ЧТО МОЖНО СДЕЛАТЬ ДЛЯ БЛАГОПРИЯТНЫХ ИЗМЕНЕНИЙ КЛИМАТА

Строить планы, безусловно, несравнимо легче, чем претворять их в жизнь. К сожалению, достижения быстрого эффекта в противоборстве с глобальным потеплением ждать не приходится.

Даже при полном прекращении выбросов парниковых газов изменение климата будет продолжаться в течение нескольких веков, до тысячелетия (!) — так велика инерция системы.

Поэтому наш удел — постепенно, шаг за шагом, способствовать улучшению экологической ситуации и при этом, что психологически очень важно, видеть плоды своих усилий. Какие же пути противостояния глобальному потеплению предлагают специалисты? Выделим основные векторы движения и укажем, какая работа «будет делаться и делается уже».

Пожалуй, наиболее существенным является переход на экологически чистые возобновляемые источники энергии. Выше уже говорилось, что вклад энергетического сектора

экономики в эмиссию парниковых газов достигает одной четверти. Сегодня альтернативой сжиганию нефтепродуктов и природного газа выступают солнечные и ветряные энергоустановки (см. рис. 24 и 25 цв. вклейки).

Согласитесь, это так характерно для человеческой природы — попытаться удовлетворить свои энергетические запросы за счет «доброго дяди» — Солнца. Подобная идея витает в воздухе давно: уже в 1767 г. швейцарский ученый Г. де Соссюр построил первый в мире солнечный коллектор и использовал его для разогрева воды и пищи. Однако для реального исполнения этой мечты Солнце должно следовать лозунгу, провозглашенному В. Маяковским, — «светить всегда, светить везде». В переводе с возвышенно-поэтического языка на канцелярско- прозаический: гелиоэнергетические установки целесообразно строить там, где солнечное сияние составляет не менее 2000 часов в году, а интенсивность суммарной радиации не ниже 600-800 Вт/час. Понятно, что Шпицберген и «солнечный Магадан» сразу отпадают.

В целом доля гелиоэнергетики в мировой выработке энергии пока невелика (около 2,7%), а интерес к ней возникает только во время нефтяных кризисов. Нынешний же пик интереса спровоцирован недавними трагическими событиями на Фукусиме (Япо-

ния), поставившими под сомнение перспективы атомной энергетики, по крайней мере в сейсмоопас- ных районах.

В сложившихся условиях возник уже упоминавшийся нами план Desertec, предусматривающий строительство солнечных тепловых электростанций в пустынях Северной Африки и Ближнего Востока.

Специалисты утверждают, что для покрытия потребности в электроэнергии, не только местной, но и европейской, достаточно застроить всего 0,3% площади этих пустынь, а с площади в один квадратный километр можно за год получать 300 ГВт/час электроэнергии (потребление такого количества солнечной энергии позволит сократить выбросы СОг на 200 тыс. т в год).

Принцип работы солнечных тепловых электростанций заключается в следующем: вода, нагретая солнечными лучами, превращается в пар, который приводит в действие турбину, генерирующую электроэнергию. Использование в солнечных тепловых электростанциях системы зеркал позволяет сконцентрировать солнечную энергию и тем самым повысить коэффициент полезного действия установки.

Реализация плана Desertec рисует радужные перспективы не только для стран региона, но и для европейцев, надеющихся к середине столетия покрыть 60-80% своих потребностей в энергии за счет возобновляемых ее источников, в том числе на 20% — с помощью гелиоэнергетики.

центов до 5. Тут, правда, нас «терзают смутные сомнения»: как известно, «голь (на эту роль идеально подходит вечно нуждающийся в средствах Минфин) на выдумки хитра», поэтому возможно появление какого-либо дополнительного налога, например на «амортизацию Солнца». Ложкой дегтя в этой бочке арабо-европейского меда является политическая нестабильность в регионе. Перебои поставок электроэнергии в Европу, возникни серьезная напряженность, могут принять такие масштабы, что не раз возникавшие в первом десятилетии XXI в. энергетические проблемы, связанные с российско- украинским газовым конфликтом, покажутся «детской шалостью», о которой даже неудобно вспоминать.

Альтернативой проекту Desertec может оказаться названный по имени эллинского бога Солнца греческий проект производства солнечной электроэнергии «Гелиос»: в соответствии с ним предполагается получать до 2,2 ГВт к 2020 г. и 10 ГВт к 2050 г. Греки рассматривают реализацию этого масштабного проекта как один из путей вывода страны из ее нынешнего тяжелого финансового положения и уже сегодня высказывают готовность экспортировать в будущем значительную часть произведенной электроэнергии в намеревающуюся отказаться от атомной энергетики Германию1. Что ж, поживем — увидим, но, по мнению экспертов, рынок солнечных тепловых электростанций должен удвоиться уже в ближайшее десятилетие. Очевидно, что в России эксплуатация подобных установок возможна лишь в южных областях.

1 Немцы педантично начали претворять этот план в жизнь. За первое полугодие 2012 г. 25% всей энергии было получено из возобновляемых источников. Для сравнения: годом раньше вклад возобновляемых источников в Германии составлял 21%. К 2050 г. в этой стране планируется довести долю энергии, получаемой из возобновляемых источников, до 80%.

Самым главным альтернативным источником энергии является ветер.

Ветроэнергетика развивается наиболее быстрыми темпами.

При этом на Европу приходится 44% ветряных установок, на Азию и Северную Америку — 31% и 22% соответственно.

Развивать большую ветроэнергетику (мощностью более 1 МВт) целесообразно в районах, где средняя годовая скорость ветра больше 8 м/с и годовое число часов, когда установка

Фундамент будущих свершений

может работать, превосходит 2000. Хотя ветрогенератор начинает производить электроток уже при скорости ветра 3 м/с и отключается при скоростях свыше 25 м/с. Оптимальная же скорость составляет 15 м/с, при ней достигается максимальная мощность выработки электроэнергии.

Достоинства ветроэнергетики довольно очевидны: ветры дуют повсеместно и их ресурс практически неисчерпаем («ветрозапасы» в 100 раз превосходят запасы гидроэнергии всех рек Земли). Себестоимость одного киловатт-часа, генерируемого ветро- установками, ниже, чем производимого угольными электростанциями: к примеру, в США это 2,5-5 центов (в зависимости от силы ветра) и 4,5-6 центов соответственно (рис. 25 цв. вклейки).

В одной из популярных брошюр, изданных в США, помещен рисунок, на котором изображен ветродвигатель и под ним — корова. В подписи к рисунку говорится, что стоимость энергии, производимой ветроэнергетической установкой, равна стоимости молока от этой коровы.

Наличие ветров в любой точке земного шара обусловливает ненужность транспортировки произведенной электроэнергии к месту ее потребления. Это обстоятельство особенно важно для труднодоступных районов (Крайний Север, пустыни, горы), а также для небольших населенных пунктов с ограниченными (менее 100 кВт) потребностями в электроэнергии. Все, кто путешествовал по Европе, наверняка видели вдоль дорог ряды таких ветродвигателей. Энергетики говорят, что при малых скоростях ветра (3-12 м/с) наиболее эффективны ветрогенераторы с вертикальной осью вращения, к тому же

они бесшумны, имеют значительно больший срок службы и выдерживают порывы ветра до 60 м/с.

Главный недостаток ветроэнергетики заключается в непостоянстве этого самого ветра, в результате чего возникает насущная необходимость в накоплении произведенной электроэнергии. Поскольку мощность ветрового потока пропорциональна кубу его скорости, то даже небольшие ее изменения влекут за собой значительные колебания мощности (например, при увеличении скорости ветра вдвое мощность возрастает в 23 = 8 раз). Вышеупомянутый недостаток ветроэнергетики заметно снижает ее привлекательность. Пока доля ветроэнергетики в общем производстве энергии невысока, такой энергоисточник является хорошим подспорьем, но когда ее процент становится высоким, возникает проблема надежности производства электроэнергии, ведь всегда существует вероятность отсутствия ветра или его слабой силы.

В России суммарная мощность ветроустановок в 2009 г. оценивалась в 17-18 МВт (притом что их технический потенциал составляет 50 ГВт/ч/год). Энергетические ветровые зоны в нашей стране расположены на побережьях Северного Ледовитого океана и омывающих территорию страны морей. Максимальная средняя скорость ветра (осень — зима) совпадает с периодом наибольшей потребности в энергии. Около трети российских ветроустановок сосредоточено на Дальнем Востоке, примерно столько же — на Крайнем Севере и в Западной и Восточной Сибири. Самая крупная ветроэлектростанция России находится около поселка Куликово в Калининградской области, ее мощность составляет 5,1 МВт. В последние годы увеличение российских мощностей ветроустановок происходит за счет маломощных (1-5 кВт) индивидуальных энергосистем.

Высота современных ветроустановок составляет 50-110 м. Очень заманчиво расположить их на высотах верхней тропосферы, где характерные скорости ветра в 10-15 раз больше, чем используемые ныне приземные, однако это дело будущего. Пока же используемые установки позволяют сократить выбросы парниковых газов в атмосферу (на мощность в 1 МВт приходится уменьшение выброса на 1800 т С0г, 9 т Б0г и 4 т оксидов азота). Специалисты надеются, что при выполнении среднесрочных планов развития ветроэнергетики, к 2050 г. произойдет сокращение ежегодных выбросов С0г на 1,5 млрд т.

Электрическую и тепловую энергию получают также за счет тепловой энергии недр Земли (геотермальная энергетика). Однако это возможно только в вулканических регионах мира. Имеющаяся в недрах Земли на относительно небольших глубинах вода нагревается выше температуры кипения и поднимается по трещинам (или пробуренным скважинам) к земной поверхности, где используется как непосредственно для горячего водо- и теплоснабжения, так и для выработки электроэнергии. Горячие источники встречаются также и в районах, где нет вулканической активности, но в этом случае температура подземных вод заметно ниже, и потому она служит лишь источником тепла и применяется в лечебно-медицинских процедурах.

Суммарные мощности геотермальных станций в мире относительно невелики, они составляли 9,73 ГВт в 2007 г.

и 10,71 ГВт в 2010 г. Крупнейшим производителем геотермальной электроэнергии являются США, мощность их станций, расположенных в Калифорнии и Неваде, в 2010 г. достигала 3,09 ГВт (на них было произведено примерно 16 млрд киловатт-часов, что соответствует нескольким десятым процента от общего количества выработанной в США электроэнергии). За США следуют Филиппины, Индонезия, Мексика и Италия с мощностями 1,97; 1,20; 0,96 и 0,84 ГВт соответственно. Мощность российских геотермальных станций на Камчатке, Северном Кавказе и в Краснодарском и Ставропольском краях в 2010 г. измерялась 82 МВт. Прямо скажем, немного. В то же время запас разведанных российских термальных вод оценивается приблизительно в 300 тыс. км3/сутки, а в Западной Сибири, согласно некоторым публикациям, существует подземное озеро площадью 3 млн км2 с температурой воды 70- 90 °С. Если же говорить о вкладе геотермальной энергетики в общее производство электроэнергии, то по этому показателю лидирует «страна гейзеров» Исландия — 30% (ее столица Рейкьявик полностью обогревается теплом термальных вод), немного уступают ей Филиппины (27%), в почтительном отдалении — Сальвадор и Коста-Рика (по 14%).

Преимущество геотермальной энергетики заключается в практической неисчерпаемости ее источника и бесперебойной подаче горячей воды вне зависимости от сезона и погодных условий. Однако геотермальные воды содержат высокие концентрации токсичных химических соединений, вследствие чего возникает проблема с утилизацией отработанной воды, поскольку ею нельзя загрязнять естественные водоемы.

В России гелио-, термо- и ветроэнергетика пока развиты чрезвычайно слабо. Их интенсивное развитие планируется только на 2030 год. А «виноваты» большие запасы нефти, газа

и угля в России. Недаром за рубежом Россию называют «спящим гигантом», полагая, что, несмотря на большие запасы углеводородного и углеродного топлива, целесообразно развитие в нашей стране альтернативной энергетики: довольно быстрая окупаемость; возможность снабжения энергией районов, удаленных от основных ее источников; экономия на транспортировке энергии (что особенно важно из-за большой территории); отсутствие выбросов загрязняющих веществ; возобновляемость энергии и т. д.

Другие направления смягчения процесса глобального потепления предложены М. Молина с соавторами1. Они рассматривают возможность проведения нескольких так называемых «быстрых акций» (fast-actions). Предполагается, что подготовка таких акций займет 2-3 года, 10-15 лет понадобится для их реализации, результаты же скажутся спустя несколько десятилетий.

Первая из таких «быстрых акций» — расширение и ужесточение ограничений Монреальского Протокола.

Согласно Велдерсу с соавторами2, в период с 1990 по 2010 г. благодаря действию Монреальского протокола в атмосферу Molina M., Zaelke D., Madhava Sarma К., Andersen S. 0., Ramanathan V., Kaniaru D. Reducing abrupt climate change risk using Montreal Protocol and other regulatory actions to complement cuts in С0г emissions. The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. V. 106. No. 49. P. 20616-20621.2009. Velders G. J. M., Andersen S. 0., Daniel J. S., Fahey D. W., McFarland M. The importance of the Montreal Protocol in protecting climate. The Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. V. 104. No. 12. P. 4814-4819. 2007.

уже не было выброшено парниковых газов в размере примерно 135 млрд т в эквиваленте СОг (сравнить с данными таблицы 7). Проводимые в настоящее время измерения подтверждают начавшееся восстановление озонового слоя (в основном, в полярных областях). Модельные исследования показывают, что содержание озона в атмосфере вернется к своему уровню 1990 г. ближе к середине XXI в. Однако существует другая большая группа химических веществ следующего поколения — гидрофторокарбоны, которые не разрушают атмосферный озон, но, как и хлорфторуглероды и гидрофторхлоруглероды, относятся к парниковым газам, как правило, с очень высокими потенциалами глобального потепления (ПГП), в сотни и тысячи раз превышающими ПГП углекислого газа, равный единице (см. таблицу 2). Суммарный вклад всех этих веществ пока невелик — около 1,1% (Ф-газы на рис. 28, а). Но рост выбросов гидрофторокарбонов в атмосферу происходит очень быстро. Поэтому предлагается ускорить выведение из обращения подпадающих под ограничения Монреальского протокола гидрофторхлоруглеродов и создать стимулы для замещения гидрофторокарбонов с высокими ПГП на газы с более низкими ПГП. Такая работа уже ведется, в частности сообщается, что химические компании анонсировали отказ от использования HFC-134a (CH2FCF3, его ПГП = 3300 для 20-летнего периода) в автомобильных кондиционерах и переход на хладагенты с ПГП, меньшими 5 (HF0-1234yf— C3H2F4 или естественные гидрокарбоны) спустя лишь несколько недель после выхода Директивы специальной комиссии Европарламента в 2006 г.

Вторая «быстрая акция» связана с сокращением эмиссии сажи (black carbon), образующейся при неполном сжигании природного топлива и биомассы.

Как вы помните, сажа снижает альбедо Земли, тем самым способствуя ее дополнительному нагреву. Наиболее критично это в областях, покрытых снегом и льдом, — в полярных регионах, в Гренландии, на Гималайско-Тибетском леднике и др., так как вызывает ускорение таяния ледяного покрова. По оценкам М. Якобсона1, глобальное потепление на 15-30% обусловлено именно эмиссией сажевых частиц. Результат от уменьшения выбросов сажи может сказаться очень быстро, поскольку время жизни сажи в атмосфере не превышает нескольких недель. Снижение эмиссии сажи при работе дизельных двигателей может дать значительный эффект.

Третья «быстрая акция» заключается в уменьшении содержания озона в тропосфере.

Как известно, озон — токсичный парниковый газ, он образуется в ходе различных фотохимических реакций, наиболее эффективно — в загрязненной атмосфере, богатой «предшественниками» (precursors) озона: монооксидом углерода СО, оксидами азота N0X, метаном СГЦ и др. В сравнении с доин- дустриальной эпохой концентрация тропосферного озона выросла приблизительно на треть, а его вклад в глобальное потепление составляет примерно пятую часть от вклада СО22. Сокращение содержания тропосферного озона видится уже упоминавшимися Молина и его коллегами посредством совер- Jacobson М. J. Atmospheric Pollution: History, Science, and Regulation. Cambridge University Press. N. Y. 339 p. 2002. Изменения климата, 2007 г. Обобщающий доклад. Вклад рабочих групп I, II и III в Четвертый доклад об оценке Межправительственной группы экспертов по изменению климата. Ред. Пачаури Р. К., Райзингер А. и др. МГЭИК. Женева, Швейцария, 2007. 104 с.

шенствования технологий, включая использующиеся в судовождении и авиации. Если бы удалось уменьшить эмиссию СО и NOx вдвое, вклад тропосферного озона в глобальное потепление снизился бы на 10-20%.

Наконец, четвертая «быстрая акция» ориентирована на улучшение методов ведения лесного хозяйства и землепользования: в результате дыхания растений углекислый газ удаляется из атмосферы, которая при этом обогащается кислородом.

У этой «быстрой акции» вряд ли найдутся серьезные противники. А претворение ее в жизнь не требует каких-либо международных согласований, хотя, конечно, использование накопленных наработок (в том числе, и зарубежных) можно только приветствовать. Эта «акция» особенно важна для России, обладающей огромными лесными угодьями.

Высказанная в 2009 г. идея «быстрых акций» нашла отклик у политиков уже в начале 2012 г., когда сначала шесть стран (Бангладеш, Гана, Канада, Мексика, США и Швеция) создали нацеленную на реализацию этой идеи коалицию, а затем к ней присоединились в полном составе страны «Большой восьмерки». В намерения коалиции входит поддержка глобальных, региональных и национальных усилий, направленных на снижение содержания в атмосфере «короткоживущих климатических загрязнителей» (в оригинале — Short-Lived Climate Pollutants): большой группы гидрофторуглеродов, рассеивающих и сажесодержащих аэрозолей, тропосферного озона, а также метана. Поддержку предполагается осуществлять путем разъяснения опасности данных веществ, выдвижения новых национальных инициатив, разработки и продвижения новых

технологии для смягчения последствии их влияния на экологию и климат планеты. Газета «Нью-Йорк тайме» назвала создание коалиции «вторым фронтом» в климатической войне, намекая на известный эпизод Второй мировой войны. Тем не менее пока инициатива коалиции выглядит скорее как импульсивный ответ на отсутствие значительного прогресса в международных переговорах по принятию нового направленного на защиту климата соглашения, чем хорошо просчитанный, подкрепленный комплексными научными разработками шаг.

Заметьте, целью всех «быстрых акций» является или снижение уровня загрязнения атмосферы (либо промышленными химикатами, либо сажей, либо «предшественниками» озона), или увеличение атмосферного стока главного парникового газа СОг. Совершенно иной подход исповедуется в идее создания аэрозольного сернокислого экрана в стратосфере («геоинжиниринг», от англ, geoengineering). Идея принципиальной возможности такого способа борьбы с глобальным потеплением, высказанная еще в 1970-е гг., принадлежит выдающемуся отечественному климатологу М. И. Будыко. Суть ее такова. Сернокислый аэрозоль в атмосфере, в отличие от сажи, не поглощает солнечную радиацию, а только отражает ее обратно в космос. Следовательно, его присутствие в атмосфере благоприятствует сокращению притока тепла к поверхности Земли, за которым и должно последовать похолодание. Кроме того, ввиду отсутствия поглощения солнечной радиации сернокислым аэрозолем, окружающий воздух не будет разогреваться. Заметное (порядка 1 °С) похолодание, наблюдаемое примерно в течение полутора-двух лет после крупных извержений вулканов, сопровождаемых эмиссией большой массы сернокислого аэрозоля в атмосферу, подтверждает правильность этой идеи. Эффективность такого экрана критически зависит от высоты его расположения. Дело в том, что в тропосфере сернокислый аэрозоль не может задерживаться надолго, поскольку вымывается осадками и оседает на поверхность Земли под действием силы тяжести. Зато характерное время его пребывания в стратосфере исчисляется годами. Казалось бы, все просто: помести необходимое количество сернокислого аэрозоля в стратосферу, и глобального потепления как не бывало. Но, увы, придется вспомнить и об эксклюзивном месте нахождения бесплатного сыра. Во-первых, для создания такого экрана понадобится производство огромного количество сернокислого аэрозоля (речь идет о массе порядка десятков мегатонн) и его доставка «по месту назначения». И это отнюдь не разовая акция. Модельные расчеты показывают, что необходимо постоянное поддержание существования экрана в поясах, покрывающих, как минимум, 2/з площади поверхности земного шара1, что, кстати, возможно лишь при достижении соответствующего международного соглашения. Более того, приняв к исполнению создание аэрозольного экрана, мы становимся заложниками собственного решения: в дальнейшем от него уже нельзя будет отказаться, так как в этом случае, по некоторым оценкам2, все вернется на круги своя, и темп глобального потепления быстро станет превосходить тот, который был до появления экрана. Во-вторых, еще из школьной программы известно, что «ничто не возникает Фролькис В. АКароль И. Л. Моделирование влияния параметров стратосферного аэрозольного экрана на эффективность компенсации парникового потепления глобального климата. Оптика атмосферы и океана. Т. 23. № 8. 2010. С. 710-722. Елисеев А. В., Мохов И. И. Эффективность предотвращения потепления климата с использованием контролируемых аэрозольных эмиссий в стратосферу: оценки с климатической моделью ИФА РАН. Известия РАН. Физика атмосферы и океана. Т. 45. № 2. 2009. С. 232-244.

из ничего и не исчезает бесследно». Рано или поздно выброшенный в стратосферу сернокислый аэрозоль транзитом через тропосферу вернется к поверхности Земли. И его возвращение будет сопровождаться нарушением режима осадков, а также заметным закислением (изменением уровня pH в «кислую сторону») вод Мирового океана. Таким образом, воплощение идеи геоинжиниринга далеко не безобидно, поэтому всякий раз принятию взвешенного решения должна предшествовать всесторонняя научная экспертиза. Кроме того, создание стратосферного экрана, смягчая отчасти температурные проблемы, вовсе не решает проблему роста концентрации парниковых газов, прежде всего — СОг, увеличение содержания которого приводит к закислению океана, нанося непоправимый урон морской биоте.

А если изымать углекислый газ из воздуха (и закачивать его в специально заготовленные резервуары)? Рассматривалась и такая идея. Ее претворение в жизнь — удовольствие не из дешевых. Да и его продуктивность невысока: согласно экспертным оценкам, это потребует затрат энергии, составляющих приблизительно половину энергии, получаемой атмосферой при выбросе СОг, т. е. коэффициент полезного действия близок к 50%. Наконец, в последнее время все чаще высказывается предложение, смысл которого заключается в требовании сохранения каждой страной паритета между размерами выброшенного в атмосферу и изъятого из нее СОг. Попросту говоря: «Напачкал — убери за собой!» Предлагаемое косвенным образом признает неэффективность применяемых ныне мер по обузданию глобального потепления. Но, с другой стороны, если это предложение станет основой будущего международного соглашения^ каждого государства появится выбор: сокращать выбросы парниковых газов путем

совершенствования технологий или развивать биологические стоки углекислого газа (в первую очередь, лесные угодья), а можно делать и то и другое. Подход в высшей степени здравый, но его простота — во многом кажущаяся. Ну, скажите, где, например, в густонаселенной и урбанизированной Европе можно выделить большие площади под лесонасаждения? Или же как богатой лесами России поддерживать их необходимый тонус (хорошо известно, что поглотителями углекислого газа являются исключительно молодые леса; старение же леса сопровождается его гниением и выделением в атмосферу того же СОг)?

Подытоживая все вышесказанное, приходится признать, что сокращение антропогенных выбросов парниковых газов скорее всего останется основным путем борьбы с глобальным потеплением климата.