В некоторых странах в 2006 г. (тыс. т)

В большинстве стран разработаны нормативные документы в отношении производства и потребления биотоплива. В Европе топливная смесь биоэтанол-бензин маркируется. Концентрация этанола в смеси может достигать 85%, однако в этом случае автомобили снабжаются специально модифици­рованным двигателем. Эти так называемые «гибридные авто­мобили» могут использовать и обычный бензин. При переработке рассмотренных выше продуктов фотосинтеза в биотопливо используют различные технологии: рапсовое масло получают прессованием, биоэтанол — ферментацией, биогаз — разложением органики.

Ежегодный прирост биомассы на Земле составляет 220 млрд. т, что энергетически эквивалентно 4∙10²¹ Дж. На древесину приходится около 90% содержащейся в биосфере биомассы. Современные способы переработки древесной биомассы позволяют получать синтез-газ, жидкие органические топлива бионефть и биомазут, а также биомасла и другие продукты.

Бионефть—это продукт пиролиза древесного сырья, представляющий собой густую смолянистую жидкость. Пиролиз, осуществляемый при температуре до 600°С без доступа воздуха, позволяет получить до 800 кг бионефти из тонны исходно­го сырья. Освоена также технология получения жидкого топ­лива из биомассы — это пиролиз в присутствии катализатора. Подобная технология позволяет превращать любые растительные отходы в горючее.

В последнее время для вовлечения в производство мотор­ных топлив нетрадиционного сырья все шире используются каталитические технологии. Применение этих технологий позволяет дополнительно производить моторное топливо, сы­рье для нефтехимии и тепловую энергию за счет нетрадици­онных источников углеродсодержащего сырья. Например, нефтегазовые компании разрабатывают и совершенствуют технологии создания синтетических жидких топлив (СЖТ) из углеводородных газов. Это вызвано необходимостью решения следующих проблем:

• вовлечение в переработку попутного нефтяного газа и природного газа малых и средних месторождений;

• создание эффективной системы транспортировки энергоносителей из отдаленных месторождений.

Известные технологии производства СЖТ осуществляются по следующей цепочке:

• первая стадия — получение синтез-газа (смеси монооксида углерода и водорода);

• вторая стадия — синтез Фишера—Тропша;

• третья стадия — ректификация и гидрокрекинг тяжелых фракций углеводородов.

С 20 гг. прошлого века известны технологии получения синтетических жидких топлив по методу Фишера—Тропша. Сущ­ность метода заключается в превращении синтез-газа и водорода в высшие углеводороды. В 1944 г. Германия произвела по этому методу около 600 тыс. т моторного топлива.

Синтез Фишера—Тропша (СФТ) — это экзотермический процесс, протекающий в присутствии катализаторов. В ходе синтеза образуются жидкие углеводороды, которые накапли­ваются внутри пор катализатора. Часть первичных продуктов СФТ удовлетворяет самым жестким экологическим требованиям: лигроин (С₈—С₁₂) и дизельное топливо (С₁₃—С₁₈) с цетановым числом 70, не содержащее серы. Часть первичных продуктов СФТ является ценным химическим сырьем с гораздо более высокой стоимостью.

Строительство установок по производству синтетических жидких топлив по СФТ экономически оправдано при цене на нефть выше 30 долл./баррель. Эта технология может быть полезной в варианте плавучих заводов при разработке малых и средних шельфовых месторождений природного газа. В усло­виях России технологии СФТ могут использоваться для пере­работки газов удаленных газовых месторождений и попутных нефтяных газов, которых в России извлекается ежегодно более 60 млрд м³.

Перспективным направлением использования каталитических технологий является переработка попутных нефтяных газов и метаносодержащих выбросов угольных шахт. При добыче угля в атмосферу поступает около 10% от всех антропогенных выбросов метана, что в пересчете на условное топливо составляет 40 млн т/год. При добыче угля разделяют выбросы метана, образующиеся при дегазации угольных пластов перед началом угледобычи (доля поступлений 15%), и метановые выбросы за счет вентилирования угольных шахт (доля поступлений метана 85%).

В России наиболее значимые выбросы метана связаны с шахтами Кузбасса. Здесь среднее содержание метана в угольных пластах достигает 25 м³/т угля, а удельные выбросы достигают 8 кг метана на тонну добытого угля. Суммарные выбросы метана в атмосферу составляют 1,5—2,0 млрд мЗ/год• Для утилизации метаносодержащих выбросов угольных шахт предполагается использовать каталитический способ сжига­ния, основанный на фильтрации нагретых вентиляционных выбросов через слой неподвижного катализатора.

Уже длительное время ученые работают над преобразователями энергии солнечного излучения в механическую или электрическую энергию. Всего за три дня Солнце посылает на Землю столько энергии, сколько ее содержится во всех разведанных запасах ископаемого топлива. В штате Нью-Джерси (США) в 2001—2006 гг. ввели в эксплуатацию 1800 солнечных установок разной мощности. Типовая 4-киловаттная станция на крыше дома обходится американской семье в 38 тыс. долларов.

В последние годы все большую популярность приобретает использование энергии водорода. Водород можно получать из нефти, природного газа либо путем разложения воды. Сегодня в мире в год производится до 20 млн т водорода, который используется для производства аммиака, для удаления серы из топлива, для гидрогенизации угля. Специалисты считают, что именно водородное топливо является наиболее вероятной заменой нефти и газа. По теплотворной способности водород в три раза превосходит бензин. Сегодня исследователи интенсивно работают над созданием водородного энергетического хозяйства и над технологией крупнотоннажного производства водорода из воды.

Во многих странах внедряются экономически приемлемые топливные элементы, технологии хранения водорода и небольшие реформеры—устройства для получения водорода из углеводородов. Страны Евросоюза также поставили цель к 2020 г. заменить 20% моторного топлива водородным топливом. Сегодня стоимость автомобиля, оснащенного топливными ячей­ками, приближается к 100 тыс. долларов.

!!! Нетрадиционные возобновляемые источники энергии (НВИЭ) пока не занимают заметного места в структуре миро­вого энергобаланса. Главная причина—сложность их исполь­зования в сравнении с нефтью, газом и углем. Тем не менее, уже сейчас суммарная мощность геотермальных электростан­ций составляет более 6 тыс. МВт, ветровых электростанций — более 4 тыс. МВт, солнечных — более 500 МВт, приливных — более 250 МВт.

Вывести цивилизацию из экологического кризиса можно только за счет уменьшения нагрузки на планету. Этого можно достигнуть также за счет привлечения материальных и энер­гетических ресурсов космоса. В поясе астероидов за орбитой Марса расположены тысячи малых планет, часть из которых состоит из железа, кобальта и никеля. Коммерческая цена ас­тероида размером 1 км составляет триллионы долларов. Если такой астероид доставить к Земле, то люди получат такое ко­личество металла, которого хватит на сотни лет. Мировой ра­кетно-ядерный потенциал позволяет доставить в сферу при­тяжения Земли железный астероид. Далее прямо на орбите астероидное железо может быть переработано в орбитальные платформы, которые будут поставлять на Землю экологичес­ки чистую солнечную энергию.

Долгосрочная стратегия перехода к новым энергетическим технологиям будет во многом определяться выбором, который сделает человечество в ближайшие годы. В известном докумен­те «Повестка дня на XXI век» приоритет отдан охране мировой флоры и фауны, восстановлению лесов и плодородия почв, ресурсосбережению, изменению структуры потребления. Сильное влияние на будущее мировой энергетики может ока­зать движение за здоровый образ жизни, который не нужда­ется в существенном росте потребления энергоресурсов.

Население будущего

В природе эффективно действуют факторы, ограничиваю­щие рост любой популяции. Среда оказывает тем большее сопротивление росту популяции, чем больше ее численность. Но человек является исключением из этого правила. Около 100 тыс. лет назад наши предки, которые еще не разде­лялись на белых, черных и желтых, начали мигрировать из Африки в Европу, Азию и Америку. В то время уровень океана был ниже современного. Расселившись по всем континентам, отдельные популяции древних людей потеряли связи друг с другом. Это положило начало образованию трех основных че­ловеческих рас. Около 40 тыс. лет назад «человек разумный» вытеснил неандертальцев и заселил практически всю Землю. К началу эпохи неолита (15 тыс. лет до и. э.) на Земле про­живало примерно 3 млн человек, во времена египетских фа­раонов — 50 млн, во времена Римской империи — примерно 200 млн человек. В XX в. население Земли увеличилось с 2 до 6 млрд человек. В 2011 г. на Земле появился 7-миллиардный житель. По прогнозам к 2050 г. население планеты может достичь 10 млрд. человек.

Численность рода человеческого растет почти по экспоненте — никакой другой вид животных не следует этому закону. На рис. 9.1 приводится кривая зависимости численности популяций животных от массы тела. Если бы человек не выде­лялся из животного мира, то его численность была бы пример­но такой же, как численность медведей и волков. Численность современных людей превосходит эти оценки на пять порядков.

Человек количественно выделился из животного мира за счет того, что он нарушил веками установленный закон распределения энергии (органики) по размерам консументов. Он перевел в свой жизненный канал и использует на порядок боль­ше энергии, чем разрешает несущая экологическая емкость биосферы.

Человек остается полностью зависимым от биосферы и ее нормального состояния. Кто-то это понимает, кто-то не пони­мает. Однако человечество в целом продолжает игнорировать природные границы и пределы, определяемые возможностя­ми биосферы. Сегодняшний глобальный экономический рост происходит за счет захвата и расширения новых земных про­странств, за счет интенсивного извлечения природных ресурсов, за счет недопустимого загрязнения среды обитания, за счет нарушения всех законов биосферы.

Рис. 9.1. Зависимость численности популяций млекопитающих от массы их тела в естественных условиях [2]

Современная цивилизация по отношению к биосфере находится в состоянии необъявленной войны. Истинная «социализация природы» произойдет тогда, когда человеческая популяция вернется в ту область графика рис. 9.1, в которой человек когда-то находился и которую он когда-то покинул. Однако это не осуществимо даже в дальней перспективе.

Население Земли каждый год увеличивается на 80 млн. человек. Это равносильно ежегодному возникновению на планете нового государства по численности как Германия, но уровень жизни в котором на порядок ниже. Подобный количе­ственный рост современного населения Земли — это тоже

следствие нарушения закона распределения численности мле­копитающих от массы их тела (см. рис. 9.1). Развитие человеческого общества в течение тысяч лет происходило достаточ­но спокойно, пока на всех хватало мамонтов и места на Земле. Сейчас ситуация изменилась кардинальным образом.

Вопрос в том, какую численность населения, а, следова­тельно, какую энергетическую нагрузку и какую «захламлен­ность» выдержит наша планета? То, что население Земли не может расти до бесконечности, понятно без каких-либо тео­рий. Понятно также, что и сегодняшний темп прироста насе­ления дальше продолжаться не может.

В начале XIX в. английский экономист Томас Мальтус предупреждал, что в будущем уровень жизни людей во многом будет зависеть от вечных законов природы. Он заявлял, что в отдельные периоды истории соответствие между численностью населения и количеством средств существования придется регулировать, что бедственное положение людей может быть результатом «абсолютного избытка людей». За эти утверждения классики марксизма-ленинизма считали почетного иностранного члена Петербургской Академии наук Т. Мальтуса «человеконенавистником». Сегодня приходится признать правоту Мальтуса: кривая 1 (рис. 9.2), описывающая рост населения Земли, неминуемо в самое ближайшее время должна перейти в какую-то другую кривую 2. Если смены сегодняшней эволюции численности населения не произойдет, то заработа­ют обратные связи и целые народы начнут вымирать от голода и тяжелых болезней вроде СПИДа. Вопрос как должна разви­ваться земная цивилизация обсуждается давно и активно, но так и остался нерешенным. Сказывается большая разница в политических взглядах, экономических школах, региональных и конфессиональных интересах разных социальных групп.

Если не предпринимать никаких действий и надеяться на то, что свободный рынок все отрегулирует, то прогноз будет не­утешительным. Численность населения еще может лет 10…20 расти, загоняя болезни общества вовнутрь и отодвигая наступление коллапса. Параллельно с запредельным ростом населения планеты будет нарастать истощение ресурсов, и увеличиваться загрязнение окружающей среды. Уже в настоящее время из-за роста населения, нехватки воды и деградации почв производство продовольствия на душу населения начинает снижаться. Поэтому нынешний подход «пусть все идет, как идет» к проблеме народонаселения является безответственным.

Рис. 9.2. Прогноз роста населения Земли:

1 — при сохранении рождаемости на сегодняшнем уровне; 2 — оптимистический прогноз ООН [2]

Сегодня мир расколот на страны «золотого миллиарда» и бедные страны. Несравнимо влияние на окружающую среду жителей богатых и бедных стран. Усиленно размножаются в основном люди в бедных странах, а львиную долю природных ресурсов потребляет население богатых стран. Так гражданин США воздействует на природу в 15…20 раз сильнее, чем индус. Именно во столько раз средний американец больше потребляет продуктов питания и предметов быта. Население «незолотых миллиардов» почти в 5 раз превосходит население развитых стран и продолжает быстро расти. Если международное сообщество не предпримет согласованных шагов по переходу к малодетным семьям в странах Азии и Африки, то нехватка земли и воды может привести к политической нестабильности, эко­номическому упадку и повышению смертности.

По показателям рождаемости мировому населению нуж­но постепенно снижаться до уровня простого воспроизводства. В настоящее время более 40 стран добились того, что в сред­нем на семью приходится два ребенка (табл. 9.4). В этих стра­нах в общей сложности проживает 2,5 млрд. человек. В Китае размер семьи — 1,8 ребенка на супружескую пару—уже ниже, чем в США. В России этот показатель —1,2 ребенка на семью — тревожный, он значительно ниже уровня простого воспроиз­водства. В результате население нашей страны ежегодно со­кращается на 900 тыс. человек. К странам, в которых следова­ло бы повысить рождаемость, чтобы население не уменьша­лось, относятся Россия, Болгария, Чехия, Италия, Украина.

Таблица 9.4. Демографические показатели в некоторых

странах на начало XXI в. [3]

Несмотря на эти тенденции, угроза, которую представляет собой продолжающийся демографический рост более чем в ста странах мира, остается явной. Во многих странах проведению разумной демографической политики препятствуют религи­озные догматы. Во всех конфессиях рождение человека счи­тается священным и не подлежащим вмешательству. В странах Азии и Африки число сельских жителей продолжает расти, а наследуемые земельные наделы делятся между детьми каждого нового поколения. Там площадь угодий, приходящихся на одну семью, снижается до 4…6 соток, что ставит под угрозу само выживание людей.

Индия при нынешних темпах прироста населения (18 млн. человек в год) скоро обгонит Китай, при этом ее территория вдвое меньше. Более 700 млн. индийцев проживают в районе долин рек Ганга и Инда. Из-за глобального потепления климата растаяло 40% ледников в Гималаях, поэтому здесь участились засухи. Прожиточный минимум в Индии составляет 12 долларов в месяц, такой массовой нищеты и безграмотно­сти нет ни в одной стране. При сегодняшней численности населения Индия и Китай никогда не решат проблемы бедности, потому что у них нет для этого достаточных природных ресурсов.

Известно, что чем выше уровень образования женщины, тем меньше она рожает детей. Повышение уровня образования требует немалых средств. Однако каждый дополнительный год обучения женщин уменьшает количество рождаемых ими детей на 10%, поэтому затраты на образование окупаются улучшением демографической ситуации. Даже религиозные лидеры Ирана выступают за планирование семьи. В течение последних лет уровень грамотности иранских женщин повысился до 90%, а темпы роста населения в этой стране упали с 4 до 1 %.

В сегодняшней Индии главным вектором внутренней по­литики является борьба с перенаселенностью. При правлении Индиры Ганди принудительно стерилизовались мужчины, имеющие более двух детей, а мужчины, которые добровольно соглашались на стерилизацию, получали какие-то небольшие деньги. Третьи и последующие дети в семье лишались доступа к бесплатной средней школе. Против этой политики выступа­ют все религиозные силы страны, включая индуистов и исла­мистов. Сегодня из Индии мечтают уехать миллионы индийцев. В результате страны, которые установили с Индией безвизовый режим, моментально оказались заселенными миллионами иммигрантов. А на островах Фиджи индийцы стали нацио­нальным большинством. Поэтому России надо серьезно все взвесить, прежде чем давать согласие на ослабление миграци­онного законодательства стран БРИК, о чем настойчиво про­сит руководство Индии.

Сегодня наиболее опасным является то, что население Земли слабо понимает связь между размером семьи, перспек­тивами роста населения и количеством жизненных ресурсов, которые в скором будущем будут приходиться на одного че­ловека. Сегодня земельные наделы в Нигерии и Пакистане снизились до 9 соток на человека. Страны, в которых этот по­казатель упал до трех соток — Япония, Южная Корея, Тайвань, — вынуждены импортировать более 70% потребляемых зерновых.

После полувека бурного роста населения потребности многих стран в продовольствии, воде и топливе опережают возможности местных систем жизнеобеспечения. Помимо этого, возрастающее число молодых людей, которым необходимо об­разование, медицинское обеспечение и работа, тоже превыша­ет потенциал соответствующих структур. Если в ближайшее время темпы рождаемости в развивающихся странах не сни­зятся, то функционирование природных экосистем и работа социальных служб ухудшатся настолько, что это приведет к росту смертности.

Представляется, что в настоящий период человеческой исто­рии мир должен перейти на уровень рождаемости 1,8…2,2 ребен­ка на супружескую пару. В противном случае нехватка земли, воды и энергии будет обостряться, в результате количество людей, умирающих от голода и болезней, будет увеличивать­ся. Ответственность за достижение этих цифр лежит на всех лидерах развивающихся государств.