Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Быстрые реакторы могут изменить эту ситуацию.

Во флоте быстрые применяют очень давно. СВБР как раз и является переделкой с реактора для подводных лодок. Впервые использовались на лодках проекта 645 ЖМТ ещё 1962 году. Так что как здесь никакой особой новости нет.

[AlexAV]

В общем, не будет никакого земледелия, на том и сойдёмся.

На каком основание? Если на какой-то территории по палеонтологическим данным была степь, лес или саванна - то эта территория для земледелия очевидно пригодна. Если ледник, тундра или пустыня - то не очень. Конечно территория пригодных ландшафтов во время ледникового периода сокращалась, однако планета из одних ледников, тундр и пустынь не состояла никогда. Территорий и достаточно тёплых и достаточно увлажнённых в экваториальном, тропическом и субтропическом поясе было достаточно.

Если в КВС - то сжигать в термоядерных зарядах, есть же тема!

Экономика КВС - вещь неясная абсолютно. Помимо самого заряда там ведь есть ещё собственно взрывная камера которая энергию взрыва утилизирует, а с ней очевидно свзязаны значительные материаловедческие и теплофизические проблемы (скажем коррозия оболочек в в смеси натрия с половиной таблицы Менделеева, долговечность конструкции при сильных динамических нагрузках и т.д.). И надеяться, что такая энергия будет бесплатной на самом деле особых оснований нет. Агрессивность среды и нагрузки там будут существенно выше, чем в обычном ядерном реакторе (в стоимости ядерной энергии стоимость и обслуживание реактора сейчас доминирует), а это автоматически потянет за собой и рост капитальных затрат и куда больше вопросов со сроком службы. Причин почему она должна оказаться существенно дешевле атомной (при сегодняшних расценках, когда уран копеечный) не видно совершенно. А атомная сейчас в целом получается по цене соизмеримой или чуть дороже, чем энергия угля и газа.

Например при увеличении размеров токамака его объём растёт быстрее , чем площадь поверхности.

Диффузионное время жизни частиц с ростом размера растёт. Но с другой стороны с ростом размера увеличивается поток энергии на стенку (и рентгеновского излучения и потока нейтронов), соответственно с ростом размера будут увеличиваться проблемы с деградацией первой стенки и загрязнением плазмы. Так что - нет просто принцип "чем больше тем лучше" здесь не работает, точнее работает только до определённого предела, рока наша основная проблема - диффузия с теплопроводностью плазмы, а как только нашей проблемой станут примеси и излучение - всё станет в точности наоборот, т.е. чем больше - тем хуже. Т.е. будет оптимум. Меньше - плохо (потери плазмы через диффузию и теплопроводность слишком велики), но и больше  - тоже плохо (первая стенка начинает стремительно разрушаться под экстремальным потоком энергии из плазмы, деградировать и попутно загрязнять плазму). Если текущие оценки верны (т.е. на ИТЭР не посыпятся новые неустойчивости, которые радикально уменьшат время жизни частиц в плазме), то сильно больше DEMO делать бессмысленно (там уже основной проблемой будут уже скорее не время жизни заряженных частиц в ловушке, а материаловедческие проблемы с негативным воздействием на конструкцию экстремального потока нейтронов, а они при росте размера реактора будут только увеличиваться).

Пусть не индий, но медь, вольфрам, никель, олово.

Ну медь и никель ещё как-то. Хотя получится дорого и мало. Медь устойчиво займёт место благородного металла, а по цене и объёмам добычи будет соизмеримо с золотом сегодня. Никель соответственно платины. С вольфрамом и оловом вообще будет тяжело. Их не только мало, но и в раствор их переводить сложно. По крайней мере в слабокислых средах это не происходит, а значит попутно с железом, цинком, медью, никелем их извлекать не получится (они выщелачиваются в кислой среде), ну вольфрам может быть ещё как-то из шламов алюминиевого по методу  Байера, он приблизительно в таких же условиях в раствор переходит, но там его будет меньше, чем галлия, т.е. совсем крохи, в типичном алюминиевом сырье вольфрама очень мало. А что-то перерабатывать только ради них с кларковыми концентрациями - дело совсем унылое и безнадёжное.

Кроме того надо учитывать, что даже текущие экономические оценки - скорее всего чрезвычайно оптимистичны. Скажем серную кислоту (один из основных реактивов при выщелачивание) сейчас получают из бросовой серы, являющейся отходом при очистке нефти и газа, причём её продают чуть ли не ниже себестоимости (как отход от которого надо избавится). А если нефти и газа не будет, то её придётся получать из глауберовой соли, которая и сама по себе не особо дешёвая (её придётся извлекать из морской воды), и технология её переработки весьма сложная и энергоёмкая, намного сложнее, чем просто сжечь в реакторе элементарную серу (как делают сейчас). Плюс энергия видимо даже в самых оптимистичных предположения будет всё же дороже чем сейчас.

Так что - нет. Всё кроме кремния, алюминия, железа, магния, титана - видимо будет доступно лишь в количествах единиц, может быть десятков тонн на всю планету (ну может быть медь, цинк, никель - в нескольких тысяч тонн, на уровне золота сегодня) и только для узких и специальных областей где без них никак, из массовой техники они уйдут. Идея что-то делать из меди будет сродни идеи класть трубопровод из золота сейчас, он конечно хороший, но стоимость неприемлема.

[AlexAV]

И, думается мне, не смогут они прожить тысячи лет в "раю", пока их не найдут очередные "конкистадоры".

Какие конкистадоры, откуда? Если за последние 4,5 млрд. лет не прилетели, то и за последующие несколько миллиардов не прилетят.

[AlexAV]

Если минимизировать потери фосфора с полей и замкнуть цикл фосфора, возможно хватит и того что с неба падает.

Если свести потери к фоновым, т.е. таким же как у естественных биогеоценозов. А это очень непросто, соревноваться с уровнем эрозии скажем с лугом с многолетней растительностью и толстым дерновым слоем, или с многоярусным лесом довольно сложно. Уже сама по себе вспашка как этап в сельскохозяйственном цикле уже резко повышает потери над естественными фоновыми.

Скорее промежуточный вариант с одной стороны сокращение потерь различными агротехническими приёмами (т.е. отход от современных подходов по сути чуть ли не представляющих гидропонику под открытым небом, когда ставка больше не на борьбу с потерями, а на их компенсацию из минеральных источников), повышение доли многолетних насаждений (меньше вспашек - меньше потерь) и т.д., а с другой - компенсация части несбалансированных потерь (они всё равно будут, соревноваться с естественными ценозами по замкнутости совершенно нереально) через вовлечение донных осадков.

Если смотреть текущий геохимический дисбаланс между естественными фоновыми потерями, то он составляет около 14 млн.т.:



Невязка баланса между поступлением и осаждение фосфора связывается с антропогенным влиянием и приблизительно равна дополнительным необратимым потерям фосфора к фоновому уровню.

Площадь всей пашни на планете (а потеря в основном идёт через неё) - 1.4 млрд. га. Т.е. в среднем 1 га пашни дополнительно к фоновому уровню теряет 10 кг фосфора в год. Это средний по больнице больничный уровень, т.е. среднее между США и Африкой. В развитых странах применение фосфорных удобрений значительно больше, и соответственно вклад в нескомпенсированные потери тоже будет существенно больше этой средней цифры. При этом в мире производится 2.5 млрд.т. зерна. Поскольку зерновые - основная часть всех посевов в мире, то не слишком большой ошибкой будет оценить нескомпенсированные потери фосфора как  5.6 кг на тонну зерна. Тогда вклад в цену зерна фосфора при компенсации таких потерь из океанических осадков получится около 1200$/т. Современная цена зерна около 200$/т...

Да... Как-то всё не важно получается... Только в силу этого фактора неизбежен рост цен на продовольствие раз в семь (1200 дополнительных затрат + 200 современных). Прокормить население планеты так конечно можно (особенно с учётом, что продукты питания сейчас используются не слишком рационально), однако качество этого питания явно снизится. Особенно в части продуктов животноводства. Про биотопливо из однолетних полевых культур при таких затратах можно забыть (хотя вот с лесонасаждениями может быть всё будет не так плохо, многолетняя растительность, тем более лес, сносу биогенов противодействует намного эффективнее вспаханного поля, так что дрова возможно всё же будут).

[AlexAV]

Такое ощущение что в не одной седьмой части суши живете.Вы в детстве в походы ходили,камушки собирали?Или вы за стену в Мордор вообще не выбираетесь?Полно ведь всего.,на сотню поколений хватит.

В том количестве, в которым мы добываем сегодня - кончится в историческом масштабе весьма быстро.

Ресурс возобновляемый.

Достаточно медленно возобновляемый. На временах порядка нескольких столетий.  Если брать по несколько миллионов тонн - можно брать практически вечно. Вот только на фоне современного производства серной кислоты (около 200 млн. т./год) это не очень много. Если же заниматься выщелачиваним чего-либо из рядовой породы, то потреность в ней возрастёт на порядки. Скорость генерации сероводорода в Чёрном море на этом фоне  - ничто.

Так всегда получается. Есть хороший ресурс - но мало, есть много - но какая-то неудобоваримая гадость.

[AlexAV]

уран даже в морской воде кончится.

Не совсем. Вместе с речным стоком в океан поступает около 15 тыс. т. урана ежегодно. Если извлекать его оттуда в рамках этих лимитов, то он там не кончится практически никогда пока на земле сохраняется геологическая активность. Строго говоря при этом конечно общее количество урана в литосфере и верхней мантии будет убывать, т.е. это всё же не истинно возобновляемый ресурс. Но учитывая, что общее количество урана в литосфере земли оценивается как 1.3 10¹⁴ т, то такая убыль будет даже меньше, чем в результате его естественного радиоактивного распада. Что в практическом плане позволяет рассматривать уран морской воды как возобновляемый ресурс. В течение нескольких ближайших миллиардов лет он в принципе может вполне стабильно обеспечивать цивилизацию энергией (а далее уже не интересно, здесь всё в любом случае солнце сожжет).

Другой вопрос, что лимит в 15 тыс. т. урана - совсем не безразмерный (в действительности взять можно будет только долю от него, 5-7 тыс. т. в год). Его хватит на приблизительно современный уровень потребления энергии на человека, но не более. Совсем уж бездарно тратить энергию на всё подряд, вроде извлечения серебра и индия из подмосковного суглинка, он не позволяет. Энергию придётся расходовать очень разумно и экономно.

[AlexAV]

в сторону зрительного зала
Земная кора на 4% состоит из сульфидов и сероводорода, общая их энергия почти в 200 раз больше чем в углеродном топливе.
Так что с этим проблем не будет.

Откуда сведения? По справочнику (Эмсли Дж. Элементы) кларк серы 0.026% и это сравнительно редкий элемент (кстати более редкий, чем фосфор). Естественно большая часть серы в земной коре - это сульфаты (прежде всего гипс), в восстановленной форме, т.е. в виде сульфидов, лишь очень небольшая доля общего содержания серы. Ни о каких 4% сероводорода в земной коре и речи не идёт.

Вообще с серой спасает единственно то, что она в силу особенностей геохимии накапливается в морской воде и от туда в виде сульфата магния, гипса и глауберовой соли вполне извлекаема. Правда  эти сульфаты куда худшее сырьё для сернокислой промышленности, чем элементарная сера, которую используют сейчас. Да и извлечение даже сульфатов из морской воды - удовольствие не дешёвое.

 

По первой стенке термоядерного реактора есть замечательное решение - карбид кремния.
Он дешев, термостоек, почти прозрачен для рёнтгена, не образует долгоживущих изотопов с нейтронами.

Для того мягкого рентгена, который излучает термоядерная плазма, практически непрозрачен (при интересующей на толщине), собственно как и большинство материалов. Но самая большая проблема - то что он будет загрязнять плазму кремнием, что очень плохо, т.к. очень негативно сказывается на потери плазмой энергии через излучение. Собственно в облицовке реактора ничего тяжелее углерода быть не должно. Это весьма ограничивает выбор материала для этих целей.

[AlexAV]

В своей книге «Охотящийся человек» Карлтон Кун рассказывает историю о том, как группа индейцев выкопала траншеи длиной от 9 до 12м, шириной и глубиной 0,3м. Эти траншеи индейцы заполнили сухой травой, которой питалась саранча. Затем жители деревни выстроились в линию и принялись пучками травы сгонять насекомых к траншеям. Саранча прыгала и заползала в траншеи. В конце концов люди подожгли пучки сухой травы у себя в руках, а от них — траву в траншеях. Огонь не только убивал насекомых, но и поджаривал их. Потом женщины горстями доставали готовую еду из траншей и корзинами относили домой.

Н-да... Похоже насекомые  - действительно наше будущее.

[AlexAV]

В таком количестве сегодня добывается только нефть.

Вообще всё. По большинству редких металлов кратности запасов не особо выше, чем по нефти.

Или наладить ту же логистику к новым запасам-напр.на север Якутского королевства?

Там много чего есть. Вот только площадь Якутии - 3 млн. км2, а практически высосанной за последние пару столетий Европы - 10 млн. км2. Если мы выкачали за двадцатый век значительную часть ресурсов с регионов в сумме занимающих большую часть суши, то на долго ли хватит тех труднодоступных районов, которые мы пока не ввели в оборот, при том что их площадь меньше освоенных?

[AlexAV]

Это уже кое-что. Это уже не 100% обвал, а некая надежда на счастливый исход и возможность проскочить и подняться на новую ступень прогресса. Да, возможно, придётся отказаться от личного авто. Но пересесть придётся на высокоскоростной ж/д транспорт, а не на лошадей. И жить в энергосберегающих небоскрёбах, а не в полуземлянках, подобных изображённым на фотках из Исландии.

Мне представляется, что при анализе возможных путей развития надо исходить из того, что технологии самоценностью не являются, а служат для решения каких-то конкретных проблем. Причём они должны делать это максимально дёшево и просто, создавая наименьшее число проблем сопутствующих. Человек создал технику чтобы она служила ему, а не превращала его в раба машины.

Вы рисуете картину запредельно сложного и высокотехнологического мира. Но нужно ли это в действительности? Явятся ли такой способ адаптации к бедной ресурсами среде оптимальным? Скажем насколько хорошим решением является энергосберегающий небоскрёб. Он дорог в постройке, для этого потребуется много дефицитного металла (а ведь даже железо из бросовых источников будет достаточно дорогим), он требует сложной и дорогой системы коммуникаций, потребует при всём энергосбережение много электричества (насосы для воды, освещение, вентиляция) без которых он просто будет совершенно непригоден для жизни, ну и решение с его отоплением содержит массу косвенных издержек. Откуда брать тепло для такого небоскрёба? Электричество - самый дорогой вид энергии. А если тепло от АСТ нужно передавать на большое расстояние (АСТ от города должна быть удалена просто в следствие требований безопасности), а это снова километры трубопроводов для горячей воды (и соответствующие капитальные затраты) и потери энергии, что будет съедать часть экономии. И всё ради небольшой экономии топлива для зимнего отопления. Это вообще окупится? Не окажется ли, что кирпичный или деревянный дом с дровяным отоплением окажется по полным затратам (включая строительство и стоимость инфраструктуры) за срок жизни в расчёте на человека дешевле этого небоскрёба? А если так - то зачем этот небоскрёб вообще нужен?

Шире - зачем вообще нужны мегаполисы в мире, где большая часть ресурсов равномерно размазана по поверхности земли? Мегаполис уязвим, требует очень сложной и дорогостоящей инфраструктуры исключительная задача которой обеспечить проживание столь скученного населения, которая при более рассеянной форме расселения или не нужна или может быть существенно проще. Причём уже сейчас возникает устойчивое ощущение, что мегаполисы в сущности являются экономической чёрной дырой, потребляющие непомерное количество людских и природных ресурсов не давая эквивалентной отдачи. Но у нас пока есть концентрированные ресурсы и пока ещё дешёвая логистика позволяющая их доставлять в любую точку. Но если ресурсы станут низкокачественными и рассеянными, а логистика хуже и дороже, то бессмысленность мегаполиса как формы человеческой организации становится ещё более явной. Какие задачи нельзя решить на базе малого и среднего города как формы расселения которую можно обеспечить более простыми и дешёвыми техническими и инфраструктурными решениями?

А если не будет мегаполисов, то непонятно как окупится высокоскоростная железная дорога, она ведь требует огромного грузопотока, чтобы перевозки были рентабельны, если население не сконцентрировано, а рассеяно по территории, то грузоперевозки на единицу длинны сети будут невелики и здесь потребуется решение с более простой и менее затратной инфраструктурой. И это не говоря о том, что для высокоскоростной требуются качественные сплавы, а это редкие легирующие элементами, с которыми ведь тоже будет очень плохо. Железная дорога попроще (возможно даже не электрифицированная на паровозной тяге) и речной транспорт в этих условиях может оказаться даже более интересным решением. Ну а на море без дешевого ископаемого топлива в большинстве случаев скорее всего вне всякой конкуренции будет парус.

Вообще можно предположить, что мир после перехода к стационарному состоянию с ЗЯТЦ и без него будет не так уж сильно отличаться друг от друга, в первом случае конечно население по-больше, жизнь по-богаче, а вся конструкция устойчивее. Но в целом всё будет более-менее похоже.

Ядерный реактор - великолепный источник энергии для промышленности, выдающий стабильную постоянную мощность. А вот для всего остального уже не очень, плохо работает в маневровом режиме и как источник электроэнергии для населения его достоинства уже значительно меньше, предъявляет высокие требования к безопасности, что делает его не слишком удобным средствам отопления для населения и т.д. Это полезное средство позволяющее решать широкий круг задач и, вероятно, возможная база энергетики, но атом единственным её компонентом быть не может. Самое рациональное его использование, там где его сильные стороны наиболее значимы, а недостатками можно пренебречь - источник энергии в крупной промышленности. В этом смысле его роль будет совершенно аналогичной роли ГЭС в мире без ЗЯТЦ, а критерии рациональности технических решений в обоих случаях довольно похожи.

В этом плане вероятно будет разделение - ГЭС/АЭС для крупной промышленности. Производство удобрений, выкапывание донных осадков с помощью плавбазы с реактором, металлургия, производство оборудования. И солнечная. ветро- и био- энергетика для населения и мелкой промышленности (пищевой, текстильной, местного производства строительных материалов и т.д.). Во втором секторе в этом случае EROEI не важно, т.к. речь не об самостоятельном источнике энергии, а скорее о способе доставки энергии от ГЭС/АЭС до потребителя. Ну да у солнечной панели EROEI ~ 0.8. А EROEI ЛЭП выше? А где-нибудь, где посолнечнее может быть выдадут даже слегка больше, чем на них затрачено, на что ЛЭП решительно не способна. Т.е. может быть рациональнее доставить энергию ГЭС или реактор до частного потребителя не в форме электричества по проводам, а в виде комплекта солнечных батарей. Тоже и с отоплением, можно доставить удобрения и технику для выращивания лесонасаждений, а потом топить локально полученными дровами. Причём в этом случае даже с дорогим фосфором скорее всего эти дрова дадут энергии раза в 2-3 больше, чем дал реактор. Т.е. такая косвенная передача может идти не с потерями, а с усилением (в отличие от прямой передач тепла и электроэнергии, которая очевидно всего сопровождается только потерями). И это не говоря о большей устойчивости такой системы с распределённой энергетикой второго уровня (хотя и зависимой от базовой) по сравнению со случаям, когда энергия передаётся по глобальной единой центрально-управляемой сети. Солнечные батареи на крыше каждого дома и питающие только этот дом, без сетей (сама же батарея при этом может производиться за счёт стороннего источника энергии, т.е. ГЭС или АЭС, т.е. являться не способом первичной генерации, а неким способом передачи энергии, возможно с некоторым усилением) явно обеспечивают большую устойчивость к катаклизмам любой природы, чем ЛЭП на половину материка.

В любом случае основным источником органического сырья для промышленности, т.е. химического сырья для синтеза полимеров (скажем этанола от которого выход на полиэтилен и бутадиеновые каучуки, пропанола и ацетона с выходом на полипропилен и т.д.), прочих органических реактивов, природных волокон, роль которых сильно повысится в связи со снижением доступности и росте цен на синтетические при отсутствии доступной нефти и т.д. будет сельское хозяйство. Снова резко повысится роль древесины и продуктов её переработки (вроде фанеры и т.д.) как конструкционного материала для самых разнообразных нужд. С древесиной также будет связано производство древесного угля - единственной по сути разумной альтернативы коксу, который в химической промышленности ключевой и незаменимый продукт. В сущности значительная часть не только продуктов питания, но и сырья для промышленности, топлива для транспорта и бытовых нужд (естественно с косвенными инвестициями энергии ГЭС и атома). А это распределённый источник сырья требующий для оптимального использования столь же распределённого по территории населения. Т.е. в любом случае оптимум скорее всего - население рассредоточенное по множеству малых городов. Как уже писал выше - зачем нужны мегаполисы в таком мире непонятно.

Что касается редких элементов... То кажется большинство задач от которых зависит выживания человека кажется можно решить и без них (для некоторых узких, но важных областей всё же будут нужны, вроде скажем катализаторов в органическом синтезе или вольфрама в нитях накала магнетронов, но совсем в мизерных количествах, буквально единицы -десятки тонн, это кажется реальным получить из различных попутных источников, также некую проблему представляют собой собственно ядерные реакторы, без легированных сталей они не получаются, правда лигатура там в основном хром и никель, которые хотя и редкие, но всё же по сравнению с другими имеют сравнительно высокие кларки). Ну будут характеристики электрических и тепловых двигателей, генераторов, металлорежущих и прочих инструментов заметно хуже, чем сейчас, а микроэлектроника представлена только чем-то весьма простым, то что можно сделать только из кремния и алюминия без экзотики. И дальше что? И того, что останется, для решения базовых задач скорее всего хватит. Ну не будет айфонов и выйдет из употребления реактивная авиация как и некоторые другие достижения 20-го и 21-го. Но ведь для жизни человека они совершенно не критичны. Так ли это существенно?

[AlexAV]

он возвращается в мантию обратно с морского дна?..

Да, постепенно адсорбируется придонными осадками, а затем затягивается обратно в мантию через зоны субдукции. Собственно как большая часть всего того, что сносится в океан.

[AlexAV]

Давайте возьмем самый соврменный процессор паскаль, самая современная числодробилка. Где там экзотика? Поясните...

Кремний там на самом деле не простой, а "растянутый", а это уже не чистый кремний, а сплав кремния и германия. Диэлектрические слои там  High-K и состоят не из оксида кремния, а оксида гафния. Микросхемы только из кремния и алюминия по сути закончились на техпроцессе 90 нм.

[AlexAV]

Атом не будет способен решить эту проблему,извлекая водород из воды для синтеза углеводородов и спиртов из углекислого газа или неорганических карбонатов?

Технически можно, но дорого и энергетически неэффективно. Много стадий на каждой из которых будет непроизводительно расходоваться энергия, много оборудования, катализаторы требуются дефицитные (для синтеза Тропша-Фишера чаще всего кобальт), причём в этом процессе катализаторы довольно малоактивны, что требует очень больших объёмов химического реактора и количества находящегося в нём катализатора, а этого хотелось бы избежать.

Та же энергия инвестированная в кукурузное поле на выходе даст куда большее количество того же полиэтилена (этилен получается из этилового спирта при дегидратации над серной кислотой или оксидом алюминия) или синтетического каучука (в классическом синтезе каучука по методу Лебедева бутадиен используемый при его синтезе получают из этилового спирта на оксидном цинк-алюминиевом катализаторе).

[AlexAV]

В FinFET технологии не используется.

Ещё как используется. Вот (http://www.rit.edu/kgcoe/eme/sites/default/files/Min-hwa%20Chi%20-%20abstract_%20Challenges%20in%20Manufacturing%20FinFET.pdf):

To induce compressive stress in channel, eSiGe (with
~55% Ge) of S/D is used for p-FinFET. The gate stack
with high-k and metal-gate (HKMG) [3] is used in
FinFET with careful optimization related to the corners
and sidewall for good reliability.

Не получаются без германия и гафния транзисторы современной электроники. Не хватает у чистого кремния подвижности заряда, а у его оксида - диэлектрической проницаемости.

В любом случае все уто ужасно тонкие пленочки, весом в десятки микрограмм на квадратный сантиметр.

Они конечно тонкие, но около 100 тонн германия куда-то ежегодно деваются.

С учетом того что гафний и германий, особо редкими не являются, выступать ограничителем современных тонких норм они явно не могут.

Именно, что особо редкие  и с химией очень затрудняющей их извлечение из бедного сырья. Это особенно  германия касается. Кроме хлорирования он собственно никак и не отделяется, а это крайне не избирательный метод.

[AlexAV]

Уже достигнуто фоторазложение воды с эффективностью 40% (нитрид ниобия, "Панасоник").

Нет, не достигнуто. У них ниобий столько солнечного света поглощает, вот только это совсем не КПД системы.

Вот что они пишут в своём патенте (https://www.google.com/patents/US9114379):

A solar simulator manufactured by SERIC Ltd. was used to apply simulated sunlight. The surface of the photocatalyst electrode 920 was irradiated with light at an intensity of 1 kW/m2 through the light incident portion 950 of the hydrogen generation device 900 of Example 2-5. The gas generated on the surface of the counter electrode 930 was collected for 60 minutes, and the components of the collected gas were analyzed and the amount of the gas generated was measured by gas chromatography. The photocurrent flowing between the photocatalyst electrode 920 and the counter electrode 930 was measured with an ammeter. The apparent quantum efficiency was calculated using the amount of the gas generated in the counter electrode 930. About 59 μL of oxygen was generated from the photocatalyst electrode 920, and about 121 μL of hydrogen was generated from the counter electrode 930. About 0.19 mA photocurrent was observed, and thus the calculated apparent quantum efficiency was about 2%.

Т.е. поглощать он у них поглощает, вот только с пользой используется только 2% поглощённых квантов.

А в рекламных статейках он пишут про 57% поглощенного света и ни слова об эффективности системы в целом (для примера: http://www.discussionist.com/101811304). Типичный пример, когда пишут правду, только правду, ничего кроме правды, но не всю правду.

[AlexAV]

Ещё одна мысль не даёт мне покоя: почему Пётр I отправил Н.А. Демидова на Урал? Получается, уже Петровской России болотной руды не хватало.

Хватало, их и сейчас полно. Причина в другом. Болотная руда - относительно бедная и кроме того добывать её тяжело, т.е. она обычно не образует сплошных пластов, а лишь россыпь конкреции по болотам, её сбор занятие весьма трудоёмкое. Работать с ней человек умел, но при наличие нормальных месторождений всегда всегда предпочитал их. Месторождения Урала позволяли производить железо существенно дешевле по сравнению с болотными рудами центральной и северной России.

[AlexAV]

Скатимся на уровень индейских цивилизаций или о. Пасхи. Камень, дерево, кость, обсидиан.

Железо человечество освоило задолго до 19-го века. И там где до него дошло - уже никогда не отказывалось. Никакого возврата к обсидиану не будет точно.

Ваших и Nucleosome!   Площадь земель, пригодных для обработки, сократится радикально, в разы, если не на порядок.

Раза в 2-3 - возможно, но не на порядок точно. Пустыни, тундры и ледники более 90% суши в ледниковый период конечно же не занимали. Даже этой оставшейся площади достаточно для проживания сотен миллион человек даже с уровнем хозяйства европейского средневековья.

До 1900 года сельское хозяйство для большей части планеты по своему техническому уровню не особо отличалось от средневекового, рост населения по сравнению со средними веками произошёл в силу трёх факторов - распространение развитой земледельческой культуры в новые регионы (прежде всего в Южной и Северной Америке), вытеснение кочевых культур земледельческими в Евразии (земледельцы при прочих равных имеют большую плотность населения) и распространение новых высокопродуктивных культур из Америки в Евразию (кукуруза, картофель и т.д.). Эти факторы не перестанут действовать чтобы не произошло с нашим техническим уровнем. Прерии Америки и Великая степь Евразии так и останется распаханной, а кукуруза и картофель никуда не исчезнут. Поэтому оценка населения в 2 млрд. на средневековом уровне технологии является не только оправданной, но даже консервативной (скажем Северная и Южная Америка и Австралия в 1900 году имели существенно меньшее население, чем позволяли агро-климатические условия).

Даже если это население сократится во время ледникового периода в 2-4 раза, т.е. до 500 млн. - 1 млрд., то эта цифра всё ещё весьма велика и превышает население Европы во время позднего средневековья (и вполне закономерно превышает, области благоприятного климата всей планеты даже в ледниковый период по площади значительно Европу превосходят). Уж для уровня "средневековья с электричеством" этого хватит с гигантским избытком.

P.S. Электричество ведь в принципе (в простейшем, но уже полезном варианте) - технология простая, если знать что делать, самый высокотехнологичный и сложный из абсолютно необходимых для него вещей - только проволока, но её люди ещё в античности умели изготавливать. Вообще - это одно из тех достижений, которое вероятно находится в том же золотом фонде человечества, что и идея, что брошенное в землю семечко может принести десять, колесо или обработка железа, т.е. тех, что практически ни при каких условиях не теряются.

[AlexAV]

Я имел в виду только людей. Потому и говорю, что проживание отдельных народов в изоляции, если кто-то из них сохранил технологии, невозможно.

Изолироваться на земле даже при общем уровне позднего средневековья (чтобы опуститься ниже - придётся очень постараться ) - совершенно невозможно. Когда речь о кластерах в 30 млн. чел (в среднем естественно), то речь не о полной изоляции, а об ином. Скорее здесь ближе аналогия с Европой средневековья или раннего нового времени растянутая на всю планету. Каждое государство или регион в принципе внутренне самодостаточен и потенциально может жить и в полной изоляции, а экономический обмен между странами и регионами существенно меньше их внутреннего производства, большую часть того что им нужно для существования они производят сами. Но при этом конечно они ни в коем случае не изолированы друг от друга, они торгуют, воюют, обмениваются знаниями и технологиями между собой.

Наличие такого разбиения мира на множество отдельных "отсеков" с "переборками" между ними для сохранения долговременной устойчивости совершенно необходимо. Централизованный и глобализированный мир, где  все от всех критически зависят, сам по себе неустойчив и склонен к внутренним процессам деградации. Для его разрушения даже никаких проблем с ресурсами не потребуется. Сам деградирует и обрушится. Долгосрочно устойчива может быть только достаточно большая группа автономных друг от друга и конкурирующих друг с другом систем. Никакой механизм, кроме дарвиновского отбора, долгосрочно противодействовать деградации сложной системы не может.

[AlexAV]

Ну, видимо, придётся всё же первую стенку из графита делать.

Если графит будет нормально работать - то его и будут использовать, а о дефицитном бериллии сразу забудут. Но пока в этом нет уверенности. В экспериментах пока бериллий давал заметно лучшие результаты по эффективному заряду плазмы, чем графит (т.е. меньше её загрязнял). Но главная опасность даже не в этом отличие. Графит имеет большую склонность к распылению водородной плазмой в результате простой реакторный графит оказывается для термоядерной установки совершенно негодным (в плазме начинает накапливаться углерод, что совершенно не приемлимо). Легированием бором и специальной обработкой удалось изготовить графитный материал который эту проблему почти преодолевает. Однако известно, что под действием быстрых нейтронов свойства графита начинают сильно меняться, он распухает, меняются физические и химические свойств. Как поведёт себя покрытие из этого специального графитового материала после того как получит значительную дозу нейтронного излучения никто не знает. Если оно скажем потеряет инертность к водородной плазме и начнёт эмитировать углерод как большинство углеродных материалов, то оно может оказаться просто совершенно непригодным, и тогда вариант бериллия окажется вообще безальтернативным. Т.е. здесь пока есть некая неизвестная, ответ на которую даст только эксперимент.

А насчёт тория и урана что думаете? Сможем мы таким образом хотя бы ослабить проблему?

Если речь о гибридном реакторе, то возможно. Термоядерной части гибридного реактора достаточно иметь Q~1 или даже немного меньше. А это сильно снижает требования на чистоту плазмы. Шансов, что удастся успешно использовать графит или найти ещё какое-то недорогое покрытие в этом случае значительно больше. Вопросы долговечности материалов конструкции и первой стенки при интенсивной бомбардировки нейтронами с энергией 14МэВ конечно сохраняются и здесь.

И наоборот, для всякой экзотики (He-3-D, особенно чистый D-D, т.е. вообще всего, что не D-T) с её совершенно запредельными требованиями на чистоту плазмы (даже накопление золы в виде гелия для экзотики заметная проблема, а эмиссия чего-либо тяжёлого со стенок - вообще катастрофа) вероятность, что удастся обойтись без дефицитного бериллия  практически нет, если их вообще удастся заставить работать, налагаемые требования на примеси в плазме (при том, что любая стенка - источник загрязнений) могут оказаться и не преодолимыми.

[AlexAV]

4) Даунгрейд - здесь противоположность пп. 1 и 3: проигрывая в технологичности, выигрываем в локальной доступности.
5) Переход технологии на альтернативный, ситуативно более доступный ресурс.

Пункты 4) и 5) на самом деле тесно связаны. Если у нас относительно доступно 83 элемента, то то множество технических решений, которые могут быть с помощью них выполнены очевидно больше, чем если у нас остаётся только 23. Соответственно вписывая технологию в такие ограничения на неизбежно придётся переходить от лучших технологий к худшим, т.е. осуществлять даунгрейд техники.