Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Неужели этот член такой значительный

В современном океане - нет (этот член становится существенным если приток фосфора в океан оказывается выше некоторого критического уровня, уровень доиндустриального голоцена - ниже). Тут важно скорее само наличие этого члена и его характер (то что связывание тут идёт по сути необратимое).

Откуда там возмется избыток PO43-, ну разве кроме возле дельт рек? Фитопланктон фосфор обычно извлекает практически до нуля.

При превышение поступления фосфора критического уровня слой, где идёт его химическое осаждение, образуется не у поверхности, а на глубинах в диапазоне 300 - 1000 метров. Профили концентрации фосфора в морской воде при различных уровнях поступления фосфора выглядят как-то так:



Т.е. у поверхности и глубже 1000 метров  даже при большом поступление фосфора в океан вода оказывается не насыщенна по апатиту. Химическое осаждение последнего может идти лишь в относительно узком слое средних глубин. Принципиально тут то, что, судя по всему, продуты этого химического осаждения не растворяются обратно при прохождение ненасыщенных по апатиту глубинных вод. Это обстоятельство как раз и делает достаточно сомнительной идею подъёма и распыления  донных осадков на поверхности океана (если взвесь из свежеосаждённого апатита не успевает заметно растворяться в процессе своего движения ко дну, то куда более крупные кристаллы апатита донных осадков не успеют тем более). 

PS Повышение кислотности океана из-за СО2 значительно увеличивает растворимость фосфатов.

Безусловно. Тут однако нужны какие-то количественные оценки относительно того на сколько это может повлиять на геохимический цикл фосфора в океане...

[AlexAV]

А нас интересует первые пару десятков метров, точнее первый метр.

Для общего баланса фосфора в океане важны процессы на всех глубинах. В частности процессы в среднем слое самым определяющим образов влияют на поступление фосфора в фотическую область (и, особенно, на степень замкнутости цикла фосфора в океане, т.е. на то какая часть ассимилированного живыми организмами фосфора вернётся оборот в круговорот, а какая будет окончательно захоронена в осадках абиссальных глубин).

Так что нет, хотя нас и интересует прежде всего фотическая область, но то, что там происходит самым тесным образом связано и с процессами на больших глубинах.

[AlexAV]

Но жизнь-то - штука довольно кислая. На взвесь неизбежно осядет биота, своими выделениями увеличит растворимость в сотни раз. И может статься, субмиллиметровая частица глины будет "разобрана" микроорганизмами полностью за несколько часов. Был бы свет...

Вот этот момент меня и сильно удивил. То что фтораппатит в слабощелочной морской воде (к тому же относительно богатой кальцием) будет растворяться исключительно медленно - это не очень удивительно. Но живые организмы вскрывать апатит в принципе умеют (пусть и не слишком быстро). И здесь казалось бы стоило ожидать, что деятельность микробиоты морского дна должна непрерывно переводить минеральный фосфор в органический (откуда он должен легко переходить в раствор). А это должно определять граничное условие на дне
\[
[PO_4^{3-}] = [PO_4^{3-}]_0 \]

А в моделях задаётся  граничное условие:
\[
w[PO_4^{3-}] - k\frac{d[PO_4^{3-}]}{dz} - \eta_P NP [(1-\beta)\alpha + (1- \alpha)exp(-\sigma z)] = 0 \]

Второе граничное условие по сути указанным процессом перевода фосфора апатита в растворимый фосфор биотой морского дна полностью пренебрегает. И если мы его ставим, то процесс его захоронения там происходит практически необратимо.

Различие в предсказание результата увеличения интенсивности апвеллинга с первым и вторым граничным условием отличаются абсолютно принципиально. С первым это должно вести к сильному росту биопродуктивности, со вторым (которое берётся в большинстве опубликованных моделей) - эффект от этого будет абсолютно нулевым. Факт, что выбирается второй вариант граничного условия (т.е. по сути считается, что биорастворения апатита и других захораниваемых форм фосфора в результате деятельности микроорганизмов на дне нет вообще) у меня на самым деле вызывает большое удивление. 

[AlexAV]

А этот нерастворимый фосфор нельзя вытаскивать не для распыления в верхних слоях, а для использования в сельском хозяйстве? Если захороняется немного, то и вытаскивать его будет не так сложно? Или тоже никак?

В принципе можно. Если ил с океанического дна поднять и отмыть от избытка соли, то его вполне можно запахать в почву. И тогда содержащийся там фосфор будет постепенно переходить в биодоступную форму (pH почвы на много ниже pH морской воды, плюс ряд растений, скажем бобовые или гречиха, имеют специфические адаптации позволяющие им вскрывать малорастворимые соединения фосфора в почве, такие как апатит).

Тут сложность только в объёме добычи этих донных осадков, которая потребуется. При среднем содержание 900 грамм на тонну (среднее содержание фосфора в красных глинах океанического дна) для компенсации потерь в 11.1 млн. тонн потребуется извлекать и вывозить на поля 12.3 млрд. тонн таких осадков ежегодно.

[AlexAV]

СЭС заряжает АКБ один раз в сутки - днем, а ночью заряд она отдает и в итоге имеем -> 20 000 циклов /360 дней в году =  55+ лет. А срок службы фотопанели 22+ лет. Фактически имеем полный переворот в системе СЭС где теперь слабое звено не хранение энергии а сами солнечные панели).

Абсолютно некорректно. У батарей есть два вида деградации. Деградация от циклирования (в основном разрушение активной массы) и деградация от времени (медленное электрохимическое разложение электролита и т.д.). Это существенно разные группы процессов, вторая в текстах на циклирование, кстати, не определяется.

Даже если батареи 0 циклов сделают лет через 15 из-за процессов второй группы они отправятся на помойку.   

[AlexAV]

Если нет то на основании чего так решили? Заметьте речь идет не о "вообще" про литиевые батареи а конкретно про батареи Маска.

Там используются те же компоненты электролита, что и в других (органический карбонат, LiPF6 и добавки). Соответственно и временная деградация будет близкой.

[AlexAV]

Энергию негде запасать .. было негде. теперь будем надеяться что появиться где.

На планете физически не существует достаточных запасов лития, чтобы использовать литиевые аккумуляторы для накопления энергии в объёме необходимом промышленным сетям (если на токой метод переходить повсеместно). В силу этого литиевые аккумуляторы для данных целей заведомо непригодны.

[AlexAV]

Думаю это просто спроса не хватает пока.

Спрос тут не причём. Литий просто весьма редкий элемент, и больше его от роста спроса в земной коре очевидно не станет. Кроме того его главные месторождения - рапа солёные озер и  соланчаков. Сколько новых, неизвестных озёр открыто после появления спутниковых снимков? Ни одного? Как минимум эта категория запасов (самых дешёвых) точно не вырастит.

Нефть вот тоже уже совсем кончалась 10 лет назад, а сейчас внезапно оказалось что её даже треть извлекаемых запасов не удастся извлечь из-за потепления...

Полная чушь. За всю историю из Земли было извлечено около 1300 млрд. баррелей нефти. А остаточные запасы описываются таблицей:



Смотрим колонку 2P, всё что за ней не запасы, а фантазии о запасах. Осталось 656 млр. баррелей. Таким образом, сейчас очевидно извлечено около 2/3 первоначальных извлекаемых запасов нефти. Т.е. по сути нефть действительно близка к полному истощению и истерика относительно глобального потепления к этому не имеет никакого отношения.

[AlexAV]

Я убежден что когда нефть перестанут добывать из-за дешевизны оной + глобального потепления делающего её политически неприемлемым ресурсом, остаточных извлекаемых запасов будет во много раз больше чем сейчас.

На каком основание? Геология таких не даёт точно, последние лет 10 минимум объём открытий новых месторождений был мал и близко не покрывал объём ежегодной добычи.

[AlexAV]

Второй процесс - это только из-за действия кислорода воздуха.

На сколько я понимаю - не только. При напряжение 3В термодинамически стабильных органических электролитов вообще не существует. Все они кинетически стабильные. Процессы электрохимического распада идут, но очень медленно. И это рано или поздно аккумулятор убивает.

И никак не мешает рециклингу, так что не на помойку в любом случаи.

Глобально это ничего не меняет. Потери при рециклинге ещё никто не отменял. Ну будет даже регенерироваться 60% - 70% (больше точно не будет), остальные 30% - 40% всё равно непрерывно нужно будет замещать из природных месторождений.

Запасы в рапах оцениваются в миллионы тонн.  Вполне хватает для суточной регуляции даже во всемирном масштабе.

В диапазоне 7 - 30 млн. тонн (металла). Полная мировая среднесуточная мощность около 3 ТВт. Для запаса энергии в 24 часа нужно 72 ТВтч ёмкости. Для её производства нужно около 72 млн. тонн карбоната лития (около 1 кг на 1 кВтч), ну или около 13.5 млн. тонн металла.  В общем не факт, что даже хватит. Ну а учитывая, что лет через 15-20 все эти аккумуляторы уйдут на свалку (даже если их переработать всё равно потери лития будут масштаба десятков процентов от его исходного объёма), то идею ничем кроме клинического бреда вообще назвать нельзя.

[AlexAV]

Замена электролита осуществляется более чем просто. Литий при этом не теряется.

Там же масса всякой дряни образуется, вроде всяких высокомолекулярных смол непонятного состава, которые и электродную массу портят.

Почему больше не будет?

Приведите пример реального элемента для которого в целом, в глобальном масштабе, удалось достичь больше.

Зачем на 24 часа? Для суточной регуляции запаса на пару часов хватит.

Облачная погода с полным штилем может и по неделе стоять, так что для балансировки таких вещей 24 часа - ещё даже мало.

[AlexAV]

В следующем году Tesla сдает в эксплуатацию аккумуляторный парк в 2,5 Гвт*час для маневрирования мощностями в Лос-Анджелесе.

И? Как это отвергает высказанный тезис? Обычный пример расточительства и идиотизма.

У ванадиевого редокс аккума электролит может хранится тысячу лет,без деградации.

Ванадиевый Red/Ox - да, чрезвычайно долговечен, там по большей части вообще портиться нечему. С ним только одна проблема - очень ограниченные ресурсы ванадия (кстати тесным образом связанные с ресурсами нефти, тяжёлая нефть - важный источник ванадия).

[AlexAV]

Глядишь натрий-ионные появятся для стационарного применения?!

Тут важно с какими катодными и анодными материалами его удастся заставить работать со сколько-нибудь приемлемой долговечностью. Если там будет какой-нибудь ванадий, кобальт или никель - от замены лития на натрий будет мало радости, так как матриалы электродов будут требовать ещё более дефицитного сырья, чем литий.

У метал-ионных аккумуляторов, кстати, есть ещё одна проблема в части обеспеченности ресурсами - фтор. Почти все варианты электролитов для них содержат фторсодержащие соединения. А фтор тоже сырьё потенциально проблемное. Сейчас не на столько на сколько кобальт, никель, литий, но со временем с его доступностью могут быть очень серьёзные сложности (у него всего два экономически разумных источника - флюорит и газы образующиеся при производстве фосфорных удобрений из фосфоритов, и флюорит и фосфориты - ресурсы ограниченные и исчерпаемые). 

[AlexAV]

Ванадия 0,019% в земной коре.

Из подмосковного суглинка его со сколько-нибудь приемлемой себестоимостью извлечь невозможно. А месторождений ванадия мало. Его общие запасы оцениваются как 22 млн. тонн (https://pubs.usgs.gov/periodicals/mcs2020/mcs2020-vanadium.pdf) запасов и около 63 млн.т ресурсов. Для большой энергетики - это ни о чём.

[AlexAV]

Я сомневаюсь в этих цифрах.,все источники котоырые я видел,говорят о том что ванадия хватит(в отличии от того же лития).

USGS в этом плане достаточно надёжный источник, если Вы видели оценки запасов радикально превышающие оценки USGS - Вам стоило бы привести ссылку. Ну а даже 63 млн. тонн ресурсов - это не очень много.

Для создания электролита  1 МВт*час VRFB требуется около 3,5 тонны пятиокиси ванадия

Ну вот и считаем. 63 млн. тонн нам максимум дадут 18 ТВтч ёмкости, даже для односуточного запаса мировой генерации не хватит. Причём нового в ближайший 1 млн. лет не завезут точно. Ну и ванадий очень важная лигатура при производстве стали (откуда он уже по сути не регенерируется), поэтому и этот объём будет из обращения вымываться. Не годится это, ванадия для того на планете просто нет.

[AlexAV]

Да, у электролизеров особенно большие капитальные затраты…  Еще побольше хамства и все в это поверят.

Для промышленных электролизеров для получения водорода из воды около 1100 - 2300 $/кВт установленной мощности. Я бы не сказал, что это совсем мало.

[AlexAV]

Где вы такие значения нашли? Всегда считал что на порядок меньше.

(https://docplayer.ru/storage/97/134328048/1604393150/O4b8k-LhcmdScKugVTGRhw/134328048.pdf)

На обещания о счастливом коммунистическом будущем можно не смотреть, это гадание на кофейной гуще, а цифры на текущий момент приводятся такие.

[AlexAV]

PS 300 куб/час, 200 куб/час и даже 3120 куб/час это может и промышленные электролизеры, но никак не дотягивают до  индустриальных мегаваттных и гигаваттных классов.

3120 куб/час при расходе электроэнергии 5 кВтч/м3 это вообще-то около 15.6 МВт потребляемой мощности. Как раз мегаваттный класс. Существенно более мощные модуля сейчас не производятся и едва ли вообще будут производиться (при потребности в больших мощностях установка скорее всего будет состоять из множества модулей мощностью максимум несколько десятков мегаватт, но едва ли больше). 

[AlexAV]

КПД 70%?

Типичное для низкотемпературных электролизеров воды. Существенно более высокие значения имеют только высокотемпературные электролизеры с керамическими твердыми электролитами (но они плохо работают в режиме переменной нагрузки).

Типичный расход энергии электролизерами разных типов (http://naukarus.com/vodorod-dlya-proizvodstva-energii-problemy-i-perspektivy):

[AlexAV]

Кого вы собрались учить мирному атому?Мериканская атомная генерация -это 30% от мировой и в 3,5 раза больше российской.

За последние 30 лет они не ввели в строй в строй ни одного реактора АЭС на своей территории. А 30 лет срок большой, за это время и специалисты уходят и компетенция утрачивается. Также у них сейчас вообще нет собственного обогащения урана (вся их военная программа сейчас живёт исключительно на запасах высокообогащённого урана, оставшихся со времён холодной войны, новый они сейчас производить не способны), да и сам уран они добывать у себя практически прекратили (впрочем тут большую роль играет просто истощение его запасов у них).

Так что когда-то они в данной области, конечно, были компетентны, но сейчас похоже уже не очень. Там за последние пару десятилетий имела место сильнейшая деградация в области атомной энергетики и вообще ядерных технологий. Если в какой-то области долго нет какой-то практической деятельности - знания и компетенция там быстро утрачиваются.

Новый виток в развитии атомной промышленности США только и можно приветствовать, может оне хотя бы разберутся с ЗЯТЦ

Задачей производства MOX топлива (это одна из ключевых проблем ЗЯТЦ, не единственная, но очень важная) они в 2010-х пробовали заниматься (в связи с СОУП). Потратили очень много средств, но ничего сделать так и не смогли. Что достаточно показательно. В общем учитывая это быстрых успехов от них в области  ЗЯТЦ ожидать не стоит.