы углекислого газа

Климат в XXI веке его изменения и трудности, с которыми нам всем придется столкнуться

25.06.2020 22:10:00 | Автор: admin


Алексей Екайкин, палеоклиматолог из Арктического и Антарктического НИИ в Санкт-Петербурге, прочитал для DataArt Eco Weeks лекцию о современном климате и изменениях окружающей среды. Видеозапись на английском доступна в интернете, но вместе с Алексеем мы также решили опубликовать материал и в виде статьи.

Что означает термин глобальное изменение климата? Всегда ли климат менялся? Правда ли, что промышленные загрязнения так уж сильно на него влияют? Каким будет климат на Земле в XXI веке? Ответы в каком-то смысле пугают, но мы уверены, что знать всегда лучше, чем оставаться в неведении.


О климате наверняка можно сказать одно он всегда менялся. Мы прекрасно знаем, что с XIV по XVIII век в Европе было намного холоднее, чем сейчас. Это было время так называемого Малого ледникового периода. С другой стороны, тысячу лет назад здесь же было немного теплее, чем в XX веке. Так что же не так сейчас? Должны ли мы обращать так уж много внимания на текущие изменения? Или лучше успокоиться и не тревожиться понапрасну?

Прежде всего, давайте определимся, что означает термин современное глобальное потепление? Повсюду на Земле ученые ведут постоянные инструментальные наблюдения за климатом. Тысячи метеорологических станций без остановки измеряют температуру, влажность, давление воздуха и т. д. Если мы объединим все данные за последние 150 лет, увидим нечто подобное:


IPCC AR5, 2014

Итак, температура повышается с начала XX века. Мы можем заметить, что за последние 50 лет каждое следующее десятилетие было теплее предыдущего. Таким образом, само существование глобального потепления факт. Это всего лишь инструментально наблюдаемое повышение температуры на нашей планете.

Хорошо, тогда в чем причина такого потепления? Можем ли мы сравнить его с теми, что уже случались раньше? Инструментальные наблюдения начались только в середине XIX века, поэтому климатологи вынуждены обращаться к области науки, называемой палеогеографией. Ученые действительно располагают множеством методик для изучения изменений климата в прошлом, самый известный из них дендрохронология.


Дендрохронологический мем



Ученые спиливают деревья или высверливают небольшие отверстия для изучения химического состава и ширины каждого слоя. Это дает понимание условий, в которых развивалось растение, включая температуру и влажность. С этой же целью изучаются отложения на дне озер и океанов, кальцитовые отложения типа сталагмитов или кораллов, а также отложения снега на ледниках.

Геоморфология еще один метод изучения климата прошедших эпох.


Сухие Долины недалеко от антарктической станции США Мак-Мердо, Национальный научный фонд США

Если вы посмотрите на этот красивый снимок, сделанный где-то в Антарктике, то увидите следы потоков воды. Значит, миллионы лет назад здесь было гораздо теплее, чем сейчас. Что-то подобное можно наблюдать и на Марсе.

Посмотрите, что мы увидим, если объединим все доступные палеогеографические данные за последние две тысячи лет:


Мы живем в самую теплую эпоху за последние 2000 лет. Nature Geoscience, 2019

Климат был более или менее стабильным, затем наступило похолодание, вызванное Малым ледниковым периодом (14501800 гг.). Но мы видим, что в XX веке температура росла очень быстро.

Изучая этот график, мы можем вполне естественным образом прийти к мысли, что с климатом на нашей планете, возможно, творится что-то неладное. Как мы уже заметили, современный человек живет в самом теплом периоде за последние 2000 лет. Точнее, если заглянуть в прошлое еще глубже, еще дальше, мы убедимся, что эпохи теплее не было на протяжении 100 000 лет.

Является ли современное потепление уникальным явлением? Да, во-первых, температура растет очень быстро! За сто лет она повысилась на один градус, что само по себе явление беспрецедентное. В последние 50 лет средний темп еще выше, причем в 1,5 раза.


Современное потепление происходит уникально быстро. Журнал Nature Geoscience, 2019 г.

Изучая Малый ледниковый период, мы видим, что в то время как в Европе и некоторых других регионах наступило похолодание, в других частях света, наоборот, было зафиксировано повышение температуры. Самый главный факт заключается в том, что изменение климата было разным для разных территорий.


Малый ледниковый период, Mann et al., 2009

На карте текущих изменений мы видим либо красный цвет, обозначающий потепление, либо розовый или пурпурный в местах, где потепление идет еще более интенсивно. Есть только одно маленькое пятнышко, окрашенное в голубой цвет, которое означает, что в этой области идет похолодание, но это не меняет общей картины: такому факту есть особое объяснение (см. ниже). Так что потепление наблюдается повсеместно, значит, его можно без преувеличения назвать глобальным.


Современное глобальное потепление. IPCC AR5, 2014

Теперь пришло время взглянуть на возможные причины этого потепления. Когда речь заходит об антропогенном воздействии на наш климат, мы сразу вспоминаем о парниковом эффекте.

Мысль о том, что атмосфера каким-то образом согревает нашу планету, возникла много веков назад. По крайней мере, уже в XVIII веке это было известно, однако исчерпывающее научное описание того, как физически работает такой эффект, было дано шведским ученым Сванте Аррениусом намного позже. В 1896 году он написал работу О влиянии углекислоты в воздухе на температуру земной поверхности.



Принцип парникового эффекта заключается в следующем:

Если у планеты нет атмосферы, она получает от звезды коротковолновое излучение и нагревается, после чего начинает испускать длинноволновое излучение обратно в космос. Чем теплее планета, тем выше уровень исходящей от нее длинноволновой радиации. При определенной температуре наступит тепловое равновесие планета будет высвобождать столько же энергии, сколько получает.



Но что случится, если к этой картине добавить атмосферу с парниковыми газами?



Планета получает коротковолновое излучение, потому что атмосфера прозрачна. Именно этот факт позволяет нам, например, любоваться звездным небом по ночам. Затем планета начинает излучать инфракрасное длинноволновое излучение, для которого атмосфера оказывается прозрачной в значительно меньшей степени. Атмосфера улавливает часть этого излучения и начинает согревать планету, возвращая его обратно на поверхность. Только небольшое количество этой длинноволновой радиации уходит в космос. И в этой системе поверхность планеты нуждается в гораздо более интенсивном нагреве, чтобы достичь теплового равновесия.

Конечно, как и всегда, реальная ситуация немного сложнее. Ведь есть еще и облака, которые отражают часть входящей солнечной радиации, часть излучения отражает и сама поверхность. Происходят и другие процессы (такие как конвекция, которая также передает тепло с поверхности в атмосферу), фазовые переходы и т. д. Но влияние парникового эффекта на нашу планету очевидно.


Инфографика на сайте NASA

Люди всегда спрашивают климатологов, хорош или плох парниковый эффект. Но дело в том, что в природе нет ни хороших, ни плохих явлений, все идет своим чередом. Однако для человечества парниковый эффект действительно очень хорош, потому что без него средняя температура на нашей планете была бы -25 С. Так что парниковый эффект согревает нашу планету примерно на 40 C и делает жизнь здесь возможной.

За парниковый эффект ответственны несколько основных газов. Прежде всего, водяной пар, концентрация которого в атмосфере очень высока. Возникает разумный вопрос о парниковом эффекте, вызванном водяным паром. На самом деле климатологи много говорят об этом, но концентрация водяного пара в атмосфере имеет определенные физические границы, так как он легко конденсируется в отличие от углекислого газа, который тоже входит в число основных парниковых газов. Объем CO относительно невелик, но он не ограничен и сейчас постоянно растет. Поэтому эффект этого газа огромен.

Еще один газ метан намного мощнее углекислого газа, но количество этого газа, к счастью для нас, еще меньше. Последний газ, который следует упомянуть, озон. Существуют и другие, но именно эти четыре играют в возникновении парникового эффекта важнейшую роль.

Роль парникового эффекта для климата нашей планеты известна на протяжении многих десятилетий. В любой книге о климате, изданной в последние 50 лет, есть раздел о парниковом эффекте с большим количеством примеров. Например, во время Каменноугольного периода (Карбона) 350 миллионов лет назад в атмосфере было гораздо больше CO, и средняя температура на Земле была заметно выше, чем сейчас. Затем растения начали развиваться так быстро, что их полное разложение под воздействием бактерий после гибели не представлялось возможным. Это привело к накоплению органических остатков. В результате этого процесса растения способствовали удалению из атмосферы значительного количества CO, планета начала остывать, что закончилось масштабным оледенением и массовым вымиранием флоры и фауны.

Влияние человека на климат идея также не новая. Ученые много писали об этом еще в 19601970-х годах. В 1970 году советский ученый Михаил Будыко из Ленинграда опубликовал статью о климате будущего. Он сделал следующее заявление: Благодаря экономической деятельности человека концентрация CO вырастет до 0,038% к концу века модели показывают, что благодаря росту CO температура вырастет на 0,5 С в то же время.

На самом деле, когда он проводил свои исследования, признаков потепления еще не было, в тот момент даже наблюдалось небольшое похолодание. И многим людям его идея могла показаться странной. Но после того, как он опубликовал свою работу, ситуация изменилась: началось быстрое потепление. Удивительно, но расчеты Будыко оказались очень точными, несмотря на то, что он использовал крайне простые модели, рассчитанные на относительно примитивных ЭВМ. Однако фактические цифры к концу века оказались очень близки к его предсказанию: CO увеличился на 0,037%, а температура повысилась на 0,5 C.


Слева направо: Николай Васильев, Алексей Туркеев, Николай Филиппов, Алексей Екайкин. Буровой комплекс 5G на российской антарктической станции Восток, 2013. Фото: В. Липенков

Параллельно в 1970-х годах началась новая эра палеоклиматических исследований. Ученые тогда начали бурение в Антарктиде и Гренландии для изучения ледяных кернов.

Основными точками бурения в Антарктике были немецкая станция Конен, японская Купол Фудзи (Dome Fuji), китайская Купол А, европейская Купол С (Конкордия), американский буровой проект WAIS и российский буровой проект на станции Восток.


Карта, National Geographic

Эти шаги были чрезвычайно важны, потому что ледяные керны настоящий рог изобилия, полный информации о климате. Мы можем оценить изотопное содержание льда, что позволит определить и температуру воздуха в прошлом. Мы можем исследовать минеральные включения: пылевые или растворимые, морские соли, космогенные изотопы, некоторые загрязнители, в том числе антропогенного происхождения, и некоторые вулканические образцы. Очень важно, что ледяные керны содержат пузырьки воздуха, что позволяет непосредственно измерить концентрацию газов, включая парниковые, в атмосфере в прошлом.


Тонкий шлиф льда из керна станции Восток в поляризованном свете (В. Липенков)

Давайте посмотрим, что мы узнали об изменениях климата нашей планеты за последние полмиллиона лет благодаря ледяным кернам.


Petit et al., 1999

Красный график сверху температура. Мы живем в теплый период, называемый Голоценом (современный межледниковый), который находится на нулевой точке справа. Примерно 30 000 лет назад в Антарктике был предшествующий холодный период, когда температура была примерно на 10 градусов ниже, чем сейчас. Предыдущий межледниковый период был 120 000 лет назад и т. д. Мы видим эти циклы, каждый из которых длится около 100 000 лет, с более короткими теплыми и более длинными холодными периодами.

Желтый график наверху это концентрация пыли в атмосфере, которая в холодные периоды была в 20-30 раз выше, чем сейчас. Это означает, что климат тогда был более засушливым, а циркуляция воздуха была более интенсивной. Кроме того, площадь поверхности континентов была больше, чем сейчас, потому что уровень моря был на 120 метров ниже. При этом много воды хранилось на континентах в виде ледяных щитов.

Наконец, зеленые графики описывают концентрацию парниковых газов: верхний для CO, а нижний для метана. Только изучив керны льда, мы смогли увидеть, что температура и концентрация CO имеют действительно тесную корреляцию. К тому времени она была описана в теории, но экспериментальных доказательств было мало.

Но означает ли это, что парниковые газы изначально были причиной климатических изменений? Скорее всего, нет! Изначальный сдвиг был вызван колебаниями солнечной инсоляции (циклами Миланковича). А затем небольшой, фактически очень слабый начальный толчок каким-то образом усилился за счет обратной связи в климатической системе, в океанах, в ледяном покрове. Тогда главным двигателем повышения температуры стали парниковые газы.

Еще одна вещь, которую мы узнали, изучая керны льда, в настоящее время концентрация парниковых газов абсолютно аномальна. На изображении выше видно, что концентрация CO в течение последних полумиллиона лет колебалась в пределах 180-280 ppm (т.е. от 0,018 до 0,028 % по объему). В настоящее время концентрация CO составляет более 410 ppm. Ситуация с метаном еще хуже раньше его концентрация была в пределах 400-700 ppb (частей на миллиард), сейчас она в два-три раза выше.


IPCC AR5, 2014

Ничего подобного не случалось на протяжении многих миллионов лет. Мы не знаем точно, как давно концентрация этих газов была близка к современной, но это может быть 3, а то и 23 миллиона лет назад.

Теперь, когда мы уверены, что нынешняя концентрация CO ненормальна, пора поднять вопрос о ее происхождении. Вызвана ли она естественными или антропогенными причинами? Чтобы ответить, нужно для начала взглянуть на углеродный цикл нашей планеты. До того, как человеческая деятельность начала серьезно влиять на состав атмосферы, количество углерода в атмосфере составляло около 600 миллиардов тонн (600 гигатонн, Гт). Этот углерод потреблялся растениями (ежегодно растения потребляли около 120 Гт углерода). Так что все деревья на Земле могли использовать весь атмосферный углерод всего за пять-шесть лет. Но этого никогда не происходило, потому что растения также выбрасывают углерод обратно в атмосферу в процессе дыхания, а также во время гниения после смерти. Кроме того, CO легко растворяется в воде, поэтому он попадает в океан, где существует в виде растворенного органического и неорганического углерода. Здесь он потребляется морской микробиотой и растениями. Но океан также выбрасывает углерод обратно в атмосферу, и весь этот углерод в прошлом был уравновешен. Также у нас много углерода, накопленного в ископаемом топливе несколько тысяч миллиардов тонн. Другое место хранения вечная мерзлота. Никто не знает, сколько там углерода, но его там очень много. Наконец, у нас есть вулканы, которые выбрасывают CO, хотя на самом деле, в относительно небольшом объеме, всего около 0,1 Гт в год.

Потом на сцену вышло человечество. Мы начали добывать уголь, нефть и газ и использовать эти органические окаменелости в качестве топлива для получения энергии и тепла. Каждый год мы выбрасываем в атмосферу около 8-9 миллиардов тонн углерода. Это число при ближайшем рассмотрении выглядит невероятно почти в сто раз больше, чем все вулканы на нашей планете.


IPCC AR5, 2014. Это изображение немного устарело, фактический объем выброса углерода в настоящее время составляет 11,8 Гт в год, что равно 43,1 Гт CO.

За последние 150 лет мы добыли и сожгли около 400 Гт углерода, выпустив его в атмосферу. Этот дополнительный углерод начал циркулировать в рамках естественных циклов теперь он потребляется растениями и растворяется в океане. Но природа не может переварить весь углерод, который мы вводим в систему, потому что вводим мы его слишком много. Вот почему некоторый объем углерода накапливается в атмосфере. Даже этот график не отражает текущей ситуации, так как меняется она слишком быстро. В настоящее время в атмосфере накоплено около 275 миллиардов тонн углерода, вброшенных в результате деятельности человека. Есть множество доказательств антропогенного происхождения этого избыточного CO. Например, когда мы сжигаем топливо, нам нужен кислород для реакции. Этот кислород берется из атмосферы, а это означает, что при увеличении содержания углекислого газа, концентрация кислорода в атмосфере должна уменьшаться. И вот что на самом деле происходит сейчас.



Это подтверждают и геохимические исследования. По некоторым причинам концентрация тяжелых изотопов углерода в органическом топливе снижена. Поэтому, когда мы берем этот изотопно легкий углерод и выбрасываем его в атмосферу, изотопное содержание в атмосферном CO должно измениться. Именно это и происходит сейчас. Все было бы иначе, если бы этот CO поступал в атмосферу при извержении вулканов.



Человечество влияет на климат различными способами. Самый очевидный из них усиление парникового эффекта, но есть и другие, которые приводят как к потеплению, так и к похолоданию. Например, различные виды аэрозолей либо нагревают планету за счет парникового эффекта, либо отражают солнечный свет, снижая температуру. Они же влияют на возникновение облаков, которых в принципе стало больше в связи с повышенной концентрацией аэрозолей.

Еще одним фактором охлаждения является повышение альбедо земной поверхности. Это мера отражающего свойства нашей планеты чем больше коэффициент альбедо, тем больше энергии отражается от поверхности. В общем параллельно идет множество процессов, но все же их общая сумма приводит к глобальному потеплению.


IPCC AR5, 2014

Какова взаимосвязь между природными и антропогенными факторами, влияющими на климат в настоящее время? Нам необходимо представить температурную аномалию на нескольких графиках, которые показывают различные процессы, влияющие на среднюю температуру на Земле.



Если мы посмотрим на солнечную активность, то увидим, что в течение последних нескольких десятилетий Земля получает от Солнца немного меньше энергии, чем раньше, поэтому этот фактор не может объяснить потепление.

Затем идет вулканическая составляющая: второй график показывает, что после каждого большого извержения вулкана в атмосфере появляется больше аэрозолей. Они начинают отражать солнечный свет, затем планета на несколько лет охлаждается. В последние десятилетия вулканическая активность несколько усилилась, что действительно немного понизило температуру.

Наблюдается и некоторая внутренняя вариабельность (например, явление Эль-Ниньо), но и она не может объяснить потепление.

Наконец, на антропогенный фактор приходится около 90 % климатических тенденций XX века. Практически наверняка (с вероятностью > 99.9 %)современное глобальное потепление объясняется антропогенным воздействием.



Черная линия на втором графике наблюдаемая температура, а цветные линии модельные расчеты, объясняющие эту температурную изменчивость. Верхний график пытается описать аномалии только за счет природных факторов, но, как видите, сделать это невозможно. Только добавив антропогенное воздействие, мы сможем объяснить общую тенденцию к потеплению.

Довольно часто люди спрашивают, не может ли потепление превратиться в похолодание в ближайшие несколько лет или десятилетий? Этот вопрос звучит немного странно, но на него есть простой ответ: однозначно нет!

Но чтобы этот ответ был полным, мы должны рассмотреть несколько сценариев, один из которых раскрыт в фильме Послезавтра. Вообще в деталях там много ахинеи, но основная идея сценария вполне разумна, хотя для неспециалиста как раз она может выглядеть диковато. В фильме Гренландия начала таять из-за потепления, талая вода пришла в Атлантику, остановила Гольфстрим и, таким образом, привела к внезапному охлаждению в Северном полушарии. Как ни странно, это уже происходило на нашей планете в последний раз около 8000 лет назад. Некоторые люди верят, что это может повториться, и сейчас мы даже действительно наблюдаем некоторое похолодание в Северной Атлантике. Из-за глобального потепления течение Гольфстрим стало немного слабее. Но, согласно моделям и расчетам океанологов, воды из Гренландии недостаточно для того, чтобы повторить похолодание подобное тому, что было 8000 лет назад.

Следующий вопрос: если мы сейчас живем в межледниковье, может ли через определенное время наступить новый ледниковый период?


Lipenkov, 2008

Чтобы ответить на этот вопрос, нам нужно обратиться к некоторым палеогеографическим данным. Голоцен, в котором мы живем сейчас, похож на другой теплый период, который случился 400 000 лет назад и назывался 11-я морская изотопная стадия (МИС-11). Если использовать эту аналогию, мы увидим, что следующий ледниковый период может наступить примерно через 10 000 лет, что делает вопрос неактуальным. Но мы должны учитывать, что концентрация CO во время МИС-11 составляла около 260 ppm. Сейчас его уровень намного выше более 410 ppm. Климатологи утверждают, что с концентрацией CO в атмосфере, превышающей 400 ppm, следующий ледниковый период не наступит вообще никогда. Просто потому, что парниковый эффект окажется сильнее, чем природные охлаждающие факторы.

Климатологи используют термин изменения климата, потому что на нашей планете одновременно происходит нечто большее, чем просто потепление. И эти другие климатические процессы также должны быть проанализированы. Помимо самого потепления, нужно отметить, большее распространение экстремальных природных явлений. Это означает, что периоды сильной жары летом и сильного холода зимой могут случаться чаще. И сильный мороз вовсе не противоречит общей тенденции к потеплению.

Процесс, который должен последовать за потеплением, таяние ледников и морского льда. На самом деле, это уже происходит. Аналогичные процессы наблюдаются и в континентальной Арктике там тает вечная мерзлота. Надо сказать, что это оттаивание довольно опасно, так как повреждает инфраструктуры и высвобождает большое количество метана.

Еще один процесс, идущий на планете массовое вымирание видов. Не все вымирания напрямую вызваны климатическими изменениями: люди просто убивают леса и используют освобожденное пространство для выращивания большего количества сельскохозяйственных растений, в то время как растения и животные также умирают от болезней и т. д.

Существует также проблема смещения зон растительности на север. Это происходит потому, что климат становится теплее, а это означает, что новые растения начинают расти там, где они никогда раньше выжить не могли. Например, в некоторых частях Арктики тайга уже заменила тундру. Это также приводит к тому, что некоторые заболевания становятся более частыми, и мы уже можем видеть это в случаях с малярией или сибирской язвой.

В настоящее время океан растворяет больше CO, чем раньше, и последующее повышение кислотности опасно для морских видов, таких как кораллы или рыбы. Проблема гипоксии (снижение количества растворенного кислорода) также уже наблюдается в океане.

Что будет дальше? Будет ли дальнейшее потепление? Да, оно однозначно продолжится! Для нас просто нет сценариев охлаждения. И объяснение этому очень простое: газ CO достаточно стабилен, что делает систему довольно инертной. Как только мы выбрасываем большое количество CO в атмосферу, он остается там на десятилетия, а то и столетия. Он не уйдет быстро. Также температура атмосферы нашей планеты еще не находится в равновесии с CO, поэтому даже если мы перестанем увеличивать объем выбросов углекислого газа, как мы пытаемся сделать в последние годы, температура все равно будет расти как реакция на CO. Поэтому нет никаких физических причин для охлаждения, как минимум до конца этого столетия.

Но развитие ситуации будет зависеть от человеческой деятельности. Существуют различные сценарии, показанные здесь синим или красным цветом, но все это полностью зависит от экономики.


IPCC AR5, 2014

Сценарий, обозначенный на графике голубым цветом, описывает будущий климат с уменьшенными выбросами CO. Но если мы продолжим жить так, как жили раньше, ситуация пойдет по красному сценарию. Температура повысится до 4 градусов по сравнению с тем, что мы имеем сейчас. Основная разница между этими двумя сценариями даже не количественная, а качественная. Если события будут развиваться по первому варианту, планета Земля останется более или менее похожей на ту, что мы видим сейчас. Но если мы будем развивать деятельность по второму сценарию, произойдет множество необратимых изменений. Это связано с тем, что климат нашей планеты ведет себя нелинейно. Можно постепенно увеличивать температуру, но в конце концов в результате еще одного очень незначительного шага вся система может внезапно взорваться. Наверное, самым яркий пример здесь изменение уровня моря.


De Conto and Pollard, 2016

Если нам удастся удержать рост температуры на уровне 1,5-2 C по сравнению с доиндустриальным периодом, то к концу XXI века уровень моря поднимется примерно на 40 см. Но если повышение температуры превысит 2 градуса, начнется необратимая деградация и распад частей антарктического ледяного щита. Поскольку ледяной покров Западной Антарктиды по ряду причин динамически неустойчив, при переходе определенного порога ледники начнут разрушаться. Тогда уровень моря поднимется примерно на 15 метров за 500 лет. Этот процесс будет необратимым. Это означает, что даже если мы вернем температуру на тот уровень, который был 150 лет назад, ледяной щит все равно не восстановится и даже не прекратит своей деградации.


De Conto and Pollard, 2016

Это сравнение того, как выглядит Антарктика сейчас и как она может выглядеть через 500 лет. Таким образом я навожу вас на мысль, что дальнейшее потепление неприемлемо для нашей планеты.


CПЕЦИАЛЬНЙ ОТЧЕТ: ГЛОБАЛЬНОЕ ПОТЕПЛЕНИЕ НА 1.5 C (IPCC)

Этот опасный порог лежит где-то между 1,5 и 2 C. Если мы хотим удержать повышение температуры в этих пределах, то должны принять срочные меры: к 2030 году нам необходимо сократить выбросы CO наполовину. К 2050 году около 85 % всей энергии должно получаться из неуглеродных источников.

Как скоро мы достигнем уровня потепления в 1,5 C? Отвечая на этот вопрос, прежде всего, необходимо подчеркнуть, что цифры необходимо сравнивать с доиндустриальной эпохой, а не с сегодняшним днем. А со времен доиндустриальной эпохи мы уже согрели нашу планету на 1 C. При нынешних темпах потепления мы можем достичь предела не ранее 2030 года, и, возможно, это случиться к 2040 году или позже, но время действительно вышло!

Как мы можем сократить выбросы CO? И мы в данном случае означает нас, простых людей, а не правительства или корпорации. Если вы посмотрите на структуру выбросов парниковых газов в различных секторах экономики, то сможете самостоятельно найти ответ на этот вопрос.



Конечно, множество выбросов поступает от транспортной отрасли и строительства зданий, но огромные выбросы CO обеспечивает и сельское хозяйство.



Так что мы можем с этим сделать?

  • Мы можем использовать общественный транспорт чаще, чем частные автомобили.
  • Мы можем экономить как можно больше энергии в наших домах.
  • Мы можем сократить потребление мяса, поскольку производство мяса также связано с эмиссией CO.
  • Мы можем перерабатывать мусор лучше, чем сейчас.
  • Мы можем использовать больше продуктов, бывших в употреблении, потому что чем меньше мы потребляем продуктов, тем меньше новой продукции необходимо производить, и выбросы CO будут ниже.
  • Мы можем экономить как можно больше воды, потому что производство чистой воды также связано с массовыми выбросами CO.
  • И, конечно же, нам нужно лучше информировать людей, а также повышать уровень образования в этой области. Многие до сих пор вообще не знают об этих проблемах или считают их значение преувеличенным.


Есть еще один важный момент: недостаточно просто уменьшить выбросы CO. Нам все равно придется извлечь CO из атмосферы, если мы не хотим слишком сильно согревать нашу планету.

Существует определенная связь между загрязнением окружающей среды и глобальным потеплением, которую мы должны кратко описать. Многие газы, которые производят люди, такие как NO, озон, фреоны и др., загрязняют атмосферу и усиливают парниковый эффект.


IPCC AR5, 2014

Озон также загрязняющий газ, по крайней мере, в тропосфере. Затем идут аэрозоли пыль, которую мы производим в огромном объеме. Черный углерод это специфический атмосферный аэрозоль, поглощающий большое количество солнечной энергии и разрушающий ледники, в то же время чрезвычайно опасный для нашего здоровья. CO сам по себе ядовитый газ, и если его концентрация в вашем доме превысит 1000 ppm, он может представлять прямую угрозу. Хранилища отходов и свалки при этом достаточно продуктивные источниками метана.

В этой пьесе особая роль предусмотрена и для пластика. Он загрязняет нашу планету, при этом очень медленно разлагается под воздействием солнечного света, опять же с выделением CO. Существует также и менее очевидная связь между загрязнением окружающей среды и изменением климата: из-за деградации морского льда меняются транспортные пути, и многие суда сейчас пойдут в Арктику. С одной стороны, это хорошо, потому что маршруты становятся короче, и транспорт будет потреблять меньше топлива, но с другой стороны, мы начнем более активно загрязнять Арктику, разрушая региональные экосистемы.

Боюсь, что одну не самую веселую мысль стоит повторить еще раз: чем меньше мы потребляем, чем ниже мировой объем промышленного и сельскохозяйственного производства тем лучше для окружающей среды. Ведь в этом случае мы генерируем меньше мусора, CO, метана и аэрозолей.

Ученые всегда предупреждают нас об опасности, но к ним нужно прислушиваться. Разные регионы увидят катастрофические последствия глобального потепления в разное время. Население малых стран, расположенных на островах Тихого океана, должны будут в полном составе перебраться на новые территории уже в обозримой перспективе. На Севере ситуация, напротив, может даже улучшиться, но на очень короткий срок. Даже если в определенных местах и отраслях будут наблюдаться позитивные изменения, ущерб от негативных последствий климатических изменений все равно будет больше. У нас остается не больше пары десятилетий, чтобы начать действовать.

Более подробную информацию на тему изменений климата можно найти в докладах МГЭИК. Они создаются Межправительственной группой экспертов по изменению климата консорциумом ученых, которые собираются вместе, чтобы рассмотреть данные, собранные их коллегами по всему миру, и обобщить в сжатом виде. Информация там уже обработана и представлена в форме удобной для чтения не только специалистам, но и политикам, принимающим важнейшие решения на уровне государств или регионов.


Иллюстрация Инграма Пинна к статье в Financial Times от 27 сентября 2019 г.
Подробнее..

Насколько экологична атомная энергетика? На самом деле так же, как солнечная и ветровая

19.04.2021 20:16:49 | Автор: admin

В конце марта вышел отчет научного центра Еврокомиссии (Joint Research Centre) об экологических аспектах атомной энергетики. Еврокомиссия попросила его разобраться, стоит ли поддерживать атом так же как возобновляемую энергетику в рамках европейского Зеленого курса. Общий вывод отчета конечно да, ведь атомная энергетика не опаснее для людей (да, с учетом Чернобыля и Фукусимы, см. ниже) и окружающей среды, чем другие возобновляемые источники энергии, развитие которых уже поддерживается в Европе в рамках инициативы Таксономия. А атом вот не поддерживается. Ну и этот отчет показал, что научных оснований для такой вот дискриминации нет. Но обо всем по порядку, в 23 пунктах.А для желающих в конце есть видеоверсия этой статьи на моем youtube-канале.

1. Не секрет, что мир и Европа стараются справиться с последствиями глобального потепления или как-то притормозить его развитие. А оно вызвано деятельностью человека, в первую очередь выбросами CO2. Это сейчас научно совершенно точно обосновано, и я не буду сейчас на этом останавливаться. Для сомневающихся рекомендую посмотреть прекрасную лекцию гляциолога Алексея Екайкина. Так что десятки стран приняли на себя обязательства по снижению выбросов.

2. Европа на этом пути одна из лидеров. В рамках Зеленого курса (European Green Deal), они хотят стать первым в мире углеродно-нейтральным регионом к 2050 году. Не случайно именно оттуда идут основные новости о переходе на возобновляемые источники энергии (ВИЭ), постепенном запрете двигателей внутреннего сгорания, углеродные налоги и прочие экологические инициативы. Впрочем, в абсолютных показателях и по выбросам, и по вводу ВИЭ, лидируют пока Китай и США.

3. Для реализации Зеленого курса в Европе существует множество разных стимулирующих и поддерживающих механизмов. Один из важнейших это регламент EU Taxonomy. Это такой свод рекомендаций для финансовых и инвестиционных фондов о том, в какие технологии можно вкладываться, а в какие нежелательно, с точки зрения их помощи целям Зеленого курса, экологичности и устойчивого развития. Так что Таксономия не ограничивается только вопросами климата, она направлена на достижение 6 важных целей:

  • смягчение последствий изменения климата

  • адаптация к изменению климата

  • охрана водных и морских ресурсов,

  • повторное использование ресурсов (циркулярная экономика),

  • сокращение выбросов и загрязнений,

  • защита биоразнообразия

Для включения в Таксономию технология или практика должна помогать в достижении минимум одной из целей, а другим не наносить серьезного ущерба (критерий DNSH, т.е. Does not significantly harm). Не могу точно сказать насколько это жесткое правило и верно ли я вообще в этом разобрался, но понятно, что включение в Таксономию той или иной технологии сильно упрощает ей жизнь в Европе, а невключение может поставить вопрос о ее конкурентоспособности и перспективах без национальной поддержки.

4. Таксономию долго готовили и в общих чертах приняли весной-летом прошлого года. Помимо прочего, туда включили ветровую и солнечную генерацию, а вот атомную пока не включили. Нет, сомнений в том, что АЭС помогает в борьбе с изменением климата нет. За жизненный цикл АЭС выбрасывают очень мало CO2. Критерий для включения в Таксономию технологии электрогенерации выбросы менее 100 г/кВт*ч. По данным отчета JRC, у АЭС выбросы CO2 в среднем 28 г/кВт*ч, что сопоставимо с выбросами гидро- и ветровых станций, и даже ниже, чем у солнечных панелей, у которых средний выброс около 85 г/кВт*ч (см стр. 40 из отчета [4]). Цифры разнятся в разных источниках (например, в отчете ICPP 2014 указываются средние показатели выбросов для АЭС в 12 г/кВт*ч, а для промышленной фотовольтаики в 48 г/кВт*ч) но порядок и соотношение примерно такие. При этом выбросы газовых и угольных станций составляют порядка 500 и 900 г/кВт*ч, соответственно. А средние удельные выбросы в электроэнергетике в Европе сейчас около 275 г/кВт*ч (ссылка, стр 6).

Удельные выбросы CO2 за жизненный цикл разных видов генерации. График из отчета JRC.Удельные выбросы CO2 за жизненный цикл разных видов генерации. График из отчета JRC.

Почему у солнечных панелей углеродный след выше? Не копал глубоко, но на днях на глаза попалось как раз на эту тему любопытное расследование Bloomberg о производстве кремния в Китае. Китай контролирует 80% мировых поставок кремния для солнечных панелей, а 4 крупнейшие его фабрики расположены в полузакрытой провинции Синьцзян (Xinjiang) и дают 50% мирового производства. Репортеры Bloomberg выяснили, что эти фабрики используют дешевую но грязную угольную электроэнергию (40% затрат на производство кремния - электричество), и суда по всему еще и подневольный труд. Так что вопрос об экологическом следе этой технологии, так сильно завязанной на одну не самую прозрачную страну, не так прост.

5. Отдельно надо отметить, что АЭС на текущий момент обеспечивают около 30% всей низкоуглеродной энергии в мире, а в Европе все 40%. Доля атомной энергетики в Европе (28 стран ЕС) 26%, что больше, чем в любой неевропейской стране. При этом доля солца+ветра в ЕС - 17%, а гидроэнергетики всего 12% (данные на 2019 г из Eurostat Energy data, см стр. 28). И по основному сценарию развития энергетики в Европе (EUCO30, стр. 37 отчета), для достижения европейских климатических целей доля атома к 2050 году должна составлять около 22%. Но поддерживать его хотят не все.

Вклады различных источников в выработку низкоуглеродной электроэнергии в развитых странах. График из отчета JRC.Вклады различных источников в выработку низкоуглеродной электроэнергии в развитых странах. График из отчета JRC.

6. Поводом для отказа во включении АЭС в Таксономию стали усилия стран, в которых сильны антиатомные настроения Германии, Австрии и Италии. Они выразили сомнения в том, что проблема радиоактивных отходов и отработавшего ядерного топлива нарушает критерий DNSH. Поэтому то Еврокомиссия и поручила экспертам своего научного центра (Joint Research Centre) разобраться в вопросе и подготовить доклад на эту тему. Его то они и представили в конце марта (ссылка).

Отдельно хочется отметить, что это довольно круто, что внутри руководящего органа ЕС вообще есть такой научный центр, который помогает анализировать различные решения и предложения с научной точки зрения.

7. Эксперты представили 400-страничный отчет с обзором доступных научных исследований по всем аспектам атомной энергетики от добычи урана, его обогащения и изготовления топлива, эксплуатации и вывод АЭС из эксплуатации, до вопроса обращения с отходами и ядерным топливом при разных сценариях топливного цикла, а также влияние на здоровье людей как в штатных условиях, так и в случае серьезных аварий. Отчет в итоге состоит из двух частей: сравнения экологических аспектов различных видов генерации, и отдельно из подробного анализа обращения с радиоактивными отходами.

8. Общие выводы такие. По удельным выбросам загрязняющих веществ за жизненный цикл, а кроме CO2 это и оксиды азота и серы, твердые частицы PM2.5 (ответственны за миллионы смертей в год по данным ВОЗ) и всякая канцерогенная органика типа бензола и формальдегидов, атомная энергетика сопоставима, а по ряду параметров и лучше ветровой и солнечной.

дельные выбросы оксидов азота и серы для различных энергоисточников.дельные выбросы оксидов азота и серы для различных энергоисточников.Удельные выбросы твердых частиц PM2.5 и неметановой органики (NMVOC - бензол, этанол, формальдегид и т.д.)Удельные выбросы твердых частиц PM2.5 и неметановой органики (NMVOC - бензол, этанол, формальдегид и т.д.)

В плане образования химически-опасных отходов и загрязнения водоемов (закисление, сброс соединений азота и фосфора) АЭС гораздо чище ветровой и солнечной энергетики.

Удельное образование химически-опасных отходов, требующих захоронения, для разных видов генерации энергииУдельное образование химически-опасных отходов, требующих захоронения, для разных видов генерации энергии

9. АЭС в меньшей степени влияют на экосистемы и биоразнообразие, чем солнечные и ветровые электростанции, т.к. требуют гораздо меньшего изменения земной поверхности. И речь не только о месте, занимаемом станциями сопоставимой мощности, но о всей цепочке добычи ресурсов и утилизации отходов.

Сравнение требуемой площади изъятия земли для различных источников энергии (с учетом жизненного цикла технологий)Сравнение требуемой площади изъятия земли для различных источников энергии (с учетом жизненного цикла технологий)

Кстати, удельная потребность в добыче ресурсов для АЭС тоже гораздо меньше, чем для ветровой и солнечной энергетики. Все это следствия самой большой концентрации атомной энергии из всех существующих видов энергии. По крайней мере в сотни тысяч раз выше, чем химической.

Сравнение удельных затрат ресурсов на производство единицы электроэнергии по разным типам генерации.Сравнение удельных затрат ресурсов на производство единицы электроэнергии по разным типам генерации.

10. Но как и у любой технологии, кроме плюсов у атома есть и минусы. В плане теплового загрязнения и потребления водных ресурсов атомная энергетика уступает фотовольтаике (солнечным панелям) и ветроэнергетике, и сопоставима с воздействием концентрационной тепловой солнечной энергетики (это когда тепло солнца собирается зеркалами), угольной и гидроэнергетики. Поэтому требуется подбор площадок, технологии (пруд-охладитель, прямоточное охлаждение, градирни и пр.) и внимание к этому аспекту, чтобы минимизировать его негативные эффекты. В этом плане наименьшее негативное воздействие получается при расположении АЭС морском берегу, где их обычно и стараются размещать.

11. Что же касается радиоактивных отходов, то обзору практики и теории обращения с ними и их захоронения посвящена большая часть доклада и вердикт тут однозначный да, это важная проблема, но существующие решения, как по поверхностному хранению низкоактивных отходов (частично об этом я писал отдельную статью), так и по подземному захоронению высокоактивных отходов в природных формациях (и об этом я писал отдельную статью, применительно к тому что делается в России), позволяют обращаться с ними безопасно и без вреда людям и окружающей среде.

Отмечено, что существует широкий научно-технический консенсус относительно возможности безопасного захоронения отходов. И отдельно подчеркнуто, что в Таксономии уже одобрены технологии подземного захоронения СO2, базирующиеся на тех же научных данных и похожих нормах регулирования, что и захоронение радиоактивных отходов.

12. Что касается радиационного воздействия на человека, то оно пренебрежимо мало. Дополнительное облучение, вызванное всем жизненным циклом АЭС, составляет не более 1/10000 от обычной дозы, получаемой людьми от природных источников. Это эквивалент употребления двух бананов в год. Один банан это доза в 0,1 мкЗв за счет содержащегося в нем природного изотопа калий-40.

13. Но это все были в основном отдельные показатели воздействия по разным факторам или элементам окружающей среды. В чем-то АЭС лучше, в чем-то сопоставимы, а в чем-то хуже других видов генерации. При этом ни один из показателей для АЭС не является запретительным по критерию DNSH (Does not significantly harm). Но чтобы оценить суммарное негативное воздействие на здоровье человека разные виды генерации сравнивают по величине удельной преждевременной смертности или потерянных лет жизни на единицу выработанного электричества. И по этим показателям АЭС уступают только гидроэнергетике, сопоставимы с ветровой и превосходят солнечную генерацию. Ну и самом собой, самые опасные в этом плане все виды сжигаемого топлива, особенно уголь, поскольку его выбросы реально убивают миллионы людей каждый год. Не говоря уже о их влиянии на климат.

Общее воздействие на здоровье и смертность людей от разных видов генерации с учетом их выбросов и сбросов по всему жизненному циклу. Гидроэнергетика тут лучше всех, атом и ветер сопоставимы и чуть лучше солнца.Общее воздействие на здоровье и смертность людей от разных видов генерации с учетом их выбросов и сбросов по всему жизненному циклу. Гидроэнергетика тут лучше всех, атом и ветер сопоставимы и чуть лучше солнца.

14. Что касается аварий и серьезных инцидентов. Тут есть два показателя. Первый это максимальное число жертв при крупной аварии. Для АЭС оно сопоставимо с гидроэнергетикой или крупными авариями в нефтяной индустрии и оценивается в 30000 человек в случае крупной аварии. Причем, если для гидроэнергетики это исторические цифры реальных аварий (см. дамба Баньцяо, Китай, 1975 г.), то для АЭС это величина расчетная, поскольку суммарное число жертв крупнейших аварий на АЭС - Чернобыля и Фукусимы, по оценкам ВОЗ, порядка 5000 человек [6,7].

Максимальное число жертв от крупных аварий (черные точки) и удельная смертность от аварий (не обязательно самых крупных, но с жертвами) на единицу произведенной электроэнергии.Максимальное число жертв от крупных аварий (черные точки) и удельная смертность от аварий (не обязательно самых крупных, но с жертвами) на единицу произведенной электроэнергии.

Авторы отчета подчеркивают, что для общественного восприятия куда страшнее редкие (в случае АЭС очень редкие) но серьезные аварии, чем частые, но менее фатальные события. Однако статистика показывает, что же на самом деле больше убивает. В этом смысле важнее второй показатель.

15. Второй показатель это удельная смертность от аварий на единицу произведенного электричества (fatality rate см. картинку выше). По этому показателю АЭС второго поколения, составляющих основу текущего парка АЭС, лучше любого сжигаемого топлива и гидроэнергетики, сопоставимы с ветрогенерацией, и уступают лишь солнечной генерации. АЭС третьего поколения, которые строятся последние 10 лет и спроектированы с учетом опыта крупных аварий как раз с особым вниманием к локализации их последствий, превосходят по этому показателю все виды генерации.

Т.е. это означает, что даже с учетом жертв Чернобыля и Фукусимы, удельная смертность от атомной энергетики сопоставима с включенными в Таксономию ветровой и солнечной генерацией и гораздо меньше, чем у станций на ископаемом топливе. В конце своей прошлой статьи о Фукусиме я уже приводил аналогичные оценки.

Более того, даже безаварийное сжигание ископаемых топлив приводит к тому, что ежегодно только в Европе 400 тыс. человек умирают из-за загрязнения воздуха. АЭС же за счет сокращения выбросов за всю историю спасли около 1,8 млн человек [8] т.е. куда больше, чем ветряки и солнце.

16. Отдельно поясню, что отчет касается именно экологических аспектов и не касается экономики. Задача отчета дать экспертам Еврокомиссии рекомендации и критерии для включения или невключения отдельных аспектов атомной энергетики в механизмы поддержки Таксономии. Будут ли потом этой поддержкой пользоваться частные или государственные инвесторы это дело инвесторов. Тем не менее, в части сравнения с другими видами генерации есть в отчете и экономический показатель LCOE, т.е. усредненной по пожизненному циклу показатель себестоимости электроэнергии.

Так вот, себестоимость атомного электричества существующих АЭС в Европе к 2030-му году будет самая низкая в сравнении с любыми другими видами генерации, а если говорить о новых энергоблоках, то она будет немного дороже солнечных и ветровых, но вполне конкурентоспособна и сопоставима с газовыми станциями.

Показатели LCOE для разных видов генерации в Европе к 2030 году. Данные из отчета JRCПоказатели LCOE для разных видов генерации в Европе к 2030 году. Данные из отчета JRC

17. Общие выводы отчета атомная энергетика отлично помогает смягчать последствия изменения климата, при этом не выявлено никаких научно-обоснованных доказательств, что она наносит больший ущерб здоровью людей или окружающей среде, чем другие виды генерации электроэнергии, уже включенные в Таксономию.

18. Что дальше? Теперь этот отчет будут еще 2 месяца изучать в двух других экспертных группах Еврокомиссии (по радиационной защите и по здоровью). В мае в Таксономию должны быть внесены поправки, расширяющие список включенных в нее технологий, к которым были вопросы ранее. Кроме атома идут споры и по природному газу, как переходному топливу от угля, и по некоторым технологиям в сельском хозяйстве, биоэнергии и т.д. Вопрос о включении или невключении в Таксономию атомной энергии остается открытым. Хотя что тут может быть непонятно после такого отчета...

19. Реакция. Европейский Гринпис уже ожидаемо заявил [9], что эксперты, написавшие отчет, связаны с атомной отраслью и необъективны, а Еврокомиссии надо прислушаться к мнению общественности. Атомная отрасль, конечно, отнеслась к отчету очень позитивно, и представители разных атомных ассоциаций и организаций предлагают не затягивать с включением атомной энергетики в Таксономию. Высказываются даже мнения, что после такого отчета хорошо бы и Германии пересмотреть свое отношение к атому.

20. Gримерно в то же время, в конце марта, лидеры 7 европейских стран Франции, Чехии, Венгрии, Польши, Румынии, Словакии и Словении, отправили в Еврокомиссию коллективное письмо [10] с призывом включить атомную энергетику в Таксономию и перестать ее дискредитировать и притеснять. Аргументы политиков более приземленные, типа она не только помогает в борьбе с климатическими изменениями и сокращении выбросов, но и важна для экономики, что логично, т.к. все эти страны либо имеют развитую атомную энергетику, либо планируют ее развивать.

21. Кроме того, в конце марта в Еврокомиссию направили открытое письмо и 46 некоммерческих организаций из 18 стран (в т.ч. из Германии, Австрии и Италии, правительства которых отказываются или отказались от атома) с тем же призывом - принять усилия по поддержке всех низкоуглеродных источников, помогающих бороться с изменениями климата, включая атомную энергетику, которая уже много лет вносит в эту борьбу самый большой вклад. Собственно, это тоже голос общественности, к которому призывает прислушаться Гринпис. Ссылка на письмо - [12].

22. А на днях еще и в Германии аудит их счетной палаты показал [11], что их энергопереход и отказ от атома не так однозначно хорош (дорог и небезопасен), как могло показаться раньше.

23. Короче, весьма увлекательно следить за Европой, в которой вопрос атомной энергетики стоит так вот остро и неоднозначно и вокруг которого ломается так много копий. Хочется, конечно, надеяться, что в итоге решения будут приниматься на основании научных исследований и прозрачного анализа, а не из популистских и политических соображений. Какими бы в итоге эти решения не были. Споры спорами, но климат, окружающая среда и умирающие от загрязнений люди ждать не будут.

Для тех кому интересен иной формат, я сделал видеоверсию этой статьи. Подписывайтесь на мой канал об атомной энергетике и ядерных технологиях. Вы можете поддержать его лайками или подпиской.

Список источников:

1. Лекция об изменении климата Алексея Екайкина

2. European Green Deal

3. EU Taxonomy Regulation

4. Собственно тот самый отчет JRS

5. Eurostat Energy data

6. ВОЗ о количестве жертв Чернобыля

7. Моя статья о последствий аварии на АЭС Фукусима, в т.ч. количество жертв.

8. Оценка числа спасенных жизней благодаря АЭС - Prevented Mortality and Greenhouse Gas Emissions from Historical and Projected Nuclear Power Pushker A. Kharecha* and James E. Hansen

9. Заявление Гринпис по поводу отчета и его критика.

10. Письмо лидеров 7 стран в главе ЕС в поддержку атомной энергетики.

11. Критика Энергоперехода Германии по результатам правительственного аудита.

12. Письмо главе Еврокомиссии от 46 НКО со всего мира в поддержку атома и включения его в Таксономию.

Подробнее..

Так ли экологичны экологичные электромобили?

12.03.2021 18:21:40 | Автор: admin
Весь мир переходит на электромобили под лозунгом борьбы с изменением климата. В основе рекламной концепции любого нового детища на электродвигателе от гигантов мирового автопрома экологичность и нулевые выбросы. Но настолько ли все безоблачно с экологичностью автомобилей, и какую долю обещаний можно смело отнести на уловки маркетологов? Разбираемся по пунктам.





Немного об альтернативах


В начале ХХ века бензин продавался в аптеках. А вот сети зарядных станций для электротранспорта существовали во всех крупных городах Америки. Например, в Детройте компания Anderson Carriage эксплуатировала три двухэтажные станции, каждая из которых могла принять одновременно более сотни машин. За $35 в месяц клиенты могли получить роскошный сервис: персонал отгонял электромобиль на ночь под крышу одной из станций, где его мыли, полировали, проверяли исправность подвески, меняли истощенную батарею на заряженную и в назначенное время возвращали владельцу. Кроме того, в Anderson Carriage каждый желающий мог купить или взять в аренду гаражное зарядное устройство.

В те благословенные времена об изменении климата никто, естественно, не думал. А когда угроза загрязнения атмосферы стала реальностью, лучшие умы человечества взялись за изобретение альтернативных источников энергии для автомобилей.

Что предлагалось:

  • Водород. Вредные выбросы нулевые, но его сложно хранить и перевозить. Получать топливо очень трудно, да и взорваться может в любой момент.
  • Газ. Идея давно воплощена в жизнь, но ожидаемого эффекта не принесла. Да, запасы газа в мире огромны, выбросов немного меньше, технологии имеются. Но опять же, транспортировать его опасно, заправок мало, воздух загрязняет.
  • Биотопливо. Возить безопасно, двигатели достаточно просто адаптировать, легко выращивать. Но под сырье для биотопливо необходимо использовать огромные площади плодородных земель, для чего вырубаются леса. Растет угроза голода из-за сжигания продовольственной продукции, да и в атмосферу поступает много углекислого газа.
  • Солнечная энергия. Абсолютно возобновляемый ресурс и бесконечный источник, но производительность минимальная. Кроме того, приходится полностью полагаться на погоду. Технологии очень дорогие, для изготовления панелей используются редкие металлы.
  • Про воздух и воду все и так понятно.

Остается электричество. Электромобили уже прочно вошли в нашу жизнь, и кажется, что за ними будущее. Но все ли так прекрасно и экологично?

Электромобили экологичнее машин с двигателем внутреннего сгорания?


В наше время глобальной угрозы человечеству от вредных выбросов ставка на безопасные автомобили абсолютно оправдана. Среди всех транспортных средств, загрязняющих атмосферу, автомобили абсолютный лидер. Весь транспорт выбрасывает в окружающую среду 14% всего поступающего туда СО2, и на долю машин приходится 72% этого объема. На втором месте самолеты со скромными 10%.

Фундаментальное различие между обычными тепловыми двигателями и электродвигателями связано с процессом преобразования потенциальной энергии в кинетическую. Основной вред экологии от двигателей, работающих на бензине, солярке или газе, выброс в атмосферу продуктов сгорания топлива.

Благодаря литий-ионным батареям процесс сгорания в электродвигателе отсутствует, значит при его работе СО2 в атмосферу не выделяется. Но можно ли утверждать, что электромобили более экологичны? К сожалению, не всегда.

Экологичность электромобиля полностью зависит от способа получения электричества для их зарядки. Если это не солнечные батареи, ветряные турбины или даже атомные и гидроэлектростанции, а электростанции, работающие на угле или мазуте, то выбросы в атмосферу СО2 будут значительно выше. Просто атмосфера будет загрязняться не там, где электромобиль едет по современному скоростному шоссе, а в месте работы электростанции.

Например, в США на ископаемое топливо приходится 63% вырабатываемой электроэнергии, а Исландия полностью перешла на гидро-, геотермальную и солнечную энергетику. Поэтому вред окружающей среде от одного и того же электромобиля в этих странах несопоставим.

Тут необходимо сделать отступление и разобраться, что вообще происходит в мире со спросом на различные источники энергии. Если отвлечься от общего информационного зеленого фона и речей активистов уровня Греты Тунберг, то ситуация с возобновляемыми источниками выглядит не так уж оптимистично.

По прогнозам Международного энергетического агентства (IEA) мировой спрос на энергию будет расти пропорционально росту населения и снижения уровня бедности. В отчете за 2020 год IEA прогнозируется, что к 2040 году:
  • Население мира вырастет еще на 1,3 миллиарда человек; с 7,7 миллиарда в 2019 году до более чем 9 миллиардов в 2040 году. Увеличится спроса на энергоносители со стороны стран с формирующейся рыночной экономикой и развивающихся стран.
  • Мировой спрос на энергию вырастет на 19%.
  • Миру потребуется в два раза больше энергии, несмотря на постоянный рост энергоэффективности.
  • Потребность в природном газе вырастет на 29%. Многие страны ищут поставщиков природного газа для доступной и надежной выработки электроэнергии, которая производит меньше вредных выбросов, чем уголь.
  • Общий рост спрос на нефть повысится на 7%. В то время как использование нефти для транспортировки достигнет своего пика, рост нефтехимического производства означает, что в будущем потребуется больше нефти.
  • В 2020 году из-за эпидемии COVID-19 примерно на 2% выросло число людей, не имеющих в доме электричества, что свело на нет прогресс в этой области, достигнутый в последние десятилетия. Это произошло впервые с 2013 года.
  • Мировой спрос на энергию восстановится до предкризисного уровня в начале 2023 года.




То есть по прогнозам самых авторитетных экспертов ни о каком падении спроса на не возобновляемые источники энергии в обозримом будущем речь не идет. Так почему же несмотря на тренд на экологичность, мир не спешит отказываться от ископаемого топлива и в перспективе стремится нарастить его добычу?

А вот тут уместно вспомнить о том, что, например, академик Петр Леонидович Капица доказал, что альтернативная энергетика не имеет перспектив. Рассматривая гипотетическую возможность замены источников ископаемого топлива на солнечную энергию, он приводил как аргумент простые расчеты: для этого нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 5060 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект в обозримом будущем не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам.

Но это тема для отдельного серьезного разговора, а пока вернемся к вопросу экологичности электромобилей и причины популярности этой идеи. Может быть, сам процесс производства электромобилей более экологичен?

Нулевые выбросы при производстве электромобилей?


Цикл производства автомобиля начинается с добычи, очистки и транспортировки сырья, из которого далее изготавливаются комплектующие. В принципе, особой разницы в технологии нет, но почему-то ученые утверждают, что именно в конце цикла производства электромобилей в атмосферу выделяется большой объем углекислого газа.

С чем это связано? С тем, что энергия электромобилей накапливается в аккумуляторах большой емкости, чем больше аккумулятор, тем длиннее пробег без дозаправки. Большие батареи дают высокие экологические издержки, так как производятся из редкоземельных металлов лития, никеля, кобальта или графита. Все эти металлы залегают глубоко под землей, и их добыча связана с процессами, крайне негативно влияющими на окружающую среду.

Так, по данным китайской Ассоциации в отрасли производства редкоземельных металлов (а Китай монополист в этой области, на его долю приходится 95-97% всей мировой добычи) при производстве 1 тонны чистого металла остается 75 тонн кислотных отходов (которые далеко не всегда правильно утилизируются) и 1 тонна радиоактивных. Но, несмотря на такой высокий ущерб экологии, добыча этих металлов будет только расти: по самым скромным подсчетам, например, запасов лития хватит на ближайшие 185 лет.

В первую очередь, взрывной спрос коснулся лития, используемого в производстве батарей для электромобилей. Он будет расти прямо пропорционально количеству выпускаемых машин, а оно по прогнозам Bloomberg New Energy Finance (BNEF) к 2030 году увеличится в 30 раз.



Добыча лития крайне негативно влияет на экологию. Это связано с тем, что для выпаривания литиевых растворов требуются огромные объемы воды: 2 млн литров для добычи одной тонны металла. А наиболее богатые рассолом лития месторождения находятся в высокогорных районах Южной Америки, как раз там, где расположено самое сухое место на Земле пустыня Атакама. За период с 2000 по 2015 годы для добычи лития было выбрано на 21% больше воды, чем поступило с дождем и талыми водами, и местные фермеры впервые ощутили недостаток влаги для орошения пастбищ и полей с зерновыми.

Да и само производство аккумуляторных батарей существенно увеличивает углеродный след, т.е. объем парниковых газов, попадающих в атмосферу в процессе человеческой деятельности. По данным Volkswagen именно на батареи для электромобилей приходится 40% выбросов углекислого газа во время всего производственного цикла. Это в два раза больше, чем при изготовлении дизельного двигателя.

У концерна есть опыт производства модели и в дизельной версии, и его электрического варианта e-Golf. Эти версии имеют одинаковый кузов, так что сравнение максимально репрезентативно.



Суммарный углеродный след у электрического и дизельного Volkswagen Golf уравнивается только при пробеге около 125 тысяч километров. Если принять средний годовой пробег в 25 тысяч километров в год а это немало для частного владельца, экологические преимущества электропривода начинают проявляться только на шестом году эксплуатации.

Но это только полбеды. Вторая половина все то же электричество для производства аккумуляторов. Этот процесс очень энергоемкий, а энергия в подавляющем большинстве случаев поступает опять же с тепловых электростанций, сильно загрязняющих атмосферу. Все тот же замкнутый круг.

А что делать с отработавшими ресурс аккумуляторами?


В среднем литий-ионные батареи гибридных и электромобилей весят не один центнер. Например, один из самых больших аккумуляторов для Mercedes-Benz EQC тянет на 700 кг. Что с ним делать после выработки ресурса?

Сегодняшние технологии пока что не подразумевают демонтаж элементов батарей, так как сделать это практически невозможно. Батареи, в лучшем случае, разбираются на модули, которые затем попадают в измельчитель или высокотемпературный реактор, где они одновременно пассивируются. Но при этом для последующего извлечения материалов из батарей требуется сложный набор физических и химических процессов. Например, процессы пирометаллургической переработки в промышленном масштабе могут принять любые модули электромобильных аккумуляторов без их разборки. Однако, это решение не позволяет использовать энергию, которая еще остается в аккумуляторах, а также приводит к усложнению химических методов разделения, так как подаваемый в процесс материал представляет собой разнородную смесь. Усложненность процесса и большое количество образующихся при этом отходов снижает экономическую эффективность данных методов переработки.



По данным Международного совета по экологически чистому транспорту (ICCT) в США перерабатывается 99% свинцово-кислотных аккумуляторов, используемых в традиционном автомобилестроении. С литий-ионными батареями ситуация в корне другая: их компоненты мало интересуют рынок переработки, а лития в них мало. В итоге, например, в Европе перерабатывается только 5% литиевых батарей, остальные либо сжигаются, либо выбрасываются на свалки. Так что говорить об экологичности тут не приходится.

Ради справедливости нужно сказать, что сейчас ведутся многочисленные исследования на тему переработки литиевых батарей и восстановлению редкоземельных компонентов. Ищутся варианты решения вопроса о повторном использовании аккумуляторов с использованием ветряной или солнечной энергии.

Резюме: так ли экологичны электромобили, как нам об этом рассказывают маркетологи?


Конечно, нет, нулевые выбросы электромобилей красивая сказка. Примерно такая же, как вечный двигатель. Несмотря на то, что на протяжении своего жизненного цикла они более экологичны, чем автомобили, работающие на ископаемом топливе, они не могут решить проблему парниковых газов и глобального изменения климата.

Например, в Китае крупнейшей стране-потребителе и производителе энергии в мире вырабатывает четверть всего объема электроэнергии в мире. В 2014 году ее произведено почти в полтора раза больше, чем в США. К 2035 году спрос на первичные энергоресурсы в Китае по разным оценкам (BP British Petroleum; IEA NP the International Energy Agency (New Policies Scenario), ХОМ ExxonMobil, WM EMS WoodMackenzie) составит от 3700 до 4450 тонн нефтяного эквивалента.



В структуре потребления первичной энергии Китая доля угля чрезмерно высока, она достигла 66 % в 2014 году и вызвала серьезные проблемы, такие как загрязнение окружающей среды и увеличение выбросов парниковых газов. Уже сейчас Китай занимает первое место по объему эмиссий, в основном, из-за деятельности национальных транспортных компаний. Объем выбросов углекислого газа в Китае, США, ЕС и России за период 2006-2016 гг. показан на диаграмме (млн т3).



С началом взрывного роста производства электроэнергии Китай стал рассматриваться как главная угроза климату во всем мире. Обоснованные упреки в климатической недобросовестности звучат из уст ведущих политиков, экономистов и экологов. По словам Олега Дерипаски негативное влияние выбросов в атмосферу в Китае негативно влияет даже на экологию Сибири.



А власти Китая не спешат тратить средства на чистоту автопрома. Более того, они решили ослабить действующую с 2019 года строгую норму, согласно которой транспорт на новых источниках энергии в структуре продаж каждой компании должен занимать долю не менее 10%.

К машинам на новых источниках (New Energy Vehicles) относят электромобили, подзаряжаемые гибриды и авто на топливных ячейках. Однако 22 июня китайские регуляторы объявили, что в зачет зеленых будут идти и обычные гибриды, без возможности внешней подзарядки. Послабление начало действовать с 1 января 2021 года.



<

Хотя электромобили позиционируются как экологически чистые, факт остается фактом: производство энергоемких аккумуляторов для таких автомобилей неизменно способствует значительным выбросам CO2, поэтому у электромобилей возникает огромный дефицит углерода, когда они выезжают на дорогу, и они начнут сокращать выбросы только после того, как проедут 60 тысяч километров.

Согласно отчету Международного энергетического агентства (МЭА), даже если доля электромобилей в мире вырастет в 15 раз по сравнению с нынешним числом, то это сократит глобальные выбросы CO2 только на 1 процент.

В 2018 году электромобили сэкономили 40 миллионов тонн CO2 во всем мире, что эквивалентно снижению глобальной температуры всего на 0,000018C или чуть более чем на стотысячную градуса Цельсия к концу века.

Помимо проблем экологии, переход на электромобили невозможен без решения проблем зарядных станций, инфраструктуры и многих других. К тому же в ближайшие десятилетия на первый план выйдут вопросы не производства новых типов автомобилей, а развития общественного транспорта.

По прогнозам ООН, в 2050 году 68% мирового населения будет проживать в городах, поэтому необходимо будет решить и такие вопросы, как движение транспорта, парковка и высокий уровень потребления.
Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru