Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Любые круговороты в ВВП не засчитываются.

Любой - нет. Но в нём очень большая часть - нечто к материальному миру отношение имеющее слабое, вроде юридических или финансовых услуг и т.д. Если мы желаем оценивать реальную роль затрат на ресурсы - ВВП от всей этой виртуальной части нужно очищать.

[AlexAV]

Там если фосфаты железа и присутствуют, то в незначительных количествах.

Поискал что-то конкретное. Отсюда (http://www.geokniga.org/bookfiles/geokniga-torfyanye-i-sapropelevye-mestorozhdeniya.pdf):

В  озерном  сапропеле  трех геохимических провинций выявлены высокие коэффициенты корреляции между содержанием фосфора и общего железа (r   = 0,52 – 0,76).

Т.е. накопление фосфора связано с накоплением железа. Это можно рассматривать как указание, что его конечное накопление там как раз и происходит в форме фосфатов железа.

Ну и что касается подвижности:

Подвижные соединения фосфора составляют в сапропеле от 10 % до 20% валового Р2О5 и больше характерны для карбонатного типа.

Т.е. подавляющая часть всё же в малоподвижной форме (80% - 90%, т.е. всё, что не входит в подвижную), видимо, те самые фосфаты железа (подвижный фосфор - это фосфор, который удаётся перевести в раствор соляной кислотой концентрацией 0.2 моль/л, соответственно малоподвижный - тот,  который в таком растворе не растворяется, http://docs.cntd.ru/document/1200094361).

[AlexAV]

Так это все:
"ТОРФЯНЫЕ И САПРОПЕЛЕВЫЕ МЕСТОРОЖДЕНИЯ"
относятся к очень конкретным озерам, которые заболачивались тысячи лет.

Для более молодых отложений картина выглядит следующим образом (скажем для осадков Куйбышевского водохранилища - https://cyberleninka.ru/article/n/formy-nahozhdeniya-fosfora-v-donnyh-otlozheniyah-priplotinnogo-plesa-kuybyshevskogo-vodohranilischa/viewer , см. приложенный файл).

На апатитовый фосфор (тут это то что выщелачивается 0.5 М соляной кислотой, видимо, гидроксиаппатит и брушит) приходится только где-то 1/3 неорганического фосфора осадков. Ещё около 1/3 приходится на фракцию выщелачивающуюся 1М NaOH, в основном AlPO4 + FePO4. И ещё 1/3 - инертная часть не выщелачивающаяся ни кислотным, ни щелочным раствором.

Т.е., с учётом органического фосфора, только около 40% общего фосфора относительно легкодоступно. А 60% - формы из которых фосфор в слабокислых почвенных растворах будет выделяться очень медленно.

[AlexAV]

Где вы там увидели про щелочное выщелачивание?

Там это прямым текстом написано (на странице 225):

формы минерального фосфора - "апатитовая" и "неапатитовая" - в последовательных щелочных (1,0 м. NaOH) и кислотных (0.5 м. HCl) вытяжках

(тут судя по всему описка, "апатитовая" и "неапатитовая" нужно поменять местами, апатитовая в щелочи точно не растворяется, а вот из фосфатов железа и алюминия сильнощелочные растворы фосфор выщелачивает)
 

Из-за чего фосфор в разных формах должно было растворять щелочным раствором?

Да элементарно. Если отношение произведения растворимости гидроксида металла к концентрации OH-иона (в соответствующей степени) меньше отношения произведения растворимости фосфата металла к концентрации фосфат-иона в растворе будет идти процесс вроде:

FePO4 + 3NaOH = Fe(OH)3 + Na3PO4

(ПР(FePO4) = 1.3 10^-22, ПР(Fe(OH)3) = 6.3 10^-39, 1M NaOH фосфор тут однозначно может выщелачивать фосфор, равновесная концентрация ионов железа над гидроксидом в этих условиях на 16 порядков ниже, чем над фосфатом даже при концентрации фосфат-иона в 1М, а в растворе вытяжки она куда меньше).

Ну, а для AlPO4 - ещё проще, при достаточно высокой pH раствора он растворяется полностью (алюминий переходит в раствор в форме тетрагидроксоалюмината натрия (при использование раствора NaOH), а фосфор - фосфата натрия).

Кстати вскрытие щелочными растворами - классический метод переработки монацитового концентрата (состоящего из фосфатов редкоземельных элементов). Вообще щёлочи вполне эффективно вскрывают фосфаты металлов имеющих малое произведение растворимости гидрооксида.

PS Да, что такое "остаточный" тоже слегка  непонятно.

Там это тоже чётко написано. Разность между общим неорганическим и тем, который выщелачивается или раствором HCl или раствором NaOH. 

[AlexAV]

А может вы посмотрите произведение растворимости для трехвалентного железа, в котором оно находится в вашей формуле фосфата?

Я для трёхвалентного произведение растворимости и привёл (http://www.sci.aha.ru/ALL/b172.htm). Что не так?

[AlexAV]

Я для трёхвалентного произведение растворимости и привёл (http://www.sci.aha.ru/ALL/b172.htm). Что не так?

Проверил по другому справочнику (В.А. Рабинович, З.Я. Хавин Справочник химика) - произведение растворимости фосфата трёхвалентного железа - 1.3 10^-22. Все цифры приведены верно.

[AlexAV]

Т.е. формула
FePO4 + 3NaOH = Fe(OH)3 + Na3PO4
абсолютно не работает на несколько порядков. Я вот и удивлялся, как фосфат железа может растворятся в щелочи.

Что значит не работает? При концентрации OH-иона 1 моль на литр и пусть PO₄^3- - тоже 1 моль/л - равновесная концентрация ионов железа на Fe(OH)₃ будет -  6.3 10^-39 моль/л (произведение растворимости делённое на концентрацию OH-иона в кубе), а над FePO₄ - 1.3 10^-22 моль/л. Соответственно в этих условиях реакция (с точки зрения термодинамики) будет идти слева на право, в сторону образования менее растворимого при этих значениях pH гидроксида железа, при том практически количественно, т.е. весь фосфор перейдёт в раствор. Т.е. как раз очень даже работает.

Условие протекания этой реакции (в сторону перехода фосфат-иона в раствор):

\[ \frac{ПР(Fe(OH)_3)}{[OH^-]^3} < \frac{ПР(FePO_4))}{[PO_4^{3-}]} \]

При [OH^-] = 1 моль/л и любых разумных значениях [PO₄^3-] - оно с запасом выполняется.

P.S. А вот при pH=7 - будет наоборот, фосфат железа более стабилен, чем гидроксид. Т.е. в присутствие гидроксида железа фосфат-ион будет связываться в фосфат железа (в почве кстати этот процесс идёт, хотя и медленно, но это уже вопрос кинетики).

[AlexAV]

Вот я и говорю, что процесс по вашей формуле должен идти справа налево, а не наоборот.

Э... Какое справа-налево? Откуда? Вообще-то при pH=14 - слева на право (в сторону Fe(OH)3) (почему - выше уже указал).

Только при этом никакая структура железа и фосфата (связанная также кальцием) не растворяется. Там всюду крайне малые концентрации

В сильно щелочной среде - выщелачивание фосфора из таких фосфатов как FePO4 - идёт достаточно быстро. Тот способ анализа содержания подобных форм фосфора который использовался в статье - стандартный, это не они его придумали.

[AlexAV]

Там всюду крайне малые концентрации

Равновесная концентрация [PO₄^3-] в растворе , определяемая реакцией FePO4 + 3NaOH = Fe(OH)3 + Na3PO4, может быть вычислила как

\[ [PO_4^{3-}] = \frac{ПР(FePO_4)[OH^-]^3}{ПР(Fe(OH)_3)} \]

При pH>8.56 она превышает 1 моль/л. Какие малые? С точки зрения термодинамики при pH=14  FePO4 должен превращаться в Fe(OH)3 попросту количественно, с таким же количественным переходом фосфора в раствор.

В обратном направление (т.е. с осаждением фосфора в виде FePO4) она будет идти только в нейтральных и слабокислых растворах, при относительно низких значениях pH (где-то 7 и ниже).

[AlexAV]

Комментарий модератора раздела

Настоятельно рекомендую тему истории Болгарии в 20-м веке тут далее не развивать.

[AlexAV]

Комментарий модератора раздела

Настоятельно предлагаю обсуждение вопросов армии и внешней политику тут прекратить, в этой теме это всё же оффтопик.

[AlexAV]

Кто-то сетовал на отсутствие фундаментальных открытий.
Уж не знаю насколько это фундаментально,но похоже что джапы замахнулись на сам БВ.
https://www.nature.com/articles/d41586-020-01022-3

Ещё одно подтверждение нарушения СP-симметрии (о том что она в слабых взаимодействиях нарушается, а значит нарушается и для нейтрино, известно с 1964 года). Связь асимметрии между материей и антиматерией в наблюдаемой вселенной - тоже модель не новая, её ещё Сахаров ввёл в 1967 году. В общем ничего принципиально нового, может быть какие-то параметры описывающие нейтрино в Стандартной модели по результатам этого эксперимента подправят, но не более. Однако говорить тут об открытие чего-то, что резко что-то меняет в современной физике элементарных частиц тут не приходится.

[AlexAV]

Сахаров придумал костыли,что мол,антиматерии стало мало из-за резкого охлаждения вселенной после БВ.

Так весь этот механизм с нарушением CP-симметрии и работает только в случае быстрого неравновесного охлаждения (Сахаров как раз и ввел, что причина асимметрии - в быстром неравновесном охлаждение при наличие нарушения CP-симметрии, если нет или неравновесности или нарушения СP-симметрии, асимметрии не получится). В случае медленного квазиравновесного охлаждения никакое нарушение CP-симметрии не может изменить соотношения материи и антиматерии принципиально. В термодинамическом равновесии количество частиц и античастиц всегда равно.

Так что тот эксперимент на который Вы сослались - это как раз аргумент именно в пользу механизма Сахарова. Причём о наличие нарушения CP-симметрии известно давно и в том, что тут работал именно этот механизм никто не сомневался и так. В общем он добавил не так уж много нового (ну да, экспериментальное подтверждение нарушения CP-ассиметрии для лептонов - это интересно, до этого были экспериментальные подтверждения были только для кварков, но в общем в том что оно там есть уже давно никто не сомневался, глобально это очень не много добавляет в современную физику элементарных частиц, просто ещё одно подтверждение, что известная нам картина - точно отражает реальность, по сути не более). 

Давайте поставим вопрос иначе:что если БВ не было вовсе?

А сейчас есть хоть какие-то сколько-нибудь весомые аргументы в пользу этого предположения? На сегодняшний день оснований сомневаться в том, что Большой взрыв был попросту нет.

И далее,даже если оставить БВ в покое,-что если антиматерия-и есть материя?И для ее получения не нужны ускорители. Т.е. эксперимент с нейтрино и есть искомый грааль всех фантастов с доказательствами существования анти-юниверсума.

Нет, не получится. Результаты этого эксперимента вполне вписываются в структуру Стандартной модели, а никакой возможности превращения материи в антиматерию для  барионов и лептонов она не предполагает принципиально (уж для заряженных точно, для нейтрона - тут есть некое поле для дискуссии (такое возникает в некоторых расширениях Стандартной модели), однако осцилляции нейтрон-антинейтрон искали, причём искали очень аккуратно, но никаких признаков не нашли,  если они и существуют, то вероятность их столь мала, что на масштабе времени существования Метагалактики ими можно пренебречь).

Т.е. эксперимент с нейтрино и есть искомый грааль всех фантастов с доказательствами существования анти-юниверсума.

Данный эксперимент может что-то говорить только о коэффициентах в матрицах смешения нейтрино (конкретно - о значениях или дираковских или майорановских фаз). В лучшем случае могут стать аргументом в пользу одной из двух гипотез природы нейтрино (до сих пор не ясно является нейтрино частицей Дирака или Майорана). Но не более. Ни о каком анти-юниверсуме он не говорит абсолютно точно.

[AlexAV]

Рождение пар подразумевает одновременное появление положительных и отрицательных частиц.В равной доле.Если бы БВ был -то со временем произошла взаимная и полная аннигиляция вещества.

При условие, что соблюдаются два требования, а именно:

- существуют процессы сечения которых при замене всех частиц на античастицы не сохраняются (это по сути и есть нарушение CP-симметрии)
- существуют процессы при которых барионный заряд не сохраняется (они сейчас неизвестны, но судя по всему где-то должны быть, хотя и в обычных условиях с пренебрежимо малой вероятностью)

полной аннигиляции не произойдёт. Попросту процессы перехода одних частиц  другие, и, соответственно, их античастиц будут идти с разной скоростью и из-за этого будет возникать дисбаланс между частицами и античастицами одного сорта. Естественно это может иметь место только вне термодинамического равновесия (в состояние термодинамического равновесия концентрация частиц и античастиц всегда строго равны, это гарантируется CPT-симметрий, вне зависимости от сечений элементарных процессов для частиц и античастиц). Собственно в этом и состоит модель Сахарова. Сейчас она по сути является общепринятой и особых оснований сомневаться в ней нет.

В таком случае,где природные потайные карманы с этой анти-материей?

Их нет. В модели Сахарова никаких потайных карманов с антиматрией не существует. Дисбаланс возникает естественным образом из-за различной скорости элементарных процессов с участием материи и антиматерии.

Основная идея возникновения асимметрии тут следующая. Пусть, скажем, существует некая тяжёлая частица X, которая может распадаться или в пару кварк-антикварк или в пару кварк-лептон. И существует её античастица, которая  также распадается в пару кварк-антикварк и антикварк-антилептон. Если у нас относительные вероятности распада частицы X и её античастицы на пару кварк-антикварк и кварк-лептонную пару не равны (что и есть нарушение  CP-симметрии), то в смести одинаково количества частиц X и её античастиц, после их полного распада и аннигиляции того, что может аннигилировать из продуктов её распада (при условие что процессы обратного рождения частицы X и анти-X из продуктов их распада не происходит, или, по крайней мере, идёт со скоростью сильно отличающейся от той, которая имеет место в состояние термодинамического равновесия), останется некий избыток материи, которой аннигилировать будет не с чем.  Собственно с какими-то подобными этому процессами и связано образование асимметрии материи и антимонии в механизме Сахарова. Никаких карманов с антиматерией тут не требуется, асимметрия возникает естественным путям из-за асимметрии скоростей элементарных процессов в результате которой из первоначально равной смеси частиц и античастиц образуется смесь, где частиц становится больше, чем их античастиц.
 

Я просто еще вспомнил о том что говорил Каку.Да,с его точки зрения, вселенная симметричная по заряду и четности(CP-симметрия)-не возможна,но возможна анти-вселенная  симметричная по заряду,четности и времени(CPT-симметрия).В которой время будет идти наоборот.Законы Ньютона это вполне допускают.Ну или же какая то квантовая вариация этой анти-временной вселенной.

Антивселенная параллельно или одновременно существующая с нашей - идея довольно спекулятивная. Никаких наблюдаемых признаков её существования, таких, которые можно  было бы наблюдать в эксперименте, не известно. А строить теории в основе которых лежит нечто не наблюдаемое - вещь довольно малопродуктивная, во многом такая деятельность не сильно отличается от рассуждений средневековых схоластов о количестве ангелов, которое может может поместиться на кончике иглы.  Это по большей части вообще наукой, по крайней мере наукой естественной к которой относится физика, не является.

Ну и если вернуться к тому, что получено в работе на которую ссылаются в https://www.nature.com/articles/d41586-020-01022-3 , то там наблюдались не равная скорость осцилляций для нейтрино и антинейтрино. Это имеет прямое отношение к механизму Сахарова (для которого как раз такого типа процесс и требуется), но ничего ни о каких антивселенных не говорит вообще.

[AlexAV]

Получается, что опасения в том что при приближение к 100% ветряного и солнечного электричества энергосистемы не выдержат оказались беспочвенными.

Нет, не  беспочвенными. Ограничение относится к единой энергетической сети, так что смотрите не отдельно Германию, а всю сеть ЕС в целом. Германия сейчас просто использует соседние страны как бесплатный аккумулятор (сбрасывая туда избыток генерации на пиках и беря на провалах). Отрежь её от угольных ТЭС Польши и АЭС Франции и энергосистем там попросту рухнет.  А по общеевропейской сети доля нестабильных ВИЭ лишь 13%.

[AlexAV]

Два года назад солнце,ветер,биогаз давали 21% от общей европейской генерации.Или около 70% от всей электрогенерации РФ.

Биотопливо - вычитайте. ТЭС на биотопливе по поведению в сети ничем не отличается от любой другой ТЭС (они плохо масштабируемы, но это другая проблема). ГЭС любых видов - тоже.  Ограничение касается именно нестабильных источников генерации (ВЭС и СЭС.).

По Вашей ссылке СЭС + ВЭС в 2018 только 15.7% (свои 13% я взял из отчёта BP, для всех стран Европы, а не только ЕС, т.к. переток мощности между всеми ними имеет место - так корректнее, но различие между 13% для всей Европы и 15.7% только для ЕС - непринципиальное, в любом случае это значительно ниже 20%-30% нестабильных источников при которых сеть начинает терять устойчивость). 

[AlexAV]

Как будто ГЭС являются стабильным источником энергии. Там выработка пляшет от месяца к месяцу и году в несколько раз. Количество месячных осадков различается в разы. Особенно это характерно для малых ГЭС Европы, где толком нет крупных рек и земля очень дорогая.

Да, ГЭС - достаточно стабильный. Внутрисуточных неконтролируемых колебаний нет вообще, колебания на масштабе месяцев ограничены разумными пределами и представляют куда меньшую проблему для сети. ГЭС - наоборот, высокоманевровый источник энергии, который может использоваться в маневровом режиме для внутрисуточной диспетчеризации сети, функционально они могут заменять маневровые мощности газовых ТЭС. Ничего общего с невменяемой пилой генерации СЭС и ВЭС тут нет. Так что ГЭС нужно рассматривать отдельно (вместе с традиционными источниками, такими как ТЭС и АЭС) от нестабильные ВИЭ от нестабильных источников, таких как СЭС и ВЭС.

С ГЭС - одна проблема. Их энергетический потенциал мал и его принципиально недостаточно для покрытия современных потребностей в энергии.

Так что по мне мало сомнений, что лет через 10 Европа полностью перейдет на возобновляемые источники энергии.

Не перейдёт. Потенциала ГЭС с биотопливом для этого нет физически, а на нестабильных источниках построить нормально работающую сеть невозможно (без аккумуляции, но включение аккумуляции делает экономику тут совсем невменяемой).

[AlexAV]

Напрасно вы так думаете.

Это вещь достаточно очевидная. Возьмите пахотные площади, скажем, современной Германии, вычтите из них необходимые для обеспечения продовольственной безопасности, и умножьте эту цифру на биопродуктивность культур и выход биогаза из них. Цифры получатся, прямо скажем, не очень серьёзные (в сравнение с современным потреблением энергии).

Пахотные площади Германии около 118 тыс. км2, эта цифра уже много десятилетий не растёт и резерва для их расширения там нет.
Урожайность пшеницы в Германии около 73 ц/га.  Производство зерновых менее 500 кг/чел - уже в общем становится проблемой. Соответственно минимум нужно отвести минимум 57 тыс. км2 на пищевое зерно. Одним зерном тоже питаться не будешь, соответственно ещё минимум 15 тыс. км2 на прочие пищевые культуры (сейчас что-то около 20 тыс. км2). Соответственно потолок под биотопливо максимум около 46 тыс. км. Сбор биомассы в умеренном поясе не более 15 тонн сухого вещества на гектар. Соответственно максимум получится собрать, ужав вообще все остальное, 69 млн. тонн биомассы (сухого вещества). Выход биогаза - около 400 м3 (метана) с тонны сухого органического вещества. Соответственно теоретический потолок производства - около 27.6 млрд. м3. Общее валовое потребление энергии в Германии -  323.9 млн. тонн нефтяного эквивалента, соответственно потолок биотоплива в общем энергобалансе - не более 8,5%. В общем несерьёзно.  Этого даже на отопление и горячее водоснабжение для населения толком не хватит.

В таких странах как Россия или Бразилия теоретически вклад биологической энергии может быть значителен (ну, если, конечно, не эксплуатируемые земли нечерноземья в оборот пустить и сельву спилить, соответственно ), а для густонаселённой Западной и Центральной Европы - вообще не вариант, нет для этого пахотных площадей просто физически.

P.S. Как вариант сырья для химической промышленности биомасса интерес представлять может (хотя понятно, что её будут в этом случае производить совсем не в Западной Европе, а в регионах с более умеренной плотностью населения), там масштаб потребностей куда меньше. Но заместить значимую долю энергетики ей не получится, по крайней мере для экономики современного масштаба, её в таком объёме (из того, что можно реально взять) просто нет.

[AlexAV]

Помнится их предрекали крах при ценах ниже 80$.
Территория низких цен при которых сланец умрёт постоянно сдвигается вниз

Он и сейчас при цене ниже 70 - 80 - убыточен. Собственно сланцевая добыча вообще всё свою историю имела исключительно отрицательный денежный поток и приносила только убытки, безвозвратно проедая деньги инвесторов.

Собственно это https://www.finam.ru/international/newsitem/chesapeake-energy-ob-yavila-o-bankrotstve-20200629-14370/ уже очередная итерация по безвозвратному сжиганию средств.

[AlexAV]

Так давно уже есть. Солнечные панели - КПД минимум на порядок больше, чем у фотосинтеза, энергию дают сразу в виде электричества, куда уж удобнее. Но есть одна проблема...

Это не совсем так (если считать правильно, т.е. с точки зрения клетки, а не нашей). КПД трансформации солнечный свет - энергия АТФ+НАДФН (что в определённом смысле можно считать аналогом электроэнергии для клетки, т.е. той первичной энергии, которую клетка получает от солнца и использует для собственных нужд) около 28% и выше КПД абсолютного большинства типов солнечных батарей. С КПД фотосинтеза тут могут как-то конкурировать только разве что некоторые типы солнечных элементов на основе III-V полупроводников.

Но тут есть некоторое отличие (причём сильно не в пользу солнечных батарей) - для построения фотосинтетической системы растениям нужны углерод, кислород, водород, азот, сера, магний и железо - элементы доступные на Земле практически неограниченно, а для солнечных батарей с сопоставимой эффективностью - галлий, мышьяк, индий, германий и т.д., т.е. очень редкие элементы, которые на Земле малодоступны (даже солнечные батареи на основе поликристаллического и мнокристаллического кремния требуют для своего производства не только кремния, но и дефицитного серебра). Собственно производство солнечных батарей возможно только пока на Земле есть доступные месторождения этих редких элементов. Закончатся месторождения - закончится и производство солнечных батарей. А вот растения для своего существования используют те элементы и в тех пропорциях, которые на нашей планете будут доступны всегда. И это очень существенное отличие.

Ну а то, что растения совсем не всю полученную энергия переводят в органическое вещество - это уже совсем другой вопрос. Если считать по энергии фиксируемой в приросте биомассы - то КПД фотосинтеза получается не слишком большим. Но сам, на базовом уровне (если считать по энергии которую он даёт клетке, а не нам) - это в высшей степени эффективный процесс.