Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

то это уже миллиарды кубов газа ежегодно

Наиболее критический элемент в любом случае не бытовое потребление, а промышленность.

в условиях умеренного климата тепловые насосы

С тепловыми насосами всё не так однозначно. Для их работы нужен источник низкопотенцильного тепла (хорошую эффективность они имеют лишь только в том случае если температура этого источника не ниже 0 градусов). А вот этот источник есть не всегда.

климата тепловые насосы, солнечные коллекторы и панели могут заметить половину потребления тепла

Солнечные коллекторы половину ГВС в умеренном поясе не заменят. Тепловые насосы  - по обстоятельствам (зависит от геологии водоносных пластов в данной точке, единственный хороший источник низкопотенциального тепла, почва - вариант не очень).

Значит, глобальных запасов нам хватит условно не на 100, а на 200 лет.

Точная цифра здесь не имеет никакого значения. 100, 200, 300 лет - в сущности одно и то же. Опять же обсуждая этот вопрос его нельзя отделять от вопроса исчерпания редких элементов. Вот толку от источника энергии для замены угля если для его изготовления требуется никель, медь или серебро? Все перечисленные кончатся ещё раньше угля.

Полностью отказываться от нефти, газа и угля и не нужно.

Уголь, нефть и газ человек будет использовать до полного их исчерпания. Причём продолжит даже тогда, когда их EROEI станет меньше единицы (если к тому моменту вообще хоть какая-то цивилизация будет существовать). Попросту от них зависит не только производства энергии, но и химия с металлургией. Тот же кокс в ряде технологических процессов заменить практически невозможно (разве что древесным углям, но тут явно есть проблемы с доступным объёмом).

Другой вопрос, что в любом случае кончатся. Причём не только запасы для энергетических нужд, но и как химическое сырьё тоже. Далее же вся химия (и в значительной мере металлургия) будет завязана исключительно на продуктах сельского хозяйства. А это неизбежно будет накладывать жесточайшие ограничения на объём возможной экономической деятельности (конкретные формы и объёмы тут — вопрос вообще говоря чрезвычайно интересный).

[AlexAV]

Отсутствие экономии ископаемого топлива солнечными коллекторами

Солнечные коллекторы скорее всего экономят. А вот солнечные батареи - вопрос. Кроме того солнечные батареи повышают нашу зависимость от ресурсов ещё более редких, чем уголь - серебра, олова, меди и т.д. А это достижение крайне сомнительное.

[AlexAV]

Подавляющее большинство населенных пунктов находятся недалеко от водоемов. Сейчас используют грунты для отдельных частных клиентов только из-за отсутствия централизации в этом вопросе.

Проблема тепловых насосов ещё и в том, что их эффективность сильно падает с ростом разницы температур. Если есть источник тепла с температурой +10 и потребителю достаточно теплоносителя с температурой 35 градусов, то коэффициент мощности достигает 5 (вот правда где взять в умеренном поясе источник тепла с температурой  +10 зимой? плюс к этому +35 не годится для ГВС, а только для отопления по системе тёплый пол или что-то похожее (что получается достаточно дорого), а для центрального отопления не годится совсем). Если перепад +10/+55 (уже можно говорить о ГВС) - коэффициент мощности падает до 3 (в этом случае, если источник электроэнергии - ископаемое топливо, то экономить он уже будет немного). При перепаде же 0/+55 он уже едва ли будет равен 2,5.

В результате при использование системы для централизованного теплоснабжения (где температура теплоносителя должна быть достаточно велика), с учётом потерь тепла, преимущества теплового насоса оказываются не столь значительными.

[AlexAV]

Да, в зонах вечной мерзлоты его нет.

В умеренном тоже далеко не везде. Хороший источник подземные воды, но лишь при наличие их течения (и если плотность потребителей не слишком велика, запас тепла там тоже не безграничен). Почва вариант не очень хороший (теплопроводность и температура низкая, что сразу убивает всю эффективность тепловых насосов, плюс побочные эффекты ввиде увеличения глубины промерзания грунта вплоть до образования локальных участков вечной мерзлоты).

На сегодняшний день создано уже множество примеров подобного жилья, которому, разумеется, никакой газ не нужен.

Один из основных источников утечки тепла - вентиляция. Если конечно помещение не вентилировать, то можно наверно и не отапливать, правда в этом случае в нем жить тоже невозможно. Вот не живёт человек без кислорода и всё. А при качественной вентиляции при любом утепление отапливать придётся.

Существует конечно ещё рекуперативная вентиляция, но в части экономии тепла помогает очень частично, но главное с ней весьма сложно обеспечить достаточное качество воздуха в помещение. Вариант тоже из области, что принципе существует, но жить крайне не комфортно.

[AlexAV]

В Гемании отопление и горячее водоснабжение потребляют львиную долю газа.

Меньше половины.

[AlexAV]

прочие извращения гиперурбанизации гонконгско-московского типа - плод избытка углеводородов.

Равно как берлинской, лондонской, нью-йоркской, токийской и т.д., далее можно подставить практически любой мегаполис планеты. Для использования рассеянных ресурсов - критический параметр локальная плотность населения. При плотности населения более 4000 чел/км2 (как в Москве, Лондоне и т.д.) и общем население более 1 млн. говорить об их массовом использование, скажем того же теплового насоса (если источником низкопотенциального тепла являются подземные воды или грунт) - просто глупо.

Переход на более широкое использование рассеянных ресурсов (а большая часть возобновляемых именно такая) в любом случае потребует некого принципиально иного характера расселения расселения населения, по сравнению с тем, который существует сейчас. С существенно меньшим размером населённых пунктов, локальной плотности населения и более сильной их обусловленностью локальной географией и природными условиями.

[AlexAV]

Кстати, системы отопления на основе сезонного аккумулятора тепла уже работают.
https://econet.ru/articles/97413-sistema-tsentralnogo-otopleniya-v-danii-na-osnove-vie

При этом в представленной схеме подавляющая часть тепла (около 60%) - дрова.

[AlexAV]

А вот факт 2 - на западном шельфе Бахрейна открыто нефтегазовое месторождение -  в 80 млрд баррелей

Тут речь о геологических запасах. Технически извлекаемые будут в несколько раз меньше. И проблема тут состоит в том, что геологические запасы в 80 млрд баррелей - это конечно много, но вот только ежедневная мировая добыча около 92 млн. б/д, кроме того учитывайте, что то что нашли в Бахрейне характеризуется как tight oil (http://gulfnews.com/business/sectors/energy/bahrain-discovers-80b-barrels-of-tight-oil-1.2200080), а это значит КИН будет там хорошо если 10% - 20%. И для того чтобы поддерживать современную нефтедобычу нужно открывать по 2 - 4 таких месторождений каждый год.

А теперь попробуйте назвать хотя бы 40 таких месторождений открытых с 2000 года. На само деле такое единичное открытие ничего не меняет и никак не влияет на факт, что последние 20 лет стабильно открывалось меньше месторождений, чем добывалось нефти. В общей картине одно такое открытие не влияет вообще ни на что.

[AlexAV]

геологических запасах"

Ну как же. Смотрите внимательно формулировку "P50 resource estimate". В ней используется слово "resource", а она означает, что речь о том объёме, который лежит в земле (т.е. геологических). Когда речь об извлекаемых запасах используется слово reserve.

Так что думаю там не в десятки раз меньше..

Это было бы так, если бы речь шла о нормальном месторождение. А тут говорят о tight oil, т.е. это по сути не обычное месторождение, а "сланцевое" вроде американского Bekken. А у такого типа месторождений КИН получается очень малым. Тут ещё к тому же его большая часть лежит на морском дне, где бурить большую сетку малодебитных скважин крайне затруднительно. Тут даже КИН на уровне 10% - 20% выглядит большим оптимизмом.

А в Карском море?
https://primamedia.ru/news/389792/
Предварительная оценка ресурсной базы только по первой открытой ловушке - 338 млрд кубометров газа и более 100 млн тонн нефти...

Ну в северном ледовитом океане что-то конечно есть. Сколько точно  - в вопрос. Но на самом деле тот факт, что полезли в столь удалённые районы уже сам по себе говорить, что всё плохо, т.е. в более достуаных местах уже что-то найти стало очень сложно.

[AlexAV]

На метане авто ездит без проблем, без всяких фейерверков. Обычный бензин намного опасней сжаты газов.

Метан от водорода в плане безопасности отличается качественно. У водорода и КПВ шире и, что очень важно, отрицательный знак эффекта Джоуля-Томсона. Из-за этого баллон высокого давления с метаном может быть более-менее безопасен, а вот с водородом уже не очень.

[AlexAV]

жечь на прямую водород не обязательно..

Есть. Но низкотемпературные водородные топливные элементы без платиновых металлов не работают. А последние боюсь станут не сильно доступнее, чем антиматерия, не сильно позже, чем исчезнет доступная нефти.

[AlexAV]

У берегов Японии нашли квазибесконечное месторождение редкоземельных металлов
https://www.ixbt.com/news/2018/04/13/u-beregov-japonii-nashli-kvazibeskonechnoe-mestorozhdenie-redkozemelnyh-metallov.html

Имеется ввиду эта работа: https://www.nature.com/articles/s41598-018-23948-5.pdf

Вот только 16 млн.т. - это ни разу не квазибесконечные запасы. И кроме того это не извлекаемые запасы, а геологические, т.е. сумма всего, что лежит в земле на изученном участке (да и то с натяжкой, можно ли скажем породу с содержанием РЗЭ менее 1000 ppm вообще относить к полезной руде - вопрос дискуссионный, а значительная часть месторождения именно такая ).

При этом найденное месторождение  - чрезвычайно бедное. Содержание РЗЭ на лучшем участке составляет 5600 ррm (0,56%), что на самом деле очень мало, т.е. скажем достаточно бедное левозёрское месторождение имеет в руде 1,1% РЗЭ. При этом их добыча там сегодня экономически малорентабельна (и это при том, что левозёрское месторождение находится в куда более доступном месте, чем дно океана ). Геологические запасы этого лучшего участка уже куда скромнее - 1,2 млн.т, причём на сколько даже их можно относить к категории экономических запасов - большой вопрос. Прочее же там можно относить к запасам с ещё большей долей условности.

В общем заголовок как обычно заметно громче реальных достижений. Найдено достаточно крупное месторождение, но труднодоступное, чрезвычайно бедное, при современных ценах скорее всего совершенно нерентабельно и уж точно не квазибесконечное.

[AlexAV]

Так же как масштабируется любая химическая промышленность.

В отличие от коровы клеточная культура сено есть не может. Для её выращивания потребуются глюкоза, аминокислоты, витамины, фосфаты, микроэлементы и т.д. в виде химически чистых препаратов. Производство чистых органических веществ - занятие достаточно дорогое. Кроме того сразу станет вопрос - а из чего? Т.е. тот же биохимическое производство аминокислот требует в качестве сырья - сахара источником которых является зерно, а также продукты и отходы сахарного производства, глюкоза от туда же. Т.е. производство продуктов питания с помощью клеточных культур окажется завязана на то же сырьё, что и индустриальное животноводство. Причём эффективность его использования существенно снизится (скажем ту же глюкозу для клеточной культуры эффективно можно производить только из крахмала/сахарозы, тогда как животное может использовать в качестве источника энергии куда более широкий спектр веществ, содержащихся в растение). Ну и смысл этим заниматься?

Но это ещё половина проблемы. В плане зависимости от исчерпаемых источников сырья куда более важны вопросы источников фосфора и микроэлементов. Проблема фосфора для сельского хозяйства весьма велика, однако отчасти упрощается тем, что растениям в поле не нужны фосфаты марки ОСЧ. Т.е. в поля можно вносить и материал с достаточно низким содержанием фосфора и не задумываться о том в какой химической форме он там находится. Это может быть и ил со дна водоёмов, и ил полей орошения, шлаки металлургического производства и даже какой-нибудь мелкий порошок базальтовой породы, всё что угодно, лишь бы там этот фосфор хоть в каком-то количестве был. А вот для клеточных культур нужны химически чистые фосфаты. Где их брать после исчерпание запасов фосфоритов решительно непонятно. Проблема технологического фосфора и фосфатов, такого который можно извлечь в чистом виде, куда более тяжёлая, чем решение вопроса геохимического баланса фосфора агроценозов... Более того, цикл использование фосфора при использование клеточных культур будет сильно не замкнут. Фосфор будет уходить в продукты питания, из них в канализацию, а вот как получить химически чистые фосфаты со сколько-нибудь разумными затратами из того же ила полей орашения совершенно не ясно.

Но ладно фосфор... А что с микроэлементами делать? Скажем ни один живой организм не может жить без селена, хотя и нужен он ему лишь в совершенно микроскопических количествах. Потребуется он и для роста клеточной культуры. И если в естественных условиях проблемы нехватки селена для живых организмов практически никогда не бывает, то вот производство его в чистом виде - большая проблема. Сегодня единственный его источник для промышленности - отходы при очистке металлов, получаемых из сульфидных руд. Сырьё исчерпаемое и крайне ограниченное. После того как оно закончится - селен будет практически недоступен, это очень редкий элемент по распространённости соизмеримый с серебром. А для производства клеточной культуры он будет нужен (без него вообще ничего живого жить не может). Аналогичное можно сказать и про многие иные жизненно важные микроэлементы.

Т.е. эта клеточные культуры при более внимательном рассмотрение выглядят не как способ обхода ограничений классического сельского хозяйства и ухода от ограничений связанных с исчерпаемыми ресурсами, а как некий верх расточительства, способный эти проблемы только усугубить. Этот путь никак не снимает ограничений классического сельского хозяйства (т. к. завязан на тоже самое исходное сырье, что и обычное индустриальное животноводство — зерно, однако скорее всего будет давать ещё меньшую эффективность), при этом делая нашу зависимость от исчерпаемых ресурсов минерального сырья ещё более критической. Оно вообще надо? Высокотехнологичный - не всегда значит хороший. Уж лучше мидии и карпы. Да даже не слишком эффективные коровы тоже всё равно лучше этого извращения.  

[AlexAV]

Половина продуктов в супермаркетах уже сейчас - чистый химпром.

Тут проблема сырья. Из чего делать? Для производства пластиковой каши потребуется какое-то органическое сырьё. Если это растительное сырьё - то делать из него пластиковою кашу попросту глупо. Это заведомо менее эффективно, чем использовать его для выращивания кого-то съедобного. Углеводороды - тоже не то, не только ездить, но ещё и начать питаться нефтью в свете ограниченности её ресурсов выглядит каким то совершеннейшим идиотизмом.

Уж не говоря о том, что для изготовления пластиковой каши потребуются фосфор и микроэлементы, причём не в виде какой-то минеральной муки, содержащий из в микроскопических количествах (такая мука может в качестве удобрения для поля подойти, но никак не для производства "пластиковой каши"), а в виде чистых химических препаратов. Что даже для фосфора после исчерпания запасов фосфоритов станет сложнорешаемой проблемой, о большинстве микроэлементов, после исчерпания соответствующих руд, даже говорить нечего...

[AlexAV]

грибы как источник белка (ГМО всенеприменно) не очень-то подойдут, потому что все они скопление очень тонких и прочные гифф

Но ведь эту проблем, вероятно, можно решить на уровне переработки. Скажем клеточные стенки можно разрушить попросту механически перемолов сушёные грибы в достаточно тонкий порошок.

[AlexAV]

Из спирулины, например?

А в чём смысл использовать её для производства чего-то синтетического, если она сама по себе съедобна? Выделять из неё чистые компоненты, затем что-то с ними делать и в конце концов получить пластиковую кашу - заведомо менее эффективный путь, чем съесть напрямую.

Равно как и если нужна пища именно животного происхождения и есть спирулины, то куда эффективнее скормить её специализированным растительноядным рыбам (вроде белого амура), чем заниматься извращением с клеточными культурами.

При наличие спирулины вся эта высокотехнологичная химия и биотехнология просто лишняя деталь, совершенно ненужная.

[AlexAV]

Не в первый раз приходится возражать по поводу оценки ситуации с фосфором- его по некотрым оценкам в земной коре в 3 раза больше, чем углерода. По мере исчерпания будет расти цена(которая сейчас ниже плинтуса), и, соответстввенно, будут вовлекаться менее качественные источники.

Геохимия фосфора принципиально отличается от геохимии углерода. У него нет устойчивых летучих соединений и он не представлен в атмосферных газах, миграция и накопление идёт совершенно по иному и т.д. Сравнивать их просто нельзя. Скопления фосфора в концентрациях позволяющих говорить о добыче достаточно редки, а запасы его руд (фосфоритов и апатитов) ограничены и представляют собой вполне конечные цифры, которые будут исчерпаны на вполне историческом масштабе времени.

[AlexAV]

Ну вы же не хотели бы наверное всю жизнь питаться исключительно спирулиной?

На самом деле питание человека по структуре с неолита не так чтобы особо многообразно. По калориям основа злаки и бобовые плюс картофель, банан, таро, батат в зависимости от региона. Причём в каждом конкретном в основном один-два вида тотально доминирующих видов (помимо которых конечно употребляется и много других, но как правило в несоизмеримо меньших количествах). Так что на самом деле реальное разнообразие не так уж велико. Если посмотреть основу нашего сегодняшнего питания, то увидим основную часть калорий мы получаем из мучных изделий (т.е. по сути пшеницы) и картофеля (я о России, в других странах набор может слегка отличаться, но всегда можно выделить один-два вида который в питании тотально доминирует). Так что вопрос можно ли каждый день есть спирулину - такой же как можно ли каждый день есть хлеб или картофель. Можно, это на самом деле вопрос лишь культурных предпочтений.

Для нас это смотрится как-то диковато, но человек выросший в иной культуре, той где её едят каждый день, будет смотреть на неё так же как мы на хлеб.

в основании которых спирулина, а на вершине - привычные нам сельскохозяйственные культуры.

Могут быть и непривычные. Т.е. на базе таких ресурсов вполне возможно выращивание растительноядных рыб и водных беспозвоночных, среди которых есть специализированные потребители водорослей, будет куда более осмысленным занятием, чем традиционных свиней, коров и кур. Человек в плане питания существо крайне гибкое.

Либо пускать ее на химическую переработку и напрямую изготавливать конечный продукт, включая искусственное мясо.

Это путь заведомо более затратный, чем предыдущий. Ну а искусственное мясо вообще выглядит каким-то извращением. Ну вот в чём преимущество получения этого искусственного мяса скажем по сравнению с выращиваем растительноядных рыб или креветок? Последнее и технологически проще, и на исчерпаемых ресурсах не завязано, да и просто скорее всего будет эффективнее. Зачем нужны эти извращения с клеточными культурами (кстати спирулина как источник сырья для этого самого искусственного мяса не слишком подойдёт, для клеток животных основной источник энергии - глюкоза, а содержание крахмала в спирулине лишь около 4%, т.е. эту самую глюкозу там получать просто не из чего)?

[AlexAV]

К фосфору понятие EROEI не применимо и если это станет вопросом жизни или смерти, то добыча будет вестись при концентрации даже 1%,а таких источников, судя по его распространенности должно быть достаточно, хотя в настоящее время они понятно не учитываются ввиду низкой цены.

На любую деятельность можно затратить лишь конечное количество ресурсов и энергии. Как бы вопрос не стоял для его решения попросту может не существовать ресурсов. Извлечение фосфора в объёмах измеряемых миллионами тонн из породы с кларковым содержанием едва ли возможно.

даже 1%,а таких источников,

Ну вот допустим есть известняк с 1% фосфата кальция в форме микрокристаллов равномерно рассеянных в породе, т.е. физическим методам обогащения не поддаётся (в силу особенностей геохимии большинство этих бедных источников будут представлять собой именно что-то такое). Как конкретно извлекать планируете?

[AlexAV]

С другой стороны- с урожаем зерна при урожайности 30 ц/га выносится емнип 3 кг фосфора при этом тратится около 100л горючего, что подразумевает возможность увеличения энергозатрат на обеспечение фосфором как минимум на порядок без существенного искажения картины.

Нормы внесения фосфорных удобрений для обеспечения современной урожайности под пшеницу 40 - 60 кг/га P2O5. Цифра куда более значительная. Израсходовав даже  2 кг нефтяного эквивалента энергии вы из породы с кларковым содержанием фосфора 1 кг P2O5 никак не получите. Для обеспечения такой нормы внесения требуемая энергия в этом случае будет на много порядков отличаться от этих самых 100 кг дизельного топлива. Это уж не говоря о специальных материалах, коррозиестойких сплавов и т.д., которые потребуются в огромных количествах для такой деятельности. На практике это конечно же совершенно нереально.