Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

С Фишер-Торпом понятно. Непонятно, можно ли водородом восстанавливать СО2?

Да можно. Реакция конверсии CO2 + H2 = CO + H2O идёт легко (она обратима и главное правильный выбор температуры реактора, где процесс идёт в нужную сторону). Да и скорее более современные циклы синтеза углеводородов из водорода и CO/CO2 обычно идут не напрямую, а с промежуточным получением ДМЭ и последующей его конверсией (такой процесс даёт больший выход и лучшее качество конечного продукта, чем непосредственный синтез из синтез-газа). А ДМЭ и метанол великолепно получаются непосредственно из смеси CO2/H2 без промежуточных операций.

Но проблему невменяемой цены электролитического водорода всё это никак не решает (а снижена она быть не может просто в следствие закона сохранения энергии, при евроценах она будет состоять преимущественно из цены электроэнергии).

[AlexAV]

По цене только заявления производителя 1-1.5 евро за литр, и КПД в 70%

На презентации можно что угодно нарисовать. Там даже водород по энергии в эту цену не влезет. Ну и КПД 70% - это только электролиз воды по самым современным процессам (высокотемпературный на оксидно-циркониевым твёрдом электролите, там кстати есть такой момент, что процесс должен быть строго непрерывным, иначе в циклах нагрева/охлаждения твёрдый электролит деградирует, привет ВИЭ ).

Стоимость производства водорода[$/кг] электролитическим методом приблизительно описывается формулой 0,15 +0,7*цену электроэнергии [центов/кВтч]. Для производства 1 кг углеводородного топлива из углекислого газа по стехиометрии надо 0,43 кг водорода, ну и ещё выход в синтезе реально процентов 80%. Итого  0,54 кг водорода на 1 кг топлива. Цена электроэнергии в Германии 14,8 ц/кВтч (http://www.dena.de/fileadmin/user_upload/Publikationen/Internationales/Vortrag__Kohler_Energiewende_russisch.pdf). Итого цена за водород 15,65 $/кг, его вклад в цену топлива 6,7$/кг. Плюс сюда капитальные затраты на завод по собственно синтезу (в эту цифру не входит), плюс оплата труда и т.д.

В общем не надо верить недобросовестной рекламе.

[AlexAV]

то Японцы на дне Тихого обнаружили на 645 тысяч лет текущего потреблениях нашли редкозёмов.

Попадались цифры концентрации... То что там на дне можно назвать "рудой" с тем же успехом, как и подмосковный суглинок. Почти не извлекаемые величины.

[AlexAV]

Появилась вот такая мысль. Можно ли использовать эффект Кариолиса для выроботки энергии?

Закон сохранения момента импульса никто не отменял. Если не передавать его третьим телам (скажем Луне, что происходит при приливах), то использовать энергию вращения Земли для совершения работы - невозможно. Поэтому здесь ответ - нет, не получится.

[AlexAV]

Хоть тут пишут,что уже начали.
Цитировать (выделенное)

    Морские же фосфориты, которые встречаются на дне в мелководных районах Тихого океана, близ берегов Японии, вдоль восточного побережья США, содержат 20–30 процентов фосфорного ангидрида. При обогащении оно может быть соответственно увеличено. Американцы уже начали добывать фосфориты со дна океана в Калифорнии. Добыча морских фосфоритов может стать очень выгодной, особенно для тех стран, у которых нет природных фосфатов.


https://www.litmir.co/br/?b=241943&p=60

Запасы прибрежной конкреции - тоже ограниченный и неисчерпаемый ресурс.

[AlexAV]

а там и до глубин доберутся, а там уже возобновляймый ресурс.

Конкреция - нет. Точнее только на геологически больших временах. Большая часть фосфора оседает там не в виде конкреции, а в рассеянной форме (которая практически не извлекаема).

[AlexAV]

Пугало в данном случае недоказанная зависимость от этих элементов.

Исследовалось и доказано. Скажем смотрите эту статью: http://www.pnas.org/content/112/20/6295.full.pdf

We studied substitution potential for 62 different metals in their major uses. For a dozen different metals, the potential substitutes for their major uses are either inadequate or appear not to exist at all. Further, for not 1 of the 62 metals are exemplary substitutes available for all major uses.

Ни один из 62 промышленных редких металлов не имеет полноценных заменителей во всех областях своего применения.

Ну и вот таблица этих 62 металлов (помечены более тёмным цветом):

[AlexAV]

Алюминий у нас тоже редкий металл?

Таблица не моя, а из статьи. Там скорее о всех металлах (правда кальций и щелочные почему-то исключили), согласен "промышленных редких металлов" не точно, надо просто "промышленных металлов". Хотя большинство из этих 62 элементов - редкие.

Алюминий конечно не редкий, но для технологии вполне незаменимый.

[AlexAV]

При этом незаменимым он признается для изготовления противовесов и пигментов?

С учётом, что в качестве ключевого свойства указано низкое давление паров похоже сюда включены нити накала и прочие применения в вакуумной технике, измерительных приборах и т.д. И здесь действительно - адекватной замены нет.

[AlexAV]

В качестве примера своих построений они приводят табл. 1 по вольфраму, где выделяют пять основных областей его применения.

Тут есть ещё нюанс. Вольфрам хорошо заменяется молибденом во многих приложениях, молибден - вольфрамом. Оба металла по одиночки здесь заменимы. А вот если у нас не остаётся ни того, ни другого всё сразу становится резко и очень печально. Мы просто лишаемся высококачественных инструментальных сталей, а это уже полная катастрофа.

Т.е. чем меньше элементов остаётся, тем сложнее замещать оставшиеся.

[AlexAV]

Кстати вот таблица из приложения к этой статье с кратким описание областей применения элементов и возможности замены: www.pnas.org/lookup/suppl/doi:10.1073/pnas.1312752110/-/DCSupplemental/st01.docx

С некоторыми моментами не вполне согласен. Например указать, что торий - адекватная замена урана в ядерной энергетике, это... надо быть большим оптимистом в части ториевой энергетики. Но в целом полезно и представление даёт адекватное.

[AlexAV]

Уран как бы не добывают, а только собираются. А веть есть те которые уже добывают.

Из морской воды добывали только один металл в промышленных масштабах (ну естественно не считая соли, т.е. натрия ) - магний. Который похоже вообще единственный, которые оттуда имеет смысл добывать не на бумаге, а в реальности.

[AlexAV]

http://geektimes.ru/post/266038/

 А теперь посмотрим характеристики (http://spectrum.ieee.org/automaton/robotics/industrial-robots/bosch-deepfield-robotics-weed-control):

The maximum capability of the system is about 1.75 weeds per second at a speed of 3.7 cm/s and a weed density of 43 weeds per meter, but at lower weed densities, the speed can be cranked up to 9 cm/s.

Вот только этих сорняков на пшеничном поле может быть больше сотни на м2 в реальных условиях. Итого 15 соток в сутки при затратах топлива (двигатель в 3 л.с. требует около 0.9 л/ч) - 144 л/га (раза в 2 больше всех затрат топлива за сезон при современной агротехнике). И это за 120 тыс. $. 

Игрушка это. Красиво, эффектно, но совершенно бесполезно.

[AlexAV]

Японцы научились делать магнит L1₀-FeNi без редкоземельных металлов всего за 300 часов
http://geektimes.ru/post/266208/

Что сказать... Товарищи которые составляли новость опять забыли прочитать статью на которую ссылаются (вот она http://dx.doi.org/10.1038/srep16627).

У предложенного материала коэрцитивная сила 700 Oe = 55.7 кА/м. А у магнитах на редкоземельных элементах (скажем неодим-железо-бор) почти до 1000 кА/м. Различие в почти в 20 раз. Никакой заменой он конечно быть не может.

[AlexAV]

Сейчас это уже не так.

Да и сейчас та. Сланцевая добыча вообще-то сейчас стремительно коллапсирует. График буровых посмотрите.

[AlexAV]

Какой смысл обсуждать только сланцевую нефть и глубоководные месторождения?

Потому что на традиционных добыча в сумме по миру стагнирует уже с 2008 года и фактически не росла даже при 100$/б.

Саудовская Аравия и ОАЭ

Вот именно, что по максимуму.   Никаких резервов для дальнейшего роста там больше нет, т.е. нет существенных "резервных" месторождений, все сколько-нибудь значимые уже в разработке. Перспектив что-то найти ещё тоже нет. В Ираке какой-то потенциал (в следствие санкций и как следствие вялой разработки в 90-е) ещё остался, но тоже ограниченно.

Кстати вот разбивка по добыче всех стран OPEC:


Значимо за последний год нарастили добычу только Ирак и Саудовская Аравия. По сумме остальных никакого роста практически нет.

Поэтому никаких сомнений в новой эре дешевой нефти уже нет.

С учётом с какой скоростью коллапсируют инвестиции в разведку и добычу во всем мире - не более чем краткосрочное колебание на политической конъюнктуре. Если не бурить новых скважин, то не только рост, о даже поддержание добычи на текущем уровне невозможно (дебет любой скважины постоянно и необратимо снижается). А число буровых обвалилось не только в США, но и во всём мире...

[AlexAV]

Не понимаю, какие преимущества эта транспортная система имеет перед железной дорогой.

Никаких. Система удачно сочетающая недостатки как автомабильного, так и жд транспорта.

Неэкономичность автомобильного с высокой капиталоёмкостью и негибкостью железнодорожного. Нормальная железная дорога очевидно лучше (плюс надо учитывать, что рельсы дешевле и долговечнее автомобильной дороги с твёрдым покрытием).

[AlexAV]

Себестоимость извлечения лития из морской воды 23$ на килограмм карбонила.

Откуда эти данные?

Японцы приводят следующее:



И результат в 80 кВтч/грамм лития они полагают очень хорошим. А это только в виде расходов на электроэнергию даст не менее 8000$/кг.

Относительно небольшие цены могут получиться только если используются рассолы полученные  после отделения поваренной соли (горькая рапа) или в процессе опреснения воды. В этом случае эти затраты переносятся на целевой продукт, а литий остаётся как побочный, который требует относительно небольших дополнительных трат на своё извлечение. Понятно, что количество лития доступного при этом ограниченно (спросом на соль или потребностью в опреснение).

[AlexAV]

Даже сейчас получая литий из природных рассолов, используют дешевое солнечное или естественное выпаривание.

В данном случае речь об электроэнергии (извлечение у них велось напрямую из морской воды, а не из каких-то остаточных рассолов).

Выпариванием обогащать морскую воду по литию можно, т.е. он действительно накапливается в остаточных рассолах после выпадения хлорида натрия. Однако это имеет смысл только до тех пор пока основные затраты перекладываются на стоимость соли. Если получаемая соль - никому не нужна (а нужна она в ограниченном количестве), то и извлечение лития - будет совершенно бессмысленным занятием.

Здесь можно привести следующую оценку. На 1 кг лития будет извлекаться 190 тонн поваренной соли. Себестоимость поваренной соли из морской воды выше, чем добытой из обычных месторождений (собственно поэтому так сейчас добывают лишь очень небольшое количество соли). Но примем даже, что затраты на операцию упаривания будут равны стоимости 190 т соли, выделившейся при этом. Стоимость соли около 50$/т. Итого только на такое обогащение получаются затраты в 9500 $/кг лития, при условие что их будет оплачивать потребитель лития, а не соли.

Если же мы будем добывать литий только как побочный продукт, т.е. эти затраты будет оплачивать потребитель соли, а литий будет лишь приятным дополнением из отходов производства, то в этом случае стоимость конечно получится куда более приемлемая (может быть и указанные 23$/т, подозревая что тут идёт речь именно о таких остаточных рассолах, а не непосредственно морской воде). Вот только количество лития, которое может быть таким образом произведено лимитировано потребностью в соли (основном продукте). Оно составляет около 300 млн. т., даже если всё это добывать из морской воды (большая часть удовлетворяется за счёт обычных месторождений, даже соль добывать из морской воды сейчас не очень выгодно), то получится максимум 1600 т лития (или 8500 т в пересчёте на карбонат). Это менее 10% даже текущих потребностей в литии. Т.е. как обычно - дёшево, но очень мало, или много, но страшного дорого.

добыче урана из морской воды методом сорбирования

Уран из морской воды (кроме нескольких лабораторных опытов) никто не добывает. В мире нет ни одного опытно-промышленного производства. В этих условиях все оценки себестоимости не слишком достоверны.

С учётом, что красивые цифры на презентациях здесь рисуют уже больше 30 лет (с конца 80-х) и до сих пор это никого не заинтересовало (особенно с учётом малого вклада стоимости урана в стоимость атомной энергии и большего значения его доступности с точки зрения стратегической безопасности, чем цены), то это говорит скорее в пользу того, что эти цифры на презентациях очень далеки от действительности.

[AlexAV]

Жонглирование цифрами показывает, что его много по приемлемой цене.

Да не очень. Мы его просто потребляем мало, вот и складывается такое впечатление. Атомная энергетика сегодня - это всего 4% полного производства энергии. Сегодня мы потребляем около 91 тыс. т. ядерного топлива в пересчёте на природный уран (часть этого урана покрывается за счёт складских запасов, добыча сейчас меньше потребностей).  Ну вот и получается, что чтобы замесить ядерный энергетикой всю - потребуется уже 2,3 млн. т. урана в год. И цифры запасов станут казаться совсем не такими радужными.

Без серьёзных технологических изменений (переход на замкнутый цикл с расширенным воспроизводством делящихся изотопов, каких-то электроядерных или гибридных систем и т.д.) обеспеченность ядерной энергетики топливом в её современном виде достаточно ограниченна и не позволяет существенно увеличить её роль в глобальном масштабе.