Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Хорошо бы знать сколько палладия содержится в одном киловатте топливного элемента.

Порядка 1-2 грамм на киловатт мощности.

[AlexAV]

Вкратце, мощность на уровне 0,5 кват/кг(уровень ДВС), ресурс около 50 000 часов непрерывной работы.

Только при использование водорода очень высокой чистоты, примеси в техническом, особенно сернистых соединений, выводят из строя систему довольно быстро.  Это само по себе серьёзное ограничение, такой водород очень дорогой. Ну и водород вообще для транспортного применения топливо страшно неудобное и опасное в обращение.

Существуют топливные элементы на органическом топливе, но они все высокотемпературные, как правило с ограниченным ресурсом циклов нагрева и охлаждения. Такие системы скорее подходят для стационарных систем, чем для транспорта. Из низкотемпературных в этой группе пожалуй только работающие на метаноле есть, но метанол токсичен, что является ограничением для широкого применения такого топлива.

Может тогда добыча будет оправдана и из экзотических источников?

А нет у них никаких достаточно обильных экзотических источников. Самый богатый источник того же палладия из относительно обильных (но совсем не бесконечных) - массивы ультраосновных пород с содержанием на уровне 0,12 грамм на тонну преимущественно в форме изоморфной примеси (т.е. физические методы обогащения неффективны). Во всех иных типах пород его содержание совсем смехотворное, в морской воде его тоже практически нет. Как главный продукт даже при содержание 0,12 грамм на тонну его добычу вообще ничего не окупит. Оттуда его возможно будут извлекать только как побочный продукт к никелю, который в свою очередь будет побочным продуктом к железу. Как во всех подобных случаях, в крайне ограниченных объёмах жестко привязанных к добыче основного компонента. Опять же тут всё сильно зависит от технологии. Скажем при гидрометаллургических методах переработки (т.е. путям выщелачивания кислотами) платиновые металлы от породы вообще отделяться не будут. 

на уровне 100 000 кв/ч энергии на грам катализатора

Проблема, что на самом деле вообще никакой экономии нет. Получение и очистка водорода очень дорогостоящие процессы, особенно это касается водорода высокой чистоты. Можете посмотреть цены: https://kriogen.ru/catalog/12/37/ , 8 тыс. руб за 5,7 м3. . Хоть биоэтанол, хоть растительное масло, да и вообще любое топливо получаемое из биомассы, обойдётся при использование ДВС дешевле (да, всё это дороже современного нефтяного топлива, но намного дешевле водорода, особенно имеющего качество обеспечивающее беспроблемную работу топливных элементов).

При этом, если у нас есть масса технического водорода, то куда разумнее (при наличие угля) с помощью процесса Бергиуса произвести бензин с дизельным дотпливом и использовать обычные автомобили с ДВС, чем использовать неудобный и опасный в обращение водород непосредственно. Понятно, что уголь тоже конечный ресурс, однако аналогичный процесс осуществим и с использованием древесины (https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/27025898) при этом с выходом до 28% от массы переработанной древесины можно получить фракцию состоящую из пентанов, гексанов и гомологов циклогексана, что соответствует бензину. Катализаторы там правда довольно интересные... Но в плане возможности регенерации лучше катализатор на большой заводской установке, чем в каждом автомобиле.

Как это ни удивительно, ДВС куда менее привязан к источникам невозобновляемых ресурсов, чем электромобили или автомобили с топливными элементами. Заменить нефтяное топливо на что-то ещё получаемое из возобновляемых источников проще, чем редкие элементы для последних двух.

[AlexAV]

А водород получаемый высокотемпературным электролизом, не будет изначально достаточно чистым?

Водород получаемый электролизом достаточно чистый. Но тут также есть ряд проблем. Первая - он всё равно получается не очень дешёвым. Себестоимость водорода получаемого высокотемпературным электролизом оценивается как величина около 5$/кг (в ценах 2007 года) (это себестоимость на выходе из электролизера без дальнейшей очистки и доставки до потребителя, впрочем тут эта очистка действительно не так нужна для использования в топливных элементах в силу того, что вредных примесей такой водород содержит мало, а попадание какого-нибудь азота в небольших количествах здесь не страшно).

Второе - масштабируемость. Твёрдым электролитом высокотемпературного электролизера почти безальтернативно является оксид циркония допированный иттрием. Катод - никель с добавлением (около 10%) циркония, анод - смесь кобальтатов лантана и празеодим. Причём всё перечисленное - не тонкие покрытия, а довольно массивные конструкции, т.е. речь тут идёт о потребление не граммов, а килограммов на кВт. Естественно и цирконий, и никель, и лантан, и особенно кобальт с празеодим - сырьё достаточно дефицитное, а в перспективе очень дефицитное. При масштабирование до объёмов производства измеряемых десятками миллионов тонн в год - это станет проблемой, а по мере исчерпания месторождений этих элементов - проблемой очень большой.

Получение же водорода низкотемператорным щелочным электролизом воды со стальными электродами (единственный способ получения его из воды электролизом для которого не требуются редких элементов) - процесс энергетически не очень эффективный, требующий большого количества металлоёмких, малопроизводительных и не очень надёжных аппаратов (железные аноды быстро корродируют). Заниматься этим когда-нибудь всё равно придётся, водород скажем очень важен для химической промышленности, но на особую дешевизну и энергетическую эффективность тут точно рассчитывать не приходится.

Опять же при любом способе получения водорода проблема с крайней его не удобностью и не безопасностью в хранение никуда не исчезает. Для транспорта куда больше подходит какое-то жидкое топливо или легко сжиживаемый газ.

[AlexAV]

Может с топливными элементами помогут иммобилизованные ферменты гипертермофилов, которые способны окислять не только водород, но и органику и неорганику.

Иммобилизованные ферменты едва ли смогут обеспечить приемлемую долговечность, фермент вещь не очень стабильная. В клетке такие молекулы живут не очень долго и постоянно синтезируются ей, в мембране без живых бактерий это будет делать некому. А вот биотопливные элементы с живой культурой бактерий - концепция действительно интересная. Катализатор в устройстве размножается сам, не отравляется, способен окислять широчайший спектр топлив, причём с точки зрения бактерий самые легко перерабатываемые - спирты и моносахариды, многие из которых легко хранить, они являются достаточно пожаро- и взрывобезопасными, нетоксичными. Какой-нибудь глицерин, или... сахарный сироп (автомобиль на сахарном сиропе... это было бы необычно ). Правда удельная мощность таких конструкций пока остаётся очень низкой. Есть попытки их приспособить к выработке электроэнергии из сточных вод, но про мобильные приложения речи пока не идёт.   

[AlexAV]

А что если водород получать прямо в атомном реакторе?

Прямой радиолиз - процесс не очень энергетически эффективный, его теоретический предел что-то около 8 эВ/молекулу.

Что касается получения, то тут конечно помимо электролиза ещё термохимические методы есть (выше написал я написал не вполне точно, низкотемпературный электролиз с железными электродами не единственный, а единственный электролизом, поправил ). Некоторые варианты ничего экзотического  в самом цикле не требуют, скажем железо-хлорный цикл:

3FeCl3 + 4H2O = Fe3O4 + 6HCl + H2 (925K)
Fe3O4 + 8HCl = FeCl3 + 2FeCl2 + 4H2O (400 K)
2FeCl3 = FeCl2 + Cl2 (700 K)
H2O + Cl2 = 2HCl +1/2 O2 (1035 К)

или цикл на основе метана и сернистого газа:

СH4 + H2O = CO + 3H2
CO + 2H2 = CH3OH
H2O + SO2 + CH3OH = H2SO4 + CH4
H2SO4 = H2O + SO2 + 0.5O2

Теоретически для ядерных реакторов эти термохимические процессы могут быть даже в чём-то интереснее электролиза, т.к. для их осуществление можно непосредственно использовать тепло реактора без его преобразования в электричество. Однако тут есть проблема, заключающаяся в том, по что почти все из них содержат высокотемпературные стадии с необходимой температурой более 1000К, т.е. нужны высокотемпературные реакторы, которые пока до конца не разработаны (из того что существует в мире к этим требованиям пожалуй приближается китайский опытно-промышленный HTR с температурой в первом контуре 950 - 1000 градусов), кроме того, задача их построения неизбежно сталкивается с проблемой поиска конструкционных материалов, способных работать в таких жёстких условиях. А тут тоже так или иначе начнёт всплывать проблема потребности в дефицитных материалах. Сталь, даже жаропрочная аустенитная, при таких высоких температурах уже работает не очень хорошо. А никелевые сплавы дороги и требуют не только никель, но и дефицитных лигатур таких как кобальт, ниобий, рений. В принципе тут должны неплохо работать углеродные материалы, но это практически будет исключать возможность сделать тогда такой реактор с быстрым спектром нейтронов (а  значит и КВ>1), кроме того для углеродных материалов нужен инертный теплоноситель, что представляет собой отдельную проблему.

Опять же проблема с теплоносителем. Гелий - всех хорош, до дефицитен (и к тому же привязан к газодобыче, закончится природный газ - закончится и гелий). Закритический водяной пар углекислый газ при таких температурах химически агрессивны, азот - активируется, водород пожаро- и взрывоопасен и к тому же несовместим с углеродными материалами (впрочем вода и углекислый газ при таких температурах тоже). 

Т.е. в плане перспектив использования термохимических циклов с прямой утилизацией тепла реактора есть довольно большое количество нерешённых (и на самом деле сложнорешаемых) проблем тоже.

[AlexAV]

Для химии углеводородов не на один век или даже тысячелетие припасено. Их там совсем немного надо в сравнении с энергоносителями.

Меньше, чем для энергетики, но на самом деле не так уж и мало. Структура потребления нефти приблизительно описывается как:



Т.е. 12,6 Мб/день = 600 млн.т./год на собственно химию.
Плюс 12,5 Мб/день = 596 млн.т./год на прочие индустриальные нужды (это растворители, нефтяной кокс, битумы и т.д. для разных технологических процессов).

Также к не энергетическим применениям нужно добавить каменноугольный кокс (который в основном потребляется металлургией), а это ещё около 600 млн. т./год.

Нетопливное использование газа незначительно.

В сумме вполне заметные 1794 млн т/год, причём большая часть (1196 млн т/год) приходится на продукты из более дефицитной нефти. Не энергетические области применения нефти правда не так завязаны на EROEI, т. е. если у нас есть источник энергии (атомный реактор скажем), то для нужд химии и металлургии можно разрабатывать и дорогие, энергетически не окупающиеся, месторождения, но даже с учётом этого они не бесконечны.

Скажем ресурсы нетрадиционной нефти (включая кероген нефтеносных сланцев) оцениваются так (количество обычной нефти на много меньше):



Общие геологические запасы (т. е. всё что лежит в земной коре) — 3,4 трл. тонн, извлекаемые в рамках существующих технологий около 442 млрд. тонн (но это без учёта себестоимости, большую часть из этих 442 при текущей стоимости нефти добывать нерентабельно, да и вообще скорее всего её EROEI меньше 1, хотя для нужд химической промышленности конечно можно будет добывать и такую). Для одной химической промышленности этого хватит на 400 — 3000 лет. Это большой срок, но срок всё же исторического масштаба времени, а не геологического.

Общие геологические запасы углей (без учёта себестоимости и технической возможно извлечения) по оценке 1998 года составляли 5,6 трл. тонн, из которых 3 трл. тонн бурых и 2,6 битумозных и антрацитов. Если использовать внешний источник водорода (т. е. получаемого электролизом воды или в термохимическом цикле), то путём деструктивной гидрогенезации уголь можно перевести в жидкие углеводороды с выходом около 60% от массы угля (точное значение цифры зависит от его конкретной марки). Это потенциально расширяет ресурсную базу сырья для химической промышленности еще на 3,4 трл. тонн. Правда большая часть этого угля лежит на большой глубине в пластах плохо совместимых с выработкой механизированными средствами, выковыривать его придётся буквально вручную. Шахтёры в общем без работы не останутся.

Металлургический кокс — история отдельная и весьма грустная. Проблема в том, что его можно изготовить совсем не из любых марок углей (используются только марки ГЖ, Ж, КЖ, К, КО, КС, ОС). И коксующиеся угли составляют лишь достаточно небольшую часть всех запасов битумозных углей. Их дефицит ощущается уже сейчас. Возвращаться к истокам, т. е. к древесному углю, тут придётся в куда более короткие сроки, чем обозначенные несколько столетий.

P.S. По некоторым неэнергетическим позициям применения уже сейчас ощущается существенный дефицит. Скажем каменноугольный пек совершенно незаменимое сырьё при производстве алюминия (без него невозможно изготовить качественные электроды). И его уже сейчас не хватает (проблема в том, что его получают из смол образующихся при коксование угля, при этом его выход составляет около 1,5% от перерабатываемого массы угля). Его пытаются заменить экстракционным пеком, который получается экстракцией растворителями при высокой температуре под давлением битуминозных веществ из углей, такой путь даёт его существенно больший выход на единицу массы угля, чем коксование, но для этого годятся только угли угли марки Г, ГЖ и Ж (т. е. понятно, что тут ресурсная база намного уже, чем запасы углей вообще). Т.е. даже производство алюминия сейчас жестко привязано к ископаемому топливу, т.к. для него не только бокситы и электричество нужно, но и другие материалы, некоторые из которых являются достаточно дефицитными.

[AlexAV]

Для получения тонны металлического алюминия методом Эру-Холла требуется 50 кг фтористых солей, 550 кг угольных анодов и до 18 000 квт-ч электроэнергии.

Кстати это очень интересный момент, которому при обсуждение вопроса значения ископаемого топлива в промышленности часто уделяется недостаточное внимание. Равно как и при оценке возможной роли и доступного количества алюминия в будущем. Обычно принимается, что если есть электричество, то будет и алюминий. Что на самом деле не совсем так. Производство алюминия на самом деле очень затратно в плане расхода углеродных материалов. Причём никакой возможности от этой зависимости уйти не существует.

Весьма важный момент тут также заключается в том, что это за углерод. Сделать анод для электролиза из всего чего угодно не получится, нужны материалы с определёнными свойствами. Т.е. нужен малозольный кокс и хорошо графитизирующиеся связующие. Их роль практически безальтернативно выполняет нефтяной кокс (альтернативой может быть пековый кокс, получаемый из каменноугольной смолы, являющейся продуктом коксования углей) и каменноугольный пек (с возможностью частичной замены нефтяным пеком или экстракционным пеком, получаемым экстракцией битумных веществ некоторых марок углей растворителями при высокой температуре под давлением).  Причём расходы того и другого не меленькие.

При производстве с предварительно обожженными анодами на тонну алюминия уходит 80 - 90 кг пека и 400 - 415 кг нефтяного кокса. При производстве с самообжигающимися анодами по методу Содерберга - 150 - 185 кг пека и 340 - 380 кг нефтяного кокса.

Чем это всё заменять после исчерпания запасов ископаемого топлива - решительно непонятно. Вероятно альтернативой могли бы быть продукты переработки древесного дёгтя, вот только выход того же древесного пека составляет в лучшем случае только 5% - 7% от массы древесины. Т.е. дефицит углеродных материалов может весьма ограничить возможности производства алюминия в будущем даже при наличие достаточного количества электроэнергии.

Альтернативные промышленные способы способы производства алюминия (cубгалонидный процесс, тот-процесс и т.д.) также требуют больших расходов кокса, т. к. включают стадии карботермического восстановления или хлорирования, скажем:

Al2O3 + 3C + 3Cl2 = 2AlCl3 + 3CO

Расход кокса в этом случае будет составлять минимум 670 кг на тонну алюминия, правда при более низком требование к его качеству, чем в случае электролиза расплава оксида. Т.е. можно использовать каменноугольный кокс или древесный уголь. Тем не менее, даже в этом случае металлургия алюминия требует больше затрат кокса на единицу продукции, чем выплавка железа в доменном процессе.

Т.е. доступность алюминия в долгосрочной перспективе будет лимитироваться не только электроэнергией, но и доступностью кокса (в долгосрочной перспективе эту роль может выполнять только древесный уголь). При оценке реалистичности разных идей электрической цивилизации этот фактор нужно обязательно учитывать.

[AlexAV]

Мне всё же импонирует идея использования изотопа аргона-40 в газоохлаждаемых реакторах, пусть под более высоким давлением,

Проблему с низкой теплопроводностью это полностью не решает, т.е. по сравнению с реактором с гелиевым теплоносителем придётся сильно снижать плотность мощности в АЗ (а это и так не самая сильная сторона газоохлаждаемых реакторов). Т.е. делаем реактор такого же размера, что и с гелием, но снимать с него мощность в несколько раз меньше. Для экономики это очень не хорошо.

В США представлен новый высокотемпературный жидкосолевой реактор Kairos
http://atomic-energy.ru/news/2017/11/14/80849

Кстати идея там действительно нестандартная и довольно интересная. Из этого может выйти что-то хорошее. Это не стандартный жидкосолевой реактор, где делящийся материал растворён в теплоносителе, хотя и использует жидкосолевой теплоноситель. В чём проблема классического жидкосолевого реактора? Расплав соли в котором плавает половина таблицы Менделеева - страшно агрессивен и съедает почти любые материалы. Однако если взять чистый расплав соли, то он инертен к большинству конструкционных сплавов, т.е. скажем расплав чистого фторида лития не может с железом взаимодействовать даже термодинамически. Т.е. если в случае, когда делящийся материал растворён в соли, материаловедческие проблемы на гране нерешаемых, то в случае химически чистой соли их просто нет.

Тут же предлагают довольно понятную (но, справедливости ради, никем не до них не рассмотренную) идею - взять шариковые ТВЭЛы от газофазного реактора, поместить их в бассейн и залить расплавом соли. В этом случае циркулирующая чистая соль (т.к. она остаётся химически чистой, топливо надёжно фиксировано в ТВЭЛах) не будет создавать проблем с коррозией и можно использовать более-менее стандартные материалы вроде жаропрочных аустенитных сталей даже при достаточно высоких температурах. А АЗ с минимумом излишних конструкционных материалов (углерод составляющий основную нетопливную часть в шариковых ТВЭЛах нейтроны поглощает слабо) даст достаточно хорошую нейтронную экономику, не сильно хуже, чем у классических жидкосолевых реакторов.  По сравнению же с газоохлаждаемыми реакторами - жидкость куда эффективнее отводит тепло, чем газ, что позволяет обеспечить большую удельную мощность, ну и безопасность. При правильной конструкции угроза внезапной потери охлаждения для реактора охлаждаемого нелетучей жидкостью практически отсутствует, что нельзя сказать о случае охлаждения газом под давлением.

Из этого действительно может получиться что-то хорошее.

Однако у такой концепции есть и очевидные минусы.

1) Дорогой теплоноситель. Тут почти безальтернативен FLiBe (эвтектическая смесь обогащённого по Li-7 LiF и BeF2). А бериллий вещь дорогая и дефицитная.
2) Такой реактор в принципе можно сделать только в тепловом спектре. Большое количество графита в структуре шариковых ТВЭЛов и теплоноситель - хорошие замедлители. А значит сделать так реактор на уране с КВ>1 невозможно (хотя с учётом неплохой нейтронной экономики имеет смысл подумать о тории).
3) Структура шариковых ТВЭЛов такая, что их очень сложно потом перерабатывать. Она не очень подходит для работы в замкнутом цикле.

Что получится на практике (если проект уйдёт дальше бумажного эскиза) - посмотрим.

[AlexAV]

И как они посчитали коэффициент конверсии 10,7%?

Гм... посмотрел внимательнее и тоже не понял. Впрочем цифра 90 г с 1 кг меняет картину не принципиально.

Вот собственно другая работа по этой же теме: https://cyberleninka.ru/article/n/sposoby-povysheniya-elektivnosti-substrata-dlya-intensivnogo-kultivirovaniya-veshenki-obyknovennoy

Тут на овсяной полове получают плодоотдачу (отношение массы полученных плодовых тел к массе влажного субстрата) - 42,8%. Т.е. если исходить из влажности субстрата 70-72%, то биологическая продуктивность получается около 140%. Если считать влажность свежего плодового тела - 90%, то коэффициент конверсии получается около 14%. Это на самом деле превышает такой для любых теплокровных сельскохозяйственных животных. К тому же эта самая полова - отнюдь не самая питательная субстанция, совсем не зерно.

И для выращивания грибов солому надо еще пастеризовать паром.

Ну это уже отдельный вопрос. Хотя действительно всё это сравнительно низкопотенциальное тепло, которое сейчас генерируется в основном за счёт сжигания газа, может в дальнейшем стать проблемой.
 

Ну да, при питании легкоусвояемым сахаром коэффициент конверсии получения кормовых добавок может быть весьма высок. Но сахар животные и сами прекрасно переварят.

Их ценят не за это. А за способность ассимилируя азот из неорганических источников (солей аммония) синтезировать много белка (до половины от массы получаемого продукта).

И затраты кислоты на гидролиз тоже ж надо учитывать.

Кислоты (серной или соляной) там копейки уходят, а вот низкопотенциального тепла на нагрев, выпаривание и т.д. действительно много.

Было утверждение про низкую полезность дрожжевой массы для здоровья людей.

Не вкусно - да, это явно что-то уже из области пластиковой каши. Но вот чем вредно?

[AlexAV]

Вопрос к химикам....   Если у нас какой ни будь способ производить углеводороды из воды и извести, используя тепло и катализаторы?

Можно, но естественно не в одну стадию. Т.е. приблизительно так:
1) H₂O = H₂ + 1/2O₂ (электролиз или термохимический цикл)
2) CO₂ + H2 = СO + H2O
3) CO + H₂ = C_nH_2n+2 + H₂O (синтез Фишера—Тропша или какой-нибудь аналогичный процесс)

Но это энергоёмко,  дорого, степень конверсии энергии в конечный продукт будет весьма низкой. Опять же катализаторы нужны, коррозионностойкие и жаропрочные сплавы для оборудования и т.д. Едва ли процесс по такой схеме когда-либо будет осуществляться в больших объёмах.

[AlexAV]

Натриево-калиевый расплав находится в потоковых аккумуляторах при комнатной температуре, позволяя получить устройства с высоким рабочим напряжением. Источник: Antonio Baclig

Безопасный раствор для катодной области будет подобрать сложно... Этот же сплав при контакте с большинством растворов более-менее приличных окислителей попросту взрывается. Если с этой проблемой не справиться устройство при повреждение диафрагмы будет попросту опасно. Плюс алюминаты натрия (я так понимаю в качестве катион-проводящей диафрагмы использовались именно они) имеет низкую устойчивость в водным растворам, а неводные довольно дорогие. Хотя сама идея, конечно, в правильном направление, если дешёвый аккумулятор для резервных систем и будет создан, то он скорее всего будет представлять что-то подобное.

[AlexAV]

Какой раствор? Судя по схеме, в обоих областях используется Na-К эвтектика. Если я правильно понял, в этом и состоит суть достижения - для обоих электродов используется один и тот же расплав. Секрет - в мембране.

Нет, так работать не будет.

С одной стороны мембраны должен быть сплав, а с другой - жидкий раствор окислителя. Если с обоих сторон будет сплав - потенциал будет практически неотличим от нуля (RT/F ln(c1/c2) если точно), это совершенно неинтересно. Вот если с другой стороны скажем раствор соли железа (III) - тогда, да хороший потенциал и энергоёмкость системы получится, ну или другой сильный окислитель (тут много вариантов). Вот только надо в том случае, если с диафрагмой что-то случится чтобы это всё не взорвалось. Ну и раствор окислителя не должен корродировать мембрану, однако оставаться при этом достаточно дешёвым.

[AlexAV]

Ясно-понятно. Но, как я понимаю, бабахнуть может только та часть компонентов, которая в данный момент находится в элементе, да? Компоненты в баках затронуты не будут?

Естественно. Баки же отдельно стоят и при разумной конструкции контакт реактивов в них можно полностью исключить. Но тут и того что в элементе хватит всем.

[AlexAV]

Солнце 24х7: Расчет EROEI
https://habr.com/post/421329/

Взята очень специфическая климатическая зона с очень малой облачностью, однако в таких климатических областях вести какую-то промышленную деятельность практически невозможно из-за ограниченной доступности воды. Соответственно нужно учитывать затраты на транспортировку энергии на значительные расстояния, что по стоимости соизмеримо со стоимостью генерации энергии. Это будет значительно сокращать EROEI (если исходить из эквивалентности экономической стоимости и интегральных энергетических затрат).

Опять же при оценке никак не учитываются затраты на обслуживание и  цепочки косвенных затрат, т.е. на сколько я понимаю, в работе на которую там ссылаются учитываются прямые затраты энергии на изготовление материалов солнечных батарей и аккумуляторов, но не учитываются затраты на изготовление оборудования на котором это всё производится. А эти цепочки косвенных затрат могут превышать затраты на собственно материалы в несколько раз. Косвенно на то, что с учётом косвенных затрат здесь все не в порядке, указывает приведённая же в статье оценка себестоимости в 140 долларов за МВт*ч, при этом в литературе есть оценка, что полная истинная  энергетическая стоимость инвестиций стоимостью в 1 доллар это около 20 МДж. Используя этот эквивалент EROEI для энергии с себестоимостью 14 ц/кВтч должен получиться 1,3, но никак не 4. Если добавить к этому стоимость транспортировки энергии из удалённого региона в область где люди живут - то вообще меньше 1.

Если взять регион где имеется достаточное количество осадков, то возникают длительные периоды сильной облачности (при 10 бальной облачности мощность СБ снижается до 10% от номинала) то для сглаживания нужно куда больший объём аккумуляции, скажем для климатических условий Сочи несколько сотен часов автономной работы, это существенно больше, чем взято в статье.

Я по фактическим погодным данным пробовал просчитать параметры необходимые для генерации в базовом режиме для климатических условий Сочи, там получается такая табличка избыток мощности - необходимая аккумуляции (см. приложенную таблицу). Если взять приведённые в статье оценки 14 ГДж для производства 1 кВт установленной мощности солнечной батареи и 1,6 ГДж на производство 1 кВтч ёмкости аккумуляторов, то получится такой график избыток мощности - EROEI (см. приложенный файл). Наилучшее значение по методу автора статьи получается - 1,8 на счётчике электростанции. Учёт стоимости обслуживания, косвенных затрат и транспортировки энергии до потребителя заведомо опустит это значение ниже 1.

Минимальный EROEI при котором сложное общество может стабильно существовать оценивается на уровне около 5.

P.S. Кроме того нужно заметить, что литиевые аккумуляторы для большой энергетики просто не масштабируются, для этого на планете попросту не существует достаточных количеств дешёвого лития. Аналогично дешёвые солнечные батареи критически завязаны на доступности серебра. 

[AlexAV]

Тогда все выглядит намного лучше, исходя из энергии необходимой для изготовления СБ 14 ГДж/квт и не учитывая аккумуляторы, EROEI более 50(считал в уме).

На много меньше. Вы не учли, что Солнце ночью не свет, а в пасмурную погоду солнечные батареи практически не работают. С этой оценкой затрат на производство при реалистичной инсоляции  если всю энергию использовать на что-то полезное EROEI голой панели получится около 8. Однако без аккумуляции это практически невозможно, энергия будет производиться узкими пиками, которые будет практически невозможно использовать для чего-то полезного. Учёт реального КИУМ для изолированного потребителя без аккумулятора снизит эту величину в несколько раз.

Опять же при расчёте этого EROEI учитывались прямые затраты на производство полупроводникового материала, но не учитывались косвенные, связанные с капитальными затратами на производство оборудования, которое используется для производства солнечных батарей. Различие между учётом только прямых затрат и полных (с учётом косвенных цепочек) видимо обычно составляет 2-4 раза. Поэтому тут даже картина с самими солнечными батареями не кажется такой уж оптимистической.

С учётом аккумуляции всё становится совсем кисло.

[AlexAV]

Период полураспада дряни, выкинутой в лужу, прямо пропорционален времени, в течение которого эта лужа будет неприлично фонить. Где тут незнание матчасти?

Чем больше период полураспада, тем при равной концентрации эта дрянь меньше будет фонить, вплоть, в пределе, до полной безопасности. Скажем весь природный калий - радиоактивен, но жить это нам как-то не мешает (хотя это жизненно важный элемент присутствующий в больших концентрациях в том числе в ядре клетки).

[AlexAV]

Добыча из сланцев продолжает бить рекорды

Да как-то не очень. Скорее фактические данные подтверждают крайнюю ограниченность их ресурсов.

Вот скажем график для Eagle Ford (см. приложенный рисунок).

Рост видите? Я как-то не очень. По среднему Беккену картина совершенно аналогичная. Вообще по этим двум формациям в ближайший 1-2 года скорее всего пойдёт обвал добычи (там судя по всему уже бурить нечего).

Если же брать эти две старейшие из разрабатываемых формаций (ну как старейшие, 10 лет для нефтяного месторождения срок вообще говоря небольшой, но тут видимо хватило, чтобы дойти до пика и войти в стадию окончательного истощения) за модель кривой добычи всех прочих, то хватит этого всего крайне ненадолго. Максимум к середине 2020-х обвал  добычи будет идти на всех сланцевых формациях США.

[AlexAV]

Я особо не вникал, но часто приходится слышать, что там пока большие проблемы с инфраструктурой транспортировки добытой нефти.

Это про формацию Permian. На Eagle Ford и Bekken у них таких проблем нет. Там проблема более банальная - исчерпание легкодоступных ресурсов. Т.е. все хорошие участки уже практически везде разрубили, а то что осталось даёт меньшие дебиты и меньшую EUR, да и осталось то их не так много в принципе. Плюс происходит прогрессирующее падение давления в пласте (что маркируется постоянным ростом соотношения извлечённых объёмов газа к нефти) и их обводнение. Т.е. банальная картина истощения месторождений.

Примечательное тут только одно. Та же формацию Eagle Ford разрабатывают в значимых объёмах всего 10 лет и она уже начинает показывать признаки истощённого месторождения на поздней стадии разработки. Т.е. её исходные запасы видимо были не особо велики, и добыча шла в объёмах неадекватным им (т.е. носила достаточно хищнический характер). По всей видимости это относится не только к  Eagle Ford и Bekken, но вообще ко всем "сланцевым" месторождениям США. Соответственно не стоит питать особых надежд на тот же Permian (вообще почти всю "сланцевую" нефть в США дают всего 8 формаций, Three Forks и Средний Беккен в пределах комплекса Беккен; Eagle Ford и Austin Chalks в пределах комплекса Eagle Ford; Bone Spring, Spraberry и WolfCamp в пределах Permian; и комплекс Niobrara), пример Eagle Ford показывает, что взрывной рост добычи на раннем этапе разработки для  "сланцевым" месторождениям США (при той организации и подходах к их разработке, который там практикуется) не даёт гарантий, что устойчивая добыча там может продолжаться сколько-нибудь продолжительное время.

[AlexAV]

Обычно вся реальная опробация тех.моделей ВИЭ строится на не менее реальном(и действительно уникальном!) опыте Германии.

"Уникальный опыт" Германии строится на том, что в качестве бесконечного и практически бесплатного аккумулятора используются угольные электростанции Польши, и отчасти АЭС Франции, создавая там немалые проблемы. Т.е. вместо аккумуляции используют динамический переток со странами, которые имеют достаточные мощности нормальных электростанций, которые могут компенсировать колебания выработки. Работает это конечно до тех пор, пока в единой энергосети таких нестабильных источников остаётся ограниченное количество. Поэтому не уникальным ему стать трудно.

[AlexAV]

Зачем гуннам польские угольные ТЭС ?

По той причине, что они могут выдать мощность, когда стоит антициклон и над всей Германией безветренная погода и снизить мощность для того чтобы освободить сеть для генерации ВЭС, когда наоборот пришёл активный циклон и над всей центральной Европой сильный ветер.

Да и вообще,если считать в годовом цикле,Германия скорее экспортер электроэнергии чем импортер.
https://www.renewable-ei.org/en/activities/column/20180302.html

Дело не в суммарном балансе, а в балансе генерации и потребления в какой-то текущий момент. В среднем баланс может быть нулевым, но в каждый отдельный момент иметь место или сильная нехватка или сильный избыток мощности. Если бы на материке Германия была одна - пришлось бы что-то делать с аккумуляцией, однако пользуясь тем, что у соседей достаточно маневровых мощностей, они поступают проще - используют в качестве бесплатного аккумулятора их сеть, сбрасывая туда энергию в период излишка и извлекая в период нехватки. В сумме да, околонулевой баланс, но не будь достаточного количество легко маневрирующих мощностей у соседей сеть бы просто не смогла нормально функционировать.

Вообще все ограничения на нестабильную генерацию в плане сети относятся именно к единой сети, а не её части. Если в единую энергосеть объединены несколько государств - нужно смотреть общие значения для них всех, а не по отдельности.