Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации

[MenFrame]

Но у нас есть текущая динамика резервов меди, из которой следует, что к 2050 году она закончится.

Текущая динамика отталкиваться от текущих цен.

[comp]

Можно считать, что все мероприятия по рециркулированию уже проводятся, и дополнительные деньги не принесут эффекта. Больше собирать не станут.

Да фиг там. То же олово с плат при аффинаже отлично снимается копеечными реактивами (это часть техпроцесса), а потом в основном отправляется в канализацию, потому что стоит копейки и возиться с выделением невыгодно. Подрастёт цена - начнут выделять, подрастёт ещё больше - начнут перекапывать свалки и добывать ранее выброшенные платы, как в своё время было с советскими керамическими конденсаторами. Так что возможности рециклинга по многим элементам ещё не исчерпаны.

Почему? Представим, что у нас трансгенные козлята, вырабатывающие некий нужный белок. Потомству этот их признак не передаётся? Если не передаётся, то он исчезает, конечно. Если передаётся, он может сохраняться неограниченно долго.

Вот прямо неограниченно? Или пока приносит пользу и не будет, например, поломан случайно мутацией, сцепленной с чем-то более полезным?

Получается, ездовые собаки это пример биотехнологии.

И пчеловодство биотехнология, и рубка дров биотехнология... Ох уж эти определения из педивикии, крч.

Не полуфабрикаты, а готовую продукцию. Можно есть, можно перерабатывать.

Клубника - полуфабрикат варенья! То что некоторые её сырой жрут - так и сырой нефтью топить можно, а можно её на бензин перегнать.

[pkl]

в случае выхода из строя энергосистемы железнодорожное движение встаёт

Угу. А в случае выхода из строя рельсов - вообще любое движение встает.
Я такие случаи на своей памяти припоминаю редко. И если это не обрыв КС, то решалось всё быстро - там же резервирование

Рельсы сломать сложнее. Разве что разобрать на металлолом. А энергетические коллапсы после катастрофы на Саяно-Шушенской ГЭС и в Подмосковье уже были.

[pkl]

Т.е. вариант выглядит вполне жизнеспособным даже при при сохранение современных объёмов грузоперевозок. Все же железнодорожный транспорт в части потребляемой энергии получается очень экономичным и обеспечение его топливом (даже при использовании тепловой тяги) похоже не будет представлять значительной сложности.

Вообще то я подразумевал разные топлива. Дизель всеяден, он может не на одном подсолнечном масле работать, это может быть, в принципе, любая горючая жидкость: продукты деревопереработки
/древесный спирт например/, синтетическое топливо из разных источников /биогаз, водоросли, торф и т.п./. Так что с юга на север едем на масле, а с севера на юг - на древесном спирту.

Меня в электротяге постоянно смущало одно обстоятельство: в случае выхода из строя энергосистемы железнодорожное движение встаёт.

С электрофицированными линиями меня очень настораживает, что сейчас контактные линии практически полностью медные (причём даже такие "очень дешевые" сплавы как медь-серебро (хотя серебра там и немного, около 0.1%, но всё же) находят применение). А все безмедные альтернативы не то что не используются,  даже в литературе мало упоминаются. Это наводит на некоторые мысли, что замена меди хоть на что-то тут будет очень сложной проблемой.

Как только медь станет полудрагоценным металлом, их начнут воровать. Но дело не только в этом - электричество практически невозможно накапливать в сколь-нибудь заметных объёмах, да и при транспортировке на большие расстояния возникают проблемы. С жидким топливом не так, его удобно хранить, причём довольно длительное время, удобно перевозить. Причём инфраструктура уже есть, как и различные типы дизелей вплоть до авиационных. Разумеется, в каждом отдельном случае синтез топлива будет привязан к местным природно-климатическим условиям. Где-то это будет растительное масло, где-то продукты переработки торфа и древесины, где-то даже лагуны и бассейны для выращивания водорослей. Наконец, возможность накопления и перевозки, в т.ч. морским транспортом, открывает доступ к крупным природным источникам энергии типа Пенжинской губы и пролива Дрейка. И, конечно, такая цивилизация, опираясь на различные источники жидкого топлива, будет исключительно устойчива.

Собственно, одна из проблем солнечно-ветряной энергетики, которая пока ещё не осознаётся, заключается в том, что она хорошо работает только как единое целое. Любая крупная катастрофа или геомагнитная буря типа События Кэррингтона рискует обрушить её всю и тогда непонятно, как эту энергосистему поднять.

[crazy_terraformer]

Исчезнут, как массовое явление, сложная микроэлектроника,  реактивная авиация, полеты в космос

Реактивная авиация может с одноразовыми твердотопливными ускорителями будет.
Гибрид поршневого самолёта или планера с твёрдотопливными ракетами.
 

более строго, у нас есть 8 главных породообразующих элементов (O, Si, Al, Ca, Fe, Na, Mg, K), атмосферные газы, точно доступные элементы морской воды (к уже перечисленным добавляются S, Cl, Br) и в ограниченных количествах биогенные (С, P, фосфор в небольших количествах для технических целей всегда может быть извлечен из костей домашних животных, тут впрочем не нужно путать проблему извлечения небольших количеств фосфора для технических целей (легирование сплавов или n-примесь в кремнии) и проблему геохимической устойчивости сельского хозяйства (т.е. фосфорных удобрений), вторая проблема куда сложнее первой и фосфором из костей животных не решается). Перечисленное - это то что абсолютно точно будет доступно. И теперь посмотрим какой технологический уклад на всем этом ещё можно собрать.

Если есть магний, алюминий и хлор, кокс, то есть и титан, и магний с алюминием не обязателен к использованию, потому как из тетрахлорида титан можно восстановить водородом или электролизом.

Добывать медную руду на Луне и возить ее на Землю для переработки - очевидно не имеет смысла, такая медь никому не нужна.
Вырабатывать из руды, медь на Луне, и везти на Землю уже готовый металл - очевидно тоже. Это все еще слишком дорого.

Медь не только для чипов нужна!
Строим на Луне рельсотрон(ы). Гафний для рельсов в составе KREEP-пород есть. Разгоняем рельсотроном грузовые контейнеры с маневровыми ракетными блоками до второй лунной космической в сторону Земли. В качестве топлива для ЖРД: силан и кислород; для твердотопливных гибридов:порошки алюминия, кремния, магния и их смеси и кислород как окислитель и рабочее тело.

Т.е. в принципе для существования электротехники в каком-то виде редкие элементы не нужны. Технологий связывания азота известно несколько. Некоторые из них (скажем цианамидная) тоже совершенно точно ничего редкого не требует, нужна только известь, кокс (скажем древесный уголь), атмосферный азот и дуговая электропечь

По мне так лучше процесс Габера с предварительным получением водорода из воды электролизом. Кокс не требуется. И медь тоже. Медь использовалась в качестве водоохлаждаемых электродов в процессе Биркеланда—Эйде.

[crazy_terraformer]

Собственно, одна из проблем солнечно-ветряной энергетики, которая пока ещё не осознаётся, заключается в том, что она хорошо работает только как единое целое. Любая крупная катастрофа или геомагнитная буря типа События Кэррингтона рискует обрушить её всю и тогда непонятно, как эту энергосистему поднять.

Резервированием. Аварийные электростанции на запасах синтетического, полусинтетического топлива и биотоплива, металлического топлива. Использованием расконсервированной техники на ДВС, использующих органическое топливо, и техники на электротяге от металловоздушных батарей.

[comp]

Аварийные электростанции на запасах синтетического, полусинтетического топлива и биотоплива, металлического топлива. Использованием расконсервированной техники на ДВС, использующих органическое топливо, и техники на электротяге от металловоздушных батарей.

Держать фактически параллельную энергосистему на случай редкого катастрофического события? Дороговато выйдет. Сейчас-то с резервированием мощностей ВИЭ классическими электростанциями проблемы есть, а тут их придётся десятилетиями держать в резерве не зарабатывая ни копейки.

[MenFrame]

Как только медь станет полудрагоценным металлом,

Сейчас разрабатывают Библинское месторождение меди. Концентрация меди в нем 0,7%, это на два порядка больше кларка. Если в качестве сырья использовать конечный продукт выветривания океанический ил,  и выделять из него не одну мель а комплекс элементов, я сомневаюсь что медь когда нибудь подорожает более чем на порядок от текущих цен.

[yohan]

  Сжигание ископаемого топлива происходит с помощью атмосферного кислорода. Вес запас ископаемого топлива  сжигать не возможно, так как со сжиганием  определенного количества топлива уменьшится содержание кислорода в атмосфере, и жить на Земле станет не возможным. Ученные бьют тревогу об опасности скопления углекислого газа в атмосфере, но забывают о том что этот углекислый газ происходит за счет сокращения количества кислорода. В настоящее время сокращение кислорода не заметно, так как этот процесс началось не давно, но если развитие цивилизации произойдет с такими темпами, как сейчас, то в скором будущем цивилизацию грозит новая проблема под названием кислородный голод. Однако сильно тревожиться нет причин. Цивилизация еще не умеет использовать самый мощный источник энергии, энергию вакуума. Вы можете представить себя, что поезда, суда, автомобили будут ходить без сжигания топлива, на вакуумной энергии. Вы скажете, что это невозможно? А как же тогда двигаются небесные тела? Ведь земля или луна, звезды и планеты не сжигают же топлива, но двигаются. Как узнаете за счет какой энергии двигаются небесные тела, по такому же принципу можно будет привести в движение все, что нам нужно привести в движение.                                         

[Проходящий Кот]

А вы не в курсе, что на Земле растения существуют? Бывает.

[AlexAV]

Концентрация меди в нем 0,7%, это на два порядка больше кларка.

Там медь присутствует в виде собственного минерала, т.е. такая руда может быть обогащена относительно простыми физическими методами. При кларковом же содержании медь - изоморфная примесь и обогащение  физическими методами невозможно. Это очень большая разница.

На указанном месторождении меди руду сначала будут обогащать физическими методами до получения концентрата с содержанием меди около 20% и уже только потом извлекать оттуда медь химическими методами. А когда физическое обогащение невозможно - тут уже получается принципиально иная ситуация, гораздо более плохая. Напрямую химически перерабатывать бедное медное сырьё (особенно с высоким содержанием карбонатов) без предварительного обогащения (для пород с кларковым содержанием оно заведомо невозможно) - это безумно дорого. Собственно, такое не обогащаемое сырьё сейчас вообще рудой считать нельзя.   
 

Если в качестве сырья использовать конечный продукт выветривания океанический ил,  и выделять из него не одну мель а комплекс элементов,

Какие элементы? Какими методами? Это бессодержательная болтовня на самом деле. Из бедного необогащаемого сырья медь сейчас вообще не извлекают (и уж тем более содержащего значительное количество карбонатного материала, как донные осадки).

я сомневаюсь что медь когда нибудь подорожает более чем на порядок от текущих цен.

При прочих равных себестоимость растёт обратно-пропорционально концентрации. Т.е. минимум на два порядка должна подорожать. Так как, в отличие от применяемых сейчас руд, породы с кларковым содержанием не содержат обычно собственных минералов меди, и тут для извлечения будут нужны методы сильно более сложные и дорогостоящие, чем применяются сейчас, то намного больше. Минимум на три порядка (если конечно медь не окажется естественным попутным компонентом к чему-то массовому, вроде железа или алюминия, но в этом случае хоть и может быть дешевле, но только в ограниченных количествах, определяемых доступностью основного компонента и соотношением кларков основного компонента и меди).

[AlexAV]

то есть и титан

С титаном сложнее. Его не так чтобы совсем мало, но всё же для извлечения как самостоятельного продукта из пород с кларковым содержанием недостаточно. Соответственно его доступность будет определяться во многом принятой технологией производства алюминия. Если она будет такой, что титан будет получаться в виде более-менее естественно попутного продукта - титан будет относительно доступен. Если нет - с титаном тоже будут проблемы (не такие, как с медью и, уж тем более, серебром, но всё равно его будет очень мало и он будет в этом случае очень дорогим).

Аналогично кстати с марганцем, но тут несколько проще. Марганец - спутник железа и практически всегда может быть довольное естественным образом извлечен совместно с ним. Тут скорее тяжелее придумать схему извлечения железа из очень бедного сырья, которая бы не извлекала бы марганец, чем ту где они довольно естественным образом извлекаются совместно. Плюс главный потребитель марганца - черная металлургия. И тут соотношение потребности в марганце к потребности в железе с соотношением кларков марганца и железа довольно хорошо согласованы (в части потребления сейчас соотношение Fe:Mn = 1:76.5, а соотношение кларков Fe:Mn =1:43, т.е. марганца получаемого попутно должно хватать как минимум для удовлетворения нужд черной металлургии). Т.е. в том случае, если не появится какая-то новая отрасль, которая будет требовать очень много марганца и структура его потребления останется приблизительно похожей на современную, того объёма марганца, который можно получать попутно с железом должно хватать.

[AlexAV]

получением водорода из воды электролизом

Для более менее надежного и производительного электролизера нужен как минимум никель, а лучше платиновые металлы. Из углеродистой стали делать анод можно (в начале 20-го века такие электролизеры были), но срок службы и производительность таких электролизеров получается низкой, обслуживание сложным и дорогим, а получаемый на них водород, соответственно, будет золотым.

[Скеп-тик]

Сжигание ископаемого топлива происходит с помощью атмосферного кислорода. Вес запас ископаемого топлива  сжигать не возможно, так как со сжиганием  определенного количества топлива уменьшится содержание кислорода в атмосфере,

Кислорода в атмосфере на три порядка больше, чем запасы ископаемого топлива (уголь, нефть, газ) по углероду. Если все мировые запасы ископаемого топлива сжечь за один день, концентрация углекислого газа возрастёт только в два раза (до 0,1% к массе атмосферы).
Даже в океане растворённого углерода на порядок (в 10 раз больше), чем все запасы ископаемого топлива.

[AlexAV]

Марганец - спутник железа и практически всегда может быть довольное естественным образом извлечен совместно с ним.

Если ещё говорить об очень-очень естественных попутных компонентах к железу, то к ним ещё могут относиться ещё три на первый взгляд крайне не очевидных элементов. Правда не при любом способе выделения железа, а только при одном конкретном - восстановительная плавка породы. Это вся IIB подгруппа, т.е. цинк, кадмий и ртуть. Особенность всех трёх металлов состоит в том, что они довольно легко восстанавливаются, а в металлическом состояние довольно летучи. При температуре плавления железа все три этих металла почти количественно из расплава будут уходить в газовую фазу (особенно если через расплав продуть инертный газ), концентрируясь в золе уноса (цинк и кадмий), или (если пропустить отходящий газ через колонку с серной кислотой) в жидкой фазе такого кислотного фильтра (в этом случае задерживаться будут все три металла, включая ртуть). Содержание этих трех металлов в отходах, получаемых при очистке отходящих газов такого производства будет в сотни-тысячи раз выше, чем в исходной породе.

Т.е. при условии что железо из бедного сырья будут получать переплавкой породы с восстановителем (при этом железо практически количествено восстанавливается даже коксом, не говоря уже о более сильных восстановителях вроде карбида или силицида кальция, и получаемое жидкое железо может быть легко отделено от оставшегося расплава породы даже если его получается не очень много), то к условно-доступным элементам (в пределах объёмов определяемых потребностью железа и соотношением кларков элемента к кларку железа) можно будет также отнести цинк, кадмий и ртуть. Причём несмотря на чудовищную редкость ртути из-за удачного сочетания физических и химических свойств (очень летучий и по сути благородный металл) может оказаться более доступна, чем абсолютное большинство других элементов из нижней части таблицы кларков. В общем, возможно, металл алхимиков  для технологии будущее будет играть очень и очень важную роль.

[Lieut]

Если ещё говорить об очень-очень естественных попутных компонентах к железу, то к ним ещё могут относиться ещё три на первый взгляд крайне не очевидных элементов. Правда не при любом способе выделения железа, а только при одном конкретном - восстановительная плавка породы. Это вся IIB подгруппа, т.е. цинк, кадмий и ртуть.

Я еще и про лантоноиды вспопнил бы.

[MenFrame]

В общем, возможно, металл алхимиков  для технологии будущее будет играть очень и очень важную роль.

А какова вообще роль даного металла?
Насколько помню это не очень удачный теплоноситель для быстрых реакторов.
Катод для электролизеров поваренной соли..
Ну и рабочее тело градусника медицинского....

[AlexAV]

Катод для электролизеров поваренной соли..
Ну и рабочее тело градусника медицинского....

Сейчас - небольшая. А вообще из довольно очевидного - легкоплавкие сплавы (сейчас в этой области из-за токсичности ртуть с кадмием не очень популярны, но если олова, висмута и индия нет совсем - тут просто выбора не будет), источники света, потенциально полупроводники (сульфиды кадмия и ртути - довольно интересные по свойствам полупроводники, скажем киноварь - прямозонный полупроводник с довольно широкой запрещенной зоной (2.1 эВ), другая модификация сульфида ртути бета-HgS - тоже прямозонной (но с узкой запрещенной зоной, 0.15 эВ), а прямозонных полупроводников вообще не так уж много, сейчас в этом качестве в основном используют системы InGaN и InGaP, а система СdHgS в принципе потенциально может быть интересна для тех же светодиодов (и других приложений, где важно использование именно прямозонного полупроводника) вместо индий-содержащих полупроводников, так как индий вообще непонятно откуда брать), измерительная аппаратура (прецессионные термопары они вообще-то без платиновых металлов не получаются, а если платиновых не будет, то придется возвращаться к ртутным термометрам, измерение Red/Ox потенциалов (каломельный электрод сравнения)).

Ещё одно важное применение ртути - катализатор в органическом синтезе (та же реакция Кучерова, способ получения ацетальдегида из ацетилена, или производство винилхлорида (присоединением хлороводорода к ацетилену, там тоже используется ртутный катализатор)).

Насколько помню это не очень удачный теплоноситель для быстрых реакторов.

Да. Главная причина - сейчас не найдено хороших конструкционных материалов , пригодных для создания корпуса и оснастки реактора, которые были бы устойчивы к её действию. Как оказалось сталь в условиях реактора она разрушает неприемлемо быстро.

[AlexAV]

Я еще и про лантоноиды вспопнил бы.

Лантаноиды - это скорее попутный компонент при получении алюминия, а не железа (только при его выщелачивании из породы кислотными методами, при его выделение через хлорирующих обжих или большинством пирохимических методов (вроде этого https://ozlib.com/804027/ekologiya/proizvodstvo_alyuminiya_nefelina) лантаноиды выделяться не будут).

[yohan]

Кислорода в атмосфере на три порядка больше, чем запасы ископаемого топлива (уголь, нефть, газ) по углероду. Если все мировые запасы ископаемого топлива сжечь за один день, концентрация углекислого газа возрастёт только в два раза (до 0,1% к массе атмосферы).
Даже в океане растворённого углерода на порядок (в 10 раз больше), чем все запасы ископаемого топлива.

Наше поколение когда в школе изучало географию, нам говорили, что запасы нефти и газа хватит на 50 лет. С того времени прошло почти 60 лет, сейчас тоже говорят, что запасы нефти и газа хватит на 50 лет. Через 100 лет скажут то же самое. А вот Вы знаете откуда в атмосфере Земли кислород и вода? Вот когда узнаете, откуда на земле кислород и вода, узнаете  и количество ископаемого топлива в недрах земли.