Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[AlexAV]

Ну да... возьмите временна Петра1..

Российская Империя до 1861 года - это и есть феодализм в широком смысле, точнее один из его вариантов.

[AlexAV]

Прототипы уже есть.

И где? На самом деле сейчас работающих нет. Был один в США, работал плохо, но не долго, столкнулся с кучей проблем с деградацией материалов и был закрыт. У жидкосолевого направления на самом деле очень много проблем и с конструкционнми матералами, и с физикой самого реактора и с безопасностью. Кое-что об этом сказано здесь: http://www.atominfo.ru/newso/v0966.htm

А БН600 и БН800 ? И аналоги. 

Ну строго говоря они КВ большее единицы не дают, правда в основном из-за ограничений со стороны МАГАТЭ. Куда большая проблема - что пока не отрабатана технология переработки ОЯТ для возврата делящихся материалов в цикл. PUREX c аналогами отработан, но никому категорически не нравится (отходов много, есть ограничения на работу с горячим топливом, а для уран-плутонивего цикла это критично, если дать топливо полежать и остыть, то терятся ценный Pu-241 зато нарабатывается крайне нежелательный отход в виде Am-241). А пирохимические методы пока на стадии экспериментов. Реальная стоимость всего этого таже до сих пор не вполне ясна (её можно точно установить только на основание практики эксплуатации системы с замкнутым циклом, а вот такой практики пока нет). Тут всё не так просто.

Все одно не дороже термоядерного реактора.

Какой смысл сравнивать с несуществующим реактором?

Может и нет.. а может и есть. КА показал что он там есть. Как и уран Это факт. А сколько его в зависимости от глубины например не скажет никто.

На самом деле он показал не только наличие, но и концентрацию: https://www.researchgate.net/publication/228367428_Thorium_abundances_on_the_lunar_surface

И это количество как-то не особо воодушевляет.

[AlexAV]

ВНЕЗАПНО

Главная проблема перовскитовых батарей на сегодняшний день то что в них помимо собственно перовскитов используется также органический краситель. А вот с ним есть некоторые сложности, он довольно быстро деградирует и эти батареи в результате пока не показывают приемлемого срока службы. Собственно в основном в связи с эти они до сих пор не получили массового применения.

[AlexAV]

Ну строго говоря они КВ большее единицы не дают, правда в основном из-за ограничений со стороны МАГАТЭ.

Вообще как раз торий эту бюрократическую проблему в теории позволяет обойти. Ограничение касается наработки плутония оружейного качества, а торий в экранах его по очевидным причинам не нарабатывает. Причём при этом будет производиться U-233 представляющий куда большую ценность для легководных реакторов (основная часть нашего совремнного парка), чем плутоний. Даже удивительно, что это не сделали. Видимо посчитали, что ещё одна дополнительная линия по переработке ториевого ОЯТ не окупится.

[AlexAV]

Но может быть это можно компенсировать дешевизной производства?

Может быть. Хотя за отсутствием промышленного производства судить об этом довольно сложно. Но здесь вызывает вопросы следующий момент. В перовскитовых батареях используется довольно много свинца и иода, около 2 грамм йодида свинца на 1 м2 батареи. При слишком коротком жизненном цикле это может вызвать определённые проблемы. Свинец токсичен, а иод - элемент довольно дефицитный (запасы иода в 15 млн.т. как-то в этом смысле не воодушевляют, это довольно редкий элемент).

[AlexAV]

А что касается "не предложено" - совсем недавно и уран никто не предлагал.

Проблема не только в том, что не предложено, но и в том что для его реализации есть существенные проблемы со стороны физики. Если для урана возможность расширенного воспроизводства плутония доказана ещё в конце 50-х и понятно, что построить соответствующий реактор - вопрос скорее экономических и технологических ограничений, а не физических, то с торием хуже. То что следует из его ядерных свойств и получается в экспериментах столь уныло (в эксперименте Шиппингпорте получен КВ 1,0139), что вопрос физической возможности замкнутого цикла на торий-урановом топливе кажется весьма сомнительным.

[AlexAV]

БН выведены из под контроля МАГАТЭ

Там еще соглашение по утилизации плутония было, которое и накладывало ограничения. Сейчас его кажется разорвали, но в части реактора ничего пока не изменилось, вместо урана в зоне воспроизводства как были стальные болванки, так и остались. А без полноценной зоны воспроизводства, только за счёт АЗ, КВ > 1 там получить невозможно.

[AlexAV]

Ага. Но непонятно, почему Алекс назвает это "средневековьем", когда это - уже даже не Возрождение, а самое что ни на есть Новое Время. И феодализма там уже по большому счёту нет никакого. Разумеется: капиталистической экономики роста, постоянно рекрутирующей квалифилифицированную рабочую силу уже не будет, но количество урбанизированного населения, потребного для стабилизации доступного даже тогда уровня сложности цивилизации всё равно потребуется немалая доля.

Любые аналогии будут не вполне точными. Понятно, что речь идёт о формации, которая прямой аналогией исторических не будет являться. Иметь схожие черты - да, но не аналогом. Речь скорее о том, что трансформация любого общества связанная с усиление дефицита ресурсов имеет общие черты. Такой процесс обычно сопровождается сокращением специализаций и разделения труда, децентрализацией власти, сокращением контроля над населением, сокращением инвестиций в науку, искусство и архитектуру, и сокращением торговли. Типичный пример — переход от античности к средневековью. Обозначение «средневековье с электричеством» скорее относится к этой аналогии.

Учитывая общие черты данного процесса можно точно сказать, что в таком обществе не будет (скажем единую энергетическую сеть на весь материк с производством энергии в Сахаре мы вряд ли увидим, такие переходы всегда ведут к дестабилизации разрушению крупных государственных и политических структур, что исключает столь крупномасштабные проекты, равно как и какой-нибудь тоталитарной антиутопии), а вот что там будет и как оно будет организовано — не столь ясно.

Уж как минимум это будет сильно зависеть от того как человечество энергетическую проблему всё же решит. Вариант ГЭС+дрова+прочие ВИЭ с одной стороны и атомный с другой - скорее всего потребует совершенно различных социальных моделей, возможно даже исключающих друг друга. Здесь есть впечатление развилки с очень долгосрочными последствиями.

[AlexAV]

Возникает вопрос о том какие причины повлияют, на безвестную потерю ключевых технологий.

Да стандартно для такого рода явлений. Дезинтеграция политических институтов, распад региональных союзов и крупных государств, деградация торговых связей и разрыв технологических цепочек, сокращение рынков сбыта и платежеспособного спроса, и в завершение ловушка "'эффекта масштаба", когда при всё сжимающимся спросе организации созданные для куда больших объёмов производства оказываются не в состояние сократить постоянные издержки, что ещё больше повышает цену продукта и сокращает спрос на него. А далее прекращение производства, утрата и дисквалификация кадров в нем занятых, утрата документации. И всё. Пара десятилетий и технология потеряна, далее проще изобрести всё заново, чем пытаться что-то реанимировать из получившегося состояния.

И чем технология сложнее, чем длиннее цепь производства, выше разделение труда и ниже доступность её детального описания в открытых источниках — тем больше вероятность её утери. Простые технологии, условно воспроизводимые условно тремя людьми в гараже — очень устойчивы, их носителей много и вероятность, что со всеми из них что-то случится — мала.

Сложные технологии требующие глубокого разделения труда и участие кооперации из десятков тысяч людей — утрачиваются элементарно и необратимо. Достаточно какому-то событию нарушить эту кооперацию и всё, конец технологии. Т.к. знания каждого отдельного её члена по отдельности бесполезны и значит сразу же перестают воспроизводиться.

Технологии со слишком длинными технологическими цепочками, очень сложные технологии полностью не помещающиеся в голове одного человека и технологии детально известные лишь ограниченному кругу лиц (из-за военной или коммерческой тайны) — первые кандидаты на утрату.

Производство СБИС и сложное машиностроение удачно сочетает все три опасности. И технологические цепочки страшно длинные и включают десятки предприятий с сотнями тысяч человек, и технологии невероятно сложные и в кустарных условиях часто совершенно не воспроизводимые, и описание многих элементов и технологических этапов в открытой печати найти невозможно, т.к. это коммерческая тайна с ограниченным доступом. Собственно это первые кандидаты на вылет при тяжёлом социальном кризисе (а дефицит ресурсов вызывает его всегда, это первейшее его следствие).

[AlexAV]

380+ лет только угля это не я а Ваш коллега Алекс высчитал.

Вы путаете Россию со всей планетой. Россия в плане обеспеченности ресурсами на одного человека - страна сильно нетипичная. А в мире в целом ресурсов на 300 лет конечно же нет.

Если у Вас есть данные по Африке и Антарктиде..

По Африке данных немало. А Антарктида - по большей части неинтересна, всё что там лежит доступно не сильно больше, чем метан на Титане.

Как видим на примерах, при разумном подходе ВИЭ уже сейчас могут заменять большую часть традиционных источников энергии.

Не видно. Дания работает в общееевропейской, а не изолированной сети, что с учётом её маленького размера ей позволяет решать проблемы с нестабильностью за счёт перетока с соседями не занимаясь аккумуляцией. Понятно что это никак не решение проблемы маневровых мощностей, а лишь перенос её на территорию соседей. Для замкнутой энергетической системы это не годится (вне зависимости от размера). Ну кроме того расклад по использованию первичной энергии в Дании следующий:

Нефть - 7,9 млн.т. н.э.
Газ - 2,8 млн.т.н.э.
Уголь - 2,6 млн.т.н.э.
ВИЭ - 4,1 млн.т.н.э.

Говорить, что там ВИЭ заменили ископаемое топливо во всех областях - глупо.

И РФ не может и Исландия не торт....

Может хватит заниматься шулерством. Берите список стран по населению, в первых 30 странах там сосредоточено 77% населения планеты. И объясните для каждой источник ресурсов на 300 лет. Для России, США и Бразилии среди этих 30 стран всё ещё возможно и не так однозначно. А вот у остальных 27 как-то источников ресурсов на такой срок и близко не наблюдается.

[AlexAV]

Можно, торий сжигать совместно с ураном. Для урана КВ вплоть до 2 удавалось получить. Либо раздельно, скажем просто добивать недостающий КВ ториевых бридеров, избытком с урановых.

КВ 2 для урана получается всё же только с металлическим топливом и газовым охлаждением. Случай немного теоретический. Для MOX c натрием скорее ближе к 1,15 (приблизительно 0,9 ядро + 0,25 зона воспроизводства).

А так в двухкомпонентной ядерной энергетике торий действительно какой-то интерес может представлять. Всё же для тепловых реакторов (в отличие от быстрых) плутоний - топливо плохое. Они его не столько используют, сколько портят. Уран-233 в тепловом спектре куда лучше. Ну и КВ ВВЭР на MOX 0.4, а тяжеловодник на торий-урановом топливе и 0,9 дать может. Если зону воспроизводства быстрых реакторов загружать торием, а избыточный U-233 использовать в торий-урановом цикле в тяжеловодниках с КВ~0.9 (что вполне достижимо), то вполне можно на 1 тонну использованного урана сжигать до 1,5 тонн тория. Ну с некоторой условностью это даже можно назвать "ториевой энергетикой", но без быстрых реакторов-бридеров на уран-плутониевом топливе она всё равно работать не будет.

Для ториевой части в этом случае лучше всего реакторы с мягким спектром нейтронов и хорошим нейтронным балансом. Хорошие варианты тяжеловодники вроде САNDU или их индийские модификации, из наших реакторов - что-то на базе РБМК (к сожалению сильно испортивших свою репутацию Чернобылем, поэтому сейчас находящимся в сильном застое).

[AlexAV]

95 граммов на тонну

Только не граммов, а миллиграммов. Соответственно чтобы поднять 1 центнер в пересчёте на P2O3 нужно поднять 500 тыс. м3 воды.

Для реакторов средней мощности(500мв) КВ может быть в районе 1,5

Технически возможно, правда придётся уменьшать мощность единичного бридера, что не очень хорошо для экономики (для БН-1200 даются следующие цифры: для оксидного топлива КВа = 0,93, КВ с зонами воспроизводства - 1,14; нитридной - КВа = 1,02, с зонами воспроизводств 1,19 (http://elib.biblioatom.ru/text/dvuhkomponentnaya-yadernaya-systema_2016/go,57/)).

Но это детали. Существенно, что без освоения уран-плутониевого цикла (или каких-то ещё дополнительных источников делящихся материалов, скажем какого-нибудь гибридного реактора) не будет и тория. Т.е. если где-то говорят о развите "ториевой" энергетики, но при этом не ведут работу над уран-плутониевым замкнутым циклом - то это пустая болтовня. Если же освоен уран-плутониевый цикл, то вопрос вовлечения тория в него - скорее вопрос экономики. Если быстрые реакторы получатся дорогими или будут основания сомневаться в их безопасности - то будут основания для работы по уменьшению их доли в энергетике в том числе и путём вовлечения тория. Если стоимость уран-плутониевого цикла и быстрых реакторов будет соизмерима со стоимостью тепловых с торий-урановым циклом, то второе не очень и надо, благо хотя урана в земной коре и меньше чем тория, но он всё равно более доступен т.к. более склонен образовывать месторождения (ну и плюс морская вода, уран в ней есть, а вот тория практически нет).

Я, всё же, полагаю, что насчёт урана из морской воды выйдет примерно так же, как с сантиметровыми пластами угля на километровой глубине.

Смотря как этот уран использовать. Если в ВВЭР или их аналогах, т.е. в тепловых реакторах в открытом цикле, то действительно это весьма сомнительный источник. Если в быстрых с замкнутым циклом (с КВ>1) - то с того же количества урана можно будет получить энергии более чем в 100 раз больше. И картина меняется, уран из морской воды становится вполне интересен.

[AlexAV]

Ещё быстрее растут одноклеточные водоросли (например, хлорелла), причём есть среди них такие, которые вырабатывают жир. Так что кто знает, соломой будут топить наши потомки, или собирать водорослевое масло в ферментёрах...

Водоросли нетехнологичны. Миллион гектар пшеничных полей - это неизмеримо проще и дешевле, чем миллион гектар бассейнов с водорослями. Плюс отделять одноклеточных от воды куда сложнее, чем собирать урожай пшеницы. Высшие растения удобнее.

Они от тепла разлагаются, если не ошибаюсь?

Разлагаются, но только при высокой температуре,  около 500 градусов для карбоната магния и 800 - 1000 для карбоната кальция. В условиях верхней литосферы земли они вполне устойчивы. В естественно геохимическом цикле они разлагаются, только попадая в мантию через зоны субдукции. А это очень не быстрый процесс.

и тогда водоросли себя всерьёз покажут.

В принципе можно просто удобрять глубинной водой верхний слой воды океана (воду правда придётся не только поднимать, но и предварительно подогревать до температуры чуть выше температуры поверхностных вод или слегка опреснять, чтобы холодная глубинная и плотная вода сразу же не утонула бы обратно). Будет образовываться пятно на поверхности обогащённое биогенами, а уж фитопланктон там сам разведётся. Вылавливать его дело малопродуктивное, но вот разводить каких-нибудь фильтраторов в этом пятне может быть вполне интересно. Ну а выращенных там мидий (или ещё чего-то подобного) уже можно есть самим. Ну или разводить кого-то кто эффективно фосфор из морской воды извлекают, каких-нибудь лингулят с фосфатными раковинами.

[AlexAV]

Миллиграммы на тонну это наномоли на литр. Приставка "микро" означает одну миллионную. А в кубометре воды как раз миллион граммов.

Да, вот только в 1 м3 только 1000 литров.   1 мкмоль/л = 1ммоль/м3 = 31 мг(фосфора)/м3.

[AlexAV]

Это может увеличить скорость нарастания биомассы и тогда возобновление торфа может пойти по другому.

Кстати торфонакопление в сфагнумовых верховых болотах идёт на удивление быстро. Вот статья где это обсуждается: http://ecology.basnet.by/jornal/priroda19/%D0%E0%EA%EE%E2%E8%F7.pdf

Там приводится цифра 58 г/м2 год органического углерода. Учитывая, что в сухом торфе углерода 57%, то получается около 100 т /км2 в год, по энергосодержанию соответственно 55 т.н.э./км2 в год. Меньше прироста фитомассы высших растений, но всё равно очень немало, особенно учитывая, что верховое болото - очень экономно по биогенным элементам. При небольшой плотности населения (менее 10 чел на км2, это приблизительно соответствует плотности населения в Вологодской области) одной этой энергии может хватить чтобы обеспечить вообще все нужды.

[AlexAV]

PS Вывод - добача угля ТОЛЬКО открытым способом, и якобы невыгодность его добычи шахтным просто миф.

Какого угля и где? Антрацит и коксующийся - можно и шахтным способом. Низкокачественный бурый - уже не очень. Уголь разным быват. Опять же от региона зависит. Чем менее он доступен - тем менее интересны дорогие способы добычи.

Донбасс кстати  это в основном достаточно качественные угли высокой степени углефикации.

за 2016 год потребление около 40 миллионов тон угля.

А где учтены потребности в газе и нефти? Их ведь углём нужно будет замещать.  2016 год за эталонный кстати тоже брать не стоит, правильнее 2013 (думаю не нужно пояснять почему ).

А в 2013 украина потребляла приблизительно 96 млн.т. угля, 38,9 т.н.э. газа для замещения которого потребывалось бы 90 млн.т. угля и 11,9 млн.т. нефти для синтеза которой потребывалось бы 65 млн.т. угля. Итого 347 млн.т. угля если перейти только на уголь. Запасов бы в этом случае хватило на бриблизительно 100 лет, но никак не на 300.

И кстати украина - 7-я страна планеты по запасам угля.

Думаю торгаши не будут учитывать данные того угля который добыть нельзя или просто не выгодно.

Торгаши просто взяли цифру из ещё советских справочников. Подавляющая часть этого угля кстати приходится на Донбасс, остальные месторождения Украины сравнительно малы.

[AlexAV]

То есть РЕАЛЬНО там угля может быть БОЛЬШЕ.

А может быть меньше. Это оценки исходя из общих особенностей геологической структуры. Они могут корректироваться по мере изучения в обе стороны.

предел рабочей мощности угольных пластов  в CCCP 0,7-1,0 м со снижением до 0,5-0,55 м

Там добывают из таких пластов не бурый уголь, а что-то ближе к антрацитам, ну и Украина находится не в области вечной мерзлоты.

Вернее на "дохрена")).

Перечислите конкретно, где это "дохрена" находится не для России, а для всей планеты.

[AlexAV]

хим.
технологии из этилена, аммиака, воды и т.д.

Химическими методами эти аминокимлоты из простых веществ всё же не получают. В этом случае  замучаешься разделять D- и L- изомеры. Их синтезируют только микробиологическими методами. Т.к. существует культура бактерий, которая синтезирует нужное вещество, а его из продуктов её жизнедеятельности отделяют. Бактерии могут расти на разных субстратах , есть и такие которые способны получать энергию для жизнедеятельности окислением метана, водорода и угарного газа.

[AlexAV]

Оказывается, синтетический лизин( из капролактама) уже давно применяется как добавка к корму
с/х животных.

L-лизин для кормовых целей получат всё таки не химически, а микробиологическими методами: http://bio.mguie.ru/idkp.pdf

Процесс кстати весьма затратен. Для получения 1 т аминокислоты нужно израсходовать 13,5 тонн зерна, 8.2 МВтч электроэнергии и 14Гкал тепла (столько выделяется при сжигании 1,6 тыс. м3 газа или 1,4 тонн мазута). Вот как раз в отсутствии доступных углеводородов от таких сверх затратных решений придётся отказываться в первую очередь.

[AlexAV]

Метионин точно получают химически.

Да, но только метионин и глицин, т.к. для них несущественна проблема стереоизомерии. Для глицина её просто нет за отсутствием стереоизомеров, а D-метионин в организме животных усваивается и превращается в L-метионин. А вот для всего остального, где существует проблема стереоизомерии - уже не очень получается (разделение стереоизомеров процесс слишком сложный и затратный).