Что отражается в чашке кофе? Колонка в КомпьютерреOnline #16
Человечество, главным источником энергии которого являются невозобновимые ресурсы, уже в силу этого находится в переходном состоянии.
У минулій колонці ми перелічили джерела, що поповнюють енергію ранкової чашки кави, як і енергію безлічі інших процесів та результатів діяльності нинішнього людства. Ось вони:
- термоядерна енергія Сонця, перетворена:
- сучасним фотосинтезом (наша їжа, біомаса для спалювання);
- фотосинтезом у минулі епохи (горючі копалини);
- атмосферою та гідросферою (енергія вітрів, річок та течій);
- сонячними батареями;
- термоядерна енергія попередніх поколінь зірок (ядерна енергія розпаду важких елементів; частина теплової енергії надр Землі);
- енергія розподілу мас та імпульсів в епоху формування Землі (виділення тепла внаслідок гравітаційної диференціації планети) та при утворенні системи Земля-Місяць (енергія припливів).
Ядерна енергія робить свій внесок у процеси, що відбуваються на поверхні Землі (відомий навіть природний ядерний реактор, який діяв у геологічному минулому), але безпосередньо використовує цю енергію один-єдиний вид. Наш. Це одна з унікальних наших особливостей, але, ймовірно, ще не найважливіша.
Яке з джерел енергії дає її сучасному людству найбільше? Викопне паливо. Розповісти про його значення? «Нафта - кров економіки»; «газова труба - головна зброя Росії»; «справжня причина воєн останніх десятиліть - переділ ринку енергоносіїв та коливання цін на нафту»: ви чули все це.
У чому головна різниця між використанням енергії сучасного та викопного фотосинтезу? На болотах кам'яновугільного періоду росли родичі сучасних хвощів, плаунів та папоротей. У них ішли ті самі процеси, що йдуть і зараз. І сьогодні відмерлі частини рослин потрапляють на дно водойм, багатих органікою. Біля дна, під шаром мулу, де немає вільного кисню, ідуть трансформації відмерлої біомаси. Утворення торфу - досить швидкий процес. Вугілля виходить за більший час...
Для нас зараз важливі дві грані відмінностей сучасного та викопного фотосинтезу. По-перше, споживання продуктів сучасного фотосинтезу обмежене його інтенсивністю; споживання горючих копалин залежить від ефективності їх видобутку та спалювання. По-друге, продукти сучасного фотосинтезу - відновлюваний ресурс. Викопне паливо - невідновлюване.
Грубо кажучи, на 1 квадратний сантиметр зовнішньої поверхні планети, перпендикулярної сонячним променям, падає трохи менше двох калорій на хвилину. Атмосфера щось фільтрує, а щось розсіює; рослини перетворюють на енергію хімічного зв'язку близько однієї тисячної частини сонячної енергії, що потрапила на них. Разом, можлива продуктивність фотосинтезу на планеті - кінцева величина, що має верхню межу. Природно, реальна продукція біосфери далеко до неї не дотягує: на значній частині поверхні суходолу не вистачає води, на значній частині поверхні океану не вистачає елементів мінерального живлення.
Споживачі продуктів сучасного фотосинтезу перетворюють не більше енергії, ніж її фіксується - звісно, у перерахунку на певний період часу. Дерева в лісі ростуть улітку, а пічку дровами топлять узимку, однак загалом річне споживання обмежене продукцією. Так, можна спалювати більше дров, ніж наростає лісу, але в перерахунку на століття обмеження залишиться чинним.
Людство обійшло це обмеження завдяки копалинам! Горючі копалини кращі та зручніші за деревину - раз. Викопне паливо концентрується в певних місцях - два. Копай шахту та виймай шар за шаром вугілля - паливо, яке не залежить від того, чи шумлять над ними ліси, чи перевіюється пісок пустелі.
І тут з'ясовується, що вугілля - невідновлюваний ресурс. Це істотно? Вельми. Струмок, що біжить від гірських льодовиків, тектиме, поки в горах випадатиме сніг узимку та дощ улітку. Звісно, з часом припиниться й це (Земля перебуває зараз приблизно на середині свого життєвого шляху), але думати про це поки рано. Струмок, що витікає з ду-у-уже великої цистерни, приречений вичерпатися, коли вона спорожніє.
Види, що існують завдяки струмочку сучасного фотосинтезу, потенційно можуть залишатися в цьому стані необмежено довго. Умови змінюватимуться, знадобляться якісь зміни, але можна сподіватися, що подібні організми зможуть вести відносно постійний спосіб життя і в досить далекому майбутньому.
Людство, головним джерелом енергії якого є невідновлювані ресурси, уже в силу цього перебуває в перехідному стані. Можна сперечатися про термін, протягом якого джерела нашої енергії кардинально зміняться; сама така зміна неминуча. Зараз ми (за дуже грубою оцінкою) спалюємо за рік стільки горючих копалин, скільки їх утворювалося за мільйон років.
Так, до речі, а джерела ядерної енергії - вони ж теж невідновлювані? Так. Але вичерпати їх нелегко. Є вельми рідкісні ізотопи, доступність яких сильно обмежена, і є відносно поширені, запасу яких, як кажуть, вистачить вельми надовго.
Повернемося до чашки кави. Здається, є рішення. Гріти ранкову каву на багатті, а не на газовій плиті (ну і, можливо, на електроплиті, що живиться чи то від АЕС, чи то від вітряків) - і наші правнуки виявляться здатні насолоджуватися тим самим ароматом? На жаль. Річ у тім, що виробництво кави та цукру, тих самих речовин, які ми споживаємо, зажадало більшої «витрати» викопної енергії палива, ніж сучасної енергії рослинного фотосинтезу.
Поля під плантацію кави та цукрового буряку зорали - з використанням енергії викопного палива. У землю внесли добрива, отримані за рахунок енергії викопного палива. Воду для поливу доставляли з витрачанням енергії викопного палива. Енергія викопного палива знадобилася і на те, щоб виробити засоби захисту рослин, і на те, щоб їх застосувати. Збір урожаю відбувався з використанням енергії викопного палива. Обробка - теж. Ви здогадуєтеся, яка енергія використана для обсмаження зерен та для очищення цукру? А як кава та цукор потрапили звідти, де вони були вирощені та оброблені, до вас? Нагрів кави при її приготуванні - крапля в морі енергетичних витрат на її отримання. До речі, ця кава нагрівається в будівлях, зведених з використанням енергії викопного палива. Підтримання необхідного теплового режиму, доставка води, відведення відходів, освітлення - усе це здійснюється значною мірою завдяки тій самій за походженням енергії.
Будівлі - будівлями, повернемося до кави з цукром. Яку за походженням енергію вилучить із неї наше тіло? Ту, що була накопичена в результаті фотосинтезу, що йде на плантації або на полі. А куди поділася енергія викопного палива? Витрачена (дуже неефективно, до речі) на підтримання цього основного процесу. Уявіть собі дитину, яка може ходити лише за руку з дорослим. Роботу з переміщення тіла дитини виконують її власні м'язи, але умовою цього є переміщення дорослого, енергозатратніший процес. Вас дивує, що природний (і давній) процес фотосинтезу я порівнюю з маленькою дитиною? Ідеться не про фотосинтез як такий, а про його реалізацію в наших крихких та нестійких агроекосистемах: тільки відвернися, і все піде не так, як треба...
Енергетичні субсидії - витрати енергії ззовні, що підтримують основний процес та сприяють підвищенню його ефективності. Найпростіший вид субсидій - енергія м'язів людини, що обробляє поле (або, наприклад, м'язів мурахи-листоріза, що вирощує свій грибний город). Із соляркою для дизельного двигуна трактора або комбайна надходить набагато потужніший потік енергії. Надійних оцінок співвідношення основного (фотосинтез) та допоміжного (субсидії) потоків у мене немає, але є підстави не сумніватися в їхній серйозній диспропорції. У 70-ті роки у США «допоміжний» потік був у 10 разів потужніший за «основний» (для отримання 1 калорії їжі витрачалося 10 калорій субсидій); зараз диспропорція істотно загострилася.
Тому, якщо ми сьогодні відмовимося від енергії з невідновлюваних джерел, завтра ми не просто залишимося без ранкової кави - під загрозою опиниться виживання істотної частини людства в силу різкого зменшення кількості доступної їжі. Але післязавтра (фігурально кажучи), відмовитися від цих джерел нас змусить сувора дійсність. Що ж робити?
Обґрунтувати відповідь у цій колонці я вже не встигну, але важливу для себе думку продекларую. Назад шляху немає. Віра, що спосіб життя наших прадідів врятує сучасне людство, не витримує жодної критики. Перед нами відкритий лише один шлях. Уперед. Щодо виробництва енергії це означає освоєння відновлюваних або практично невичерпних джерел енергії достатньої потужності - чи то сонячних, чи то термоядерних, не знаю.
Розмова про унікальні особливості нашого виду закінчена? Тільки почата...