Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Самые энергоёмкие производства размещаем около ГЭС. Дальше - по убывающей: просто для промышленности и агломераций - АЭС; солнце, ветер и биотопливо - для бытовых нужд и с/х.

Такой вариант действительно кажется наиболее логичным.

А я уже предлагал глиняные арыки и валы вокруг полей, чтобы все стоки стекали в отведённые для них места.

Вопрос о дальнейших путях этих стоков. Воды то на поле может вылиться очень много, всё не накопишь, лишняя вода в любом случае куда-то будет сливаться. Влияние же промежуточных бассейнов на миграцию элементов вопрос же не столь очевидный. Скажем оказалось, что плотины на реках почти не влияют на сток фосфора в океан, хотя казалось бы плотины должны блокировать твёрдый сток (и они его действительно блокируют), а вместе с ним все нерастворимые в воде вещества. Однако оказалось, что в водохранилищах не растворимый фосфор осадков интенсивно переходит в растворимую и взвешенную форму (в результате деятельности микроорганизмов) и выносится не менее активно, чем если бы плотин не было.

Вообще кажется вариантом здесь может быть не только борьба с уносом, но и перехват потока. Т.е. на пути миграции биогенов можно попробовать разместить несколько  комплексов растений, которые бы из этого потока фосфор отбирали бы, а затем через продукты этих растений (пищевых, кормов, топлива) биогены возвращались бы обратно. Скажем так.

С полей вода с биогенами в любом случае потечёт в приниженности рельефа. Соответственно первым барьером могут быть леса и сады в балках и по поймам рек с как минимум двумя ярусами, т.е. сами деревья в верхнем и многолетние травы в нижнем. Многолетние травы хорошо задерживают миграцию твёрдых частиц и кроме того растения будут одновременно ассимилировать подвижный фосфор (а заодно калий и азот) со стока с полей. Используя плоды, орехи и древесину с этих лесов и садов (а затем внося канализационные осадки, навоз, золу и т.д. на поля) мы часть перехваченного растениями фосфора, калия, микроэлементов и, в меньшей мере, азота вернём обратно. В конце концов фрукты и древесина нам в любом случае нужны, а если соответствующие леса и сады за счёт правильного размещения будут перехватывать сток биогенов с полей - то это ещё лучше. Часть биогенов пройдёт  этот первый барьер и попадёт в реки. Однако в речной воде они естественно вполне доступны водным растениям. Соответственно комплекс хозяйств по выращиванию водных растений (ряски, вольфии, роголистника,эллодии, может быть высших харовых водорослей  и других быстрорастущих водных растений на корм и топливо) по берегам рек будет изымать биогены из речного стока и таким образом являться вторым барьером. Далее вода рек впадает в моря. При этом сначала биогены не сразу тонут в глубоководной части океана, а некоторое время находятся на мелководье. Здесь их можно перехватить с помощью аквакультуры водорослей и фильтраторов (и через их продукты снова вернуть на берег, а затем в поле) - это третий барьер. Для бессточных бассейнов и бассейнов мелководных  внутренние морей, имеющих слабую связь с океаном (вроде Азовского), таким образом цикл биогенов можно замкнуть почти полностью. Для бассейнов впадающих во внешние моря - частично, но по крайней мере уменьшить проблему.

P.S. Правда здесь с другой стороны нужно и не перестараться в противоположную сторону, так чтобы не уменьшить сток биогенов с суши ниже естественного фонового уровня. Это тоже будет очень плохо. Так можно экосистему океана обрушить со всеми вытекающими. Вплоть до того, что вместо привычных 21% кислорода в воздухе окажется процентов 10.

[Rattus]

Правда здесь с другой стороны нужно и не перестараться в противоположную сторону, так чтобы не уменьшить сток биогенов с суши ниже естественного фонового уровня.  Это тоже будет очень плохо. Так можно экосистему океана обрушить со всеми вытекающими.

Опасность "вычерпать море" представляется ещё менее реальной, чем напрудить в атмосферу 1% СO2.

[ivanij]

Картина называется "Приплыли":


http://www.livejournal.com/media/509535.html
 

 А что, нормальный источник энергии. Ещё и паруса не исчерпали своих возможностей. Например, круглый парус на эффекте Магнуса.

[ivanij]

 Алсион из команды Кусто.

[AlexAV]

сера вообще никуда не девается

Та которая используется при производстве фосфорных удобрений в основном не теряется (хотя получение серной кислоты из фосфогипса процесс куда более энергоёмкий и затратный по сравнению с использованием элементарной серы). Но скажем та которая используется при подземном выщелачивание урана или скажем при кучном выщелачивание бедных медных руд - очень даже, т.е. оказывается рассеяна в виде преимущественно того же гипса по огромному объёму породы и обратному извлечению от туда не подлежит. Если смотреть долгосрочные перспективы - то роль гидрометаллургических методов в извлечение металлов будет неизбежно расти (богатые руды просто кончатся, а из бедных по-другому особо никак и не извлечёшь), вместе с ними и потребность в серной кислоте для этих целей, а т.к. возврат серы рассеянной при этом в большом объёме породы затруднён - то и добычи серы из первичных источников.

аже если нетрогать фосфогипс 0 пирита полно в угле 0,5%-1% а часто и более колчеданной серы в угле...

Уголь тоже ресурс конечный. Запасы его конечно значительны, но с учётом с какой скоростью мы его извлекаем - в исторически обозримой перспективе будет исчерпан и он.

Далее сера очень быстра в обороте - ибо вместе с железом явлется важнейшим интермедиатом энепргетических циклов в восстановительной среде быстро восстанавливаясь до серы или пирротина или пирита, а в окислительной окисляясь до сульфата

По геологическим меркам - да. Ежегодно в виде пирита откладывается приблизительно 0,9 Тмоль серы. Т.е. приблизительно 30 млн. т. Но вот по меркам даже текущего потребления уже не очень, кроме того большая часть из этих 30 млн. т. оказывается рассеяна в большом объёме фоновой породы на дне океана и практически неизвлекаема.

[mbrane]

Серы - как структурного материала в любом случае останется много и будет оно недорогим - путем обжига с затртатаи несколько гигаджоулей на тонну расскладываентся тот же гипс....а удесли и миллиарды тонн гипса переработали и всю нефтегазовую серу, и все немерянные гадежи естественного гипса, то можно прямо из моря-акияна добывать глаубереву соль, путем естественного выпаривания, и дальнейшего обжига иди электролиза...либо опять же сульфоредуцентов (кои вовсю применяются при очистке воды от тяжелых металлов) напустить вместе с органикой - например остатки диатомовых воборослей специально вырращенных, и  в зоне редукции из морсой воды можно получать сероводород - примерно по тому же процессу - как он сейчас образуется в Черном море (тока там метан из сипов бабортируетяс)  ...Сера не может быть ограничивающим фактором...

[AlexAV]

Серы - как структурного материала в любом случае останется много и будет оно недорогим

Для большинства областей применения - безусловно. Но вот если потребности резко увеличатся. Скажем э... займутся выщелачиванием индия из подмосковного суглинка. То кажется здесь уже могут быть проблемы.

удесли и миллиарды тонн гипса переработали и всю нефтегазовую серу, и все немерянные гадежи естественного гипса,

Так это только вопрос времени.

то можно прямо из моря-акияна добывать глаубереву соль

В сущности единственный неисчерпаемы источник серы на земле...

путем естественного выпаривания, и дальнейшего обжига иди электролиза...

Ну собственно в этом часть проблемы и состоит. Сжечь элементарную серу в реакторе значительно дешевле, чем обжигать глауберову соль в процессе:

Na2SO4 + SiO2 + C = Na2SiO3 + SO2 + CO

Кроме того ещё и кокс (точнее в рассматриваемой ситуации древесный уголь) расходовать придётся. А ведь углеродный бюджет тоже одним из существенным лимитирующим фактором будет. Для большинства применений это не критично. Но вот для целей извлечения элементов из сырья с кларковым содержанием (где этой кислоты может потребоваться немереное количество) такой рост себестоимости может быть весьма критичным... 

Вторая проблема состоит в том, что в морской воде серы 0,087%, т.е. для получения 1 тонны по требуется испарить 1150 тонн морской воды. Понятно что это можно делать только в бассейнах с естественным испарением. И при испаряемости 1000 мм в год на извлечение этой 1 тонны потребуется 0,115 га поверхности бассейна-испарителя. Если таким бассейном служит естественный залив (вроде Кара-Богаз-Гол) или рельф позволяет дамбой отгородить залив моря (при условие что сток с берега и осадки для этого залива меньше испаряемости естественно, что ограничивает количество пригодных мест) - выпаривание почти ничего не стоит естественно. Но количество подходящих мест (а значит объём добываемых солей) при этом будет ограниченным. Если же начинать строить такие бассейны на берегу вручную и закачивать туда воду насосами, то выпаривание таких объёмов воды станет уже совсем не бесплатным, и добавка к стоимости серы от этих мероприятий весьма заметной.

Текущие 60 млн. тонн соответственно  потребуют порядка 70 тыс. км2 испарителей. И это скорее всего проблемой являться действительно не будет. Естественных и искусственных заливов в аридной зоне хватит. А вот если потребности увеличить на порядок, то потребуется уже под миллион квадратных километров испарителей, а это уже скорее всего станет существенным затруднением. Т.е. хотелось бы отметить, что хотя при умеренном потребление сера проблемой не является (ну разве что в плане заметно большей стоимости производства кислоты из неё при использование сульфатов, а не элементарной серы как делают сегодня), однако и здесь существуют лимиты производства из неограниченного источника, превышение которых приведёт резкому и сильному росту стоимости. Мягкий барьер.

Т.е. серную кислоту рассматривать как безлимитный ресурс тоже не стоит (это существенно в контексте проблемы редких элементов).

напустить вместе с органикой - например остатки диатомовых воборослей специально вырращенных, и  в зоне редукции из морсой воды можно получать сероводород - примерно по тому же процессу - как он сейчас образуется в Черном море (тока там метан из сипов бабортируетяс)

Вероятно можно. Но органики потребуется довольно много:

6H⁺+3SO₄^2- + C₆H₁₂O₆ = 3H₂S + 6CO₂ + 6H₂O

Т.е. на восстановление 1 тонны серы потребуется приблизительно 1,9 тонны органики. Ну и кроме того проблема с тем, что придётся обрабатывать гигантское количество воды при этом остаётся.

[pkl]

И, Вы знаете, насмотревшись вдоволь на эти мегапроекты... мне термоядерный реактор уже не кажется такой прямо сложной штукой. Не говоря об АЭС.

так просто разного рода трудности - в первом случае - как-то собрать много рассеянной энергии, во-втором - добыть концентрированную , но из очень твёрдого орешка.

Думается, второе - куда проще. Хотя бы из-за несопоставимых материальных затрат.

В мегаполисе можно перемещаться на трамваях, метро, велосипедах и просто пешком. А при рассредоточенном населении без личного автотранспорте не обойтись.

шило на мыло - в первом случае подвозить продовольствие (как сейчас), во-втором - людей, правда не совсем понятно куда - почти всегда можно найти жильё рядом с работой тем более что промышленные гиганты особо будет не на чем гонять.

Это уже какое-то крепостное право получается. Горизонтальная мобильность населения необходима для эффективности общественных институтов.

Изначально я планировал выращивать еду на вертикальных фермах, чтобы сэкономить на транспорте. Ну а сейчас... Что возить дешевле, пищу или людей? Кажется пищу. Её можно перевозить и в замороженном, и в сублимированном виде. С людьми так не получится.

По ночам мощность ядерного реактора можно использовать для освещения вертикальных ферм и улиц - большой город никогда не спит.

чтобы для ферм это дало хоть что-то его придётся врубить на какую-то безумную мощность, на которую никакого урана выносимого реками не хватит.

Не, так не пойдёт. Я говорю об излишках, которые в данный момент не нужны. Хм... можно продумать график работы тех или иных производств, включаемых в разное время.

Мегаполисы появились не просто так - это необходимое средство концентрации трудовых и интеллектуальных ресурсов.

скорее во многом просто человеческих фактор, далёкий как и многое того же рода от рационального. что касается интелектуальных ресурсов - то были и никуда не делись университские городки, которые не магаполисы.

А как быть с цветной и чёрной металлургией? Химией, в т.ч. производством топлива? В каждом дворе по домне, как во времена Председателя Мао? Некоторые производства принципиально не сделать компактными.

[pkl]

Ну вот, Вы и ответили на мой вопрос.

Если иными словами, то уже России времён Петра I, ещё до индустриальной революции, болотной руды не хватало. И это - при условно неограниченных запасах топлива /дрова и древесный уголь/!

Физически - более чем хватало, причиной было лишь, то что болотная руда - сырьё низкокачественное и неудобное (это никак не связано с ограничениями на её количество, тем более что при уровне потребления 18-го века она в центральной России попросту неисчерпаема). На Урале же руда была куда лучше и удобнее в использование.

Так и я о том же! А есть возможность сделать её качественным и удобным сырьём? Я вот думаю, эти её недостатки неустранимы и куда перспективнее просто добывать железо из земли, как и алюминий - из глины. В таком случае у нас производство хотя бы не привязано к определённым природным условиям и может размещаться... да хоть вблизи каждого более-менее крупного населённого пункта! Собственно, это интересный момент. Сейчас горно-металлургические производства привязаны к месторождениям. В будущем это ограничение отпадёт само собой.

[Проходящий Кот]

На свалках центры производства будут....

[AlexAV]

А как быть с цветной и чёрной металлургией? Химией, в т.ч. производством топлива? В каждом дворе по домне, как во времена Председателя Мао? Некоторые производства принципиально не сделать компактными.

Эти предприятия и сейчас в мегаполисах как правило и не размещаются. На экологию уж очень плохо влияют... А для самого крупного металлургического предприятия вроде Старооскольского металургического комбината достаточно среднего города тысяч в двести населения, мегаполис тут не нужен. Для чуть более мелкого и малого города хватит. Вообще производств с более чем 1000 сотрудников не очень много.

Кроме того в любом случае произойдёт разукрупнение производств. Возить скажем солому или дрова через половину материка заведомо не просто не выгодно, а совершенно абсурдно. А такие материалы будут основой и и химической промышленности и металлургии. Вот что с радиуса в несколько десятков километров от завода можно будет собрать - на том и придётся работать, дальше логистические издержки начнут расти катастрофически. А такие ограничения потребуют предприятий существенно меньшего масштаба, чем существуют сегодня.

[AlexAV]

В таком случае у нас производство хотя бы не привязано к определённым природным условиям и может размещаться... да хоть вблизи каждого более-менее крупного населённого пункта! Собственно, это интересный момент. Сейчас горно-металлургические производства привязаны к месторождениям. В будущем это ограничение отпадёт само собой.

Исчезнет привязка к месторождению, но зато появится привязка к сельскохозяйственному полю на котором растёт сырью нужное для извлечения. Причём эту с/х продукцию транспортировать будет ещё менее выгодно, чем руду сегодня.

Думается, второе - куда проще. Хотя бы из-за несопоставимых материальных затрат.

До 19-го века человечество исключительно за счёт этой рассеянной энергии и жило, что показывает что первая проблема хотя бы потенциально, но решается. Вторая же решения может вообще не иметь.

[pkl]

древесный уголь и болотная руда не могли обеспечить металлом даже Петровскую Россию

да могли они её обеспечить, просто зачем, если нашлась руда и средства её доставки?

Тащить этот металл с Урала в Питер, в отсутствие железных дорог, это та ещё задачка! Выше Вы же сказали причину - конкуренция с теми странами, у которых руда была. Россия, может, и могла бы обойтись болотной рудой, но в таком случае она вряд ли бы стала Российской Империей.

Надо много дешёвой энергии. ЗЯТЦ и УТС, в принципе, это позволяют.

не позволяют. и много не выйдет, и дешевизна под большим вопросом даже у ЗЯТЦ (при условии если он вообще пойдёт)

С УТС ещё ладно, там можно спорить, т.к. пока не ясно, можно ли обойтись без бериллия и т.п. Но ЗЯТЦ при чём тут? Там эффект масштаба может сработать. Кстати, обнадёживающие новости и по ЗЯТЦ, и по УТС:
http://www.atomic-energy.ru/news/2016/08/09/68130
http://ria.ru/science/20160809/1473904448.html#ixzz4GpTpcoxo

кстати, pkl, вы пишите подряд несколько сообщений это чтобы их общее число у вас было больше?

Из-за природной зловредности, конечно!

Да нет, всё гораздо проще: просматриваю ветку в хронологическом порядке и комментирую/отвечаю на те сообщения, на которые считаю необходимым ответить. Конечно, можно было бы объединить, но это слишком длинная простыня получается, вернуться к предыдущим сообщениям проще. Да и время... я сообщения вовремя прочитать не успеваю! Кроме того, иногда на форум захожу с телефона, а в его крошечном окошке возможности редактирования... сами понимаете. А что, это считается "накруткой"?

[Кремальера]

На свалках центры производства будут....

Дык,знамо дело.Объедятся они с наших помоек..Не влезет все.
Пирамиды сорок веков на дачи растаскивали,все кому не лень.Но даже облицовку всю снять не смогли.А тут железный Вавилон.

[AlexAV]

http://ria.ru/science/20160809/1473904448.html#ixzz4GpTpcoxo

Прорыв - это очень громко сказано. Результаты у них интересные, т.е. раньше в открытых ловушках температура электронов выше пары сотен эВ вообще отказывалась подниматься, а они добились весьма заметного прогресса в подавление электронной теплопроводности, сейчас у них получается что-то около 900эВ по электронам и до 10кэВ по ионам. Но этого всё ещё недостаточно для термоядерного реактора, температура электронов всё ещё слишком низка, а потери через электронную теплопроводность велики.

Прогресс существенный, но до решения всех проблем ещё далеко.

[AlexAV]

Мегаполисы - в т.ч. и поэтому!

А тут надо выбирать. Или используются только концентрированные источники энергии, ядерная, крупные ГЭС  и концентрируем население несколько уменьшая логистические издержки (зато получая массу других, которые без чрезмерной концентрации населения отсутствуют). Но при этом практически лишаемся возможности использовать рассеянную энергию и сырьё. Лишаемся минимум половины гидроэнергии (той которая сосредоточена в малых реках и откуда тянуть провода просто будет невыгодно), лишаемся по сути биоэнергетики (с очень солидным в принципе потенциалом, который только нужно понять как использовать), да и использование с/х культур как химического сырья тоже заметно осложняется. Ну и кроме того в этом варианте намного сложнее будет решать проблему замыкания агроценозов по биогенам. И в связи с тем, что район производства продовольствия не будет совпадать с районом его потребления, и, что видимо существеннее, с тем, что отход от современной практики монокультуры на гигантских площадях (я без этого как бороться с потерями биогенов непонятно) скорее всего потребует значительных трудозатрат  и существенно снизит производительность труда в с/х, а значит и повысит долю населения непосредственно в  нём занятом. А где эту рабочую силу брать, если всё население в мегаполисах?

Т.е. за это единственное преимущество (лучшую логистику для промышленных товаров и людей) приходится платить очень уж дорого. Опять же этот вариант подразумевает очень большую долю ядерной энергетики (крупных ГЭС совсем мало). А она без тяжёлого металла (тория или урана) не работает. И соответственно вопрос где их брать. В долгосрочной перспективе уверенно можно говорить лишь об уране из морской воды (естественно только для ЗЯТЦ, в открытом цикле он не окупается энергетически), причём только если брать его в рамках темпов его возобновления. А тут лимит по энергии получается довольно тесным. Для 7 млрд. человек что-то около 2 т.н.э./год. Это даже без извлечения металлов из сырья с кварковым содержанием очень мало. И с жизнью в мегаполисах скорее всего порасту несовместим. Или население должно быть в разы меньше (а тогда вопрос зачем вообще всё это, да и из-за эффекта масштаба скорее всего просто развалится) или надо искать дополнительные источники энергии помимо уранового ЗЯТЦ. А откуда уже не очень понятно.

Или активно используем кроме концентрированной и рассеянную энергию. Но тогда и население должно быть рассеяно по территории. В этом случае доступной энергии окажется куда больше, чем в предыдущем случае, однако придётся решать другой круг проблем. Транспорт между этой разветвлённой сетью населённых пунктов, покрывающих всю территорию с одной стороны, с другой - разработка методов производства в сравнительно малых масштабах (в каждой точке будет доступно лишь небольшое количество производственных ресурсов и сырья).

Усидеть одновременно на двух стульях не получится.

P.S. Здесь можно привести следующий пример. В мире ежегодно производится совместно с зерном около 3 млрд. т. соломы, по энергетическому содержанию это приблизительно 1 млрд. т.н.э. С технической точки зрения её использование как топлива или химического сырья не представляет никаких особых проблем. Но... несмотря на это использовать мы её не умеем. Т.е. эти 3 мрд.т. в лучшем случае запахиваются в землю, в худшем просто сжигаются без всякой пользы. При существующей схеме расселения и организации промышленности использовать такой рассеянный по территории и плохотранспортабельный ресурс оказывается совершенно невозможно. 

[Nucleosome]

Думается, второе - куда проще.

крайне сомнительно.

Горизонтальная мобильность населения необходима для эффективности общественных институтов.

не, ну ехать искать себя можно куда угодно, но не каждый день на бензиновом ведре мотаться за сто км.

Изначально я планировал выращивать еду на вертикальных фермах, чтобы сэкономить на транспорте.

вы почему-то упорно игнорируете затраты на эти фермы. они святым духом не появятся и стоять не будут сами по себе. и ещё накачка воды - где объёмы просто безумные - когда говорят о проблемах питьевой воды в мире речь не о кране на кухне и душе в ванной, а именно об орошении. а чтобы было так как вы говорите основная часть питания должна производится на них. и наконец почему-то почти всю историю человечество даже и при нихкой урожайности пищу возили с самых обычных полей на ослах, а когда подальше - то морем. вон, Греция получала зерно из Персии, а Рим - из Египта. и жили и без этой вертикали.

Я говорю об излишках, которые в данный момент не нужны.

ну и насколько вы таким образом увеличите урожайность? а подача этого освщения что будет сама по себе идти? строить очень плотные сети, лампоки - не надо?.. кроме того, освещённость в помещении хорошо если 1000 люкс, а в ясный день в полдень - 100 тыс.

На свалках центры производства будут...

свалки сожрут раньше - речь же не о катастроффе. а медленном сползании, в течении десятков лет, а если повезёт то столетий. какие там свалки уцелеют?

Химией, в т.ч. производством топлива?

топливо из соломы будут делать думаю в каждой деревне.

Россия, может, и могла бы обойтись болотной рудой, но в таком случае она вряд ли бы стала Российской Империей.

наверное. давно заметил, что империям всегда нужно что-то особенное - бронзовых например достоверно империй так и не было... правда если ацтеков считать империей, то она была вообще неолетической...

А что, это считается "накруткой"?

нет, просто порой странно как-то смотреть - ох ты десять новых сообщений! а половина - цепочка одного участника...

Пирамиды сорок веков на дачи растаскивали,все кому не лень.Но даже облицовку всю снять не смогли.

это просто потому что не сильно надо было, да и каменюки большие, неудобные

Кстати, обнадёживающие новости и по ЗЯТЦ, и по УТС:

по ЗЯТЦ действительно не плохо. а УТС тут причём? там же про шаги к управляемой реакции...

[Kaiserfrogling]

http://ria.ru/science/20160809/1473904448.html#ixzz4GpTpcoxo

По увеличению параметров - очередное шапкокидательство, которые в русской науке (и не только в ней) в последние годы становится все больше.

Идея с микроволновым нагревом магнитного зеркала  - жалкая копи-паста у Lockheed-Martin:
https://en.wikipedia.org/wiki/High_beta_fusion_reactor

[Rattus]

По увеличению параметров - очередное шапкокидательство, которые в русской науке (и не только в ней) в последние годы становится все больше.

Куда это ВНЕЗАПНО подевался Ваш термоядерный оптимизм?

[ВадимZero]

я реалист.

Количество охинеи по термоядерной тематике от вас просто зашкаливает. Так шо оригинальный вы реалист.