Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[alex_semenov]

Интересная статья Индустрия как ответ. (исклчил несущественную для нас часть):

В конце 17 века Англии стояла на пороге энергетического кризиса, поскольку лес как источник энергии в Англии был практически истощён. Легкодоступный уголь, лежавший близко к поверхности, добываемый как минимум с 13 века был тоже давно использован - приходилось копать всё глубже.



Доля лесов от всей территории Англии, в процентах

Перед Англией встал тогда в полную силу классический вызов по Тойнби, который общество должно либо преодолеть и выйти на следующею ступень развития, либо наоборот не смочь, упасть и развалиться.

<. . .>

Проблему нехватки энергии через редукцию можно привести к гораздо более простой проблеме, ведь главная проблема с добычей угля была не в том, что запасы закончились, а в том, что закончились легко доступные запасы приходилось копать очень глубоко в пласты, которые затоплялись грунтовыми водами, поэтому требовалась постоянная откачка воды. Насосы на лошадиной тяге существенно ограничивали глубину шахт и это было краеугольной проблемой угольной добычи и соответственно проблемой всей английской цивилизации. Проще говоря, уголь был, но его добыча упиралась в ограниченную производительность труда. Нужен был не количественный, а качественный прорыв. Нужно было найти способ заменить лошадей на что-то другое, что могло бы производить механическую работу необходимую для движения насоса, что-то гораздо более мощное чем лошадь, а главное более дешёвое.

Решение этой проблемы сулило решение “вызова” Англии, а изобретателю славу и обогащение. Не удивительно, что лучшие умы Англии бились над этой проблемой.

Решение лежало в использование энергии пара. Ведь о том, что пар имеет возможность подымать крышку кастрюли было известно хозяйкам на протяжение тысячелетий, но вот понять, что это не просто мелкое кухонное неудобство, а огромное открытие дано не многим.



Эолипил

Первым известным свидетельством того, что люди серьёзно об этом задумывались, является книга Герона Александрийского, датируемая первым столетием нашей эры, где встречается описание механизма под названием Эолипил. Это было описание шара, который крутится вокруг своей оси за счёт выброса пара. О каких-то практических применениях шара нам не известно, скорее всего если он и был сделан, то использовался жрецами как свидетельство божественных чудес, как и многие другие изобретения Герона.

Следующее дошедшее до нас упоминание о превращение энергии пара в движение было написано уже на полторы тысячи лет позже - в 1551 году. Принадлежит оно перу оттоманского ученного Таки аль-Дин Мухаммад ибн Маруфа.

Но ещё через два столетия благодаря информационной революции все изменилось - в 17-м веке было напечатано около десятка научных статей с описанием различных идей для превращения энергии пара в механическое работу. Кульминация инновационного процесса произошла в 1712 году в Англии, когда Томас Ньюкомен запустил свой первый функционирующий паровой насос, который в свою очередь в 1782 году привел к созданию парового двигателя общего пользования Джеймсом Ваттом.



Паровой насос Ньюкомена. Фотография от 1880 года, насос построен в 1760.

Это был первый практический способ превращать тепловую энергию в энергию движения (механическую). Он был примитивный жутко не эффективный по нынешнем меркам но он заменял труд двух десятков лошадей. И именно это повышение продуктивности позволило сначала Англии, а потом и общечеловеческому развитию оторваться от линейного роста и выйти на экспоненту:

https://lh3.googleusercontent.com/6gG4_0bNRX-C8FormIvIKk030pX85nYC5wmxhVug0rS0FwI2QPTdydPZDztwMUjZxIgebBRT_i0ZH1N7Z3IgyqIqaIkfWJ5S_sN-s6_N8WukiVTT7nxdjZqBhjFkv-b_cQ

Между 1760 и 1860 в Британии было три удвоения промышленного производства.

Зачем я ее привел?
Как мне кажется, тут изложена НАИБОЛЕЕ ПРАВДОПОДОБНАЯ ЛЕГЕНДА  "появления паровой машины".

Это в качестве информации к размышлению.

[alex_semenov]

Теперь реплика.

Впрочем, если уж говорить совсем серьёзно, то термояд я не торопился бы отвергать, как бесперспективное направление в энергетике. Рассмотрим простую аналогию с паровой машиной. Ведь первые попытки её создать были ещё в Древнем Мире (Герон Александрийский). Потом чуть ли не через 2000 лет - Леонардо да Винчи. И опять - всего лишь интуитивные наброски без практической реализации и, тем более, теоретических проработок. И понадобилось ещё 400 лет, прежде чем был создан реальный универсальный тепловой двигатель, компактный и мощный. Пригодный как для транспорта, так и для промышленного производства. Не так ли и с термоядом? Ведь этой проблемой занимаются каких-нибудь 50 лет. Не рано ли ожидать серьёзного результата? Ведь паровую машину человечество ожидало 2000 лет. А потом ещё 400 только подбиралось к её созданию.

Во-первых опрометчиво мерить (и сравнивать) сроки линейным временем. Мы сейчас живем во времени, где по ПЛОТНОСТИ ПЕРЕМЕН 10 лет может сравниться с 100 годами средневековья или 1000 лет ранних цивилизаций. Так что 50 лет упорных попыток создать термояд в наше время можно считать и за 500 средневековья и за 5000 ранних цивилизаций…

Во-вторых (и зачем приведена выше статья почти целиком). Ясно что те самые  2000 лет были потрачены не на СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ идеи паровой машины. Если бы надо было древним Римлянам такая машина - они бы ее быстро сделали бы не хуже чему у Уатта. В том то и дело что 2000 лет были потрачены  у землян на СОЗРЕВАНИЕ у цивилизации потребности в такой машине.
Аграрная цивилизация НЕ НУЖДАЛАСЬ в подобных машинах почти 10 000 лет. Почему аграрной (еще) Англии она понадобилась?
Я подозреваю что это "флуктуация". То есть КАТАСТРОФА, которая возникла из-за чисто СЛУЧАЙНОГО (никем не прогнозированного, не инспирированного, то есть буквально БЕСПРИЧИННОГО) сочетания ряда "некритичных" ошибок и обстоятельств.
Например:

1. Англия выходит из малого ледникового периода (голодно и холодно). То есть модель феодализма  трещит по швам (не выполняет элементарного - свести концы с концами в экономике).

2. Сведены на нет леса,  традиционный ресурс истощается, а колониальная эпоха уже началась (огромные потребности в литье, пушках, "высоких технологиях" той эпохи, корабельном оборудовании).

3. Те самые легкодоступные угли посадили англичан еще с 13 века на "каменноугольную шару" (я так понимаю в основном в металлургии, при переходе от древесного угля который стал на вес золота к коксу). Но как водится ("закон Председателя колхоза") самая сладкая шара в этих углях быстро кончилась, а привычка уже выработалась. Вот тут вот ПОТРЕБНОСТЬ в паровых насосах и перешла ВЫСОКИЙ БАРЬЕР ее стоимости.

Ну а дальше?
А дальше стоимость паровой машины стала ПАДАТЬ. Ибо стала расти ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ ТРУДА ("автокаталитический процесс"). Индустриализация пошла полным ходом.

То есть, первоначально сложившаяся ситуация (то что я называл в другом месте "стапель") уже стала не нужна. Процесс пошел сам собой.  И все даже забыли какое сочетание факторов все это запустило.

Зачем я это рассказываю?
Давайте перенесем эту модель теперь на термояд.
В чем ее (этой модели) мораль?

В том, что дабы "процесс пошел", дабы пробить барьер отделяющий нас от счастья, нужно стечение обстоятельств, некоторое "терпение", дождаться момента и удача им воспользоваться.
Верно?
Верно.
Но что вы этой истории упущено?
Упущено самое главное. Что бы "пробить барьер" этот барьер должен существовать. То есть. По ту сторону некого барьера (в который долбятся создатели термояда) ДЕЙСТВИТЕЛЬНО ЖДАЛО НАС НОВОЕ ЭЛЬДОРАДО.

В случае паровой машины, спора нет, оно было. Лежало под землей миллионы лет и ждало того счастливца, который оседлает научно-технический прогресс.
Почему мы сейчас так богато живем (все без исключения!) по сравнению с средними веками (да хоть и по сравнению с 19 веком у нас - тоже!). Потому что мы нашли очень богатый источник НЕГЭНТРОПИИ.

Сначала угол, потом нефть и газ. Да и концентрированные полезные ископаемые - тоже заранее запасенная негэнтропия. Аграрные цивилизации жили поверх всего этого. Частично пользовались (добывали мизир железа, например, меди, серебра и золота) но добраться НЕ МОГЛА да и не спешила. Она была сбалансирована (более-менее) с биосферой. Но Англия первая это дело нарушила (ибо была загнана в угол стечением обстоятельств). После этого случился взрыв богатства (в отдельно взятых странах ). Сейчас мы достигли предела.
Что бы история с паровой машиной еще раз повторилась в случае с термоядом, нужно что бы мы ОПЯТЬ нашли еще больший источник негэнтропии или шары чем ископаемые остатки миллиардолетней эволции нашей биосферы. А он РЕАЛЬНО есть?

Я лично ТВЕРДО ЗНАЮ что ничего подобного не приходится ждать***.
Случай описанный выше был ЕДИНСТВЕННЫЙ в истории этой планеты. Дубля не будет.


*** хотя есть маргинальная гипотеза происхождения нашей планеты из которой следует, что в недрах Земли несметные запасы водорода, надо только просверлить и шара обеспечена навеки… Другая "призрачная надежда" в том, что нефть имеет небиологическое происхождение и никакого пика нефти "никогда" не будет. То есть нефте-газовая цивилизация будет существовать тысячи и тысячи лет.  Но сейчас речь именно о термоядерном синтезе.
Пробивает ли термояд тот самый "барьер" от нашей теперешней "шары" к "еще большей шаре"? Нет конечно! Большей шары чем была эти 300 лет НА ЭТОЙ ПЛАНЕТЕ никогда больше и не будет. Это пик шары. И мы на его вершине. Теперь только вниз.

[ВадимZero]

Но "бриддеры" могут это сделать примерно на порядок дешевле...

Это спорное утверждение. Бридерный реактор система достаточно сложная где много усилий вложено в безопасность. Реакторы с внешним источником нейтронов, как раз разрабатываются с целью уменьшить эти вложения.

[DimVad]

И мы на его вершине. Теперь только вниз.

Всё верно. Вообще, вся заметка прекрасно написана. Но одно дело - "бегство и полный разгром", а другое - "отступление на заранее подготовленные позиции". Если мы разумно подготовим эти позиции, то мы сможем жить там десятки тысяч лет - хоть и беднее, чем сейчас, но отнюдь не "в каменном веке".

Собственно, это основная интрига современности. Европа надеется, что сможет жить на позиции "полностью возобновляемая энергетика". У нас - ИМХО - цели более разумны. Это ЗЯТЦ.

И речь не идёт, чтобы удержать всё, что есть сейчас. Очень может быть, что по многим позициям "скатимся на лошадки". Но вполне приличная жизнь в стиле "бедненько но чистенько" вполне может быть. Если будет ЭЭ, обеспечивающая промышленность.

p.s. Всё ИМХО, конечно...

[DimVad]

то спорное утверждение

Да. Но "термоядерная часть" этого комбинированного цикла получается уж совсем сказочной... Вот почитайте проект ИТЕР. А ведь там нет ни уранового бланкета, ни получения трития, ни генераторов ЭЭ, наконец...

Впрочем, рад буду ошибиться

[alex_semenov]

Но "бриддеры" могут это сделать примерно на порядок дешевле...

Это спорное утверждение. Бридерный реактор система достаточно сложная где много усилий вложено в безопасность. Реакторы с внешним источником нейтронов, как раз разрабатываются с целью уменьшить эти вложения.

Действительно. НА ПОРЯДОК дешевле - это слишком оптимистично!
Без вариантов - слишком!

Для АТОМНОЙ энергетики вопрос стоит только так: можно ли СОХРАНИТЬ уровень СЕБЕстоимости атомной энергии (не важно ядерной, термоядерной) на уровне ТЕКУЩЕЙ цены углеводородной энергетики?

Имеется в виду объективной неспекулятивной, технической себестоимости.
Если получится дешевле (скажем на 30%) - уже здорово!
Но на порядок  - это фантастика.
Такую фантастику озвучивали, кстати, снеженцы для своего чудесного монстра КВС. Даже пытались доказать это расчетом. Но мало кто ее принял всерьез. Я тоже очень сильно сомневаюсь.

[ВадимZero]

Но "термоядерная часть" этого комбинированного цикла получается уж совсем сказочной... Вот почитайте проект ИТЕР.

Для гибридного реактора совсем не нужно делать установку ИТЕР класса. Можно использовать установки и прошлого поколения. Конечно при этом придется снизить глубину подкритичности реактора, но это не проблема.

[alex_semenov]

У нас - ИМХО - цели более разумны. Это ЗЯТЦ.

пардон за непicьменнiсть, ЗЯТЦ - это что?

И речь не идёт, чтобы удержать всё, что есть сейчас. Очень может быть, что по многим позициям "скатимся на лошадки". Но вполне приличная жизнь в стиле "бедненько но чистенько" вполне может быть. Если будет ЭЭ, обеспечивающая промышленность.

Да. Но тут суть в чем? Энергетика (любая) - тут не генеральная линия. То есть со стороны энергетики теперь ПРОРЫВА (некого спасения) ждать не стоит.
Вообще чтобы мы не скатились на исходные (к аграрной цивилизации типа средневековья в Европе или Востоке 10-13 века) нам по-любому нужно ЧУДО. То есть ПРОРЫВ. Но вряд ли это прорыв в МАГИСТРАЛЬНОМ (для индустриальной цивилизации) направлении. Прорыв надо искать в таком направлении, в котором мы даже помыслить не можем. В таком, о котором услышав, каждый "вменяемый" человека скажет: "ты что, дурак?"
В таком по-настоящему злачном направлении у нас КОНЬ НЕ ВАЛЯЛСЯ и наши знания находятся на дремучем уровне самого затюканного средневековья. То есть на уровне чудовищных глупостей и мифов.
Так вот. Можно твердо сказать  - энергетика к такому СОВСЕМ ЛЕВОМУ направлению ну никак не относится. Ее прогресс (несомненно важдый и нужный) теперь исключительно "подтанцовка" главному солисту.

[DimVad]

Для АТОМНОЙ энергетики вопрос стоит только так: можно ли СОХРАНИТЬ уровень СЕБЕстоимости атомной энергии (не важно ядерной, термоядерной) на уровне ТЕКУЩЕЙ цены углеводородной энергетики?

Думаю, что - нет. Текущая углеводородная энергетики принципиально дешевле. Поэтому я и говорю по неизбежность отступления - и потерь.

Такую фантастику озвучивали, кстати, снеженцы для своего чудесного монстра КВС. Даже пытались доказать это расчетом. Но мало кто ее принял всерьез. Я тоже очень сильно сомневаюсь.

Я тоже Там ничего серьезно не продумано (всё ИМХО, конечно).

[Technecy]

Прорыв надо искать в таком направлении, в котором мы даже помыслить не можем. В таком, о котором услышав, каждый "вменяемый" человека скажет: "ты что, дурак?"

Например?

[DimVad]

пардон за непicьменнiсть, ЗЯТЦ - это что?

http://www.atomproekt.com/activitycategories/project_zyats/
https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%AF%D0%B4%D0%B5%D1%80%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%82%D0%BE%D0%BF%D0%BB%D0%B8%D0%B2%D0%BD%D1%8B%D0%B9_%D1%86%D0%B8%D0%BA%D0%BB

По поводу остального... Ну, я на магию не очень надеюсь... В общем, мне кажется более правильным традиционный взгляд, что проблема идёт именно по линии энергетики (цен, технологичности...)

[AlexAV]

Да. Но "термоядерная часть" этого комбинированного цикла получается уж совсем сказочной... Вот почитайте проект ИТЕР.

Для гибридного реактора токамак масштаба ИТЭР попросту избыточен. Достаточно чего-то типа JET (как по мощности, так и по коэффициенту её усиления). Стоимость термоядерной части установки в этом случае составит (если ориентироваться на современную стоимость установок такого класса) около 700 млн.$ для реактора с 700 - 1000 МВт электрической мощности.  Т.е. оценочно дополнительные затраты на термоядерную часть около 1000$/кВт. Полная стоимость современного реактора типа ВВЭР около 3000$/кВт. Если считать, что в гибриднике стоимость ядерной части и прочих систем будет на уровне современных станций, то удорожание из-за токамачной можно оценить как +30%. Явно не критично.

[ВадимZero]

Текущая углеводородная энергетики принципиально дешевле.

Чтобы зажеч уголь нужно совместить два уголька и поджечь их спичкой. Чтобы зажечь уран достаточно свести два куска обогащенного урана вместе(на спичке экономим) Весь дьявол кроется в деталях. Потому принципиального здесь не чего нет. Единственное уран как топливо на порядки дешевле угля. Сможете сократить капитальные издержки и издержки на обслуживание, сделаете энергию атома дешевле угля.

[DimVad]

Для гибридного реактора совсем не нужно делать установку ИТЕР класса. Можно использовать установки и прошлого поколения. Конечно при этом придется снизить глубину подкритичности реактора, но это не проблема.

В принципе - интересно. Но ведь это "не термояд". Это просто источник нейтронов для атомного реактора... Сейчас на рынке есть приборы для поиска нефти. Там источниками нейтронов являются вот эти реакции...

[Technecy]

Единственное уран как топливо на порядки дешевле угля.

Тонна обогащённого урана дешевле тонны кокса?  Да ладна.

[DimVad]

Единственное уран как топливо на порядки дешевле угля.

Какая будет стоимость в замкнутом топливном цикле - пока трудно сказать... Да и сами АЭС дороже ТЭС.

[DimVad]

Для гибридного реактора токамак масштаба ИТЭР попросту избыточен. Достаточно чего-то типа JET (как по мощности, так и по коэффициенту её усиления).

Это интересно... Кто-нибудь делал расчёт ? Реально JET может обеспечить необходимый нейтронный поток ?

Какие то сомнения... Я уж не говорю про длительность работы JET... Там вроде чего-то получалось в масштабах времени секунды, а нам надо - годы непрерывной работы...

[AlexAV]

В принципе - интересно. Но ведь это "не термояд". Это просто источник нейтронов для атомного реактора...

Именно так. Но глубоко подкритические реактор с мощным внешним источником нейтронов потенциально имеет существенные преимущества.

- Безопасность (нет самоподдерживающейся цепной реакции, а значит проблем с ней связанных)
- Потенциальная возможность работы в маневровом режиме
- Возможность работать на природном уране без обогащения и вообще в целом с упрощённым и удешевлённым топливным циклом
- Эффективная утилизация МА (в спектре нейтронов в 14,1 МэВ они все прекрасно делятся)

[ВадимZero]

Реально JET может обеспечить необходимый нейтронный поток ?

Вообще токамаки устройства дорогие даже в прошлом поколении. Установки типа ГДЛ здесь выглядят перспективнее. Где то здесь есть ссылка на такой проект.

[DimVad]

Но глубоко подкритические реактор с мощным внешним источником нейтронов потенциально имеет существенные преимущества.

Я бы сказал - потенциальные преимущества. Или - теоретические преимущества. Нужна реальная промышленная эксплуатация хотя бы одного такого комбинированного реактора. Тогда можно будет узнать его недостатки.

Если он обладает такими преимуществами, и всего на треть дороже обычного - то где же они, эти реакторы ? Что, никто не хочет решить, например, вопросы утилизации ?