Любая известная нам структура во Вселенной требует для своего образования, поддержания и развития источник энергии.
Чем доступнее и мощнее используемый энергетический источник, тем больше ресурсов можно освоить с его помощью.
Ресурсообеспеченность – это необходимый критерий для выживания и развития любой системы, и не обязательно живой.
Развитие человеческой цивилизации – наглядный пример, демонстрирующий последствия как нехватки ресурсов, так и их условного избытка.
Великие цивилизации прошлого: Римская, Монгольская, Египетская, Македонская, Ацтеки, Ольмеки, Инки, Персы, Майя - столкнулись с общей проблемой своего развития, исчерпав все доступные им ресурсы для поддержания своего жизненного уклада и дальнейшего развития.
Не озаботившись вовремя решением проблемы (или просто не найдя его), имеющей ключевое значение для развития их общества, великие цивилизации утратили своё влияние, деградировали, а затем коллапсировали.
Да, человечество как вид существовать не перестало. Но каждый подобный коллапс конкретной цивилизации останавливал, а то вовсе отбрасывал общее развитие всего человечества на века.
Под «ресурсами цивилизации» понимаются продовольственные, энергетические, строительные, финансовые, политические, военные, логистические, научно-технические ресурсы, а также их совокупности.
Главная проблема нашей цивилизации – это столкновение с энергетическим кризисом, масштаб которого настолько велик, что его последствиями могут стать остановка научно-технического прогресса, уменьшение населения планеты и полный развал экономики.
Восстанавливаться после такого кризиса человеческая цивилизация при доступных ей ресурсах и современных технологиях будет не один десяток лет - легкодобываемые ресурсы практически исчерпаны.
На сегодняшний день практически невозможно энергетически и экономически оправданно добывать с помощью технологий начала 20 века оставшиеся неразведанные углеводородные месторождения.
Другими словами, если человеческая цивилизация отстанет в развитии всего на 70-100 лет от того уровня, который мы имеем сегодня, то развиваться должным темпом с имеющейся сегодня ресурсной базой уже не сможет.
Один год нашего прогресса будет равен 10 годам прогресса цивилизации начала 20 века. Прогресс, которого мы достигли с 1900 года по 2000 год – «они» достигнут только через 1000 лет. Причина этого – отсутствие необходимого количества энергетических ресурсов.
Подобный упадок ресурсной базы на примере великих цивилизаций прошлого описал историк-антрополог Джозеф Тейнтер в своём труде "Причины крушения цивилизаций" («The Collapse of Complex Societies»).
После исчерпания легкодоступных источников энергии цивилизация необратимо сталкивается с проблемой энергодефицита, который сказывается уже абсолютно на всём спектре её деятельности и жизненного уклада общества.
Предвидеть подобные события в условиях новой действительности, когда всё меняется довольно стремительно, способны не все цивилизации. Тем более, на фоне того, что добыча необходимых ресурсов становится с каждым годом всё сложнее.
Однако даже анализ ситуации с последующим принятием логичных и, казалось бы, верных решений, может столкнуться с тем, что в конце концов эти решения заведут в тупик. А игнорирование альтернативных способов выхода из надвигающегося кризиса обречёт цивилизацию на неминуемый коллапс.
Будет обидно, если драгоценное время и остатки доступных ресурсов будут использованы на тупиковый путь развития.
Итак, однозначно, самым опасным кризисом, способным вызвать упадок всей ресурсной базы любой цивилизации, является энергетический кризис, характеризующийся дефицитом энергоресурсов.
Но кроме него есть ещё и другие виды кризисов: экономические, политические и социальные. Вот только если эти кризисы могут быть разрешены без серьёзного общественного урона, то энергетический кризис исходит из недостатка фундаментального ресурса, который нужно обслуживать путём его производства и преобразования, на что затрачиваются многие остальные ресурсы, в том числе и собственно энергетические.
Получается замкнутый круг: необходимую для жизни энергию требуется добывать, используя прочие необходимые для жизни ресурсы, включая ту же энергетическую составляющую.
Тогда добытая энергия должна энергетически окупить не только затраты на свою добычу, но и восполнить все прочие ресурсы, которые были потрачены на эту работу.
Окупаемость достигается большим коэффициентом свободной энергии, которую можно использовать не только для добычи схожего количества энергии, но и покрытия затрат на прочие ресурсы (людские, финансовые, политические и т.п.). Если добытая энергия покрыла затраты всех ресурсов, использованных на свою добычу и имеет ещё остаток энергии, то этот профицит идёт на освоение и развитие цивилизации.
Подобную энергетическую рентабельность можно просчитать.
Соотношение полученной энергии к затраченной определяет её энергетическую рентабельность. Если коэффициент равен «1», значит данный метод добычи энергии обеспечит только работу источника самого на себя, но этого не хватит на развитие человеческой цивилизации и общества в целом. Потребуется дополнительная энергия.
Другими словами, коэффициент энергетического возврата на единицу затраченной энергии всегда должен быть больше единицы (например 1,8), и чем он больше, тем больше благ будет доступно обществу, и человеческая цивилизация будет развиваться.
Как мы все помним, этот энергетический коэффициент называют «EROI».
Американские аналитики (учёные и экономисты) в своей работе «Energy, EROI and quality of life» 2013 года определили необходимый EROI для разных видов человеческой деятельности в современном обществе.
- Наиболее важная её составляющая - это современная сельскохозяйственная деятельность, которая возможна только при EROI, равном 5 единицам;
- Для обеспечения современной образовательной системы требуется EROI не менее 7 единиц;
- Для современного здравоохранения требуется EROI не менее 12 единиц;
- Для поддержания жизнедеятельности современной человеческой цивилизации усреднённый показатель EROI должен быть не менее 14 единиц.
В то же время, согласно тому же исследованию, в слаборазвитых странах (Пакистан и Нигерия) средний EROI равен 5 единицам. Последствием этого является низкое потребление энергии на душу населения (20 и 29 ГДж соответственно). Низкая доступность энергии определяет качество общественной жизни в этих странах.
EROI для поддержания качества жизни в развитых странах должен быть не менее 20 единиц, а для дальнейшего научно-технического прогресса общества требуется источник энергии с EROI не менее 25 единиц.
Минимальное значение усреднённого EROI, при котором человеческая цивилизация сможет просто существовать (без намёка даже на минимальный прогресс), составляет 8 единиц.
Каким же значением EROI обладают современные и перспективные источники энергии?
На этот вопрос ответили европейские учёные в своём исследовании «Energy intensities, EROIs, and energy payback times of electricity generating power plants» 2013 года.
Результаты представлены в таблице ниже.
Следует отметить, что значения EROI представлены для каждого источника энергии уже с учётом выравнивания его генерации.
Например, современные солнечные электростанции имеют EROI, равный 14 единицам, а EROI современной ветроэлектрической станции равен 16 единицам. Однако, учитывая энергетические затраты на выравнивание генерации такой энергии с помощью накопителей, конденсаторов, компенсаторов и т.п., их итоговый EROI снижается до 1,6 и 3,9 единиц соответственно (согласно всё тому же исследованию).
Сегодня мы видим, что только традиционные источники энергии в виде углеводородов, атомной и гидроэнергетики способны обеспечивать потребности нашего общества и двигать человеческую цивилизацию вперёд необходимыми темпами.
Однако запасы углеводородов на нашей планете небесконечны, они постепенно истощаются. Следовательно, их EROI будет падать со временем. В то же время EROI возобновляемых источников энергии должен расти и в перспективе выйти на плато.
Если экстраполировать EROI современных источников энергии на период до 2100 года, можно будет примерно предположить, какие источники энергии станут наиболее актуальными.
Мои расчёты показали, что у солнечной энергетики будет наблюдаться взрывной рост с 2030 по 2100 года EROI (до значений в 2500%). Связано это с планами строить промышленные солнечные электростанции в космосе (на орите Земли) к 2040 году. Прогнозируемый EROI жизненного цикла всей солнечной энергетики человеческой цивилизации будет составлять около 50 единиц.
Более подробно о динамике изменения значений EROI источников энергии поговорим в следующей статье.
-------------------------------------------------------------------------------------------------
Если Вам нравится контент, вы всегда можете отблагодарить меня, нажав кнопку "палец вверх" (нравится), и оставив комментарий. Спасибо, друзья!
Список источников можно скачать тут "Ссылки на источники".
Кочетов Алексей
Подпишись: