A A A A Автор Тема: Долгосрочные перспективы ресурсного обеспечения технически развитой цивилизации  (Прочитано 1600338 раз)

0 Пользователей и 2 Гостей просматривают эту тему.

Онлайн BlackMokona

  • *****
  • Сообщений: 22 230
  • Благодарностей: 658
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от BlackMokona
Эти цифры почти равны между собой. В АЭС реактор с обвязкой (парогенераторы и прочее учитываются в этой цифре металлоёмкости) - самая материалоёмкая часть. Остальное - копейки.
Как то реактор по сравнению с целиком АЭС выглядит мелким. Особенно все эти огромные массы железобетона вокруг.
И что это конкретно? Для ЗЯТЦ обогащение не нужно. А переработка ОЯТ по стандартной азотнокислой технологии ничего редкого не требует.
Ну начнём с добычи из морской воды, нам потребуется очень немаленькие установки и возможность фильтрации, чтобы получать уран. Плюс у нас разве не будет на каждом цикле топливо становится всё хуже? Мы же не восстанавливает полностью первозданный вид при переработке?

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
Да и кроме переработки нам всё равно нужно добывать новый уран

Уран или торий конечно же нужны, но их требуется довольно мало. Для ЗЯТЦ около 7000 тонн в год на всю планету. Ну и торий - не серебро и даже не молибден, куда более распространенный элемент. С учётом очень малого расхода (на порядки меньше, чем молибдена для существующих ветряков и серебра для солнечных батарей) и относительной распространенности в природе тут перспективы обеспечения ими из возобновляемых и квазинеисчерпаемых источников выглядят куда более светлыми.

Турбины, охладители и всё такое.

Большая часть этой теплотехники в указанной цифре учтена.

А ещё совсем не маленьких заводов из стали

На самом деле маленький. :) Материалоёмкость химического завода пропорционально массе исходного химического материала, который он перерабатывает. Возьмём худший вариант. Ториевый цикл с тяжеловодным реактором с редкими решетками, выгорание топлива 10 МВт сут/кг. Тогда реактор производящий 1 ГВт электроэнергии (30% КПД) за год будет передавать на радиохимический завод около 122 тонн ОЯТ, которые нужно переработать.

Теперь сравним с химической промышленностью нужной для ветряка (завод по производству синтетической смолы для лопастей в таблицу материалоёмкости выше также не входит). Ветрякам с производящими среднюю мощность 1 ГВт в год (т.е. 4 ГВт номинальной мощности при КИУМ 25%) нужно 18400 тонн полимеров. Срок службы лопастей не более 20 лет, вторичная переработка невозможна (как вообще для композитных материалов). Т.е. для обеспечения производства такого объёма ветроэнергии химзаводы должны производить в среднем 920 тонн пластика ежегодно.

Химзавод перерабатывающий 920 тонн материала заведомо более материалоёмкий, чем перерабатывающий 122 тонны. Причём для реактора ЗЯТЦ принятые выгорание 10 МВт сут/кг - наихудший случай. Торий в реакторе с плотными решётками может давать и 25 МВт сут/кг, урановый быстрый реактор 100 МВт сут/кг.

Т.е. косвенные затраты материалов для обеспечения работы необходимой сопутствующей химической промышленности для АЭС с ЗЯТЦ также получаются меньше.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
Как то реактор по сравнению с целиком АЭС выглядит мелким. Особенно все эти огромные массы железобетона вокруг.

Железобетон вокруг в металлоёмкость реактора входит. Т.е. содержащийся в нём металл (кстати обычно нелегированная сталь) в указанной цифре уже учтена.

Плюс у нас разве не будет на каждом цикле топливо становится всё хуже?

Если КВ реактор в равновесном цикле больше 1, то нет, не ухудшается (ухудшается из-за накопления четных изотопов при использовании MOX в легководниках с КВ<1, но нас этот случай не интересует).

Ну начнём с добычи из морской воды, нам потребуется очень немаленькие установки и возможность фильтрации, чтобы получать уран.

Естественно. Чтобы упростить сравнение просто приравняем по затратам получения 1 кг урана к 1 кг молибдена. Это грубая оценка, но в качестве некого ориентира подойдёт. Кларки содержания в морской воде урана и молибдена соизмеримы. На самом деле из-за особенностей химии (богатой химии координационных соединений в водных растворах, чем шестивалентный молибден похвастаться не может) уран извлекать проще.

Реактор мощностью 1ГВт электрической при работе в ЗЯТЦ (и КВ>1) в год потребляет безвозвратно около 1 тонны урана или тория. Чтобы построить ветряки современного типа, дающие 1 ГВт реальной средней электрической мощности, нужно около 400 тонн молибдена. Служит ветряк около 20 лет, т.е. усредненное потребление 20 тонн/год. Даже при коэффициенте рециклинга 80% - 4 тонны/год. Т.е. и тут для современного ветряка ситуация выглядит в разы хуже, чем для АЭС с ЗЯТЦ. 
« Последнее редактирование: 12 Ноя 2021 [17:45:41] от AlexAV »

Оффлайн -Asket-

  • *****
  • Сообщений: 3 931
  • Благодарностей: 406
  • Шапочка из фольги - последний бастион разума
    • Сообщения от -Asket-

Интересно, есть ли смысл для сооружения подобных конструкций в северных районах применять намораживание?
https://patenton.ru/patent/SU56638A1

Не теряйте мужества - худшее впереди!
Пессимист считает, что хуже, чем есть, быть не может, а оптимист утверждает, что бывает и хуже.
Один ученый сделал великое открытие, но объяснить не смог. И никто не смог. – Вот неуч!.. – хихикали завистники.

Оффлайн sharp

  • *****
  • Сообщений: 10 463
  • Благодарностей: 223
    • Сообщения от sharp
У ядерной энергетики есть будущее только в форме ЗЯТЦ (уранового или ториевого). Открытый цикл заведомо бесперспективен. ЗЯТЦ обогащения не требует вообще
А для ЗЯТЦ подойдут обычные ВВЭР, или для них нужны будут реакторы на быстрых нейтронах? Если второе, не будут ли они более требовательными к редким элементам, по сравнению с ВВЭР?
ЕМНИП, пару лет назад на форуме как раз обсуждалось, что атомная энергетика тоже может упереться в дефицит редких металлов, но подробности сейчас не вспомню, надо лезть в архивы...

 
Ветрогенерация в современном виде - очень расточительный по невозобновляемым ресурсам способ производства энергии
Хотелось бы понять, почему она так много кушать? :) Основная потребновть ветряка в редкоземах - это, насколько я понимаю, элементы конструкции? Их никак не получится заменить какими-то современными композитными материалами?

Другой момент, конструктивные элементы ветряка, отслужившего своё, можно, наверное, пустить на переработку? Конструктивные элементы из высоколегированных сталей можно просто переплавить и использовать заново?

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
А для ЗЯТЦ подойдут обычные ВВЭР, или для них нужны будут реакторы на быстрых нейтронах?

Для уранового - нет. Для ториевого (если заменить лёгкую воду на тяжелую, что проблемой не является так как теплофизические и коррозионные свойства легкой и тяжелой воды близки, и изменить шаг топливной решётки, текущий не очень подходит, нужны более плотные решётки) - можно.

ЕМНИП, пару лет назад на форуме как раз обсуждалось, что атомная энергетика тоже может упереться в дефицит редких металлов, но подробности сейчас не вспомню, надо лезть в архивы...

Это на самом деле вообще для всего будет очень серьёзной проблемой. Для всей промышленности. Тут в идеале для основных массовых технологий производства нужно искать подходы, которые бы исключали использование элементов с кларками ниже титана вообще, либо сводили бы их к совсем ничтожным объёмам (сотни - единицы тысяч тонн на всю планету, понятно, что чем меньше кларк тем это потребление должно быть так же меньше, 1000 тонн на всю планету для меди - приемлемо, для серебра или платины - не очень).

это, насколько я понимаю, элементы конструкции?

Конкретно по никелю, хрому, молибдену - высоконапряженная механика, для горизонтальной схемы как-то радикально снизить нагрузки тут сложно. Ну а удельные величины получаются такими огромными главным образом из-за низкой плотности потока энергии ветра. Чтобы генерировать какую-то заметную мощность сам ветряк попросту должен быть огромным. И материалов для него требуется соответствующее количество. В общем из-за проблему замеченной ещё Капицей - слишком низкой плотности энергопотока ветровой энергии.

Тут по хорошему потребуется переходить на другие аэродинамические схемы, позволяющие снизить нагрузки на механические углы и перейти на материалы попроще. Металлоёмкость всё равно получится огромной, но если этот металл не легированная сталь, а обычная углеродистая - это может быть приемлемо.

Конструктивные элементы из высоколегированных сталей можно просто переплавить и использовать заново

Это как раз сложно. При каждой переплавки будут появляться примеси, ухудшающие свойства сплава. Тут на самом деле будет требоваться извлечение элементов из сплава в чистом виде и изготовление сплава заново. А такое извлечение - процедура сложная, дорогостоящая, да и потери материала в ней тоже неизбежно будут.

В общем тут выход не в рециклинге, а в поиске конструкций ветрогенераторов с малой нагрузкой на механические узлы, позволяющей там использовать менее качественные материалы (скорее всего всякие малооборотные вертикалки).

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
ЕМНИП, пару лет назад на форуме как раз обсуждалось, что атомная энергетика тоже может упереться в дефицит редких металлов, но подробности сейчас не вспомню, надо лезть в архивы...

Для реакторов в тепловом спектре - самый проблемный компонент это ниобий (лигатура к цирконию). Теоретическими альтернативами тут может быть или переход на изотопно-обогащенный титан, либо снижение температуры теплоносителя ниже 200 градусов и переход на алюминиево-магниевые сплав. Второе, однако, требует пересмотра способов использования атомной энергии в экономике (т.е. использования реакторов не столько для производства энергии, сколько для отопления и обеспечения технологическим теплом промышленных предприятий, прежде всего производства биотоплива).

Для быстрых реакторов самый проблемные компоненты материалов реактора - тот же самый никель и хром (т.е. лигатуры нужные для производства нержавейки). То что тут их тут требуется меньше, чем для ветряка - это не значит, что мало. Тут как минимум нужен анализ возможности получения их требуемых объёмов из условного подмосковного суглинка таким образом, чтобы весь цикл не превратился в мартышкин труд.

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 556
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Тут действительно можно попробовать заменить на генератор с алюминиевыми обмотками и самоиндукцией. Такой генератор будет больше по объёму, тяжелее
Обычно к генераторам с алюминиевой обмоткой приписывают минусы повышенный нагрев и меньшая стойкость к нему, плохая прочность но никак не большая масса. Наоборот, генераторы с алюминиевой обмоткой легче по массе.
Впрочем, как я понимаю, масса генератора по сравнению с массою лопастей это мизер.

Оффлайн leon10010

  • *****
  • Сообщений: 7 505
  • Благодарностей: 403
  • ух
    • Сообщения от leon10010
Ну а удельные величины получаются такими огромными главным образом из-за низкой плотности потока энергии ветра. Чтобы генерировать какую-то заметную мощность сам ветряк попросту должен быть огромным. И материалов для него требуется соответствующее количество. В общем из-за проблему замеченной ещё Капицей - слишком низкой плотности энергопотока ветровой энергии.
Основная проблема - в непредсказуемости ветрового потока. От полного штиля до урагана.
 А уж проблему малой плотности решили бы.
итить

Оффлайн Fall63

  • *****
  • Сообщений: 1 167
  • Благодарностей: 56
    • Сообщения от Fall63
Для быстрых реакторов самый проблемные компоненты материалов реактора - тот же самый никель и хром (т.е. лигатуры нужные для производства нержавейки). То что тут их тут требуется меньше, чем для ветряка - это не значит, что мало. Тут как минимум нужен анализ возможности получения их требуемых объёмов из условного подмосковного суглинка таким образом, чтобы весь цикл не превратился в мартышкин труд.

Надо фитомайнинг осваивать на уральских перидотитных массивах, когда в Норильске никель кончится. А по поводу хрома, его больше надо... С биодоступностью хрома из почв все плохо от слова вообще? Если да, тогда нужен доступ к Кемпирсаю, а он совсем так чуть-чуть за границей...
Метать бисер перед свиньёй-исключительно бесполезное занятие.Она не только не поблагодарит за это действие,но будет ещё и недовольна,что её хорошую грязевую ванную портят при помощи яркого и режущего глаза бисера

Есть только миг между прошлым и будущим.Именно он называется цивилизация

Бренность бытия осознают только очень умные и очень глупые люди. Первые понимают это разумом, вторые-сердцем

Оффлайн leon10010

  • *****
  • Сообщений: 7 505
  • Благодарностей: 403
  • ух
    • Сообщения от leon10010
Надо фитомайнинг осваивать на уральских перидотитных массивах, когда в Норильске никель кончится.
В Воронеже уже осваивают. В Новохоперске. Стране нужен никель. Китайской. https://abireg.ru/n_25692.html?s365
итить

Оффлайн Fall63

  • *****
  • Сообщений: 1 167
  • Благодарностей: 56
    • Сообщения от Fall63
В Воронеже уже осваивают. В Новохоперске. Стране нужен никель

Дык там традиционные месторождения - сульфидные, тобишь обогащаемые... А фитомайнинг - это про силикатные, да еще и с очень низким кларком. Так что вообще не про то.
Метать бисер перед свиньёй-исключительно бесполезное занятие.Она не только не поблагодарит за это действие,но будет ещё и недовольна,что её хорошую грязевую ванную портят при помощи яркого и режущего глаза бисера

Есть только миг между прошлым и будущим.Именно он называется цивилизация

Бренность бытия осознают только очень умные и очень глупые люди. Первые понимают это разумом, вторые-сердцем

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 556
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Проблема в том, что потребность в аккумулирующих мощностях существенно увеличит стоимость электроэнергии для конечного потребителя. Помимо прямых немаленьких расходов на, собственно, аккумуляторы, их обслуживание и периодическую замену, есть ещё проблема низкого КИУМ погодозависимых ВИЭ. Чем больше растет доля ВИЭ в генерации, тем больше это понижает совокупный КИУМ всей энергосистемы. В "зеленом раю" будет за счастье иметь КИУМ 25%.
По сути, это означает, что стоимость киловатта установленной мощности нужно домножать, минимум, на 4.
"Батарейки" - это конечно проекты будущего, сегодня они в промышленных масштабах используются только для мгновенного ответа. Но даже сейчас для традиционной энергетики, часто слабо маневренной в течении суток, используются ГАЭС, Кое-где и гигаватных масштабов.

Онлайн BlackMokona

  • *****
  • Сообщений: 22 230
  • Благодарностей: 658
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от BlackMokona
"Батарейки" - это конечно проекты будущего, сегодня они в промышленных масштабах используются только для мгновенного ответа. Но даже сейчас для традиционной энергетики, часто слабо маневренной в течении суток, используются ГАЭС, Кое-где и гигаватных масштабов.
Батарейки тоже на гигаваты начали переходить. https://www.ixbt.com/news/2021/10/19/huawei-obojdjot-i-tesla-i-vseh-ostalnyh-kompanija-postroit-krupnejshee-v-mire-hranilishe-jenergii.html

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 556
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
Вот ветряк, стоит такой и даёт нам уже электричество и будет давать пока не сломается.
И даже больше - когда сломается то детали из дефицитных/дорогих материалов пойдут на переработку.

Это с населения батарейки проблематично назад получить, а промышленные агрегаты все идут совсем не на свалку.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
И даже больше - когда сломается то детали из дефицитных/дорогих материалов пойдут на переработку.

В тех случаях, когда речь о компонентах сплавов - вторичная переработка вызывает значительные сложности. Тут в качестве примера можно привести рений. Основная область его применения (80% всего рения) - это жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей. Т.е. используют его не в ширпотребе, а в промышленной технике (в основном авиационные двигатели, причём рения в применяемых там сплавах довольно много, до 6%). Так вот, несмотря на это и то, что рений - очень дорогой металл, возврат его при вторичной переработке незначительный. Т.е. в мире ежегодно потребляется около 60 тонн рения, а возвращается через рециклинг только около 10 тонн.

Так что на большой возврат легирующих элементов (таких как хром или никель я бы не рассчитывал), ну по крайней мере пока они не станут на на много дороже рения сегодня. :) Правда в этом случае их никто, кроме военных видеть не будет.

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 556
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
В тех случаях, когда речь о компонентах сплавов - вторичная переработка вызывает значительные сложности. Тут в качестве примера можно привести рений. Основная область его применения (80% всего рения) - это жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей. Т.е. используют его не в ширпотребе, а в промышленной технике (в основном авиационные двигатели, причём рения в применяемых там сплавах довольно много, до 6%). Так вот, несмотря на это и то, что рений - очень дорогой металл, возврат его при вторичной переработке незначительный. Т.е. в мире ежегодно потребляется около 60 тонн рения, а возвращается через рециклинг только около 10 тонн.

Так что на большой возврат легирующих элементов (таких как хром или никель я бы не рассчитывал), ну по крайней мере пока они не станут на на много дороже рения сегодня. :) Правда в этом случае их никто, кроме военных видеть не будет.
Рений - очень плохой пример.
А вот на циклизацию хрома и никеля из стальных сплавов в промышленных агрегатов я бы рассчитывал.

Оффлайн AlexAV

  • Модератор
  • *****
  • Сообщений: 10 473
  • Благодарностей: 579
    • Сообщения от AlexAV
Рений - очень плохой пример.

И рений и никель с хромом - легирующие элементы в сплавах. Соответственно, ситуация с рением хорошо моделирует то что получится и никелем/хромом даже при очень высоких ценах на них (рений - металл весьма дорогой). В технологической части разделение железа и никеля ничуть не проще, чем отделение рения от материала суперсплава. 

Оффлайн Lieut

  • *****
  • Сообщений: 1 556
  • Благодарностей: 61
  • Мне нравится этот форум!
    • Сообщения от Lieut
И рений и никель с хромом - легирующие элементы в сплавах. Соответственно, ситуация с рением хорошо моделирует то что получится и никелем/хромом даже при очень высоких ценах на них (рений - металл весьма дорогой). В технологической части разделение железа и никеля ничуть не проще, чем отделение рения от материала суперсплава. 
Цитата
в качестве примера можно привести рений. Основная область его применения (80% всего рения) - это жаропрочные сплавы для газотурбинных двигателей. Т.е. используют его не в ширпотребе, а в промышленной технике (в основном авиационные двигатели, причём рения в применяемых там сплавах довольно много, до 6%). Так вот, несмотря на это и то, что рений - очень дорогой металл, возврат его при вторичной переработке незначительный.
Да, а почему? Химически рений очень специфичен, его отделять из растворов разных металлов - одно удовольствие.
В каком звене технологической цепочки он теряется?

Оффлайн -Asket-

  • *****
  • Сообщений: 3 931
  • Благодарностей: 406
  • Шапочка из фольги - последний бастион разума
    • Сообщения от -Asket-
Вероятно в мире сейчас продолжается рост общего числа находящихся в эксплуатации газотурбинных двигателей и число выводимых из эксплуатации за год значительно меньше, чем производящихся. Пока отрасль не вышла на некое плато по объемам производства, оценивать возможный при существующем уровне цен процент рециклинга преждевременно.
Не теряйте мужества - худшее впереди!
Пессимист считает, что хуже, чем есть, быть не может, а оптимист утверждает, что бывает и хуже.
Один ученый сделал великое открытие, но объяснить не смог. И никто не смог. – Вот неуч!.. – хихикали завистники.