Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Та же медь в большинстве случаев замещается алюминием и т.д.

Очень не везде. Медь пластичнее и проволока из куда менее подвержена усталостному износу. Плюс обмотки из меди заметно компактнее. Для многих областей это довольно критично - во многих случаях различные шнуры подключения, компактные электродвигатели и т.д. Без меди надежность и характеристики всяких компактных электродвигателей сразу рухнет куда-то в пропасть. В общем - привет роботизации, без меди роботы не живут.

В высокочастотной технике алюминий тоже часто не является сколько-нибудь адекватной заменой меди.

[AlexAV]

Золото? Не то чтобы это решало проблему с редкостью...

Золото - это хорошо. Но едва ли оно может быть доступно в большей степени, чем медь. Кларк золота в земной коре на несколько порядков меньше, чем у меди.

[AlexAV]

Хорошо, но в ЛЭП заменить медь на алюминий можно? Или уже?

В проводниковых ЛЭП, электродвигатели достаточно большой мощности (по крайней мере в тех случаях когда нет особых требований к компактности), силовых трансформаторах алюминий может полностью заменить медь. Чуть сложнее с проводами контактной сети железных дорог. В чистом виде алюминий там не годится из-за очень сильного дугового износа. Там медь может быть заменена на биметаллические провода - нержавеющая сталь/алюминий, но ограниченно. Такие провода куда менее устойчивы к коррозии по сравнению с медными и, скажем, в приморской полосе их использовать не рекомендуется.

А вот для радиоэлектронного оборудования, двигателей сервоприводов, высокочастотной техники алюминий сколько-нибудь адекватной заменой не является. Также не является заменой для двигателей с особо высокими параметрами, вроде двигателей систем мотор-колесо электромобилей. 

[AlexAV]

В крупных агрегатах(генераторах, трансформаторах) давно посматривают в сторону сверхпроводимости.

Все ВТСП содержат в своём составе медь (и, как правило, ещё лантаноиды, кстати, или близкий к ним по свойства иттрий, есть без лантаноидов, но там всегда содержится что-то ещё интересное, там висмут, ртуть или таллий). Не будет меди - не будет и сверхпроводников для указанных Вами задач (с практической точки зрения там интересны только ВТСП, которые могут работать при температуре жидкого азота, если брать низкотемпературные - на гелии разориться можно будет).

[AlexAV]

Старые сорбенты еще и молибден сорбировали.

Незначительные количества. Промышленную добычу на этом построить нельзя. Селективных адсорбентов молибдена сейчас не существует.

[AlexAV]

Там это все тончайшие пленки

Не такие уж и тонкие. Толщина ленты 0.05-0.1 мм, причём большая часть её массы - медь (слои сверхпроводящей керамики наносятся на подложки из медной ленты, причём медь в качестве материала подложки тут абсолютно безальтернативна). На сверхпроводящий трансформатор будет уходит очень много меди и заменить тут её вообще ничем невозможно. 

[AlexAV]

Честно говоря глубоко сомневаюсь. Что такого незаменимого в медной подложке?

Инертность к купратам. Металлы с большим сродством к кислороду, чем медь, будут нарушать химический состав купратных пленок при нанесение. А металлов со сродством к кислороду меньше, чем медь в принципе мало. Серебро, золото, платиновые металлы, кажется и всё. Причём весь список - материалы куда более дефицитные, чем медь. В общем медь для ВТСП лет абсолютно безальернативна (и в составе сверпроводника и в составе подложки).

P.S. Посмотрел - ещё хастелой используют. Тут указанная проблема обходится за счёт исключительной коррозионной стойкости этого сплава. Но сплав молибдена и никеля также не сказать, что можно считать хорошо доступным.

[AlexAV]

Медь не куда не денется. Элемент распространенный.

Все что содержится в земной коре менее 500 - 1000 г/т - нужно относить к редким. Такие элементы из пород с кларковым содержанием как самостоятельный продукт практически не извлекаемы по экономическим причинам, и после исчерпания месторождений из обращения неизбежно практически полностью исчезнут. Какие-то незначительные количества могут получаться как побочный продукт совместно с алюминием или железом (это если повезёт и технология их извлечения будет позволять получать какие-то побочные продукты...), но это будут ничтожные объёмы. В общем в лучшем случае будет как с галлием (несколько - несколько сотен тонн на всю планету, для производства полупроводников для светодиодов ещё хватает, а для любого применения в технике, требующего весомых количеств уже нет). В худшем - не будет вообще.

Содержания галлия в осадочных породах - 30 г/т, меди - 57 г/т. Цифры вполне соизмеримые. В общем смотрите на галлий и представляйте медь в счастливом коммунистическом будущем. Кстати это ещё очень оптимистический случай. С галлием нам повезло, что он довольно естественным образом извлекается при переработки бокситов по схеме Байера. А бокситы так перерабатывают в гигантском объёме. Из-за этого галлий вообще оказывается сколько-нибудь доступным. Если бы он не был побочным продуктом производства алюминия - было бы совсем кисло. Вот сильно не уверен, что с медью получится так же.   

[AlexAV]

https://link.springer.com/article/10.1007/s10534-011-9421-x#Sec13
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC6295455/
 

Ну только если действительно биологическими методами.

[AlexAV]

Ну так сравните токопроводящие характеристики обычной меди, с ВСТП лентой пускай и медной.

В сверхпроводящем трансформаторе токопроводящие характеристики всегда сильно недоиспользуются.  Если у Вам нужен трансформатор на 4 МВт и 110кВт, то он будет пропускать ток 36 А, и от того, что его обмотка может пропустить килоамперный ток - пользы не будет никакой.

Реальные сверхпроводящие трансформаторы легче обычны, но не на порядки. Вот скажем реальное изделие (http://htsc-power.ru/bulletein.php?menu=bull_subj&id=318). Мощность 4 Мвт, масса 2 тонны (большая часть обмотки). Т.е. около 2 кВт/кг. А вот традиционные (https://leg.co.ua/info/transformatory/dvuhobmotochnye-trehfaznye-transformatory-moschnostyu-25-25-000-kv*a-na-napryazhenie-6-10-kv.html). Для ТМ-4000/10 У1 - 4 МВт, активная масса -  5.6 тонн, т.е. 0.7 кВт/кг. Т.е. сверхпроводящий по массе обмоток будет экономнее раза в 2-3, но говорить, что расход материалов на их изготовление будет незначителен - не верно.

[AlexAV]

Задался таким вопросом: нередко обсуждается возможность добычи урана из морской воды, где он, в свою очередь, пополняется речным стоком.
А какие-то ещё элементы (в.т.ч. редкоземы) можно добывать таким же образом? Ведь вряд ли в океан вымывается один лишь только уран...

Вымывается много чего, но не все элементы накапливаются в сколько-нибудь весомых концентрация. Поэтому список не очень большой.

Точно можно - натрий, хлор, магний, кальций, калий, сера, бром (относительно дешево и в любых желаемых количествах).

Можно относительно не дорого, но в ограниченных количествах, биологическими методами - фосфор, йод, ванадий (список может расширяться за счёт каких-то достижений биотехнологии, вообще способность что-то селективно извлекать у живой клетки потенциально очень велики, так как живые организмы растут сами такой способ ещё и не слишком дорогой, хотя имеет ограничения на потенциальные объём добычи, т.к. прирост биомассы живых организмов не может быть сколько-угодно большим).

Можно, но очень дорого и мало - литий, бор, стронций, рубидий. Сюда же примыкает уран.

Содержится относительно много в морской воде (соответствует предыдущей группе), но нет эффективных селективных адсорбентов - фтор и молибден. Сейчас нужно относить к не извлекаемым, но если найдут подходящие адсорбенты могут перейти в группу "мало и дорого".

Всего остального в морской воде так мало, что ни о каком промышленном извлечение не может быть и речи. 

[AlexAV]

19 грам на тонну...меди 50 грам на тонну кларк в земной коре. Не думаю что в океанических осадочных породах сильно по другому должно быть.

Среднее содержание по осадочным породам галлия - 30 г/т (Источник: Г.В. Войткевич и т.д. Краткий справочник по геохимии).

[AlexAV]

Акантарии строят свой скелет из сульфата стронция: https://en.wikipedia.org/wiki/Acantharea
https://doi.org/10.1023/B:HYDR.0000027333.02017.50

Не знал. Спасибо за ссылку. Тогда и стронций можно отнести к элементам извлекаемым биологическими методами. А стронций на самом деле элемент для техники важный. По сути сейчас только три группы материалы пригодных для сколько-нибудь приличных постоянных магнитов - сплавы редкоземельных элементов, ферриты стронция и бария, и сплавы железа с никелем и/или кобольтом (алнико, ални, FeCoCr). И все требуют не самых доступных элементов. Ферриты бария и стронция требуют наименее дефицитных компонент, однако вопрос где брать стронций и барий с вменяемой ценой (без месторождений) оставался. Сорбция на нанотрубках из оксида титана тут особых оснований для оптимизма относительно себестоимости такого стронция не давала. А это уже интереснее.

[AlexAV]

Создан дешевый и эффективный фотокатализатор для получения водорода
https://hightech.plus/2018/10/12/sozdan-deshevii-i-effektivnii-fotokatalizator-dlya-polucheniya-vodoroda

Из публикации:

The  present  work  demonstrates  a  highly  stable  and  efficient  reduced  H-doped  TiO2-xphotocatalyst system for sunlight-induced H2production from methanol-water with a quantum yield of 34.6% at 340 nm, 8.66 % at 400 nm, 3.95% at 420 nm, and 2.01 % at 454 nm.

Т.е. квантовый выход в видимом свете менее 4%, в КПД ещё ниже. При этом рассматриваемая структура содержит существенное количество платины. Под понятие "дешево" и "эффективно" это вообще никак не подходит. Стабильность 70 дней (особенно с учётом использования дорогой и дефицитной платины) - тоже никуда не годится. Ни о каком промышленном применение этого и речи быть не может.

[AlexAV]

Можно также производить из борщевика Сосновского биоэтанол, его прогнозируемая продуктивность при этом рекордная среди всех растений, включая теплолюбивые: в идеале до 25 тыс. литров с гектара.

Очень интересно. В России производится 40 млн. тонн бензина, 11 млн. тонн авиационного керосина и 78 млн. тонн дизеля. Для замены 1 кг нефтепродуктов нужно 1.7 литра этанола. Т.е. если приведенное значение имеет отношение к реальности, чтобы произвести объём этанола эквивалентный производимым сегодня в России нефтепродуктам борщевиком нужно засеять только 9 млн. гектар. Даже если использовать имеющуюся пашню (её в России 123 млн. га), то под борщевик придётся занять только  7% пашни. Цифра совсем не абсурдная. Причём можно заподозрить, что эта гадость будет расти даже на тех землях, которые сейчас использовать под пашню считается нецелесообразным. Т.е., вероятно эти 9 млн. га можно найти за счёт расширения пахотных земель на неудобья, а не сокращая посевы других культур.

[AlexAV]

Однако решение проблемы токсичности сделает его съедобным для множества видов животных, грибков.

Если мы его рассматриваем как сырьё для производство этанола для технических нужд - то там токсичность не такая уж большая проблема.

[AlexAV]

Ещё одна работа по биотопливу из борщевика: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1876610217321835 .

Тут средняя продуктивность оценивается как 4000 литров спирта с гектара. Правда не этилового, а бутилового. А он из сахаров получается с существенно меньшим выходом.

Все работы, которые нашел по использованию борщевика в качестве источника биотоплива, ссылаются в части его продуктивности на одну и туже диссертацию 1990 года. Нужно будет попытаться её найти и посмотреть, что там написано.

[AlexAV]

Полученный из биомассы борщевика Сосновского этиловый спирт обладал крайне неприятным запахом

Для спирта служащего биотопливом или сырьём для дальнейшей химической переработки этот фактор я бы оценил как плюс, а не минус. Т.е. фактор затрудняющий его не целевое использование.  

[AlexAV]

Как можно увидеть ветру пофиг, у него обычные колебания.

Давайте посмотрим не на график за 4 дня, а за больший срок. В ноябре 2020 в Техасе возобновляемая энергетика дала 8913 ГВтч (https://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php?t=table_1_11_a), т.е. среднесуточная мощность 12.4 ГВт. А 15 февраля по Вашему графику только 4.4 ГВт. Т.е. падение почти в 3 раза, ничего себе "обычные колебания". Т.е.  34.6 ГВт установленной мощности ВИЭ (https://www.eia.gov/electricity/monthly/epm_table_grapher.php?t=table_6_02_a) в период наибольших потребностей в электроэнергии сумели дать только 4.2 ГВт энергии, работая с просто смешным КИУМ 12%.

Не удивительно, что там энергосистема легла, причём как раз из-за избытка таких источников, которые дают энергию когда ветер дует, а не когда есть потребность в этой самой энергии.

[AlexAV]

Как я понял у них это нормальная просадка зимой, там указано на графике что меньше на 1% чем обычно.

В феврале 2020 года в Техасе генерация от ветра 7714 ГВтч (https://www.eia.gov/electricity/data.php#generation), т.е. средняя за месяц мощность 11.5 ГВт. Т.е. если брать даже так, то посадка ветрогенерации произошла не на один процент, а  в 2.5 раза. Падение в два с половиной раза - это куда больше, чем 25% от теплоэнергетики и уж точно не на 1%.

Т.е. Ваш график просто врёт, в чём легко удостовериться сравнив генерацию в среднем за февраль 2020 года с фактической генерацией 13 - 16 февраля 2021 года.