Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Кроме того здесь есть ещё одно обстоятельство. После Фукусимы в Японии эвакуировали людей только из областей с дозовой нагрузкой более 20 мЗв/год. Люди, проживавшие в районах с меньшим  уровнем никуда не эвакуировались. А это в 20 раз выше наших нормативов.

Если бы превышение 1 мЗв/год действительно приводило к серьёзному ущербу здоровью, то в области с уровнем больше 1 мЗв и менее 20 мЗв (где радиация превышала наши нормы, а людей не эвакуировали) - должен был бы быть резкий рост смертности, люди должны умирать как мухи. И где?

[AlexAV]

Значит ВиКи врет. https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D1%82%D0%BE%D0%BC%D0%BD%D1%8B%D0%B5_%D0%B1%D0%BE%D0%BC%D0%B1%D0%B0%D1%80%D0%B4%D0%B8%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BA%D0%B8_%D0%A5%D0%B8%D1%80%D0%BE%D1%81%D0%B8%D0%BC%D1%8B_%D0%B8_%D0%9D%D0%B0%D0%B3%D0%B0%D1%81%D0%B0%D0%BA%D0%B8#%D0%9F%D0%BE%D1%82%D0%B5%D1%80%D0%B8_%D0%B8_%D1%80%D0%B0%D0%B7%D1%80%D1%83%D1%88%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D1%8F

Вики - вообще довольно мусорный источник, сведениями оттуда нужно пользоваться аккуратно.

Аргументы конечно веские. Спору нет.

Результаты статистического исследования - действительно очень весомый научный аргумент.

[AlexAV]

Интервью о последствиях Чернобыльской аварии: https://ria.ru/atomtec/20160422/1416978532.html

Если сегодня анализировать радиационные дозы жителей чернобыльских зон за прошедшие 20 лет, то из 2,8 миллионов россиян, оказавшихся в районе воздействия аварии, — 2,5 миллиона получили за 20 лет дополнительную дозу меньше 10 миллизиверт, что в пять раз меньше среднемирового фона облучаемости. Менее 2 тысяч человек получили дозы больше 100 миллизиверт, что в 1,5 раза меньше дозы, естественно накапливаемой ежегодно жителями Финляндии или российской Республики Алтай.

За прошедшие десятилетия лучевая болезнь была выявлена у 134 человек, находившихся на аварийном блоке ЧАЭС в первые сутки. Из них 28 погибли в течение нескольких месяцев после аварии (27 в России), 20 умерли по разным причинам в течение 20 лет.

Среди ликвидаторов аварии было выявлено 122 случая заболевания лейкемией, из упомянутых 187 тысяч человек, и возможно, 37 из них могли быть индуцированы чернобыльской радиацией.

По данным Регистра к началу 2016 года из 993 случаев заболеваний раком щитовидной железы у детей и подростков (на момент аварии) 99 могли быть связаны с радиационным облучением. Увеличения количества заболеваний другими видами онкологии среди ликвидаторов по сравнению с другими группами, нет.

[AlexAV]

комментарии излишни - каждому понятно

Не очень убедительная картинка. В двух возрастных группах у ликвидаторов заболеваемость даже меньше. Ещё в одной - различие минимально. Кроме того - вопрос о статистической погрешности. В Санкт-Петрбурге ведь всего около 2000 ликвидаторов. Даже  при заболеваемости 1600/100000 в год за 5 лет это не более 160 случаев. По каждой отдельной возрастной категории ещё в несколько раз меньше. С учётом этого тут вообще различие на уровне статпогрешности (тут она никак не меньше 10% - 20% по ликвидаторам).

[AlexAV]

М да с пиписькой повезло а с сыном нет... вот наглядный пример что последствия радиации сказались через поколение.

Может хватит нести бред. 

[AlexAV]

Отчёт ООН о последствиях Чернобыльской аварии: http://www.unscear.org/docs/reports/2008/12-55525_Report_2008_Annex_D_RUSSIAN.pdf

Оттуда:

По-видимому,  в  настоящее  время  отсутствуют  данные, 
однозначно  свидетельствующие  о  каком-либо  поддающемся 
измерению  увеличении  частоты  заболеваний  всеми  видами 
сóлидного  рака  среди  населения  Российской  Федерации  и 
Украины.

К зарегистрированным последствиям для здоровья, кото-
рые в настоящее время можно отнести на счет радиации, отно-
сятся следующие:

− 134   сотрудника   станции   и   аварийных   работника   
получили  высокие  дозы  радиации,  которые  привели 
к острой лучевой болезни (ОЛБ); многие из них полу-
чили также поражения кожи за счет бета-облучения;

–    высокие  дозы  излучения  оказались  смертельными 
для 28 человек из этой группы;

–    19 человек, переживших ОЛБ, умерли до 2006 года;
эти  летальные  исходы  были  вызваны  разными  при-
чинами и обычно не связаны с облучением;

–     для  лиц,  перенесших  ОЛБ,  основными  последстви-
ями стали поражения кожи и вызванные излучением
катаракты;

–     помимо  этой  группы  аварийных  работников  в  опе-
рациях   по   ликвидации   последствий   аварии   уча-
ствовали  несколько  сотен  тысяч  человек,  однако  к 
настоящему времени, кроме указаний на увеличение
заболеваемости лейкозом и развитии катаракт среди
получивших  повышенные  дозы,  нет  свидетельств 
последствий  для  здоровья,  которые  можно  было  бы 
отнести на счет воздействия излучения;

–    загрязнение  молока  радионуклидом 131I  при  недо-
статке срочных защитных мер привело к получению
населением больших доз на щитовидную железу; это
стало  причиной  возникновения  значительной  части 
из более чем 6 тыс. случаев заболевания раком щито-
видной  железы,  зарегистрированных  к  настоящему 
времени у людей, которые были детьми во время ава-
рии (к 2005 году в 15 случаях имел место летальный
исход);

–    к  настоящему  времени  не  получено  убедительных 
свидетельств  каких-либо  других  последствий  для 
здоровья населения, которые можно отнести на счет
воздействия излучения.

Таким образом, можно считать доказанным связь Чернобыльской аварии с приблизительно 6 тыс. случаев рака щитовидной железы. плюс к этому 28 человек умерших от лучевой болезни. Можно предположить (но не доказана) связь некоторого случаев лейкоза у ликвидаторов с радиацией. Это добавляет максимум ещё несколько сотен человек. Доказательства связи Чернобыля с другими видами рака отсутствуют полностью. Также нет абсолютно никаких свидетельств в пользу возможности её влияния на наследственные нарушения.

Итого в результате Чернобыльской катастрофы в сумме пострадало здоровье людей раза в 2 меньшего, чем при Бхопальская катастрофе. Преимущественно в результате воздействия короткоживущего I-131.

P.S. Вообще удивительно, что некоторые протестуют против АЭС, но не возражают против химических заводов. Ведь они тоже иногда "бухают". И гибнет и теряет здоровье при этом куда больше людей, чем при даже самой страшной радиационной катастрофе в истории. Логика отсутствует напрочь.

[AlexAV]

фотоэлектрических солнечных электростанций в стране в 2016 году был равен 27,2%.

Вы бред несёте. Средний КИУМ считается просто. КИУМ = Годовая генерация/(Установленная мощность * 8760). 8760 - число часов в году.

Теперь смотрим цифры (https://www.bp.com/en/global/corporate/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html).

США по 2016 году. Годовая генерация = 56,8 ТВтч = 56,8 млн. Мвтч. Установленная мощность = 40300 МВт. Легко проверить, что КИУМ = 16,1%.

Вы с какой цифрой здесь не согласны? Или у Вас калькулятор другой системы? В этом случае Вам стоило бы привести источники своей информированности.

27,2%.

Для фотовольтических СЭС на планете Земля (при текущих правилах определения номинальной мощности) едвали вообще возможен физически. С термическими картина несколько другая (там правила определения номинальной мощности просто другие ), правда это их особо не спасает.

КИУМ реально существующих ВЭС составляет те же 35-45%

Тоже чушь. Для отдельных ветряков в особо удачных точках такое теоретически возможно (всё же эффективность ветряка зависит как куб от скорости ветра)... Вот только таких точек по пальцам пересчитать можно. А в среднем при сколько-нибудь заметных объёмах генерации такого нет и близко. Посмотрим на Германию (опять 2016 год).

Годовая генерация = 77,4 ТВтч, Установленная мощность = 49534 МВт. Калькулятор очевидным образом говорит, что КИУМ = 17,8%, согласитесь, существенно меньше, чем Вы заявили.

ну, если факты не соответствуют Вашим верованиям, тем хуже для фактов.

Нет, скорее Вы слабо владеете фактами в этой области. Меньше читайте рекламные агитки, а больше изучайте статистику и специальную литературу в этой области.

[AlexAV]

был равен 27,2%.

По определению номинальная мощность фотовольтической СЭС определяется при потоке солнечного излучения равному 1000 Вт/м2  перпендикулярно поверхности панели. Для того, чтобы иметь КИУМ = 100%, в силу этого определения, нужна годовая инсоляция 8760 кВтч/м2 панели ориентированной под оптимальным углом. Максимальный КИУМ, разрешённый просто законом сохранения энергии, в определённой местности очевидным образом ограничен соотношением КИУМ_{max} = Инсоляция/8760. Инсоляция - инсоляция в данной точке планеты в кВтч/год. Реальный КИУМ будет всегда ниже из-за неизбежного запыления панелей, медленной деградации полупроводника (паспортная установленная мощность определяется в момент пуска станции), недовыработки из-за отказов оборудования, отсутствия потребности сети в энергии.

Для понимания масштаба цифр - инсоляция в Сочи в среднем 1571.4 кВтч/год (при оптимальной ориентации панели). Каким образом здесь СЭС может дать больше 17,9% КИУМ решительно непонятно. Реальный КИУМ естественно будет ниже. КИУМ на уровне 25% можно получить только при инсоляции не менее 2190 кВтч/год = 6 кВтч/сутки. Таких мест на планете Земля прямо скажем не много (и там люди практически не живут).

[AlexAV]

Интересно, кто приврал? Амеры занижают свои мощности, или BP им лишнего нарисовали?

Формально скорее всего никто. Просто BP пользуется стандартным определением номинала СЭС (сумма мощности панелей СЭС, которые они генерируют при потоке солнечного излучения 1000 Вт/м2 при перпендикулярном падение), а EIA - каким-то своим самостийным. Первое лучше для практических оценок, второе - для рекламных агиток.

[AlexAV]

Эффективность ветрогенераторов существенно выросла за последние годы.

Вы снова дичайший бред несёте. КИУМ ветряка в заданных климатических условиях в заданной точке очень слабо зависит от конкретной его реализации, определяясь в основном  распределением ветров по скоростям в течение года.

В отличие от СЭС тут нет одного стандарта для какого ветра определяется номинальная мощность, она определяется по номинальной мощности генератора установки, а скорость ветра необходимая для выхода на номинал может заметно отличаться. Тем не менее обычно выбирают в диапазоне 10 - 15 м/с (она завязана на типичные максимальные скорости ветра в заданной точке на заданной высоте, т.к. генерация ветрогенератора не равномерная и основная её часть приходится на периоды сильных ветров, то сильно снижать её нежелательно, т.к. это ведёт к потере эффективности использования энергии ветрового потока).

Вот Вам для примера ветровая характеристика типичного современного ветряка:



А далее КИУМ определяется тем, как средняя скорость ветра соотносится со скоростью ветра выхода на номинал (есть и другие факторы. чисто технические, вроде времени простоя из-за отказов или отсутствия потребности сети в энергии, но они не столь существенны сейчас). Техническими средствами на это повлиять практически невозможно (можно взять башню чуть повыше, но эффект от этого небольшой, скорость ветра с высотой растёт приблизительно как (h/h_0)^{1/7}, т.е. не особенно сильно). Разве что если есть контакты в канцелярии Всевышнего или молитву правильную, призывающую ветер, знаете. Больше никак.

Вот если поставить ветряк в хорошем месте - то, да, эффект будет. КИУМ может быть достаточно высок, вот только ни с каким техническим прогрессом это не связано, просто Аллах послал ветер и всё.

Правда самих этих мест не особенно много. Вполне можно найти ветряк и с КИУМ 50% (которому просто повезло стоять в хорошем месте), нарисовать агитку, потом дурочки будут с агиткой бегать... правда к реалиям ветровой генерации в целом это будет иметь малое отношение. 

В Германии много старых ветряков с возрастом более 5 лет.

Нет в Германии никакого заметного роста КИУМ наземных ветрогенераторов практически с 1990 года. Да и неоткуда ему взяться.

В США в 2016 средний КИУМ объектов, введённых в 2014 и 2015 годах, составил 42,6%, да, это очень много для ветроэнергетики. Для сравнения, проекты, построенные в 2004-2011 годах, смогли «выжать» всего 32,1%, проекты 1998-2001 годов — 25,4%.

Ещё раз - куб скорости ветра. Ветряк в Анадыре и 50% КИУМ даст, а под минском - без слёз будет сложно смотреть. Здесь география куда существеннее техники.

Однако при масштабирование проблема в том, что хороших мест совсем не бесконечное количество, а их размещение не всегда совпадает с размещением населения. Технический предел ветроэнергетики вообще не очень велик (около 1 ТВт среднегодовой), хороших мест ещё значительно меньше...

[AlexAV]

У каждого источника энергии свои преимущества и недостатки. Для АЭС, кроме названных выше - невозможность кратковременного маневра мощностями из-за йодной ямы. Так что на 100% на ядерную энергетику переходить тоже весьма проблематично. Всегда надо совмещать разные источники.

С этим можно полностью согласиться. 100% ядерная электроэнергетика - тоже сомнительный вариант. Её ниша - базовая генерация, где максимально реализуются её достоинства и минимально значимы её недостатки. И тянуть её в иные не нужно. Аналогично СЭС может быть достаточно полезна для компенсации дневных пиков (обычно это в объёме 5%-8% общей генерации сети), а вот пытаться ей замещать базовую генерация - дичайший бред. Маневренные мощности сети - это ТЭС/ГЭС, адекватных альтернатив им просто не существует.

У всего есть своё место, и ниша.

[AlexAV]

Кстати, а ториевые реакторы тоже йодной ямой страдают?

Здесь существенно не столько топливо, сколько спектр нейтронов и обогащение топлива. Чем жёстче спектр - тем менее существенная эта проблема, аналогично она уменьшается с ростом обогащения. Быстрые реакторы этой проблемой скажем почти не страдают, равно как те же реакторы ледоколов с обогащением топлива 20% и более. А вот для тепловых с топливом малого обогащения (особенно CANDU и РБМК) - эта проблема наиболее серьёзна.

Поскольку торий имеет преимущества над ураном лишь в тепловом спектре, то очевидно для ториевого она тоже будет.  А вот те же БН ей страдают несильно.

Хотя конечно помимо нейтроники ещё теплофизика есть... Быстрые реакторы большой мощности хотя и мало подвержены эффектам отравления, однако наличие в них большой массы топлива и теплоносителя всё равно ограничивают возможности манёвра. Лучше всего маневрируют реакторы малой мощности с высоким обогащением, вроде ледокольных, но там из-за высокой утечки нейтронов сложно обеспечить высокий КВ, да и просто достаточно хорошее  топливоиспользование.   

[AlexAV]

А какова физика процесса в данном случае?

Что касается спектра - то сильнопоглощающие нейтроны осколки деления и продукты их бета-распада, тот же Xe-135, сильно поглощают только в тепловом спектре,  а вот в быстрой части спектра сечение поглощения сильно уменьшается и для всех ядер имеет порядок геометрического размера ядра (а оно как раз для урана больше, чем для осколков ). В результате их накопление сильно влияет на потерю нейтронов в том случае, если реактор имеет их тепловой спектр, и значительно более слабо - если быстрый.

Для примера сечение реакции (66-Dy-161(N,G)66-Dy-162) (изображённая картина типична для всех сильно-поглощающих средних ядер):



При
0,0253эВ - 655Б
3 кэВ - 7,6Б
600 кэВ - 0,19Б

Для сравнения сечения деления U-235:
0.0253эВ - 553 Б
3 кэВ - 5,7Б
600кэВ - 1,2Б

Если в в области энергий до нескольких кэВ сечения поглощения у него больше, чем сечение деления U-235, то в области быстрых нейтронов при энергиях несколько сотен кэВ картина становится обратной. Сечение деления урана в несколько раз больше, чем сечения захвата диспрозием. И такая картина типична для всех средних ядер.

Что касается обогащения - то тут ещё проще. Концентрация осколков вызывающих отравление зависит от плотности мощности реактора, но не от обогащения. Т.е. для реакторов работающих с одинаковой плотностью мощности одна будет близка. А вот относительная вероятность поглощения нейтрона осколком или ядром урана от обогащения зависит сильно, попросту по той причине, что при высоком обогащение нечётных изотопов с высокими сечениями захвата больше. В результате влияние той же концентрации поглощающей примеси на реактивность будет меньше.

[AlexAV]

Это ясно, но в реакторах с высоким обогащением, что происходит? Там много быстрых нейтронов?

Нет. Там просто вероятность поглощения нейтрона примесью при той же концентрации примеси меньше.

Эта вероятность:

\[ p = \frac{<\sigma_p v_p> n_p}{\sum<{\sigma_i v_i>} n_i} \]

Если Вы увеличите знаминать (т.е. захват нейтронов топливом в нормальном режиме, чем больше нечётных делящихся изотопов в нем, тем оно больше), а числитель (концентрация примеси) останется тем же, то вероятность что нейтрон будет захвачен примесью, а не ураном - уменьшается.

[AlexAV]

Да и какой смысл усваивать фактически  солнечную энергию через лишнее звено, если это можно делать непосредственно.

Растения растут сами в отличие от солнечных батарей. В резултате во втором случае просто даже с EROEI проблема (с учётом цепочек косвенных издержек).

Но это ещё только половина проблемы. Солнечные батареи в современном виде - вообще нельзя считать возобновляемым источником энергии. Для их производства необходимо серебро (или другие редкие элементы, если речь говорить не о кремневых, для тех же халькогенидных - теллур, от чего не легче). А это строго невозобновляемые ресурсы. Причём мы ими обеспечены ещё хуже, чем тем же углём. Закончатся они раньше.

Довольно глупо один не возобновляемый источник энергии менять на другой невозобновляемый, но при этом более дорогой и требующий сырья, которое будет истощено ещё более быстро, чем в первом случае.

[AlexAV]

Давай вспомним что именно эта тема делает  на астрофоруме и каковы были предпосылки для ее создания?
Предпосылкой была гипотеза о разрешении парадокса Ферми через гипотезу "выеденного яйца" - после исчерпания природных запасов все внеземные цивилизации погибают, или хотя бы выживают но в такой форме которая неспособна к межзвездной колонизации.

Поддерживаю. Тема действительно посвящена больше долгосрочным перспективам, не обсуждать при этом текущие тенденции тоже нельзя, но избыточно концентрироваться на них здесь действительно не стоит. При этом обсуждая любые невозобновляемые ресурсы нужно всегда держать в голове, что абсолютно несущественно каковы их запасы, их истощение, в том случае если скорость с которой мы их добываем больше скорости с которой они пополняются естественными геохимическими потоками — неизбежно. Особняком тут можно было бы поставить только дейтерий морской воды (это если с термоядом...), но как следует из названия темы — мы этот случай не рассматриваем.

Тут стоит перечислить основные проблемы входящие в этот круг.

Как ни странно, но на первое место я бы поставил бы даже не замену нефти, газа и угля, а фосфор. Цивилизация может существовать без автомобилей, айфонов, интернета, но вод без хлеба она не протянет и нескольких месяцев. Никакая цивилизация.

И тут существует фундаментальная проблема — наше сельское хозяйство менее замкнуто по биогенам, чем естественные биогеоценозы. Уход биогенов с наших полей океан намного выше, чем для естественных лесов и степей. Если потеря азота, калия и серы — не такая большая проблема, то вот с фосфором — всё плохо.

Это вообще самый странный элемент биосферы, сравнительно редкий в земной коре, но при этом роль которого для живых организмов оказывается непропорционально высока. Элемент естественный транспорт которого на поверхности земли осуществляется только в одном направление — с суши в океанические глубины, а замыкание его круговорота осуществляется практически исключительно через медленные геологические процессы связанные с субдукцией океанической коры и выплавком магматических пород в материковой коре.

Сейчас мы компенсирует избыточную потерю фосфора с помощью удобрений, источником которых являются невозобновляемые запасы апатитов и фосфоритов. Но вечно так продолжаться не может. По большей части единственный выход здесь — как-то менять методы ведения сельского хозяйства так, чтобы потери биогенов с полей были не выше естественных фоновых. Но как это делать конкретно — не совсем понятно. Другим решением могло бы было бы быть — создание некого механизма транспорта фосфора из океана на сушу. Но как именно тоже не понятно (при этом нужно понимать, что тут речь не о добыче чего-то на морском дне, то что смывается с суши оседает там в рассеянной форме и добыть это напрямую практически невозможно, тут что-то другое нужно... возможно выращивание каких-то аквакультур или что-то ещё подобного...).

На втором месте — снова не нефть с газом и углём, а редкие элементы. Вообще все элементы кроме кремния, алюминия, железа, кальция, а так же элементов содержащихся в больших количествах в морской воде - натрия, калия, магния, хлора, серы, брома, главного элемента биосферы — углерода, и того что мы извлекаем из атмосферных газов, нужно считать не возобновляемыми ресурсами. Промежуточное положение тут занимают титан, марганец, цирконий, барий (доступны, но скорее всего в ограниченных объёмах).

Масштаб этого бедствия даже сложно оценить. Тут вылетают целые пласты технологии. Без жаропрочных сплавов просто невозможно построить ни ракетный двигатель, ни газовую турбину, что делать без нержавеющей сталей в огромном количестве областей вообще непонятно. Вылетают криогенные стали, большинство твёрдых сплавов. Сущая катастрофа получается в электронике.

На рециклинг особо надеяться не стоит. Потери при нём неизбежны (как в силу технологических, так и социальных факторов) и он может слегка оттянуть время, но никак не решить эту проблему. Придётся учиться жить только используя то что есть.

И только далее — энергетика. Тут очевидно — только возобновляемые источники энергии. Но нужно понимать, что если на «этикетке» написано «возобновляемый» - то он не обязательно возобновляемый, и наоборот если не написано — не значит, что не является возобновляемым. При этом при оценке того можно ли отнести источник к возобновляемым — абсолютно необходимо учитывать те материалы, которые нужны для его производства. Если необходимо что-то кроме элементов перечисленных выше — этот источник к возобновляемым отнести нельзя.

На сегодняшний день достоверно к возобновляемым можно отнести — гидроэнергетику, биотопливо в самом широком виде включая торф (проблему фосфора здесь можно опустить не по той причине, что она не важна, но потому, что если она не решается — проблемы энергетики будет последним, что нас будет интересовать , когда вокруг банды каннибалов как-то не до энергетики...), ветроэнергетика (не вся, скажем как строить морские ветрогенераторы без нержавейки не понятно совершенно, но достаточное количество конструкций наземным ветрогенераторов указанному требованию удовлетворяют). Пожалуй всё.

Плюс к этому - под вопросом находятся ПЭС (приливные станции) и АЭС (при использование урана из морской воды АЭС — тоже (квази)возобновляемый источник энергии). Проблема коррозиестойких сплавов здесь будет стоять очень остро.

В варианте минимум (био- + ГЭС + ВЭС) — количество доступной энергии получается не очень большим. Значительно меньше, чем доступно нам сейчас, хотя больше чем в историческом средневековье (знание об электричестве позволяет использовать энергию ветряного и водяного колеса куда эффективнее, чем тогда).

Такой вариант, который условно можно назвать «средневековье с электричеством», мне и представляется кстати наиболее вероятным. Цивилизация в этом случае существовать может (впрочем это очевидно, в историческом средневековье она тоже ведь существовала), но от современной будет отличаться радикально.

Расширенный вариант (с АЭС) — подразумевает общество куда более похожее на индустриальное, по сравнению со «средневековьем с электричеством», но тут уж как получится... Вероятность такого варианта кажется существенно ниже...

Здесь кстати стоит отметить, что ряд вещей на которые ставят бирку «возобновляемого» на самом деле к возобновляемой энергетике нас вовсе не приближают, а отчасти даже удаляют. Ни в коем случае к возобновляемым нельзя отнести современные солнечные батареи или скажем электромобили. Просто из-за критической потребности в редких элементах. Дизельный двигатель куда ближе к принципам возобновляемой энергетики, чем электромобиль, как бы это странно не звучало. Дизельный автомобиль можно полностью сделать из чугуна, углеродистой стали и силумина, а в бак залить растительное масло. А вот как делать электромобиль без лития, кобальта и никеля — непонятно совершенно.

Четвёртое — минералогический барьер. Т.е. изменение минералогического состава верхней литосферы из-за длительного воздействия человеческой деятельности. Здесь конечно речь идёт не о ближайших столетиях, а о куда больших промежутках времени. Но в долгосрочной перспективе — это может быть очень важно.

Вы думаете гранитная щебёнка не может закончится? Зря так думаете. Гранит из литосферы вообще конечно исчезнуть не может, но вот количество выход магматических горных пород на поверхность уже куда как ограниченно. И выкапываем мы их куда быстрее, чем они туда поднимаются.

И таких аспектов очень много. Общая масса карбонатных пород в литосфере едва ли может измениться в результате любой деятельности человека. Но вот скажем изготовить известь из породы содержащей скажем 10% карбоната кальция едва ли возможно не сделав её золотой. А карбонатные породы, содержащие >90% карбоната кальция — ресурс уже не столь безлимитный.

Т.е. используя даже казалось бы обычные материалы — песок, известняк, глины для технологических нужды мы выбираем не абы какие, а с определенными свойствами. При длительном воздействии такой рода деятельности в верхней, доступной нам, части литосферы будет всё меньше минерального сырья удобного для технологического применения и всё больше его форм не годных ни для чего. Всё сложнее и дороже будет находить хорошие строительные материалы, материалы для производства керамик и стекла.

Данная проблема плохо изучена и в общем относится к довольно отдалённому от нас периоду. Но её воздействие на цивилизацию также может быть гигантским.

Ну и наконец — важный вопрос это ограничения и лимитирующие факторы человеческой деятельности. Цивилизация существующая на возобновляемых ресурсах тоже не может расти неограниченно. Её рост естественным образом будет упираться в их конечную скорость возобновления. И тут уместно вспомнить про классическую бочку Либиха. Рост любой популяции всегда ограничен одним наиболее редким ресурсом.

Соответственно возникает очень важный вопрос — какой конкретно ресурс будет ограничивать цивилизацию в этом случае. И на каком уровне он будет ограничивать размер численности населения и объёма экономической деятельности.

Впрочем чтобы на него ответить — нужно сначала ответить на вопрос как будут решены проблемы четырёх выше описанных барьеров...

[AlexAV]

Только если добывать меньше 10000 тонн в год (примерный объем притока из литосферы). При большей добыче концентрация в морской воде будет постепенно падать, и через несколько тысячелетий EROI добычи может существенно упасть.

Да, именно так.

[AlexAV]

В полупроводниковой промышленности в значимых количествах редкие элементы просто не используются. Вернее используются тоже золото и серебро, но их использование не принципиально.

Используют. В современных высокопроизводительных микросхемах импользуют "напряжённый кремний", который на самом деле является сплавом кремния и германия, металлизация - биметалл танатал/медь (медь сильно диффундирует в полупроводник и нужен барьерный слой). В затворах High-K диэлектрик (а для него нужен гафний). Микросхемы которые в своём составе могут содержать только кремний и аллюминий закончились на 100 нм.

Но это ещё не всё. Индий абсолютно необходим для светодиодов и т.д. Без серебра и никеля нельзя даже нормальный выключатель сделать. О меди и олове для изготовления печатных плат и палладие для высокостабильных конденсаторов я даже не говорю...

Электроника без редких элементов будет представлять собой довольно жалкое зрелище...

Мобильник и ноутбук, можно сделать без всяких редких элементов.

Едва ли...

[AlexAV]

Германий биогенный элемент, его в принципе можно из золы получать.

Угольной, в основном в легкоплавкой фракции золы улавливаемой золоуловителями. С исчерпанием запасов угля и сульфидных руд разумных источников не останется вообще.

Я бы не называл их такими уж редкими, в микроскопических количествах для электроники их получать вполне можно.

Гафний - возможно (примесь в цирконах, который достаточно распространён в песках). Но вот с танталом - всё плохо.

Если же посмотреть на будущее электроники, а именно одноэлектронные транзисторы, квантовые клеточные автоматы, то там полупроводники вообще не нужны.

В большинстве вариантов очень даже нужны... Это структуры типа такой:



здесь интересные буквы встречаются, особенно In.

транзистор из графена

Один транзистор сделали, но никакого приемлемого метода делать из него микросхемы не существует. Здесь мешает и сложность изготовления качественных плёнок, и чрезмерная инертность затрудняющая травление. Кроме того у графена - нет запрещённой зоны, что ведёт к большим токам утечки в приборах его использующих.

Сейчас из двумерных материалов чаще сульфид молибдена рассматривают (у того хотя бы запрещённая зона есть), а графен кажется навечно останется "перспективным материалом", который по факту никуда не годится.

Тоже не сильно редкий

Этот как раз - особо. Очень редкий и рассеянный. Эти 0,25 г/т - это неизвлекаемые количества.

в морской воде 0,018 мг/л

В основном в виде взвесей в составе минералов глинистых частиц, от чего проку ноль. А в ионной форме 0,001 ppb (частей на миллиард) - это тоже абсолютно неизвлекаемые количества.

Как раз индий - относится к тем элементам, которые после исчерпания сульфидных руд будут доступны как какой-нибудь калифорний сегодня. Многие слышали, что он существует, но никто не видел. Это вообще один из самых проблемных элементов.

[AlexAV]

Только полупроводник может служить значительно дольше вольфрамовой лампочки.

Замена вольфрама на галлий, индий и иттрий... Довольно сомнительная на самом деле замена...