Как преодолеть глобальное потепление?

Носенко Вячеслав Демьянович
канд. техн. наук, генеральный директор,
ООО «Горно-шахтное производство и оборудование», >
г. Люберцы, Московской области

АННОТАЦИЯ

В данной статье предлагается практически осуществимый и нигде не рассматриваемый способ преодоления глобального потепления, суть которого (способа) состоит в снижении концентрации углекислоты в атмосфере, поскольку повышенная концентрация этого парникового газа обуславливает перегрев Земли. При этом имеется в виду, что будет осуществляться переход на возобновляемые источники энергии.

Для снижения концентрации углекислоты предлагается выращивать биомассу, которая будет изымать её (углекислоту) из атмосферы за счёт бесплатной энергии Солнца и бесплатных же материалов – воздуха и морской воды. Биомассу необходимо захоранивать, чтобы при её гниении не эмитировалась обратно углекислота.

Поскольку необходимо выращивать большие объёмы биомассы, для чего требуются большие площади, а на суше таких площадей найти нельзя, предлагается в качестве «полей» для выращивания биомассы строить искусственные острова-платформы в Мировом океане.

Обосновывается необходимость введения налога на предприятии и аппараты, сжигающие углеродсодержащие топлива – поскольку их отходы — углекислота — это загрязняющее вещество.

ABSTRACT

In this paper we present a practically feasible and will never be considered a way of overcoming global warming, the essence of which (method) is to reduce the concentration of carbon dioxide in the atmosphere, since increased concentrations of this greenhouse gas leads to overheating of the Earth. This meant that there would be a transition to renewable energy sources.

To reduce the concentration of carbon dioxide is proposed to grow bio-mass that will be removed (carbon dioxide) from the atmosphere through the free energy from the Sun and also free materials – air and sea water. Biomass must be buried when the decay has not emission back carbon dioxide.

Since it is necessary to grow large amounts of biomass, requiring large areas and on land of such areas cannot be found, proposed as a «field» for growing biomass to build an artificial island-platform in the World ocean.

The necessity of a tax on enterprise and devices that burn carbon-containing fuels because of their waste — carbon dioxide is an air pollutant.

В данной статье предлагается практически осуществимый и нигде не рассматриваемый способ преодоления глобального потепления, суть которого (способа) состоит в снижении концентрации углекислоты в атмосфере, поскольку повышенная концентрация этого парникового газа обуславливает перегрев Земли. При этом имеется в виду, что будет осуществляться переход на возобновляемые источники энергии.

Глобальное потепление – важнейшая проблема современности. Ею озабочены на самых верхах — и в Организации Объединённых Наций, и на уровне первых лиц государств. Начало этой озабоченности выразилось в приятии ООН «Рамочной конвенция ООН об изменении климата» в Рио-де-Жанейро в 1992 году [1]. С тех пор (с 1995 года) ежегодно проводятся Конференции сторон конвенции СОР (Conference of the Parties, COP) — верховного органа, собирающегося каждый год для рассмотрения воплощения положений конвенции, принятия решений по дальнейшей разработке правил конвенции и переговоров по новым обязательствам.

В 1988 году была также создана Межправительственная группа экспертов по борьбе с климатическими изменениями (МГЭИК, англ. Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC), цель которой — изучение с научной точки зрения влияния человека на климатические изменения, оценка рисков и выработка стратегии по смягчению последствий.

С 30 ноября по 12 декабря 2015 года в Париже проходили саммит и конференция по климату COP21, посвящённые климатическим изменениям. Целью конференции было подписание международного соглашения по поддержанию увеличения средней температуры планеты к 2050 году на уровне ниже 2 °C, применимого ко всем странам. Заявлены были даже 1,5 градуса, гарантирующие выживание островным государствам.

Вернёмся ещё раз к дискуссии о том, является ли глобальное потепление естественным или антропогенным процессом. По-видимому, по поводу второй причины не следует сомневаться: потепление идёт буквально на глазах. Тому есть множество доказательств. Последним свидетельством этого потепления стал тот факт, что прошедший год стал самым тёплым для северного полушария Земли, даже в районе Северного полюса наблюдалась плюсовая температура [2].

Стратегией борьбы с глобальным потеплением стало сокращение выбросов такого парникового газа как углекислота СО2. Эта стратегия включает в себя, в первую очередь, декарбонизацию энергетики и переход на «чистые» и возобновляемые источники энергии (ВИЭ), а также сокращение выбросов этой углекислоты в атмосферу действующими предприятиями. По этой проблеме есть много информации и в СМИ, и в интернете. И многие страны в этом добились существенных успехов.

Всё это означает, что в перспективе надо закрыть предприятия по добыче угля, нефти, газа и перейти на эти самые ВИЭ, основу которых должны оставить солнечные электростанции (СЭС) и ветроэнергетические установки (ВЭУ). Это возможно, поскольку Солнце, как известно, даёт Земле всего за 15 минут столько энергии, сколько её здесь и сейчас перерабатывается за целый год.

Но глобальное потепление идёт и будет прогрессировать, пока в атмосфере не будет снижена концентрация углекислоты. Она выросла со времени начала промышленной революции, за последние 200 лет, с 0,03% до 0,04% (цифры округлены). То есть, для исключения глобального потепления нужна не только декарбонизация энергетики, но и снижения концентрации СО2 в атмосфере. Однако это не акцентируется, хотя для этого надо выполнить большую работу и решить множество вопросов.

Ранее в моих статьях [3…5] говорилось, что для ВИЭ – СЭС и ВЭУ — потребуются большие площади, но их размер был чрезвычайно преувеличен, эту ошибку надо признать. Тем не менее, одна из основных идей этих статей — строительство искусственных островов для выращивания, в основном, биомассы – остаётся правильной.

Ещё несколько материалов о переходе на ВИЭ, поскольку эта проблема – одна из важнейших, связанных с глобальным потеплением.

Для размещения СЭС с лихвой достаточно территории суши. Об этом исчерпывающе сказано в источнике [6]. Полностью энергетические потребности человечества можно обеспечить за счёт строительства СЭС в 6 пустынях, расположенных в солнечных регионах на разных континентах и в разных часовых поясах, так что Солнце обязательно будет обеспечивать энергией какие-то СЭС ( табл. 1):

Таблица 1. Территории для возможного размещения СЭС

Разумеется, СЭС и ВЭУ можно и желательно строить и в местах, не пригодных для другого использования, поближе к потребителям энергии, что и делается. При этом, что строить на данной территории,- СЭС или ВЭУ — определяет экономика.

Данные табл. 1 говорят лишь о том, что энергетические потребности человечества за счёт Солнца можно вполне обеспечить только за счёт названных шести пустынь.
(Тут уместно вспомнить Прометея, который дал людям огонь. Но оказался недостаточным «про», так его затея привела к глобальному потеплению. Очевидно, он не дожил до наших времён, а то бы что-нибудь придумал).

Надо отметить, что автор публикации [7] выражает очень большой скепсис по отношению к СЭС, но это наверняка заблуждение. В последние годы во многих странах довольно высокими темпами строят СЭС: в США, Китае, Индии, Германии, России, Испании и других [8…12 и др.]. В России также считают важным переход на ВИЭ [13]. Это – стратегическое направление, оно в духе последних решений ооновской комиссии СОР.

Повторимся, вопрос о снижении концентрации углекислоты в атмосфере нигде не ставится, как ни странно. Говорится об ограничении её выбросов и захоронении (депонировании) как одном из вариантов по смягчению отрицательного воздействия на климат. Введена даже аббревиатура УХУ – «улавливание и хранение углекислоты» (англ. сarbon capture and storage, CCS) — процесс, включающий отделение СО2 от промышленных и энергетических источников, транспортировку к месту хранения и долгосрочную изоляцию от атмосферы..

В одном из последних докладов МГЭИК (3013 год, [14]) сказано: «Продолжающая эмиссия парниковых газов будет являться причиной дальнейшего потепления и изменений во всех компонентах климатической системы. Ограничение климатических изменений потребует значительного и непрерывного снижения выбросов парниковых газов». От себя скажем, что углекислота является основным парниковым газом. Она, в отличие от многих других газов, реагирующих с кислородом, накапливается. Метан, например, «живёт» в атмосфере примерно 10 лет.

В докладе МГЭИК 2005 года [15] анализируются способы улавливания и хранения 13 468 Мт углекислоты (УХУ) от 7 887 источников. Основные варианты хранения СО2 включают хранение в геологических формациях и океане, а также карбонизацию минералов.

Предложено несколько способов захоронения производимой предприятиями углекислоты (но не снижения её концентрации в атмосфере!) — либо непосредственно, либо путём её связывания с последующим захоронением [16…25 и др.].

В США на 2009 года разрабатывалось три проекта улавливания и захоронения углекислоты . В двух проектах предлагалась закачка газа в нефтяные скважины (газовый третичный метод нефтедобычи), еще в одном — закачка газа в подземные хранилища, подготовленные в соляных куполах [16].

В источнике [17] предлагается совместить захоронение углекислого газа с геотермальной энергетикой.

Но даже если это окажется возможным, масштабы уменьшения эмиссии углекислоты будут ничтожными. Кроме того, весьма сомнительно, что вода создаст в глубоких слоях Земли «крышку» жидкой углекислоте, благодаря своему меньшему удельному весу, а не будет с ней диффундировать (как это имеет место, скажем, в спиртных напитках).
Технологии CCS критикуются также организацией Гринпис в источнике [18]. Говорится, что энергетические потребности могут быть удовлетворены за счёт ВЕИ и таким образом прекратится эмиссия углекислоты. Но при этом даже не ставится вопрос, что для преодоления глобального потепления надо снизить её концентрацию в атмосфере, тем более, не говорится, как это сделать.

Предложены и другие способы УХУ. Но все эти способы являются вряд ли жизненными. К тому же, способы УХУ следует рассматривать как временную меру, пока не будет осуществлён полный переход на ВИЭ и прекратится эмиссия углекислоты.
Они требуют, во-первых, больших затрат, в том числе, и энергии. Во-вторых, нет никакой гарантии, что углекислота останется на месте захоронения, и это главное. Если хотя бы часть депонированной CO2 сумеет просочиться из подземных хранилищ, это может спровоцировать старт целой цепочки химических реакций, в результате которых атмосфера нагреется еще больше [см. 18].

А теперь поговорим о «дороговизне» энергии СЭС. Совершенно игнорируется тот факт, что электростанции, работающие на ископаемом топливе, загрязняют атмосферу углекислотой. Более дешёвая, чем на СЭС, их энергия — это принципиально неверная позиция. Традиционное топливо, в отличие от СЭС, увеличивает содержание углекислоты в атмосфере и загрязняет природу.

Она (углекислота) является, по сути, отходом предприятий и аппаратов, сжигающих топливо с содержанием углерода. Для здоровья человека она не вредна в тех концентрациях, которые сейчас содержатся в атмосфере. Поэтому санитарные организации её выбросы не регламентируют. Но она вредна как парниковый газ и отрицательно влияет на экологию. Этот выброс надо бы нейтрализовать, как пытаются это делать с другими вредными выбросами, ограничивая их нормативными ПДК. Однако именно в результате создания СО2 человечество получает бОльшую часть необходимой энергии, а связывание углекислоты и депонирование её – процесс энергоёмкий, и если выполнять этот процесс промышленными методами, то энергетическая эффективность современных ископаемых топлив может оказаться почти нулевой или даже отрицательной.

Наверное, правильно было бы взимать налог с предприятий и аппаратов (автомобилей, других ДВС), в идеале компенсирующем затраты на изъятие соответствующего количества углекислоты, её связывание, транспорт и захоронение. За счёт такого налога строить ВИЭ и проводить научные исследования. Но такого налога пока нет.

Именно уменьшение концентрации углекислоты в атмосфере для снижения парникового эффекта и прекращения, таким образом, глобального потепления должно стать одним из главных стратегических направлений в преодолении этого опасного явления.

Мы предлагаем способ снижения концентрации углекислоты до пределов, когда потепление прекратится. Этот способ состоит в том, что надо изымать углекислоту из атмосферы с помощью растительных организмов (биомассы, по-видимому, морских водорослей). Морские водоросли считаются перспективным видом биомассы ввиду их высокой урожайности. Производство-выращивание биомассы не требует затрат энергии и материалов – источниками этого будут Солнце, воздух и морская вода.

Выращиваемую биомассу надо в дальнейшем захоранивать, изолируя её от контакта с окружающей средой – собственно, процесс, обратный добыче угля, скажем. (В скобках отметим, что окружающая среда и природа – разные понятия, природа — понятие более широкое).

Сделаем ориентировочный расчёт, какие площади потребуются для выращивания биомассы. Для начала рассчитаем, какие площади потребовались бы для компенсации углекислоты, поступавшей от 13 468 Мт её эмиссии в 2005 году [15]. А урожайность биомассы (водорослей) возьмём из источника [26] , где сказано, что в прудах в Нью-Мексико площадью 1000 м2 в течение 6 лет выращивались водоросли и показали высокую эффективность в захвате СО2. Урожайность их при этом составила более 50 г с 1 м2 в день.

Исходя из химического состава водорослей, это составит не менее 40-45 г/м2/день захвата ими углекислоты, или 14600 — 16425 т/км2/год. Требуемая площадь для захвата этих 13 468 миллионов тонн углекислоты биомассой при такой её урожайности составит около 0,92 – 0,82 миллиона квадратных километров (только у 34 стран мира бОльшие территории, а у таких стран как Пакистан, Турция, Украина, Франция, Испания, Япония, Германия, Италия, Великобритания территории меньшие ). Самой биомассы при этом будет произведено несколько больше 15,0 — 16,8 миллиардов тонн.

При более высокой урожайности водорослей потребные площади будут меньшими.

Мы предлагаем для производства биомассы в больших масштабах создание в Мировом океане, — наверное, лучше в тропиках, где много солнца и тепла,- искусственные острова (платформы, бассейны) – «поля» для выращивания водорослей (в какой-то мере аналогичные морским платформам для добычи нефти и газа, но гораздо большей площади). О подобном предложении для производства биотоплива вскользь говорится в источнике [27], но так как подробности нам неизвестны, в связи с платформами-бассейнами мы выскажем свои соображения.

По-видимому, «поля» надо удобрять, для чего необходимо дно — с клапанами одностороннего действия, пропускающими воду только в бассейн из океана (аналогичные водопроводным обратным клапанам) — для компенсации расхода воды на фотосинтез и испарение. Дно нужно, чтобы удобрения не диффундировали в океан. Поскольку на дно не будет высокой нагрузки, здесь может быть использована просто синтетическая ткань.

Вследствие испарения и расхода воды для фотосинтеза будет происходить её засоление внутри бассейна. Её необходимо разбавлять пресной водой — во всяком случае, солёность воды должна быть такой, при которой достигаются наиболее высокие урожаи и экономические показатели. А пресную воду можно получать либо путём опреснения океанской воды (возможно, используя метод обратного осмоса – [28]), либо доставлять с материка канализационные воды, которые будут служить и удобрением. Для этого целесообразно использовать морские суда-баржи. По-видимому, в таких баржах с суши целесообразно возить воду, оставлять баржу на искусственном острове, используя её в качестве бункера для производимой биомассы. Судно-буксир привозит воду и забирает на сушу баржу, нагруженную биомассой, — для её последующего захоронения.

По-видимому, поверхность бассейна надо теплоизолировать от океана для уменьшения потерь тепла. Кроме того, территорию бассейнов можно использовать для строительства СЭС либо превращать в теплицы. Для подогрева воды в бассейне возможно также использование солнечных коллекторов.

Для предотвращения смещений бассейна вследствие парусного эффекта необходимо его заякоривание, при этом сравнительно небольшие смещения бассейна допустимы – в отличие от морских буровых платформ. Якорные лебёдки надо будет, по-видимому, оборудовать автоматикой, которая бы обеспечивала постоянное натяжение якорных канатов при приливах-отливах.

Словом, вопросов много, при практической реализации данного предложения наверняка появятся новые вопросы. Исследователям предстоит большая работа.

В настоящее время биомасса как биотопливо широко применяется во всём мире в промышленных масштабах, причём оно получает поддержку также на самых высоких уровнях. Разработано и предложено множество способов и технологий производства и использования биотоплива, например, в работах [29,30 и др.]. Однако надо отметить, что все эти способы и технологии не смогут обеспечить необходимых объёмов производства биотоплива как биомассы для снижения концентрации углекислоты в атмосфере.

Повторимся, основным назначением биотоплива должно стать изъятие углекислоты из атмосферы (она также будет автоматически извлекаться из вод Мирового океана, поскольку между её концентрацией в атмосфере и водах океана существует определённое соотношение, ввиду чего сейчас часть углекислоты от сжигания топлив океаном поглощается)

Конечно, сооружение морских бассейнов площадью в несколько сотен тысяч квадратных километров – работа грандиозная, не рядовая. Но следует подчеркнуть тот факт, что переход на декарбонизированную энергетику и закрытие в связи с этим многих месторождений по добыче нефти, газа, большинства угольных шахт и разрезов (исключая предприятия по добыче коксующихся углей для металлургии и некоторых других целей) резко сократит экологическую нагрузку на окружающую среду, оздоровит её. И геополитическая обстановка должна измениться. Так что всё это надо иметь в виду.

Напоследок подчеркнём, что проблема массового производства биомассы является чрезвычайно актуальной. Давно пора снижать концентрацию углекислоты в атмосфере. Образно говоря, человечество сидит на суку, который уже подгнил и продолжает подгнивать, а его ещё и подрубают. А надо это подрубание прекращать и заняться лечением. А то как бы не сверзнуться…

Решения о незамедлительном производстве в широких масштабах биомассы должны приниматься на самых высоких уровнях, по-видимому, под эгидой ООН, поскольку это грандиознейшая задача и в её решении должны принимать участие все страны. И ничто не препятствует решению этой задачи, нужны только ресурсы. Дело науки здесь – найти оптимальные решения, связанные со строительством СЭС и производством и переработкой биотоплива.

О захоронении биомассы. Затраты на это должны быть сравнительно невелики. Целесообразно использовать выработанные пространства крупных угольных разрезов типа Коркинского (Россия), экибастузских (Казахстан) и подобных им в других странах. Затопление этих разрезов грунтовыми водами обеспечит изоляцию биомассы от атмосферы, что предотвратит её гниение и эмиссию СО2 от этого в атмосферу.

Соображения, высказанные в статье, соответствуют духу документа ООН от 20–22 июня 2012 года (Рио-де-Жанейро, Бразилия) «Будущее, которого мы хотим» [31].

Список литературы:

1. Рамочная конвенция ООН об изменении климата
2. Нынешний год в Северном полушарии нашей планеты будет наиболее тёплым
3. Курносов А.М., Носенко В.Д. Как избавиться от глобального потепления? // Международный научно-исследовательский журнал — Екатеринбург, 2014 — № 6 (25) — с. 79:82.
4. Носенко В.Д. Энергия Солнца в режиме он-лайн — перспектива энергоснабжения всей Земли//Актуальные проблемы и достижения в естественных и математических науках / Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции №2, Самара — 2015 г., с. 28-29.
5. Носенко В.Д. Как снять проблему глобального потепления //Актуальные вопросы и перспективы развития математических и естественных наук. Сборник научных трудов по итогам международной научно-практической конференции — Омск, 2015 — №2 — с. 35-38.
6. Total Primary Energy Supply — From Sunlight
7. Пару слов о солнечной энергетике
8. Солнечные фотоэлектрические электростанции
9. 10 крупнейших солнечных электростанций в мире
10. Крупнейшие солнечные электростанции мира
11. 10 самых больших солнечных электростанций на планете
12. 20 самых больших проектов солнечной энергетики
13. Солнечные электростанции в России: ускорение развития отрасли
14. Основные заявления из Резюме для политиков
15. Улавливание и хранение двуокиси углерода
16. Улавливание и хранение углерода
17. Захоронение углекислого газа совместят с геотермальной энергетикой
18. Захоронение углекислоты — ложная надежда!
19. Улавливание и хранение двуокиси углерода
20. Можно ли «закопать» углерод?: Депонирование углерода
21. Захоронение углекислоты — ложная надежда
22. Технология CCS (Carbon capture and storage). Захоронение CO₂ (Сервер не найден)
23. Биоэнергетика с использованием технологии улавливания и хранения углерода (BECCS)
24. Можно ли «закопать» углерод?: депонирование углерода
25. Налетов В.А. Информационно-термодинамический принцип организации химико-технологических систем на примере удаления диоксида углерода из дымовых газов Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Москва — 2012 год
26. Биотопливо из водорослей
27. Производство биотоплива из микроводорослей с использованием вихревых плавающих аквареакторов
28. http://ecoenergy.org.ua/biotoplivo/nasa-predlagaet-novyj-sposob-proizvodstva-biotopliva-presnovodnye-vodorosli-v-morskoj-vode.html
29. IT-байки: Перспективы биотоплива из морских водорослей
30. http://www.water.ru/solutions/osmos.shtml
31. Будущее, которого мы хотим