Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[viesis]

Не в первый раз приходится возражать по поводу оценки ситуации с фосфором- его по некотрым оценкам в земной коре в 3 раза больше, чем углерода. По мере исчерпания будет расти цена(которая сейчас ниже плинтуса), и, соответстввенно, будут вовлекаться менее качественные источники.

Скопления фосфора в концентрациях позволяющих говорить о добыче достаточно редки, а запасы его руд (фосфоритов и апатитов) ограничены и представляют собой вполне конечные цифры, которые будут исчерпаны на вполне историческом масштабе времени.

К фосфору понятие EROEI не применимо и если это станет вопросом жизни или смерти, то добыча будет вестись при концентрации даже 1%,а таких источников, судя по его распространенности должно быть достаточно, хотя в настоящее время они понятно не учитываются ввиду низкой цены.

[AlexAV]

Ну вы же не хотели бы наверное всю жизнь питаться исключительно спирулиной?

На самом деле питание человека по структуре с неолита не так чтобы особо многообразно. По калориям основа злаки и бобовые плюс картофель, банан, таро, батат в зависимости от региона. Причём в каждом конкретном в основном один-два вида тотально доминирующих видов (помимо которых конечно употребляется и много других, но как правило в несоизмеримо меньших количествах). Так что на самом деле реальное разнообразие не так уж велико. Если посмотреть основу нашего сегодняшнего питания, то увидим основную часть калорий мы получаем из мучных изделий (т.е. по сути пшеницы) и картофеля (я о России, в других странах набор может слегка отличаться, но всегда можно выделить один-два вида который в питании тотально доминирует). Так что вопрос можно ли каждый день есть спирулину - такой же как можно ли каждый день есть хлеб или картофель. Можно, это на самом деле вопрос лишь культурных предпочтений.

Для нас это смотрится как-то диковато, но человек выросший в иной культуре, той где её едят каждый день, будет смотреть на неё так же как мы на хлеб.

в основании которых спирулина, а на вершине - привычные нам сельскохозяйственные культуры.

Могут быть и непривычные. Т.е. на базе таких ресурсов вполне возможно выращивание растительноядных рыб и водных беспозвоночных, среди которых есть специализированные потребители водорослей, будет куда более осмысленным занятием, чем традиционных свиней, коров и кур. Человек в плане питания существо крайне гибкое.

Либо пускать ее на химическую переработку и напрямую изготавливать конечный продукт, включая искусственное мясо.

Это путь заведомо более затратный, чем предыдущий. Ну а искусственное мясо вообще выглядит каким-то извращением. Ну вот в чём преимущество получения этого искусственного мяса скажем по сравнению с выращиваем растительноядных рыб или креветок? Последнее и технологически проще, и на исчерпаемых ресурсах не завязано, да и просто скорее всего будет эффективнее. Зачем нужны эти извращения с клеточными культурами (кстати спирулина как источник сырья для этого самого искусственного мяса не слишком подойдёт, для клеток животных основной источник энергии - глюкоза, а содержание крахмала в спирулине лишь около 4%, т.е. эту самую глюкозу там получать просто не из чего)?

[AlexAV]

К фосфору понятие EROEI не применимо и если это станет вопросом жизни или смерти, то добыча будет вестись при концентрации даже 1%,а таких источников, судя по его распространенности должно быть достаточно, хотя в настоящее время они понятно не учитываются ввиду низкой цены.

На любую деятельность можно затратить лишь конечное количество ресурсов и энергии. Как бы вопрос не стоял для его решения попросту может не существовать ресурсов. Извлечение фосфора в объёмах измеряемых миллионами тонн из породы с кларковым содержанием едва ли возможно.

даже 1%,а таких источников,

Ну вот допустим есть известняк с 1% фосфата кальция в форме микрокристаллов равномерно рассеянных в породе, т.е. физическим методам обогащения не поддаётся (в силу особенностей геохимии большинство этих бедных источников будут представлять собой именно что-то такое). Как конкретно извлекать планируете?

[sharp]

Т.е. на базе таких ресурсов вполне возможно выращивание растительноядных рыб и водных беспозвоночных, среди которых есть специализированные потребители водорослей, будет куда более осмысленным занятием, чем традиционных свиней, коров и кур.

А что мешает например некоторых мелких беспозвоночных (по сути практически планктон) использовать в качестве корма для кур. Куры - существа достаточно всеядные

Это путь заведомо более затратный, чем предыдущий.

Для нас здесь и сейчас - скорее всего да. Но мы же не знаем, каких высот достигнет химическая и пищевая промышленность за следующие 50 лет. Возможно, сборка любых белков из аминокислот станет вполне рутинной конвеерной операцией: загрузил на вход спирулину - на выходе получай фарш.

[viesis]

С другой стороны- с урожаем зерна при урожайности 30 ц/га выносится емнип 3 кг фосфора при этом тратится около 100л горючего, что подразумевает возможность увеличения энергозатрат на обеспечение фосфором как минимум на порядок без существенного искажения картины.

[AlexAV]

С другой стороны- с урожаем зерна при урожайности 30 ц/га выносится емнип 3 кг фосфора при этом тратится около 100л горючего, что подразумевает возможность увеличения энергозатрат на обеспечение фосфором как минимум на порядок без существенного искажения картины.

Нормы внесения фосфорных удобрений для обеспечения современной урожайности под пшеницу 40 - 60 кг/га P2O5. Цифра куда более значительная. Израсходовав даже  2 кг нефтяного эквивалента энергии вы из породы с кларковым содержанием фосфора 1 кг P2O5 никак не получите. Для обеспечения такой нормы внесения требуемая энергия в этом случае будет на много порядков отличаться от этих самых 100 кг дизельного топлива. Это уж не говоря о специальных материалах, коррозиестойких сплавов и т.д., которые потребуются в огромных количествах для такой деятельности. На практике это конечно же совершенно нереально.

[Nucleosome]

На самом деле в чан с этой перемолотой грибной массой просто надо добавить хитиназы или того, кто её вырабатывает.

конечно, только они пожрут часть, в итоге смысл переводить народ на грибы опять отодвигается. вообще же их хоть и можно подобрать практически для любого органического субстрата, но это именно потому, что поверхность у них очень велика - то есть есть гифы, с одной стороны оно конечно хорошо - быстрее реакции, но с другой хитина они производят тоже много, и перерабатывать его затратно.

Но мы же не знаем, каких высот достигнет химическая и пищевая промышленность за следующие 50 лет. Возможно, сборка любых белков из аминокислот станет вполне рутинной конвеерной операцией: загрузил на вход спирулину - на выходе получай фарш.

простите, вы понимаете вообще о чём говорите? во-первых сборка белка из аминокислот - уже довольно давно процедура весьма рутинная и есть машины которые это делают. только зачастую гораздо проще клонировать нужный ген и получить отчисткой белок, поскольку в машине чистить надо присоединением каждой аминокислоты, и о каких бы высотах ни говорить - химическая реакция имеет выход, обусловленный её термодинамикой. во-вторых - еду делает вкусной, полезной и т. д. совсем не это: белки наш организм усвивает в виде аминокислот или их олигомеров, иначе любая еда давала бы сильнейший имуный ответ. что и зачем вы собираетесь собирать из спирулин??? вот если бы подправить аминокислотный состав, это другое дело, только сделать это явно куда затратнее, чем собрать их в нужную цепочку. ну и опять же не полный выход, примиси (тут они могут быть весьма ядрённые)... выращивание клеточных культур на хозяйственные нужды может быть наверное только в таких случаях как крокодиловая кожа: когда немного и дорого. а кур, которыми кормят крокодилов на их фермах сейчас съесть сами. тоже ничего. куры конечно хороший источник белка (и слышал, что птицы ещё пару столетий назад были основным источником белковой пищи для итальянских крестьян например), растут быстро и много перерабатывают на свою массу, но в отличае от коров или свиней "силосом" не питаются. им подавай зерно и иже с ним: потому и растут быстрее. в этом отношении лучше дождевых червей думаю не найти: едят всё, белка прорва, растут вроде быстро. можно даже не убивать при разделке для особо "защитоживотных" (правда этот брат дальше позвонков никого не различает)

Не в первый раз приходится возражать по поводу оценки ситуации с фосфором- его по некотрым оценкам в земной коре в 3 раза больше, чем углерода.

вот тут: http://periodictable.com/Elements/015/data.html
пишут, что примерно в десять раз меньше. к тому же биосфера его в целом не концентрирует как углерод, а наоборот - рассеивает по дну океанов (по крайней мере в его цикле неясностей больше, чем у других "массовых" минералов) почему собственно проблема и есть.

Из спирулины, например?

если быть честным, то кажется, что со спирулиной не всё так гладко как порой представляют и в е массовом выращивании может еть какие-то очень серьёздные подводные камни, хотя водоросли вообще, особенно учитывая склонность почв к деградации, вещь перспективная.

[Lieut]

Деградация почвы - это исключительно результат бесхозяйственности.  В перовую очередь, где развит институт аренды земли - чем-то там позанимался пару лет, а что будет дальше - земля то не его и снова ее арендовать не планирует.
А где хозяин планирует на десятки лет вперед - у него земля не деградирует. В первую очередь - не допускать пустой пар и никогда не сжигать стерню.

По фосфору самым главным решением должно быть максимальная очистка канализационных вод городов. Полученные осадки вполне подходят в качестве органических удобрений (пусть и не слишком транспортабельные, но в радиусе пару десятков км вполне и вполне можно и надо использовать). Заодно рядом и водоемы не будут так цвести.

[Kostian]

Т.е. снизить выбросы именно морским транспортом совершенно невозможно технически. Он довольно жёстко завязан на ДВС и никакой адекватной альтернативы тут нет и не может быть

Серьезно? А как же суда в прошлом столетиями обходились без ДВС?  Все новое - это хорошо забытое старое.

 

[AlexAV]

Серьезно? А как же суда в прошлом столетиями обходились без ДВС?  Все новое - это хорошо забытое старое.

А теперь посмотрите водоизмещение тех судов, которые были тогда. Парусники больше 10000 тонн практически не строились (для больших судов парус становится неэффективен и неудобен). Современные же грузоперевозки по морю осуществляются в основном судами с водоизмещением более 100 000 тонн. Перавести же на парус какой-нибудь OOCL Hong Kong физически невозможно.

А судами водоизмещением в 3000 - 4000 тонн (типичный парусник) обеспечить современные объёмы грузоперевозок затруднительно, да и себестоимость перевозок морским транспортом с уменьшением водоизмещения судна очень сильно растёт. Для объёмов грузоперевозок 19-го века это было достаточно, для современных уже не очень.

Теоретически на крупное судно можно поставить реактор, но тут тоже есть сложности (правда скорее организационно-политического плана, чем технического).

Вообще морской транспорт в силу отсутствия хороших альтернатив для судов большого водоизмещения, играющих главную роль в океанических грузоперевозках — будет последним, кто откажется от ископаемого топлива.

[Aluminium]

А если так? Или с маховиком. Маховики, в отличие от парусов, вполне масштабируемы, по крайней мере теоретически. Эффективность прямого преобразования электроэнергии в механическую гораздо выше, чем через топливо.

[Kostian]

Серьезно? А как же суда в прошлом столетиями обходились без ДВС?  Все новое - это хорошо забытое старое.

А теперь посмотрите водоизмещение тех судов, которые были тогда. Парусники больше 10000 тонн практически не строились (для больших судов парус становится неэффективен и неудобен, проблему кубов-квадратов обойти невозможно). Современные же грузоперевозки по морю осуществляются в основном судами с водоизмещением более 100 000 тонн. Перавести же на парус какой-нибудь OOCL Hong Kong физически невозможно.

Действительно, обеспечить движение крупных судов только парусной тягой проблематично. Однако такая цель и не ставится. Можно поставить паруса в дополнение к основной двигательной установке и таким образом экономить топливо.  Я почитал об этом японском проекте "Wind Challenger". Там предполагается установка 9 парусов на телескопических мачтах высотой 50 метров общей площадью 9000 кв. метров. Управляться они будут компьютером, что позволит повысить эффективность. Установка таких парусов на судно водоизмещением порядка 80 тысяч тонн позволит экономить порядка 30-40% топлива.

http://wind.k.u-tokyo.ac.jp/FAQ_en.html

[sharp]

Установка таких парусов на судно водоизмещением порядка 80 тысяч тонн позволит экономить порядка 30-40% топлива.

3-4% больше похоже на правду.

[AlexAV]

Действительно, обеспечить движение крупных судов только парусной тягой проблематично. Однако такая цель и не ставится. Можно поставить паруса в дополнение к основной двигательной установке и таким образом экономить топливо. 

Ну это явно тот случай, когда гибрид удачно совмещает недостатки обоих систем. Т.е. нужна массивная и тяжёлая система парусного вооружения (дополнительно к тому что есть), что снижает полезную нагрузку судна, резко падает безопасность, а выигрыш по топливу всего 30% и только на уровне обещаний (если вообще ещё будет при реальной эксплуатации, современные же маршруты оптимизируются же по времени доставки, а не по оптимальному ветру).

Технический франкенштей, который экономически гарантированно будет проигрывать нормальным судам.

[AlexAV]

А если так?

Очень оригинальная конструкция. Речной транспорт постапокалиптического будущего. Но всё же с современным речным транспортом это сравнивать нельзя.

Маховики

Энергоёмкость не та. Запасаемая энергия на единицу массы и близко к дизельному топливу не приближается (тут кстати надо учитывать, что корабельные дизели - очень эффективные машыны с КПД часто превышающим 45%).

Вообще ДВС для больших судов здесь есть только одна альтернатива не являющаяся бредово-фэнтезийной. Ядерный реактор. На корабле водоизмещением более 100 тыс.т. его уже разместить можно. Но тут проблемы политического и психологического плана мешают. Для широкого использования ядерной энергии на гражданских судах нужно немного другое отношение к атомной энергии и радиационным рискам, чем есть сейчас. Ну и даже реактор при современной цене на топливо проигрывает всё же ДВС.

А для судов класса река-море адекватных альтернатив ДВС просто нет (их доля в общих перевозках правда небольшая, основную роль играют именно сверхгиганты).

[Aluminium]

Энергоёмкость не та. Запасаемая энергия на единицу массы и близко к дизельному топливу не приближается (тут кстати надо учитывать, что корабельные дизели - очень эффективные машыны с КПД часто превышающим 45%).

1,8 МДж/кг. Но в перспективе возможно появление материалов из нанотрубок.

[sharp]

Эффективность прямого преобразования электроэнергии в механическую гораздо выше, чем через топливо.

Очень странное высказывание. А электроэнергия изначально не из топлива берется?

[Aluminium]

А электроэнергия изначально не из топлива берется?

По-разному бывает.

[AlexAV]

1,8 МДж/кг.

А у дизельного топлива 42 МДж/кг. Даже с учётом КПД ДВС в 10 раз больше. При этом не стоит забывать, что топливо занимает не такую уж малую часть полного водоизмещения, что-то порядка 10%. Т.е. эквивалентное количество маховиков на судне просто не поместится.

Кстати даже переход на паровую тягу при использование не слишком качественного угля будет составлять тут определённую проблему. Уменьшение энергоёмкости топлива в этом случае будет существенно снижать полезную нагрузку судна.

Вообще большие морские суда - весьма нефтезависимая часть современного транспорта. Т.е. все альтернативы здесь заведомо и сильно хуже.

Но в перспективе возможно появление материалов из нанотрубок.

Тут можно выразить определённый скепсис. Макроскопические образцы нанотрубок мало отличаются по прочности от стандартного углеволокна. Сверхвысокую прочность теоретически должны иметь лишь абсолютно бездефектные труби, однако даже единичные дефекты в их структуре её уменьшают катастрофически. Получение же длиных абсолютно бездефектных трубок скорее всего невозможно. Тут даже проблема не в том, как их получить (хотя это тоже нерешённая проблема), а в том, что в следствие взаимодействия со средой в макроскопическом образце дефекты неизбежно появятся спонтанно.

Тут вообще ситуация очень похожа на ту которая имеет место скажем для нитевидных кристаллов. Для отдельных кристаллов в силу малого количества дефектов прочность оказывается очень велика, но повторить её для более крупных объектов не удаётся.

[Aluminium]

Тут можно выразить определённый скепсис. Макроскопические образцы нанотрубок мало отличаются по прочности от стандартного углеволокна.

Тем не менее, определённых успехов в создании аккумулятора на основе нанотрубок добились. Хотя и другим способом.