Александр Шохов

Кандидат философских наук, Ph.D.,

эксперт Сретенского клуба

 

 

Статья была опубликована в издании Сретенского клуба «Социально-экономический бюллетень 2021», страницы 86-94.

Скачать бюллетень: https://www.shokhov.com/bulletin-2021.pdf

О необходимости разработки экологической повестки России

Климатическая повестка в ближайшие годы станет основной темой и инструментом внешней политики США. Величина углеродного следа, которая рассчитывается в тоннах в абсолютных величинах или в пересчёте на душу населения, становится одним из показателей, характеризующих переговорную силу того или иного государства. «План Байдена о революции чистой энергиии и экологической справедливости» (The Biden Plan for a Clean Energy Revolution and Environmental Justice, источник https://joebiden.com/climate-plan/) однозначно свидетельствуют о серьёзном намерении США использовать экологическую повестку во внешней политике. Для России это означает следование в русле навязанного ей со стороны дискурса. Разработка собственной экологической повестки выглядит актуальной внешнеполитической задачей Российского государства.

Аргументы президента США, на первый взгляд, просты и понятны, их можно найти во множестве публикаций и официальных документов ООН (в частности https://news.un.org/ru/story/2021/08/1407862):

  1. Главная причина потепления атмосферы — парниковый эффект,
  2. Главная причина парникового эффекта — выбросы парниковых газов в ходе человеческой деятельности.
  3. Те страны, которые снижают выбросы парниковых газов, делают благое дело для всего человечества, поскольку способствуют остановке нагрева атмосферы и спасают нашу планету от экологической катастрофы.
  4. Необходимо построить экономику с нулевым выбросом парниковых газов не позднее, чем в 2050-му году, иначе планета начнёт нагреваться слишком сильно, а это угрожает самому существованию человечества.

Что же не так в этих тезисах? На первый взгляд, они выглядят слишком уж простыми и линейными, несмотря на очевидные возможные альтернативы.

Учёный, привыкший подвергать сомнению каждое утверждение, мог бы спросить:

  1. Насколько твёрдо установлено, что причиной глобального потепления является именно парниковый эффект?
  2. Действительно ли выбросы парниковых газов человечеством играют настолько весомую роль в общем продуцировании парниковых газов всей планетой?
  3. Может ли быть так, что страны, снижающие свой «углеродный след», нагревают атмосферу каким-то другим образом, например, потребляя энергию, выработанную как с использованием углеводородных, так и с помощью «зелёных» источников? В таком случае, декарбонизация экономики — это всего лишь борьба за изменение способа нагревания нижних слоёв атмосферы, но не за то, чтобы атмосфера у поверхности планеты перестала нагреваться.
  4. Существуют ли другие способы охладить нижние слои атмосферы нашей планеты, кроме сокращения выбросов парниковых газов?
  5. Может ли быть так, что все усилия человечества, направленные на декарбонизацию экономики, не могут принести желаемого результата, и, если всерьёз решать проблему, нужно делать что-то совершенно иное?

Глобальное потепление — это факт

Сам факт глобального потепления мало у кого вызывает сомнения. Очевидное таяние ледников, слишком раннее освобождение от льда Северного Морского пути, таяние вечной мерзлоты и другие природные явления показывают, что среднегодовая температура нижних слоёв атмосферы действительно растёт. Причины глобального потепления при этом рассматриваются самые разные.

Рисунок 1. Многочисленные независимые показатели изменения глобального климата. Каждая линия представляет независимо определенную оценку изменения элемента климата

Роль парниковых газов в парниковом эффекте

Причина, которая сегодня рассматривается в качестве основной — выбросы человечеством парниковых газов в результате экономической деятельности — вызывает множество сомнений: Ведь широко известно, что основным парниковым газом является вовсе не CO2, а водяной пар. Благодаря чему возникает парниковый эффект?

Атмосферные газы (водяной пар, углекислый газ, метан, закись азота и др.) задерживают часть длинноволнового излучения от поверхности Земли и рассеивают его в разные стороны, в результате чего происходит нагревание атмосферы. Интересно отметить, что если бы парниковых газов в атмосфере не было вообще, то приповерхностная температура воздуха была бы на 33-39°С меньше, т.е. климат Земли был бы практически непригоден для существования человеческой цивилизации.

Рисунок 2. Вклад атмосферных компонент в парниковый эффект (ВА — влагосодержание атмосферы)

Как можно видеть в последней строке приведённой таблицы, среднее значение вклада различных атмосферных компонент в парниковый эффект составляет следующие величины: влагосодержание атмосферы и облачность — примерно 75%, CO2 — примерно 20%.

Среднее значение в таблице рассчитывалось по трём климатическим моделям, это связно с тем, что разные парниковые газы имеют общие полосы спектра поглощения инфракрасного излучения, поэтому при математическом моделировании, чтобы выделить вклад каждого атмосферного газа, учёным приходится использовать различные методы, — в каждой приведённой в таблице климатической модели этот набор методов различен.

Средние величины, отображённые в таблице, могут означать, что стремление перейти на водородное топливо, активно декларируемое Европейским Союзом (источник https://ec.europa.eu/energy/sites/ener/files/hydrogen_strategy.pdf), — не более, чем заблуждение. Ведь результатом сгорания водорода является водяной пар, который, как было показано выше, играет в парниковом эффекте в 3,75 раз большую роль, чем CO2.

Тепловые отходы человечества

Идея оценить тепловые отходы человечества принадлежит эксперту Сретенского клуба кандидату физико-математических наук Н.В.Белотелову, она была высказана им в личной беседе.

Прогноз потребления энергии показывает, что суммарное потребление энергии человечеством растёт и продолжит расти в дальнейшем. Этот суммарный результат год от года будет только увеличиваться, несмотря на возможное изменение долей источников энергии внутри каждого столбца.

Рисунок 3. Первичное потребление энергии по источникам (в эскаджоулях, 1 эскаджоуль = 1018 Джоуль).

Источник https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/energy-outlook/bp-energy-outlook-2020.pdf, страница 65. Rapid — это сценарий быстрого перехода к возобновляемым видам энергии, Net Zero — это сценарий полного обнуления углеродных выбросов, Business-as-usual — это инерционный сценарий.

Энергия, потребляемая человечеством, частично выбрасывается в окружающую среду (поскольку двигатели не имеют 100% КПД), это приводит к нагреванию нижних слоёв атмосферы. Насколько технологическое нагревание нижних слоёв атмосферы (тепловые отходы человечества) больше или меньше влияния парникового эффекта на климат Земли?

Можно привести только очень приблизительную и предварительную оценку. Теплоёмкость воздуха составляет 0,24 Ккал/(кг*град), плотность воздуха можно грубо принять как 1,3 кг/м3. Для нагрева 1 м3 воздуха на 1 градус нужно потратить энергию 0,312 Ккал = 1306 Джоуль. Объём атмосферы Земли до высоты 60 метров от уровня моря составляет 3,06*1016 м3. При среднем КПД двигателей = 60%, тепловыми отходами человечества в 2018 году можно считать 40% от 5,80*1020 Джоуль, что составляет величину 2,32*1020 Джоуль. Насколько нагревается нижний слой атмосферы земли (до 60 метров над уровнем моря) за счёт рассеяния такого количества энергии? Расчёты показывают, что изменение температуры нижних слоёв атмосферы благодаря тепловым отходам повышается примерно на 5,8 градуса. Приблизительность приведённой оценки позволяет говорить только о том, что фактор тепловых отходов, как минимум, так же значим для потепления климата, как и парниковый эффект, и странно, что он совершенно выпадает из сферы внимания экспертов европейской экономической комиссии. Нет сомнений в том, что этот фактор заслуживает самого пристального внимания и изучения.

Значимость тепловых отходов в глобальном потеплении может означать принципиальную ошибочность идеи декарбонизации экономики, поскольку нижние слои атмосферы будут нагреваться независимо от того, какие источники энергии будут использоваться. Чем выше уровень и качество жизни человека, тем больше энергии он будет потреблять, и больше тепловых отходов излучать в окружающую среду.

Другие возможные причины глобального потепления

Усиление солнечной активности называют ещё одной возможной причиной глобального потепления. (Источник https://www.sibran.ru/upload/iblock/8a9/8a943e81473beb827c21ade3aa581efd.pdf).

Идея о том, что метан, производимый в пищеварительной системе крупного и мелкого рогатого скота, оказывают значительное влияние на парниковый эффект и глобальное потепление, также получила значительное распространение в последние годы. (Источник https://climate.nasa.gov/faq/33/which-is-a-bigger-methane-source-cow-belching-or-cow-flatulence/)

Какова доля человечества в производстве СO2?

Таблица 1. Выделение CO2 в атмосферу Земли (приблизительные оценки из разных источников)

В год в атмосферу выбрасывается

Тонн CO2

Доля, %

СO2 в результате гниения органики

220 000 000 000

33,6%

СO2 выделяет океан

330 000 000 000

50,3%

СO2 дают лесные пожары

50 000 000 000

7,6%

СO2 дают вулканы

200 000 000

0,0%

СO2 в результате человеческой деятельности

55 300 000 000

8,4%

Общее количество СO2 выбрасывается в атмосферу в год

655 500 000 000

100,0%

Источник собственные расчёты

Общее количество СO2 в атмосфере земли приблизительно составляет 2,12 триллионов тонн. В мировом океане растворено 132 триллиона тонн СO2 (в 62 раза больше, чем в атмосфере Земли). В атмосфере Земли сейчас содержится 0,0041% СO2.

Из числа выделенного в атмосферу СO2 около 644 млрд. тонн ежегодно поглощается микроорганизмами и растениями, в том числе связывается в известковых отложениях океанов. Это означает, что СO2 накапливается в атмосфере Земли со скоростью 11 млрд. тонн ежегодно. В свою очередь, это означает, что доля содержания СO2 в атмосфере Земли должна ежегодно увеличиваться на 0,0002%, то есть на 0,001% каждые пять лет, что подтверждается наблюдениями.

Рисунок 4. Доля СO2 в атмосфере Земли

Таким образом, уменьшение выбросов СO2 в атмосферу Земли — безусловно важная задача, но не в связи с глобальным потеплением, а потому, что нельзя допустить высокого содержания углекислого газа в атмосфере — люди и животные попросту не смогут быть здоровы, если в воздухе будет более 0,15% углекислого газа.

Очевидно, задача состоит не только в том, чтобы уменьшить выбросы углекислого газа, но и в том, чтобы увеличить поглощение за счёт растений и микроорганизмов, которые эффективно поглощают СO2.

Как охладить нижние слои атмосферы за счёт верхних?

В нашей Вселенной нет дефицита холода. Охладить нижние слои атмосферы можно с помощью достаточно масштабных технических устройств (тепловых насосов или трубопроводов большого диаметра с принудительной вентиляцией), обеспечив теплообмен или воздухообмен между нижними и верхними слоями атмосферы. На высоте пяти километров среднегодовая температура воздуха составляет минус 17,47 градусов Цельсия, в то время как среднегодовая температура у поверхности Земли составляет около 15 градусов Цельсия. Влажность воздуха на высоте 5 км в 10-12 раз меньше, чем у поверхности Земли. На земном шаре более 200 гор, превышающих 5 км в высоту, которые можно использовать как опору для сооружения единой системы кондиционирования планеты. Любопытно, что средств, которые сегодня планируется выделить на декарбонизацию экономики, достаточно для сооружения такой системы. Декарбонизация, даже в случае её полного успеха, не приведёт к охлаждению климата. Как было показано выше, доля человечества в выбросах СO2 в атмосферу 8,4%, а учитывая, что вклад СO2 в парниковый эффект составляет около 20%, это означает, что роль человеческой деятельности в парниковом эффекте можно оценить как 1,7%. Уменьшение этой величины даже в два раза не отразится на температуре нижних слоёв атмосферы достаточно существенно. Единая система кондиционирования планеты может существенно влиять на тепло, воздухо- и влагообмен между верхними и нижними слоями атмосферы, что приведёт к уменьшению испарения с поверхности океанов, морей и внутренних водоёмов, а значит, существенно уменьшит парниковый эффект (значимость водяного пара в парниковом эффекте, как показано выше, составляет около 75%).

Выводы

  1. В настоящее время рано говорить о конкретных технологических и инженерных решениях климатической проблемы Земли. Однако, очевидно, что активно распространяемые сегодня ООН представления о происходящем в экологии планеты должны быть подвергнуты серьёзному научному анализу.
  2. В сложившейся ситуации у России появляется прекрасный шанс инициировать исследование проблемы климатических изменений и выработать свою собственную климатическую и экологическую повестку, которую она сможет предложить другим народам и государствам.