Еще один взгляд на зеленую энергетику. Почему она «светит, но не греет»

Всем сердцем хочется поверить в зеленую энергетику и возобновляемые источники энергии. Воображение рисует благостную картинку: по городам и селам едет экологичный электротранспорт. В небе парят лайнеры на водородной тяге. В океане контейнеровоз «Маерск» величаво расправляет алые паруса, а в порту Роттердам его встречает босоногая Грета Тунберг. Которая на очередном заседании ООН дарит всем не проклятия, а улыбки и воздушные поцелуи. Металлургические предприятия вместо дыма выделяют в атмосферу озонированный кислород. Шахтеры не тратят здоровье, добывая уголь в забое, а выращивают  на поверхности виноград и дарят друг другу розы. Дачники жарят шашлык посредством солнечных линз, а «зеленые» с веночками водят хороводы вокруг статуи свободы, подсвеченной китайскими светодиодными лампочками.  Это же прекрасно!

А н-нет, не получится. Почему?

Начнем с того, что Зеленая энергетика существует уже много тысяч (миллионов?) лет. Устроено это следующим образом: практически всю площадь планеты занимают зеленые растения, способные осуществлять фотосинтез. С их помощью солнечная энергия собирается и накапливается в виде химических соединений.

Таким образом, на первом этапе происходит сбор энергии, которая «размазана» по большим площадям; из-за низкой ее концентрации сами растения не способны к какой-либо активной деятельности. На следующем этапе происходит уплотнение энергии, осуществляемое травоядными – эти, в отличии от растений, могут активно двигаться и у них уже присутствует некая психическая деятельность. (Большой привет вегетарианцам.) Но травоядные вынуждены поглощать «зеленку» почти 24 часа в сутки и с этим ничего не поделать.

Уровнем выше расположены хищники. Они во время питания получают концентрированную энергию белков, могут охотиться (заряжаться) раз в несколько дней; их «интеллект» более развит, а задача более глобальна – осуществление управляющих функций на определенной территории. Видимо, поэтому лев – царь зверей, а волк – санитар леса.

Для чего этот вольный пересказ учебника биологии? А просто для того, чтобы сравнить новую зеленую энергетику с уже работающей. Так нагляднее. Контраст позволяет лучше понять тщетность того, что нам сейчас пытаются «впарить».

На высшем уровне находится человек, функцией которого является, вероятно, макроуправление системой в целом. Предлагаю сейчас особо не заострять внимание на определении человека, поскольку можно заблудиться в дебрях различных теорий и потеряться там навсегда. Антропология – поле непрекращающегося сражения религий, научных концепций и пр., усеянное «телами» множества идей. Поэтому о человеке – вскользь. Движемся в сторону энергетики.

Конструкция базовых «кирпичиков» биологической системы (клеток) вызывает у многих исследователей изумление своей сложностью и слаженностью. Как сказал бы герой какого-нибудь голливудского фильма: «Это же гребанные нанороботы!» Или даже нанофабрики. Например, ситуация с коронавирусом вызвала повышенный интерес к работе иммунитета. И что мы наблюдаем? Система распознавания «свой-чужой», система оповещения, маркировка антигена, «тяжелая кавалерия» в виде фагоцитов и многое другое. Такой организации может позавидовать любая воинская часть. При этом не исключено, что далеко не все удалось подсмотреть.

По сути в природе уже существует то, что человечество только стремится создать – самоорганизующиеся структуры, которые действуют по заранее заложенной программе. Наномашины, не требующие обслуживания, которые самостоятельно себя воспроизводят и чинят. Вся система в целом, включающая бактерии, растения, грибки, армию насекомых, птиц и прочие элементы биоценоза, обладает функциями регуляции численности и адаптации под изменяющиеся условия. И все это работает на основе энергии солнца.

Чтобы понять насколько на данном этапе человеческая техносфера далека от «достижений» биосферы,  рассмотрим следующую проекцию:  вы едете в автомобиле и получаете прокол колеса. Или у вас сломалась стойка. Все, что нужно сделать, это просто остановиться на обочине и подождать некоторое время, пока «рана затянется». А может и останавливаться не надо, достаточно снизить скорость. В крайнем случае, наложить на стойку шину и перебинтовать, чтобы все срослось. А потом продолжить движение. Или представьте, что ваш авто модифицировал себе «дворники», реагируя на миграцию в заснеженный регион. Отрастил дополнительное зеркало заднего вида с увеличением, чтобы выдержать конкуренцию на дороге. Фантастика? Но в природе это уже существует. Просто мы перестали замечать многие вещи, ослепленные ощущением собственного всемогущества.

Продолжим. Если какой-то биомеханизм окончательно вышел из строя, он будет «разобран» другими биомеханизмами, т.е. съеден. При этом «разборщики» не разлагают сломанный биомеханизм до основания, а усваивают его на уровне неких «запчастей» - аминокислот. Еще одна проекция: допустим, ваш любимый внедорожник заболел и отключился навсегда (ни в коем случае никому этого не желаю). На место прибывают несколько мехнанизмов попроще и используют его запчасти для своих нужд. Один авто использовал обшивку салона, другой – музыкальный центр. Возможно, разборщики даже размножаются во время этого процесса. Представьте себе эту оргию мопедов: они разбирают джип и при этом размножаются. Чтобы потом быть съеденными «Белазом».

 Думаю, суть процесса ясна – максимально сократить затраты энергии на утилизацию. Использовать готовые блоки повторно. Вся безотходная биологическая система в целом настроена на получение, трансформацию и накопление солнечной энергии, которая затем может использоваться для развития и усложнения ее самой.  И это, очевидно, у нее получается. Пока с недостижимой для нас эффективностью.

Теперь взглянем на нашу техническую цивилизацию или техносферу.  Ее особенностью является активное использование металлов, что является крайне расточительным с точки зрения расхода энергии. Металлы почти не используются в живой природе, за редким исключением (их солей).  Для того, чтобы добыть металл и затем его структурировать, необходимо сильно потратиться. Повторная переработка, связанная с переплавкой, требует не меньших энергозатрат. Да и давайте, положа руку на сердце, признаем, что при создании товаров, никто особо не задумывается об утилизации отходов. Речь идет не только о металлах, но и других новых компонентах, для которых нет «разборщиков» в естественной среде. Если бы в стоимость товара заранее включалась его повторная переработка, которая, на данный момент является термической… Но мусорные свалки растут. Пока что мы с упорством обреченных движемся по техно пути, используя при этом энергию, накопленную в биосфере. Причем опережающими темпами. Это не новая мысль. На АШ есть множество материалов, утверждающих, что пик энергопотребления уже пройден и дальше может будет только хуже.

В целом, понятно, откуда у нас любовь к металлу – с его обработкой началась наша цивилизация; мы к нему привыкли, знаем что и как с ним делать. И поэтому пытаемся «запихнуть» его куда только возможно. От электроники и машин до протезов. Отсюда киберпанк, как основное направление, заданное фантастикой. Мы хотим постепенно вытеснить биоконструкции и заменить их чистым металлом. Нам так проще.

С точки зрения энергетической эффективности  техноцивилизация проигрывает биосфере соревнование по выработке зеленой энергии. По всем параметрам. Давайте представим, что вся поверхность суши покрыта солнечными панелями и ветряками. А каким образом энергия будет накапливаться? Может водород поможет, хотя бы частично? Но здесь имеет место двойная конвертация: электричество – водород – электричество с сопутствующими потерями на каждом этапе. Аналогичная ситуация с гравитационными накопителями. Конечно, это лучше, чем ничего, но хуже, чем в природе. А затраты на транспортировку? А изготовление и  обслуживание агрегатов? Кроме того, есть еще один фактор непреодолимой силы: естественная «зеленка» - продукция двойного назначения: растения одновременно являются пищей, лекарством, строительным материалом и еще много-много чем. Будем кушать солнечные панели в силиконовом  соусе? А как насчет повторного использования вышедших из строя узлов? Нет, «не взлетит». Доказать не буду, но все факты в пользу того, что общий энергобаланс не сходится. А это означает, что мы берем энергию в долг у биосферы. Берем и берем. Но так не может продолжаться бесконечно. Биосфера рано или поздно предъявит счета для оплаты. Возможно, даже пришлет коллекторов.

В итоге, чистая зеленая энергетика, использующая солнечный свет, ветер, приливы несостоятельна, т.е. убыточна. Нет пока технической возможности. Она имеет смысл в частных случаях, например, для экологической «разгрузки» мегаполисов.

Единственный, на мой взгляд, недостаток биосферы заключен в том, что система, как было указано, саморегулируется, причем без консультаций с нами любимыми. Это может означать отключение биомеханизмов в случае недостатка энергии, вследствие форс-мажора (аварии) или некой неподконтрольной нам оптимизации. И это относится к человеку в том числе, что не приводит его в восторг. Человек не хочет отключаться. Не желает подвергаться процедуре «естественного отбора».  А еще биосфера имеет «фору» в соревновании потому, что там нет доставки энергии в том виде, в котором это есть в техносфере. Потребители в природе вынуждены сами приходить в пункты выдачи. Часто приходится долго гоняться за своей «порцией» без гарантированного результата. Видимо, природе пришлось сократить отдел доставки почти полностью в целях уменьшения затрат. И там отсутствует «горячая линия» куда можно пожаловаться – тоже попала под оптимизацию.

Не буду утверждать, что все плохо и выхода нет. Возможно, более внимательное изучение биосферы позволит преодолеть «юношеское увлечение металлом» (чтобы увлечься графеном). И мы научимся выращивать себе новые органы. Да и вообще, что угодно – например, дома. Но это дело не слишком близкого будущего. Хотя, как можно обойтись совсем без металлов, я пока не очень себе представляю. Большая надежда возлагается на  энергию атома – возможно, единственную отрасль, где энергетический баланс положительный, с учетом того, что получится задействовать в качестве топлива уран-238. Есть еще многообещающий термоядерный синтез. Главное научиться выработанную энергию накапливать.

Обожаю цинизм формулировок, используемых «мировым сообществом». «Возобновляемые источники энергии» - как звучит! Источники, может, возобновляемые, но инструменты получения – нет. С таким же успехом можно декларировать «вечный двигатель», когда в одной комнате у тебя вечно горит лампочка, пока в другой кто-то или что-то вечно вращает ротор генератора. Аналогично про тумбочку с возобновляемыми деньгами, которую кто-то бесконечно пополняет. Без этого волшебного «кто-то» не получается.

Итак, современная «зеленая волна» преследует цели, отличные от декларированных. Не хочу выдвигать версии, которых уже было высказано предостаточно. Люди, которые утверждают, что все давно изучено и мы смогли превзойти природу, вызывают у меня улыбку. Как и те, которые сообщают иногда что-нибудь такое: «А ты знаешь, что в Германии (или другой *ании) доля выработки зеленой энергии  достигла 50% от общей структуры? Они скоро все переведут на возобновляемые источники, пока мы тут задыхаемся!» Ну да, какие-то страны, возможно, вздохнут свободнее, пока остальные производят для них энергию «грязным способом» на своей территории. Из этой серии предложение (если к нему отнестись серьезно), которое Германия сделала Украине – стать производителем водорода, т.е. стать волшебным «кто-то». Это можно назвать энергетическим колониализмом. Или даже вампиризмом. Но в масштабах планеты ничего не изменится.

 [Наблюдательный читатель может возразить, что Германия требует от Украины производить водород с помощью технологий, генерирующих «минимальный углеродный след». Очень интересно, что бы это могло быть? Получается, что нужно производить «чистую» энергию, используя другую «чистую» энергию. Сразу вопрос: откуда возьмется эта другая чистая энергия? Можно добавлять любое число этапов, но в конце цепочки всегда будет углеводород или атом или ГЭС. Точка.]

Осталось пожелать нашим «западным партнёрам» настоящей чистой незамутненной зеленой энергетики без всякого углеводородного привкуса. Думаю, в этом случае Россия с удовольствием организует им поставки каменных топоров и кремниевых наконечников для стрел.

И да, идея энерговалюты не кажется мне абсолютно безумной. Представьте, что ваши сбережения обеспечены мегаваттами или килокалориями, содержащимися в гравитационных или иных накопителях энергии. А почему нет?

 P.S. Основные тезисы честно стырены у Дмитрия Мыльникова здесь: «Прекрасный мир, который мы потеряли». Разумеется, я переварил материал в соответствии со своим метаболизмом и усвоил только то, что мне понравилось. Не могу строго рекомендовать указанного автора. На каком-то этапе доклад, имеющий признаки научного, превращается в религиозные размышления с переходом в фэнтези. Впрочем, решайте сами. В любом случае, для «сеанса зеленой магии с полным ее разоблачением» материала достаточно.

Конечно, хорошо бы облечь все в форму цифр. Подсчитать во сколько обходится добыча компонентов для изготовления, например, солнечной батареи, полюс затраты на производство и обслуживание, накопление и транспортировку энергии. И добавить затраты на утилизацию всего перечисленного. А потом поделить полученное на срок эксплуатации. Но подобная работа весьма трудоемка, поэтому есть желание, чтобы ее выполнил добрый волшебник «кто-то».