Мировые ресурсы (World Resources), 1997

 

Оценки оптимистов и пессимистов различаются всего на пару десятилетий — одни ожидают наступление максимума производства позже, другие раньше. Но все они сходятся во мнении о том, что нефть — самый ограниченный из ключевых видов ископаемого топлива, и что максимум будет достигнут в первой половине текущего столетия. Экономика человечества с каждым годом расходует на 3,5 % больше энергии, эта тенденция четко прослеживается с 1950 по 2000 г. Мировое потребление энергии иногда дает скачки, но тому есть причины — войны, спад производства, непостоянство цен, технические изменения в отрасли (рис. 3.10). Большая часть этой энергии используется в промышленно развитом ми ре. Среднестатистический житель Западной Европы расходует в 5,5 раз больше коммерческой энергии[96], чем среднестатистический африканец.

Среднестатистический североамериканец использует в 9 раз больше энергии, чем среднестатистический же индиец[97]. А ведь речь идет о коммерческой энергии — многие жители мира обходятся вообще без нее.

Более четверти населения земного шара не использует электричества, две пятых зависят от традиционных источников энергии на основе биомассы. Хотя количество людей, не использующих электричество, в ближайшие десятилетия уменьшится, тем не менее ожидается, что 1,4 млрд чел. в 2030 г. по-прежнему не будут иметь возможности пользоваться электроэнергией. При этом число людей, применяющих для обогрева и приготовления пищи дрова, сухие стебли сельскохозяйственных растений и кизяк, только вырастет [98].

Большинство специалистов по энергетике ожидают, что мировое потребление энергии продолжит расти. Базовый сценарий, рассчитанный Международным агентством по энергетике (International Energy Agency) в прогнозе развития мировой энергетики World Energy Outlook 2002,   приведенном выше, предполагает в период с 2000 по 2030 г. рост потребления энергии от первичных источников на две трети. И даже альтернативный сценарий, с большей заботой об окружающей среде, предусматривает

 

Рис. 3.10.  Мировое использование энергии

В период с 1950 по 2000 гг. мировое потребление энергии удваивалось трижды. В качестве основных источников энергии по-прежнему доминируют ископаемые виды топлива: максимум добычи каменного угля был достигнут примерно в 1920 г., в то время более 70 % потребления топлива приходилось на уголь; добыча нефти достигла пика в восьмидесятые годы, составляя примерно 40 % используемого топлива. Природный газ, загрязняющий окружающую среду меньше, чем уголь и нефть, в будущем станет более популярным источником энергии. (Источники: UN; U.S. DoE.)

1 BTU = 60,3 кг/кДж (прим. ред. перевода)  

 

более чем 50 %-ный рост потребления энергии в мире в ближайшие 30 лет. Подробный анализ, выполненный Датским агентством по энергетике (Danish Energy Agency), показывает, что для обеспечения 9,3 млрд чел. (а именно таким может быть население мира в 2050 г.) энергией, достаточной для удовлетворения основных потребностей, потребуется вырабатывать в шесть раз больше энергии, чем в 2000 г. (оценивалась энергия, потребленная конечными пользователями)[99].

Более 80 % коммерческой энергии, использованной в 2000 г., приходилось на невозобновимые ископаемые виды топлива: нефть, природный газ и каменный уголь. Подземные запасы этих полезных ископаемых неумолимо истощаются. Чтобы определить, есть ли проблемы неустойчивости источников (к проблемам стоков мы перейдем позже), необходимо проверить скорость, с которой истощаются эти ресурсы, и скорость, с которой им можно найти равнозначную замену среди возобновимых ресурсов.

В этой области царит полное замешательство — даже насчет того, будут ли когда-либо указанные невозобновимые ресурсы израсходованы полностью. Недопонимание возникает из-за того, что внимание акцентируется не на том понятии, на котором нужно. Ресурс —    это понятие, описывающее суммарное количество определенного вещества в земной коре; запас   — это понятие, описывающее разведанное или предполагаемое количество вещества, которое потенциально можно извлечь и использовать по приемлемой цене, применяя соответствующие технологии. Ресурс неизбежно уменьшается, в то время как запасы некоторое время могут увеличиваться, если геологическая разведка находит новые месторождения, если растут цены на полезные ископаемые, если улучшаются технологии. Сложилась порочная практика делать заявления насчет ресурсов, основываясь на данных по запасам.

Между 1970 и 2000 гг. мировая экономика сожгла в топках 700 млрд баррелей нефти, 87 млрд т каменного угля и 51 трлн м³ природного газа. За те же 30 лет были обнаружены новые месторождения нефти, угля и газа, а также уточнились оценки объемов некоторых старых месторождений, и оказалось, что они больше, чем ожидалось. В результате отношение известных запасов к добыче[100] — то есть число лет, на которые этих запасов хватит, если объемы добычи останутся теми же — в настоящее время растет, как показано в табл. 3.1.

Такое увеличение показателя запас/добыча произошло несмотря на то, что существенно выросло потребление газа (с 1970 по 2000 гг. примерно на 130 %), нефти (примерно на 60 %) и каменного угля (примерно на 145 %). Но означает ли такое увеличение, что в 2000 г. под землей оказалось больше полезных ископаемых, чем было в 1970 г.?

Конечно же, нет. За три десятилетия эксплуатации месторождений в них стало меньше нефти на 700 млрд баррелей, угля на 87 млрд т и природного газа на 51 трлн м³. Ископаемые виды топлива невозобновимы.

 

Таблица 3.1.    Годовая добыча нефти, природного газа и каменного угля, а также показатель запас/добыча и ожидаемое время существования ресурса

 

 

Оценки ресурсов основываются на сумме запасов разведанных и предполагаемых. Ресурс, деленный на объем добычи в 2000 г., позволяет оценить ожидаемый срок существования ресурса. Величины запасов каменного угля в 1970 го. и в 2000 г. сравнивать нельзя, так как тогда использовались разные определения запасов. Уголь был и остается самым распространенным видом ископаемого топлива. (Источники: U.S. Bureau of Mines; U.S. DoE.)

1 баррель сырой нефти равен 138,97 л (прим. ред. перевода)  

 

Их сжигают, они превращаются в углекислый газ, воду, диоксид серы и ряд сопутствующих соединений, которые никогда (как минимум, по человеческим меркам времени) не превратятся снова в запасы ископаемых видов топлива). Мало того, эти соединения выступают еще и в качестве загрязнителей, которые переполняют планетарные стоки.

Те, кто полагает, что открытие за последние 30 лет новых месторождений означает отсутствие пределов ископаемому топливу, видят только часть энергетической системы (рис. 3.11).

Чтобы открыть новые месторождения,   необходимы инвестиции в геологическую разведку (бурение скважин, разведка с воздуха и из космоса, глубинное зондирование и отбор проб). Так обнаруживаются новые залежи полезных ископаемых, что увеличивает разведанные    запасы: они уже определены, но ископаемое топливо еще не добыто. Процесс добычи позволяет извлечь запасы из-под земли; на это идут инвестиции в добывающие отрасли    (шахты, вышки и скважины для выкачивания нефти, нефтеперерабатывающее оборудование и транспортные магистрали), и в результате добытое топливо поступает к месту хранения. Затем инвестиции в оборудование, использующее энергию сгорания топлива (котлы, автомобили, электрогенераторы), позволяют сжечь добытое топливо и получить полезную энергию[101].

До тех пор, пока скорость разведки новых месторождений превышает скорость добычи, объем разведанных запасов растет. Но рис. 3.11 отражает только часть системы. Дополненная схема должна включать

 

Рис. 3.11. От разведанных запасов к добытому топливу

 

расположенные в начале и в конце цепи источники и стоки для ископаемых видов топлива (рис. 3.12):

Поскольку добыча    приводит к уменьшению объемов разведанных запасов,   человечеству приходится вкладывать средства в разведку новых месторождений. Однако возможности открыть новое месторождение ограничены, ведь суммарные количества ископаемого топлива на планете конечны, они не возобновляются. Объем еще не открытых запасов    может быть огромным, но он не бесконечен и не возобновим.

На другом конце схемы процесс сжигания топлива приводит к появлению загрязнений, которые попадают в финальный сток — в биогеохимическую систему планеты, в которой загрязнения либо разлагаются и превращаются в безопасные соединения, либо отравляют среду и приводят к ее деградации. Загрязнения самых разных типов попадают в

 

Рис. 3.12.  От еще не открытых запасов к загрязнению

 

окружающую среду и на всех остальных этапах схемы, от геологической разведки до добычи, далее до переработки на предприятиях нефтегазовой отрасти, при транспортировке и хранении. Хотя за последние десятилетия в области снижения выбросов загрязнителей удалось добиться впечатляющих результатов, особенно при бурении, тем не менее, в США производство энергии остается самым большим источником загрязнения грунтовых вод.

Никто точно не знает, какой фрагмент схемы окажется определяющим при достижении пределов — источник или сток. Тридцать лет назад, накануне скачка цен, вызванного политикой Организации стран-экспортеров нефти (OPEC), узким местом предоставлялись именно источники. Сегодня, когда на первый план выходит проблема изменения климата, определяющее значение приобретают стоки. На планете столько запасов каменного угля, что его использование, судя по всему, будет ограничено емкостью атмосферного стока — неспособностью планеты принять столько диоксида углерода. Использование нефти может быть ограничено с обоих концов схемы: сжигание нефти приводит к образованию парниковых газов и других загрязнителей, а запасы расходуются так быстро, что истощатся первыми из всех видов ископаемого топлива. Сейчас многие полагают, что основным ресурсом для производства энергии станет газ, что он заменит все прочие невозобновимые ресурсы, пока не появятся альтернативные, устойчивые источники энергии. Но опыт показывает, что человечеству на переход с одного основного источника энергии на другой требуется порядка 50 лет, а в мире тем временем может произойти существенное ухудшение ситуации: либо из-за изменения климата, либо из-за истощения одного из ключевых видов топлива.

Оценки объемов неразведанных запасов нефти и газа очень сильно варьируются, и уточнить их невозможно, но в табл. 3.1 нам все-таки пришлось опираться на оценочные данные. Такие оценки всегда имеют широкий диапазон неопределенности. Они показывают, что остающихся нефтяных ресурсов (то есть суммы разведанных и неразведанных запасов) хватит еще на 50–80 лет, если скорость потребления сохранится такой же, как в 2000 г. Газа хватит на срок от 160 до 310 лет, каменного угля — на еще больший срок. По мере истощения ресурса, стоимость его добычи будет, разумеется, возрастать. Если же учесть еще и политические соображения, то цена может дополнительно повыситься. Например, в 2000 г. 30 % мировой добычи нефти приходилось на Ближней Восток и еще 11 % — на территории бывшего Советского Союза; на два этих региона вместе приходится две трети мировых запасов нефти.

Истощение нефти не будет выглядеть как резкая остановка добычи или внезапное пересыхание нефтяных потоков. Скорее это выразится в уменьшении отдачи от инвестиций в нефтедобычу. Остающиеся запасы будут сконцентрированы в руках всего нескольких стран, и в итоге в

 

Рис. 3.13.  Добыча и потребление нефти в США

Собственное производство нефти Соединенными Штатами достигло максимума в 1970 г., и с тех пор добыча нефти в 48 материковых штатах (кроме Аляски) снизилась на 40 %. И даже обнаруженные новые месторождения на Аляске не компенсируют такое снижение. (Источники: АРI; ЕIА/DоЕ.)

 

мировом производстве нефти будет достигнут максимум, после которого оно пойдет на убыль. Примером могут служить Соединенные Штаты. Их собственные огромные запасы нефти израсходованы уже больше чем наполовину. Максимум в обнаружении новых месторождений был достигнут между 1940 и 1950 гг., максимум собственного производства нефти — в 1970 г., современная потребность в нефти все больше удовлетворяется за счет импорта (см. рис. 3.13).

Примерно то же самое произойдет и во всем мире. На рис. 3.14 показаны два сценария мировой добычи нефти, основанные на примерно тех же оценках нефтяных ресурсов, что использовались в табл. 3.1. Предполагается, что потребление нефти больше увеличиваться не будет, оно останется на сегодняшнем уровне, а затем, через несколько десятилетий, добыча начнет постепенно уменьшаться, и это будет происходить в течение всего XXI в. Такие сценарии подтверждаются тем, что в мире максимум поиска новых месторождений был пройден в 60-е гг., что в ход идут все более труднодоступные месторождения (а значит, дополнительно увеличиваются расходы), причем не только на Аляске, но и в глубоководной зоне Северного Ледовитого океана, и в удаленных районах Сибири.

Природный газ — очевидный заменитель нефти для множества целей. Из всех видов ископаемого топлива природный газ дает меньше всего загрязнений на единицу энергии (это касается и выбросов парникового газа — диоксида углерода СO₂), поэтому мир заинтересован в том, чтобы

 

Рис. 3.14.  Сценарии мировой добычи нефти

Производство нефти в мире до 2000 г. показано сплошной кривой. Методы геолога М. Кинга Хубберга (М. King Hubberth) использованы для определения наиболее вероятных объемов добычи нефти в будущем. Пунктирная линия в правой части графика отражает вероятные объемы добычи, если оставшиеся неразведанные запасы составляют примерно 1,8 трлн баррелей (площадь под пунктирной частью графика). (Источник: K.S. Deffeyes.)

 

побыстрее перейти с нефти и каменного угля на газ. Это, в свою очередь, увеличит скорость истощения запасов газа, вплоть до таких масштабов, которые очень удивят людей, не вполне понимающих динамику экспоненциального роста. Рисунки 3.15 и 3.16 показывают, почему это произойдет.

В 2000 г. показатель запас/добыча для природного газа был равен 65 годам, означая, что если разведанные запасы будут расходоваться с той же скоростью, что и в 2000 г., то запасов хватит до 2065 г. Такая экстраполяция неправильна, как минимум, по двум причинам. Во-первых, будут открыты новые месторождения, которые в расчетах не учитывались. Во-вторых, потребление газа в сравнении с масштабами 2000 г. постоянно увеличивается.

Поэтому правильнее было бы начать с оценки остающихся ресурсов газа, то есть суммы разведанных и неразведанных запасов. Предположим для примера, что будет получено подтверждение того, что газовых ресурсов хватит на 260 лет при уровне потребления 2000 г. Это примерно середина расплывчатой оценки «от 160 до 310 лет», приведенной в табл. 3.1. Если объемы потребления останутся такими же, как в 2000 г., газовые ресурсы будут постепенно истощаться, в соответствии с диагональной линией на рис. 3.15. Их хватит на 260 лет. Но если потребление газа продолжит расти, как это и происходит с 1970 г., примерно на 2,8 % каждый год, то ресурс будет расходоваться экспоненциально, по графику, показанному на рис. 3.15 мелким пунктиром. Ресурс подойдет к концу не в 2260 г., а в 2075; его хватит не на 260 лет, а только на 75.

 

Рис. 3.15.  Возможные перспективы истощения газовых ресурсов в будущем

Если остающихся неразведанных, но потенциально доступных ресурсов природного газа хватит на 260 лет при уровне потребления 2000 г., потребление продлится до 2260 г. Однако истощение нефти в сочетании с проблемами, которые вызывает использование каменного угля, может ускорить переход на газ и увеличить его потребление уже в ближайшие десятилетия. Если потребление газа продолжит расти со скоростью 2,8 % в год, то ресурсы истощатся к 2075 г. Если темп роста составит 5 % в год, то весь мировой газ будет израсходован к 2054 г.

 

Рис. 3.16.  Новые месторождения для поддержания роста потребления

Если скорость роста потребления природного газа по-прежнему будет составлять 2,8 % в год, то каждые 25 лет необходимо разведывать столько же газа, сколько уже было открыто к этому моменту за все предыдущее время.

 

Если мир быстро перейдет с нефти и угля на газ ради того, чтобы уменьшить изменение климата и избежать быстрого истощения нефти, то ежегодное увеличение потребления газа будет даже больше 2,8 %. Если темп роста составит 5 %, то «260-летнего» запаса хватит всего на 45 лет.

На рис. З.16 показано, сколько новых месторождений нужно открыть, чтобы поддержать постоянный рост потребления природного газа, составляющий 2,8 % в год. Математический расчет показывает, что для этого количество вновь открытых запасов газа и его добыча должны удваиваться каждые 25 лет.

Суть не только в том, что мир лишается природного газа. Остающиеся значительные запасы ресурсов в принципе достаточны для того, чтобы обеспечить человечество в период, пока оно будет переходить на более устойчивые источники энергии. Суть в том, что ископаемых видов топлива осталось совсем немного, особенно если расходовать их экспоненциально, и нельзя расходовать их понапрасну. В сравнении со всей продолжительностью человеческой истории эпоха ископаемых видов топлива — всего лишь маленький отрезок.

Поскольку для ископаемых видов топлива существуют возобновимые заменители, отсутствие энергии в мире проблемой никогда не будет. Существует две устойчивые возможности, они не наносят вреда окружающей среде, технически легко реализуемы и чрезвычайно выгодны экономически. Одну их них — большую эффективность — внедрить можно быстро. Другая — возобновимые источники на основе энергии солнца — потребует немного больше времени для внедрения. Кто-нибудь обязательно скажет, что в списке решений мировой энергетической проблемы есть еще один пункт, ядерная энергия, но мы так не думаем, поскольку проблему ядерных отходов решить не удается, в то время как два первых варианта выглядят очень привлекательно. Их можно реализовать проще, быстрее и дешевле, и они гораздо доступнее для бедных стран мира.

Эффективность энергопотребления означает, что для представления тех же энергетических услуг конечным пользователям (свет, тепло, хладоустановки, транспортировка людей и грузов, перекачка воды, работа двигателей и т. п.) будет использовано меньше энергии. Это означает, что материальный уровень жизни будет такой же, как сейчас, или станет выше, но, как правило, по меньшей цене — не только в отношении прямой стоимости энергии, но и меньшего загрязнения, меньшей перегрузки собственных источников энергии, меньших проблем с капитальными сооружениями, а для многих стран это означает в конечном итоге и меньший внешний долг страны, и меньшие военные расходы для доступа или контролирования зарубежных ресурсов.

Эффективные технологии, от лучшей теплоизоляции до экономичных двигателей, развиваются так быстро, что оценки энергии, необходимой для выполнения какой-либо конкретной задачи, приходится пересматривать в сторону уменьшения каждый год. Компактные флуоресцентные лампочки дают то же количество света, что и лампы накаливания, но используют вчетверо меньше электроэнергии. Теплоизолирующие суперокна во всех зданиях США позволили бы сэкономить вдвое больше энергии, чем вся страна получает от нефти с Аляски. Как минимум 10 автомобильных компаний построили прототипы машин, которые способны проехать на одном литре бензина от 30 до 60 км, а передовые технологии, которые сейчас интенсивно разрабатываются, обещают даже 70 км на один литр. Вопреки сложившемуся предубеждению, на самом деле энергоэффективные автомобили успешно проходят все тесты на безопасность, причем многие из них можно выпускать при затратах, не больших, чем на существующие модели[102].

Расчет возможной экономии энергии за счет эффективности зависят от технических и политических пристрастий тех, кто их проводит. С консервативной точки зрения экономика США может продолжать функционировать в том же объеме, что и сейчас, но с вдвое меньшими затратами энергии и при таких же денежных расходах, что и сейчас, или даже ниже — за счет современных технологий. Это позволило бы США приблизиться к современному уровню энергоэффективности, достигнутому в Западной Европе[103], и уменьшить мировое потребление нефти на 14 %, угля на 14 % и газа на 15 %. Такие же или даже большие улучшения в области эффективности вполне достижимы и в Восточной Европе, и в менее развитых в промышленном отношении странах мира.

Оптимисты говорят, что это только начало. Они уверены, что Западная Европа и Япония сегодня самые энергоэффективные страны мира, могут увеличить эффективность еще в два или даже четыре раза, используя уже существующие технологии или разработки, которые появятся в течение ближайших 20 лет. Такая высокая эффективность позволила бы удовлетворять все или большинство мировых потребностей в энергии за счет возобновимых гелиоисточников — это солнечный свет, ветер, гидроэнергия и энергия биомассы. Каждый день Солнце изливает на Землю энергии в 10 тысяч раз больше, чем потребляет все человечество[104].

Технический прогресс в использовании солнечной энергии уступает в скорости развития технологиям энергосбережения, но, несмотря на это, он продвигается уверенными шагами. Стоимость электроэнергии, получаемой с помощью солнечных фотоэлементов или ветрогенераторов, за последние 20 лет значительно уменьшилась (рис. 3.17). В 1970 г. электроэнергия от фотоэлементов обходилась примерно в 120 долл. за 1 ватт. К 2000 г. она упала до 3,5 дол. за 1 ватт[105]. В странах с малоразвитой промышленностью эта техника стала экономически эффективным вариантом энергообеспечения деревень и систем орошения, где слишком высоки затраты на строительство линий электропередач от удаленных магистральных энергосетей.

 

Рис. 3.17.  Стоимость энергии ветра и энергии фотоэлементных сетей

Между 1980 и 2000 гг. стоимость электроэнергии, производимой с помощью ветрогенераторов и солнечных элементов, существенно снизилась. Стоимость энергии ветра сейчас сопоставима с показателями для новых электростанций, сжигающих ископаемые виды топлива.

 

При современных ценах ветроэнергетика имеет возможности для резкого роста. В конце 2002 г. установленная мощность ветроэнергетики во всем мире превышала 1000 МВт, что эквивалентно более чем 30 ядерным реакторам. С конца 2001 г. рост составил 28 %, а за пять лет с 1997 г. количество получаемой энергии выросло в четыре раза[106]. Такие изменения должны существенно повлиять на все измышления на тему будущей энергетики.

«Я уверен, что привычные нефтяные компании доживают последние годы… Мировая экономика изменяется, и в будущем вы будете парковать автомобиль около дома, а затем использовать его же топливный элемент для обеспечения электричеством всех домашних нужд. Электрические сети всей страны будут больше похожи на Интернет, чем на энергетическую сеть. На самом деле, если бы все машины на дорогах США были оснащены топливными элементами, у нас было бы в пять раз больше электроэнергии, чем установленная мощность всех источников энергии в стране» [107].

Возобновимые источники энергии, конечно, не полностью экологически безвредны, и их возможности тоже не безграничны. Для ветряных генераторов нужны площади и подъездные дороги. В некоторых типах солнечных элементов используются токсичные соединения. Дамбы для электростанций вызывают затопление прилегающих земель и нарушают свободное течение рек. Биомасса как источник энергии устойчива постольку, поскольку сельское или лесное хозяйство устойчивы и регулярно производят эту биомассу. Некоторые источники гелиоэнергетики маломощны и работают нерегулярно, для их использования нужны большие площади и сложные устройства для накопления энергии[108]. И все они требуют привлечения физического капитала и грамотного управления. Возобновимые источники энергии имеют пределы использования; работать они могут вечно, но производить при этом только определенное количество энергии. Они не могут обеспечивать бесконечный рост населения и высокий темп роста промышленности. Тем не менее в будущем они вполне способны служить основой устойчивого общества. Их много, они широко распространены и разнообразны. Потоки загрязнений, связанные с их использованием, меньше и, как правило, менее вредны, чем потоки от использования ядерной энергии или энергии ископаемого топлива.

Если бы для обеспечения потребностей человека были разработаны и использовались самые устойчивые, минимально загрязняющие окружающую среду, высокоэффективные источники, то система вообще не вышла бы за пределы. Для этого нужны просто политическая воля, технологические разработки и определенные социальные изменения.

Поскольку (неразведанные) запасы газа, по-видимому, являются достаточно большими, представляется (на пороге тысячелетий), что наибольшие ограничения энергетики будут связаны с проблемой стоков. Проблемы изменения климата, вызываемого выбросами диоксида углерода, обсуждаются далее в этой главе.

 

Материалы  

Извлечение или разработка первичных природных ресурсов часто требует перемещения или переработки больших количеств субстанций, которые могут привести к изменению или деградации окружающей среды, несмотря на то, что эти субстанции и не имеют экономической ценности. Например, чтобы добраться до месторождения металлов, минеральных руд или пластов каменного угля… приходится перемещать огромные количества пустой породы и вскрышных пород. Часто исходную руду приходится обрабатывать и обогащать, прежде чем она станет коммерчески пригодной, но при этом остаются огромные количества отходов… Все такие потоки — часть экономической деятельности страны, но они практически никогда не учитываются монетарной экономикой… В экономические расчеты они вообще никак не включаются. В итоговых статистических данных недооценивается зависимость промышленности от природных ресурсов.