Каким будет безуглеродный мир будущего?

Давайте взглянем правде в глаза: если мы собираемся спасти эту планету от нас самих, нам придется разработать более чистые технологии. И вот каким будет будущее, когда мы перейдем к высокотехнологичному миру с низким содержанием углерода во всем подряд. Наш мир, впрочем, постепенно и размеренно переходит к низкоуглеродной экономике. И дело не только в изменениях климата. Среди других причин рост затрат энергии, рост мирового населения, быстрый рост проблем безопасности и расширение глобальной экономической активности.

Заглядывая в будущее, трудно сказать с определенной уверенностью, какой будет низкоуглеродная, или «зеленая экономика», когда мы до нее доберемся, но мы можем быть уверены, что переход к ней от нашей текущей, нестабильной, зависимой от углерода экономики будет очень массивным. Возможно, мы никогда не поборем выбросы углерода, но будем стремиться к достижению углеродной нейтральности. Правда, поскольку наши привычки потребления вряд ли изменятся, необходимы значительные инвестиции и технологическая изобретательность.

Футуролог Рамез Наам так объяснил это ресурсу Gizmodo: «Говоря об энергии, еде, транспорте, домах и подобном: очень малая часть нашего прогресса будет идти через добровольное желание потреблять меньше. Люди отчаянно этому сопротивляются. Если мы хотим преуспеть, нам нужно предоставить больше чистых, не загрязняющих окружающую среду, безопасных для климата вариантов этого всего».

Современный пример

К счастью, достижение низкоуглеродного состояния мира не выходит за рамки наших возможностей. Как рассказала футуролог Мадлен Эшби, у нас уже есть реальный пример: Исландия.

Исландская IDDP-1, первая в мире геотермальная система, работающая на магме

Эта крошечная северная нация уже генерирует 85% собственной энергии устойчивым, хотя и не полностью, углеродно-нейтральным способом. Больше 65% исландской энергии поступает из геотермальных источников, большинство которых обеспечивают страну теплом и электричеством.

Эшби говорит, что большинство других источников энергии в Исландии полагаются на гидроэлектростанции. Гидроэлектричество составляет 72% от общей выработки электроэнергии в Исландии, поэтому она даже может немного продавать — то есть нашла способ превратить зеленую энергию в прибыльную и жизнеспособную отрасль.

В Исландии по сути есть лишь четыре отрасли: рыбалка, пастушество, энергетика и туризм. Эшби отмечает, что с населением в 330 000 человек и с ограниченным пространством для развития, «они должны были стать лучшими во всех этих вещах».

В розничном контексте это значит, что их вещи стоят своих денег. «В Исландии дорого, — говорит Эшби. — Свитера из овечьей шерсти ручной работы по 250 долларов. Чаша тушеной рыбы — 40 долларов. Пинта местного пива — 14 долларов. Шот местного джина? 7 долларов. Бензин? Бензин стоит столько, сколько должен стоить бензин — в мире, пристрастившемся к нефти, исландцы выставляют на бензин кокаиновые цены».

Эшби говорит, что дешево там стоит лишь дешевый китайский импорт — как раз того типа, который оборачивается абсурдными количествами углерода в процессе производства и перевозки — и «безделушки для туристов». Местное производство тоже присутствует, но исландцы живут как белые люди — а потные работники из Бангладеша нет — поэтому цены отражают прожиточный минимум. И люди платят. Поскольку в стабильной экономике вы платите людям ровно то, чего они хотят, чтобы они могли содержать свою семью, говорит Эшби.

Самораспределяющиеся ресурсы

Другой известный пример реального мира — то, что писатель-фантаст и футуролог Карл Шредер называет самораспределяющимися ресурсами; это течение становится сильнее с развитием «Интернета вещей» и блокчейновых технологий вроде Etherium.

Bixi Bike Share в Торонто: чем больше такого, тем меньше углерода в атмосфере

Шредер указывает на Uber в качестве примера. Хотя мы привыкли считать Uber компанией, он говорит, что это скорее посредник между людьми и ресурсом малого пользования: автомобилями. «Нет ничего, что помешало бы подключенным [к Интернету вещей] автомобилям и потенциальным водителям договориться между собой, без посредника — и это касается всех других ресурсов».

Другой пример — смиренная бытовая дрель — инструмент, которым мы в среднем пользуемся несколько минут в течение всей своей жизни. Шредер считает, что «инструментные кооперативы» могут стать потенциальным ответом на недоиспользование этих замечательных вещей, но на этом все не остановится.

«Представьте подключенную дрель, — говорит Шредер. — Если она лежит без дела, она может предложить свои услуги доверенным соседям — с разрешения владельца — и доставить себя вместе с дроном в руки тех, кто в ней нуждается, за считанные минуты. В результате у нас будет меньше дрелей, но больше проделанных с ними работ».

Сила такого подхода не станет очевидной, пока мы не начнем перечислять все излишества вокруг себя. В то же время совсем не обязательно предпринимать суперобщинный подход или отказываться от собственности наших вещей. Поделиться не значит отказаться.

Заглядывая в будущее, он думает, что нам не придется иметь в собственности так много вещей, «но эффекты будут теми же, как если бы мы ими владели; и наши стремления поделиться будут личными, из рук в руки и совершенно добровольными — и куда менее углеродсодержащими».

Думаю, в этой статье вы найдете много производных от углерода слов, с которыми раньше дела не имели.

В поиске низкоуглеродной энергии

Делиться ресурсами и жить припеваючи — это, конечно, хорошо и весело, но чтобы избавить наш мир от зависимости от углерода, нужно также найти лучший способ получать энергию.

«Сегодня электричество в подавляющем большинстве производится из ископаемого топлива, — говорит Рамез Наам. — Если мы хотим побороть изменения климата, придется изменить и это».

600-мегаваттная ветряная ферма Fântânele-Cogealac в Румынии

По мнению Наама, у нас есть четыре основных технологии, чтобы двигаться вперед: солнечная, ветряная, ядерная и хранение энергии. «Солнечная энергия преодолела точку, обеспечив 1% мирового электричества, — говорит он. — Хранение отстает от солнечной энергии на 20 лет. Но у этой сферы есть преимущество — цены быстро понижаются и наблюдается активное развитие».

Ветер (с точки зрения энергии) уже стоит меньше природного газа в большинстве стран (в которых дует ветер) и продолжает падать в цене. Солнце дороже, но падает в цене еще быстрее и в конечном итоге будет стоить в два-три раза меньше ископаемого топлива с точки зрения электроэнергии. Ключом к развитию обоих является хранение энергии. С дешевым хранением, мы могли бы хранить энергию солнца и ветра до тех пор, пока не стемнеет и ветер не уляжется. И цены на хранение энергии тоже быстро снижаются.

Что касается ядерной энергии, она предоставляет безопасное безуглеродное электричество 24 часа 7 дней в неделю, но находится в беде. «Частично она оттого, что страх перед катастрофами привел к закрытию некоторых реакторов, и частично оттого, что наша политика не предлагает ядерную энергию как безуглеродную альтернативу. Кроме того, ядерная промышленность наблюдает рост, а не падение цен. Они не могут найти способ проводить инновации во имя снижения цен. Поэтому можно лишь надеяться, что они сработаются и сделают какие-нибудь небольшие модульные реакторы, которые можно будет собирать на конвейерах. Но пока что будущее ядерной энергетики кажется туманным».

Другой вопрос, когда дело доходит до энергии, это как все отразится на общей экономике и как отдельные предприятия и домовладельцы адаптируются к меняющемуся технологическому ландшафту.

По словам Патрика Ханна, консультанта Enshift Power и IGES Canada Ltd., в ближайшее время внимание будет сосредоточено на КПД (efficiency), поскольку на сегодняшний день это наиболее эффективная по затратам стратегия для внедрения. «С этой позиции, пока мы переходим к микро- или общественным подходам к генерации и хранения энергии, мы будем предпринимать необходимые шаги для контроля потраченных впустую ресурсов», — объясняет он.

Остается вопрос, будем ли мы двигаться в сторону массивных централизованных станций, либо перейдем к безсеточной энергетической модели. «Интригующей частью для меня является то, будет ли будущее возобновляемой энергии зависеть от наших крупномасштабных проектов и полагаться на текущую инфраструктуру сети или же мы выберем микросетевой подход, — говорит Ханна. — В случае последнего мы получим солнечное общество, которое будет добывать и хранить собственную энергию и не будет питаться от сети, ну или полностью автономную генерацию и хранение».

Энергонезависимый домик

Ханна говорит, что это будет решаться, пока промышленность, правительства и потребители будут драться за энергетическое господство. В конце концов, в этой отрасли будет сделано — и потеряно — много денег в зависимости от выбранного направления. Поставщики энергии будут сопротивляться. Солнечные компании могут стать сами себе господами, либо заключить партнерство с местными общинами.

Светлое (буквально) будущее

Наам и Ханна оба переживают, что солнечная энергия будет играть огромную роль по мере перехода к низкоуглеродной экономике. Эта тенденция прекрасно реализуется, и по всему миру предпринимаются гигантские инициативы. Все это мощно указывает в направлении того, какой будет энергия будущего.

Солнечные фермы на окраине Дуньхуана в северо-западной китайской провинции Ганьсу

Взять первую крупномасштабную электростанцию Китая, которая в настоящее время строится в пустыне Гоби. Эта солнечная ферма растянулась на много миль, ее можно увидеть из космоса, и она в три раза больше той, что была три года назад. NASA объясняет, что это означает с точки зрения добавленной мощности:

«По сообщениям China Daily, установленные солнечные мощности в провинции Ганьсу в 2014 году достигли 5,2 гигаватт. Clean Technica сообщила, что Национальная администрация энергии Китая поставила цель увеличить мощности провинции на дополнительные 0,5 гигаватта в 2015.

По всей стране общая мощность установок в 2014 году составила 28,05 гигаватта, согласно PV Magazine. Из них больше 10 гигаватт были недавно добавлены к мощности в 2014 году, что привело к 200-процентному увеличению киловатт-часов электричества, произведенного с помощью солнечных ферм по сравнению с предыдущим годом.

Китай прибавил больше 5 гигаватт новой мощности в первом квартале 2015 года. Это происходит в рамках огромного плана страны по уходу от угля в сторону возобновляемых и более надежных источников энергии».

Подобные вещи происходят и в США, включая Topaz Plant с 9 миллионами панелей, площадью 9,5 квадратных миль (чуть больше 15 кв. км) и мощностью свыше 500 мегаватт, а также 579-мегаваттный проект Solar Star. Станции вроде таких будут использоваться так же, как опреснительные заводы по производству обильного количества питьевой воды.

Собственно, Topaz Plant

Говоря о середине 21 века, можно допустить, что мы будем добывать солнечную энергию прямо в космосе. Перспективы космических солнечных батарей наметили еще в 1960-х годах; некоторые эксперты считают, что они обладают потенциалом решить все наши энергетические нужды.

Возглавляет это движение Япония со своей системой SBSP. Ее космическое агентство JAXA надеется получить полностью работоспособную систему до 2030 года. Оказавшись на месте, система будет работать на стационарной орбите в 39 000 километрах над экватором, собирая солнечный свет. Затем она будет отправлять энергию на Землю, используя лазерные лучи, с эффективностью конвертации солнечной энергии в лазерную примерно в 42%. Каждый добывающий энергию спутник будет посылать энергию на трехкилометровую в диаметре принимающую станцию, способную вырабатывать гигаватт электричества — достаточно, чтобы дать энергию полумиллиону домов.

Концепция космической солнечной батареи

От малого к большему

Не все согласны с тем, что за солнечной энергией будущее. Эксперт по нанотехнологиями Дж. Сторрс Холл скептично смотрит на то, что ветряные или солнечные фермы когда-нибудь будут покрывать существенный процент энергии, в которой мы нуждаемся, утверждая, что обе технологии противоречат исторической тенденции, которая снижает, а не увеличивает следы производства.

Вместо этого он указывает на нанотехнологии, которые описывает как «расширение биотехнологий за счет других средств».

«Вероятнее всего, что у нас появятся настольные, если не карманные, синтезаторы, которые заменят большую часть централизованного фабричного производства и транспортной системы, которые мы имеем сейчас», — говорит Холл. Он говорит о молекулярных ассемблерах, мини-фабриках — святом Граале технологий.

Настольный молекулярный ассемблер глазами художника

«Это будет похоже на то, как персональные компьютеры заменили централизованные мэйнфреймы компьютерных центров за последние десятилетия, — говорит Холл. — Единственное, о чем стоит переживать, так это о том, что персональные синтезаторы будут извлекать слишком много углерода из воздуха».

Холл говорит, что с нанотехнологиями мы сможем заполучить совершенно безуглеродную топливную систему. К примеру, мы могли бы получить возможность обрабатывать аммиак в качестве топлива, по сравнению с не таким уж простым в использовании водородом. Как только такой топливный наноэлемент удастся сделать, он будет производить водяной пар и азот. Такая разработка настолько уменьшит выбросы углекислого газа, которые происходят при транспортировке, что снизит выбросы всех парниковых газов на 14%.

Одних только нанотехнологий будет достаточно, чтобы осуществить большую часть таких трансформаций, по мнению Холла, но в конечном итоге золотым стандартом безуглеродной энергии будет все же ядерная.

«Чтобы осознать, почему так, достаточно вспомнить, что в ядерном топливе в миллион раз больше энергии, чем в химическом, — говорит он. — В миллион раз меньше добычи ресурсов, в миллион раз меньше обработки и транспортировки, в миллион раз меньше пепла. За ту же произведенную энергию реактор будет требовать меньше топлива, чем ветряная мельница — масла для смазки, что может быть более подходящим?».

Холл говорит, что наши ядерные технологии по-прежнему находятся в зачаточном состоянии, что можно сравнить с ламповыми компьютерами.

«Примените нанотехнологии к различным технологическим проблемам, и вы получите исключительно чистую и очень дешевую энергетическую базу, — говорит он. — Добавьте производственные возможности нанотехнологий, и вы получите революцию в каждом физическом экономическом секторе, сравнимую с той, что мы видели в мире информационных технологий. Это означает персональные синтезаторы, летающие автомобили, коммерческие путешествия в космос и персональное бессмертие. Если захотите».

Как изменится выращивание пищи

После производства электроэнергии и тепла (25% от глобальных выбросов парниковых газов) идет сельское хозяйство, которое отрезает следующий по величине кусок пирога — 24%.

По словам Рамеза Наама, «производство еды, чтобы поесть, это самое разрушительное действие по отношению к окружающей среде, которое осуществляют люди». Это действие затмевает изменения климата с точки зрения ущерба, который наносит нашей планете. По мнению Наама, 85% обезлесения происходит по вине сельского хозяйства, а перелов в океане приводит к коллапсу для практически каждого вида рыбы, которую мы едим, уничтожает коралловые рифы и жилье, которое они предоставляют.

Единственный способ двигаться дальше — интенсификация сельского хозяйства. «Это означает больше пищи на том же или на меньшем клочке земли, — говорит Наам. — Мы можем это сделать». Но чтобы до этого дойти, нам придется генетически усовершенствовать культуры.

«Правильная генетика может позволить культурам обходиться меньшим количество пестицидов (или вообще от них отказаться), эффективнее расходовать воду, удобрять себя азотом из атмосферы, использовать эффективный фотосинтез для включения большего количества солнечного света в пищу и многое другое. Это огромное дело для каждой страны, но еще более огромное для развивающихся стран, где урожай на квадратный акр намного ниже, поскольку у них нет тракторов, искусственных удобрений или систем ирригации. Поэтому я считаю, что ГМО нам очень пригодится, особенно в беднейших районах мира».

AeroFarms строит крупнейшую в мире вертикальную ферму в Ньюарке, штат Нью-Джерси

Другое потенциальное решение приходит в виде сельского хозяйства с контролируемой средой и связанной с этим практикой вертикального сельского хозяйства. Оно не идеально, но может решить множество проблем, связанных с традиционными способами ведения сельского хозяйства. Президент IGES Canada Ltd., Мишель Аларкон объяснил ресурсу io9, что сельское хозяйство с контролируемой средой имеет ряд серьезных преимуществ:

«По сравнению с обычными фермами (в зависимости от точной конфигурации и используемых технологий), они в 100 раз эффективнее с точки зрения использования пространства, на 70-90% менее зависимы от воды и оставляют меньше углекислого газа. Пища выращивается без использования пестицидов, богата питательными веществами и свободна от химических загрязнений. И поскольку их можно строить буквально повсюду, такие фермы могут обеспечить общество пищей, которая у них нормально не растет».

Патрик Ханна, работающий с Аларконом, считает, что в определенный момент нам понадобится более прочная связь с нашими поставщиками пищи, что будет означать, скорее всего, переход к мелкомасштабным фермерским подходам, и ячейки общества будут работать над местным производством и скотными инициативами. «Будем надеяться, все пойдет по тому пути, когда люди будут работать вместе, чтобы накормить друг друга и всю планету, — говорит он. — Я чувствую, что это приведет к тому, что мы не будем относиться к здоровой пище как к чему-то само собой разумеющемуся».

Ханна предвидит низкоуглеродное будущее, в котором каждый среднестатистический человек живет в высокотехнологической, но при этом целиком функциональной домовой системе — в которой овощи выращиваются прямо дома в полностью автоматизированной умной системе. Растения можно выращивать и собирать поэтапно, что обеспечит свежесобранные овощи и фрукты на каждый день. Каждый дом будет такой миниатюрной экосистемой.

«Дома будут полностью автономными и иметь средства по использованию и повторной переработке воды по мере ее движения через дом; вода из душей, раковин, туалетов и теплиц будет полностью циклизована и заново использоваться с минимальными отходами, — говорит Ханна. — Корпус дома будет захватывать дождевую воду и включать в эту систему».

В более широком масштабе Ханна прогнозирует, что каждая община будет иметь средства выращивать фрукты на деревьях или пастбищных животных для торговли с другими местными сообществами, подобно тому, как было в прошлом. Но признает, что большая часть работы будет полностью автоматизирована или управляться формой искусственного интеллекта.

«Со сбором дождевой воды и включением интеллектуальных систем питания с местным производством энергии, люди снова окажутся на попечении собственной продовольственной и энергетической продукции. Полностью автоматизированная умная система проложит для нас путь в будущее, а мы в ответ отдадим ей часть своего уважения, как это делали в прошлом».

Создание мяса

Еще один крупный сдвиг, по мнению Наама, произойдет в сфере аквакультуры, или рыбоводства. Но когда дело дойдет нашего ненасытного желания поесть мясца, этот момент будет отмечен самым крупным изменением. «Есть животных крайне неэффективно», — говорит Наам, но потребление «продолжает расти по всему миру». Это значит, что нам придется выращивать больше пищи на той же земле, если мы хотим продолжать употреблять в пищу мясо.

«Я не вижу реального способа решить этот вопрос в ближайшее время. Нам придется повысить урожайность на акр, в значительной части потому, что эти культуры будут все больше превращаться в мясо».

В качестве решения Наам опять же указывает в сторону генетики. «Мы знаем, что некоторые другие млекопитающие производят меньше метана, чем коровы и свиньи, — говорит он. — А именно: кенгуру-валлаби, в желудке которых живут симботические бактерии, потребляющие метан. Будь то прямое введение нужных кишечных бактерий или прямая модификация генов коров и свиней, я думаю, придется сделать что-то такое — найти способ поглощать метан, а не выпускать его».

Другой вариант — мясо из пробирки. Хотя звучит это ужасно и аппетита не вызывает, перспектива искусственного мяса более чем реальна, и несколько серьезных предприятий занимаются поисками именно такого продукта. Это не только устранит массовый забой скота, но и будет неизмеримо более этичным.

Пока же остается задача снизить стоимость (в настоящее время одна котлетка для гамбургера, сделанная таким образом, обходится в 330 000 долларов) и найти способ быстрого и эффективного производства. Ну и, конечно же, сделать его вкусным.

Надежда на грани отчаяния

Это лишь небольшой пример того, что можно было бы ожидать в ближайшие десятилетия.

Можно также ожидать различных усилий со стороны геоинженеров и попыток связать углерод, чтобы снизить эффекты глобального потепления. Возможно, наши политики и лидеры производств, наконец, договорятся и установят эффективные и действенные ограничения.

В конце концов, впадать в отчаяние не стоит.