Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[Kaiserfrogling]

Значит литий из морской воды будет не дешевле 3420 $/кг карбоната. Боюсь по такой цене этот литий будет мало кому нужен

Уже отвечал выше, могу повторить - главными продуктами упаривания будут опресненная вода и соли калия которые нужны сельскому хозяйству в огромных количествах, производство будет окупаться лишь за их счет.

[Зануда]

Уже отвечал выше, могу повторить - главными продуктами упаривания будут опресненная вода и соли калия которые нужны сельскому хозяйству в огромных количествах, производство будет окупаться лишь за их счет.

Чую запах калгона: при естественном упаривании пары воды уносятся ветром. Выделение калия (например, в форме хлорида калия) из морской воды процесс тоже не очень простой и дешевый - натрия-то в морской воде больше.

[AlexAV]

Не совсем понял, откуда такое число.

Вот скажем цены на соль в США полученной из разных источников: https://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/salt/mcs-2017-salt.pdf

Соотношение между осаждаемой солью и литием легко получить из данных о составе морской воды.

Смотрите пункт solar salt (это то самое ).

литий как побочный продукт,

В этом случае согласен, но это имеет смысл лишь в том случае, если основной кому-то нужен, что естественным образом ограничивает объёмы. Если скажем основным считать обычную соль - это ограничение при текущем спросе на соль пройдёт при объёме добычи карбоната лития в 5500 тонн. Если нужны большие объёмы, то соль из полезного продукта превратится во вредный отход, за утилизацию которого ещё и доплачивать придётся.

Если попутно с калийными солями (потребление около 34 млн.т. K2O), то т.к. на 1 т K2O будет получаться 2 кг Li2CO3, то тут осмысленный лимит 68 тыс.т.

Т.е. извлечение недорогого лития (где основная оплата основной части издержек ложится на производство основного продукта) - будет вещью строго лимитированной и не особо большой по масштабу. На смартфоны возможно хватит, на электромобили уже не очень.

[Lieut]

На смартфоны возможно хватит, на электромобили уже не очень.

В отличии от смартфонов, поломанные которые просто выкидывают, у крупных батарей рециклинг должен быть явно за 90%.

[AlexAV]

Выделение калия (например, в форме хлорида калия) из морской воды процесс тоже не очень простой и дешевый

Ну с калием возможно в любом случае придётся мучаться и как-то добывать. Это же важный компонент удобрений, т.е. вещь очень важная, куда более важное чем многие иные вещи. Без автомобиля или смартфона жить можно, а без хлеба — нет.

[snickers]

Рулонная технология обещает их значительное удешевление

Так товарисч почему то решил что есть только моно/поли кремний. То что панели с аморфным кремнием -  пленки на основе аморфного кремния (a-Si) это по сути кусок стекла с напыленным на него слоем кремния и стоит копейки как то забыли. А например  пленочные  модули MiaSole на основе  CdTe имеют КПД 15% -16% что по сути равно обычным кремниевым панелям.
 Ну а насчет

никакого потенциала для значимого прогресса больше нет.

В кремнии может и нет но как то "забыли " про многослойные, тандемные-  солнечные модули. Там несколько  p-n переходов на свой спктр излучения. В идеале, такая панель "переваривает" от ультрафиолета, до ИК излучения. Такие панели на основе  соединения галлия (Ga) - фосфид индия галлия, арсенид галлия работают на МКС или например на «Mars Exploration Rover». КПД двухслойных ячеек может составить 42% эффективности, трехслойных ячеек 49%, что важно - не фокусированного солнечного света. То есть они работают и в облачности и при сумерках. Конечно выработка меньше но обычные моно/поли кремний вообще ничего не дадут.
 Ну а так да - развиваться то некуда).
Конечно, если смотреть с точки зрения что все это глупость то спору нет, глупость конечно мирового масштаба).
 А по цене -- Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США опубликовало отчет, согласно которому средняя цена на солнечную энергию в 2017 году  в стране опустилась ниже $1 за ватт и ниже 6 центов за киловатт-час. .
 6 центов 1 квт/час - сколько стоит 1кВт/час с АЭС и ТЭС?
https://hightech.fm/2017/09/13/solar-price
Или источник типа национальной лаборатория возобновляемой энергии (NREL) снова "не торт"?

[Зануда]

В кремнии может и нет но как то "забыли " про многослойные, тандемные-  солнечные модули. Там несколько  p-n переходов на свой спктр излучения. В идеале, такая панель "переваривает" от ультрафиолета, до ИК излучения. Такие панели на основе  соединения галлия (Ga) - фосфид индия галлия, арсенид галлия работают на МКС или например на «Mars Exploration Rover». КПД двухслойных ячеек может составить 42% эффективности, трехслойных ячеек 49%, что важно - не фокусированного солнечного света.

Цена? В исходном сообщении вопрос был о цене одного номинальной мощности.

А по цене -- Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США опубликовало отчет, согласно которому средняя цена на солнечную энергию в 2017 году  в стране опустилась ниже $1 за ватт и ниже 6 центов за киловатт-час. .
 6 центов 1 квт/час - сколько стоит 1кВт/час с АЭС и ТЭС?

Считалось с учётом отрицательных цен (фактически - штрафов за перепроизводство)?

[AlexAV]

То что панели с аморфным кремнием -  пленки на основе аморфного кремния (a-Si) это по сути кусок стекла с напыленным на него слоем кремния и стоит копейки как то забыли.

Ну вот сколько сейчас стоят - столько и стоят, и сильно дешевле не будут, некуда.

например  пленочные  модули MiaSole на основе  CdTe имеют КПД 15% -16% что по сути равно обычным кремниевым панелям.

А ничего, что теллур - один из самых редких элементов. Где Вы его брать собираетесь - поясните.

Такие панели на основе  соединения галлия (Ga) - фосфид индия галлия, арсенид галлия работают на МКС или например на «Mars Exploration Rover».

Ну да, а где индий брать? Вообще все виды элементов использующих редкие элементы можно вычеркнуть сразу, как заведомо бесперспективные для большой энергетики. И если это сделать - то кроме кремния ничего и не остаётся (да и с ним вопрос, то что сейчас выпускают - нуждается в серебре, что есть серьёзная проблема).

Конечно, если смотреть с точки зрения что все это глупость то спору нет, глупость конечно мирового масштаба).

Конечно глупость. Все эти системы используют такие материалы, которые сразу же станут дефицитными при переходе к крупномасштабной энергетике. Ни арсенид галлия, ни системы на основе фосфида индия-галлия, ни халькогениды никаких перспектив в массовой энергетике не имеют и не будут иметь никогда, попросту т.к. содержат материалы с очень ограниченными запасами и возможными объёмами производства.

Кроме кремния, возможно имеет какие-то не нулевые перспективы перовскиты, но с ними пока есть нерешённые проблемы, связанные с быстрой деградацией (ну и по использованию редких элементов там всё не так просто... начиная от метало-органических красителей и заканчивая тем, что почти всё, что опубликовано использует как один из компонентов золото, и тут это может оказаться принципиальным из-за необходимости достаточной химической устойчивости электрода к органическим красителям и полупроводникам, которые там используются).

А по цене -- Национальная лаборатория возобновляемой энергии (NREL) Министерства энергетики США опубликовало отчет, согласно которому средняя цена на солнечную энергию в 2017 году  в стране опустилась ниже $1 за ватт и ниже 6 центов за киловатт-час. .

Это и называется - циферка для экрана презентации... Попросту если взять данные по практически любой реальной станции, то оказывается, что это значение даже процентов по кредиту на её постройку не отобьёт никогда.

Т.е. вообще не понятно, что и как там посчитано и что эта цифра значит.

[AlexAV]

колько стоит 1кВт/час с АЭС и ТЭС?

Себестоимость газовой генерации в России - около 1,2 руб/кВтч. По сегодняшниму курсу -  2 ц/кВтч. Естественно это на шине электростанции. Разница между этой ценой и тем, что у Вас в платёжке - это в основном стоимость доставки энергии от станции до Вашей розетки (электрические сети на самом деле достаточно дорогое удовольствие).

[Kaiserfrogling]

но с ними пока есть нерешённые проблемы, связанные с быстрой деградацией

Фтор увеличил срок службы перовскитных батарей
https://nplus1.ru/news/2017/10/26/fluorine-for-batteries

Время службы перовскитных солнечных элементов удалось резко повысить за счет добавления в их структуру слоя фторированного графена. Предложенная учеными из Кореи архитектура батарей позволила сократить падение их эффективности за 30 дней работы до 18 процентов. Результаты работы опубликованы в Nano Letters.

Вещества со структурой перовскита являются одними из наиболее перспективных материалов в качестве возможной альтернативы кремнию в традиционных солнечных батареях. Уже сейчас эффективность некоторых таких батарей (как органо-неорганических, так и полностью неорганических) превышает 20 процентов. Максимальной эффективности удается добиться для перовскитных элементов с n-i-p архитектурой, в которой между слоями полупроводников с электронной и дырочной проводимостью находится слой нелегированного полупроводника. Однако, несмотря на высокую начальную эффективность таких элементов, она очень быстро падает при работе и уже спустя 10 дней может составлять доли процентов от изначальной. Исследователи объясняют это быстрой химической деградацией материалов отдельных компонентов батареи: в первую очередь, полупроводникового слоя с электронной проводимостью и металлического электрода.

[AlexAV]

Фтор увеличил срок службы перовскитных батарей
https://nplus1.ru/news/2017/10/26/fluorine-for-batteries

18% за 30 дней - всё равно слишком много. То что авторы эту цифру рассматривают как достижение - лишь подчёркивает масштаб бедствия.

[MenFrame]

Т.е. по большинству базовых видов сырья не будет покрыто даже 1% потребностей.

Тут бы покрыть хотя бы потребности самой атомной энергетики, да к тому же расширить топливную базу.

[-Asket-]

UNEP (2013) Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure, A Report of the Working Group on the Global Metal Flows to the International Resource Panel. Reuter, M. A.; Hudson, C.; van Schaik, A.; Heiskanen, K.; Meskers, C.; Hagelüken, C.
UNEP (2011), Recycling Rates of Metals – A Status Report. A Report of the Working Group on Global Metal Flows to the International Resource Panel. Graedel, T.E; Allwood, J; Birat, J-P; Reck, B.K; Sibley, S.F; Sonnemann, G; Buchert, M; Hagelüken, C.

[AlexAV]

Тут бы покрыть хотя бы потребности самой атомной энергетики, да к тому же расширить топливную базу.

В общем согласен. Сравнение с полным потреблением - сильно сгущает краски, причём возможно несовсем оправданно. Мы сейчас редкие элементы потребляем чрезвычайно расточительно. А если их использовать лишь там, где без них никак не обойтись, то картина получится чуть более оптимистичной.

И в случае атомной энергетики видимо главная проблема по этой линии - банальня нержавейка. Без неё обойтись здесь совершенно невозможно, требуется её много и для её изготовления редких элементов нужно достаточно много. Сколько её надо. Есть вот такие вот данные по металлоёмкости реакторов серии БН:



Т.е. для БН-1200 прогнозируется 2,4 т/МВт(т) или 6720 т на весь реактор. Одним из базовых матералов там планируется испозовать сталь 07Х12НМБФ. Её состав: http://www.evek.org/materials/stal-07h12nmbf-ep609.html

Т.е. на один реактор уйдёт приблизительно 740 т хрома, 110 т никеля, 13 т ванадия, 27 т молибдена, 7 тонн ниобия. Если с помощью такого вида реакторов производить 70% всей электроэнергии мира, то потребуется где-то 2000 реакторов. Если считать срок эксплуатации 50 лет на поддержание такого парка нужно будет где-то 30 тыс.т. хрома, 4400 тонн никеля, 1080 тонн молибдена и  280 тонн ниобия. С молибденом и ниобием - непонятно (их вообще непотно с учётом их химии где брать), но по хрому и никелю цифры не совсем абсурдные. Т.е. какие-то шансы их наковырять в таком объёме из возобновляемых источников (пески, геотермальные воды и т.д.) - есть. Хотя тут надо детально анализировать эти потенциальные источники... Рециклинг здесь может сократить потребности, правда в этом случае не ясна его осуществимость, материалы старых элементов реактора будут загрязнены радиоактивными изотопами. Всё выделить и очистить технически возможно, но вот экономика в этом случае не ясна.

Интересно, что сами ОЯТ могут быть источником дефицитных элементов, причём некоторых из них таких, что их вообще непонятно где будет брать, кроме как здесь (скажем серебро, рутений, родий, палладий).

Интересно, что ОЯТ частично будут закрывать и вопрос с молибденом (его среди осколков около 9%), т.е. за обозначенные 50 лет реактор будет генерировать около 4,5 тонн молибдена. Вопрос это полностью не закрывает, но тем не менее (с учётом рециклинга может и закрыть, всё же 80% выделение легирующих элементов из материала - не выглядит совсем уж фантастическим).

Т.е. картина далека от прекрасной, но всё же и не кажется совершенно абсурдной.

[AlexAV]

UNEP (2013) Metal Recycling: Opportunities, Limits, Infrastructure, A Report of the Working Group on the Global Metal Flows to the International Resource Panel. Reuter, M. A.; Hudson, C.; van Schaik, A.; Heiskanen, K.; Meskers, C.; Hagelüken, C.
UNEP (2011), Recycling Rates of Metals – A Status Report. A Report of the Working Group on Global Metal Flows to the International Resource Panel. Graedel, T.E; Allwood, J; Birat, J-P; Reck, B.K; Sibley, S.F; Sonnemann, G; Buchert, M; Hagelüken, C.

Интересные обзоры, спасибо.

[Kaiserfrogling]

Алекс, повторяю старый вопрос - что делать с америцием-241, образующимся из плутония-241?
Свежие ТВЭЛы перерабатывать нельзя изза радиолиза, старые МОКС-ТВЕЛы очень тяжело перерабатывать изза америция

[snickers]

т.к. содержат материалы с очень ограниченными запасами и возможными объёмами производства.

Вот индий например месторождений не имеет но  --- содержание индия в земной коре  0,25 г/т (он в три раза более распространён, чем серебро), в морской воде 0,018 мг/л. Индия как минимум в ТРИ раза больше чем серебра, но из за недостачи серебра которое активно используется в промышленности никто не делает трагедий). Тем более нельзя сравнивать количество кремния в панели и количество индия. Там кремний это по сути кристаллическая пластинка, а индий во первых не в чистом виде а во вторых даже не пленка а напыленный слой.
PS И да тут мы переживаем про индий галлий да и просто кремниевые панели, но как то не учитываем например сколько надо ТОНН меди на обмотки генераторов АЭС/ТЭС или того же индия для электроники и мониторов в тех же ТЭС/АЭС.
Вот как то господа интересно - как для СЭС то есть проблема материалов и как для иных источников то ее как бы нет). Хитро что сказать).
PS Проблема тех или иных запасов материалов она ОДИНАКОВА для всех видов генерации. Да СЭС надо кремний но в отличие от той же ГЭС у нее нет турбин не надо столько нержавейки и стали не надо кучи меди на обмотки.. да надо трансформаторы но они и в такую ЭС нужны. В общем попытка доказать что вот там не хватит а тут все есть ...

Т.е. на один реактор уйдёт приблизительно 740 т хрома, 110 т никеля, 13 т ванадия, 27 т молибдена, 7 тонн ниобия.

13 т ванадия, 27 т молибдена, 7 тонн ниобия особенно этих материалов хоть пруд пруди. А вот кремния или галиия с там индием что то маловато).

[AlexAV]

Свежие ТВЭЛы перерабатывать нельзя изза радиолиза, старые МОКС-ТВЕЛы очень тяжело перерабатывать изза америция

Америций переработке не мешает (точнее мешает ничуть не больше других радиоактивных изотопов).

С ним проблема скорее в том, что непонятно куда его дальше девать. Это по сути особо мерзкий радиоактивный отход, с который непонятно что делать. Если помещать в ТВЭЛы и дожигать вместе с оставшимся топливом - осложняется обращение с такими ТВЭЛами, ухудшается нейтронный баланс (хотя и не сильно), т.к. даже в спектре БН америций скорее поглотитель нейтронов, чем топливо. Если захоранивать вмести с осколками, то он оказывается одним из наиболее радиотоксичных материалов с большим периодом полураспада. Что ещё хуже - при распаде даёт тоже весьма радиотоксичный и, кроме того, подвижный в окружающей среде Np-237, у которого период полураспада уже 2,1 млн. лет, почти вечность. Т.е. вариант тоже не тот, который хотелось бы видеть.

Видимо сейчас самый разумный путь — выделять и класть на склад. Пусть лежит, пока не придумают как его нормально можно утилизировать или использовать. Ну или пока он не распадётся в нептуний (период полураспада америция — 432,6 лет).

Что касается возможного полезного использования америция, то скажем существуют предложения использовать его в качестве замены дефицитного Pu-238 в РИТЭГ космического назначения: https://elibrary.ru/item.asp?id=26245506

Для нептуния (а америий сегодня — это нептуний завтра ) тоже возможно можно найти полезное применение: http://www.atominfo.ru/newso/v0742.htm

[MenFrame]

Т.е. на один реактор уйдёт приблизительно 740 т хрома, 110 т никеля, 13 т ванадия, 27 т молибдена, 7 тонн ниобия.

Пот БНы у нас будет четверть энергетики. Ториевые реакторы работают с менее агресивной средой.

Мы сейчас редкие элементы потребляем чрезвычайно расточительно.

Тоже самое можно сказать и про металоемкость БН. Пока лигатура дешева, не кто не замарачивается с двухслойными композитными изделиями.

[AlexAV]

о из за недостачи серебра которое активно используется в промышленности никто не делает трагедий

Только дураки не делают. Материалы с распространённостью индия или серебра - это абсолютно не возобновляемый ресурс. Точно такой же как нефть, закончатся месторождения, закончатся и они, причём закончатся совсем. Несколько тысяч тонн хрома или никеля ещё наковырять можно, а индий и серебро не извлекаемые вообще.

индий например месторождений не имеет

Это полуправда. Собственных - не имеет, но он концентрируется в сульфидных рудах. И только от туда может быть технически извлечён. Кончатся сульфидные руды, кончится и индий, причём кончится совсем.

но как то не учитываем например сколько надо ТОНН меди

В обмотках рано или поздно медь придётся заменять на алюминий, пусть даже и с ухудшением характеристик. Ну а алюминий на планете Земля закончиться не может.

от как то господа интересно - как для СЭС то есть проблема материалов и как для иных источников то ее как бы нет). Хитро что сказать).

Есть. Не для всех, но для многих. Вообще на счёт возможности решения этого вороха проблем я скорее пессимист.

С наибольшей вероятностью цивилизация в современном виде будущего не имеет.

PS Проблема тех или иных запасов материалов она ОДИНАКОВА для всех видов генерации.

Все же не у всех и точно не в равной степени.

Да СЭС надо кремний

Кремний - вообще не проблема (это породообразующий элемент). Проблема - это серебро (современные кремневые элементы его используют, вообще производство солнечных элементов один из главных потребителей серебра), олово, некоторые другие материалы электроники, для не кремневых элементов ещё индий, теллур, селен и т.д.

ГЭС у нее нет турбин

ГЭС и ВЭС(обычные, наземные) - один из немногих примеров станций, которые можно построить вообще без редких элементов. Турбины ГЭС чаще делают из углеродистой стали без легирования. Ну а генератор может быть с алюминиевыми обмотками.

В общем попытка доказать что вот там не хватит а тут все есть ...

Где?! Я скорее говорю, что везде не хватает.

А вот кремния или галиия с там индием что то маловато).

Про кремний никто не говорил. А с галлием все действительно не очень хорошо, а с индием - скорее уже совсем полная катастрофа.

13 т ванадия, 27 т молибдена, 7 тонн ниобия особенно этих материалов хоть пруд пруди.

Ванадий в небольших количествах кстати понятно откуда можно наковырять. Его накапливают некоторые морские организмы, даже существовали предложения о его добыче из асцидий (сотни тысяч тонн так не получищь, но несколько сотен или единиц тысяч - вполне). Молибден и ниобий - конечно проблема (правда ОЯТ сами по себе источник молибдена, среди осколков деления его достаточно много).

Здесь однако есть вариант использования стали попроще (10Х2М, которая использовалась в БН-600), правда корродирует она в натрии значительно сильнее 07Х12НМБФ, но БН-600 ведь тоже не разваливается (хотя проблемы с коррозией конечно видимо есть, иначе бы сталь не меня ли в новых проектах) с составом (http://www.splav-kharkov.com/mat_start.php?name_id=800):
C - 0.08 - 0.12%
Si - 0.17 - 0.37%
Mn - 0.4 - 0.7%
Ni - 0.3%
Cr - 2% - 2.5%
Mo - 0.6 - 0.8%