Газета 'Промышленные ведомости'
Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
«ПВ» , 0  -  cодержание номера 

Органическое топливо и атомная энергетика

Виталий Болдырев,
к.т.н., заслуженный энергетик Российской Федерации


На Конференции ООН по окружающей среде и развитию, состоявшейся в Рио-де-Жанейро,1992 год, был принят Принцип 2, сформулированный следующим образом:
В соответствии с Уставом Организации Объединённых Наций и принципами международного права, государства имеют суверенное право разрабатывать свои собственные ресурсы согласно своей политике в области окружающей среды и развития, инесут ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или контроля не наносила ущерба окружающей среде других государств или районов за пределами действия национальной юрисдикции. 
 
В связи с сжиганием громадных объемов органического топлива различными государствами, давайте разберемся, как придерживаются этого принципа в мире. 
Природное топливо представляет собой совокупность какого-то горючего - угля, нефти, природного газа, биомассы - и окислителя - атмосферного кислорода. 
Уголь своим происхождением обязан, как общепринято считать, древним торфяным болотам, в которых, начиная с девонского периода, накапливались органические вещества. В них без доступа кислорода в течение многих миллионов лет под действием температуры и давления происходили превращения торфа в будущие ископаемые угли. 
Что же касается нефти и газа то до недавнего времени между сторонниками биогенной и минеральной (глубинной) концепциями их происхождения шла серьёзная борьба. 
 
Одни утверждали, что нефть и газ в процессе литогенеза – преобразования донных отложений древних бассейнов, в которых развивалась жизнь, - подобно углю возникли из отмерших остатков живых организмов, обитавших на Земле в прошлые исторические эпохи. Однако при этом для образования нефти и газа признавалась необходимость гидрогенизации донных отложений абиогенным водородом, поступающим из мантийных глубин, при затягивании этих отложений, находившихся под крупными разломами, под литосферные плиты в зону мантии. 

Минеральная концепция происхождения нефти и газа исходит из космогонической истории углеводородов, которая начинается в безднах мироздания и сегодня прослеживается астрофизическими и другими методами по составу межзвёздных молекулярных и ионных облаков, межпланетных пылевых частиц, комет, метеоритов, планет и их атмосфер и самих звёзд. Так, австралийскими астрономами на расстоянии 30 тыс. световых лет от Земли обнаружено огромное облако аминокислот и белка. Как выяснили астрофизики, планета Плутон состоит из замороженного метана, силикатного материала и льда. Энцеланд и Рея (спутники Сатурна) покрыты ледовым панцирем из метана. И т.д. и т.п.
 
Космические скитальцы – метан, высокомолекулярные углеводороды, графит, другие соединения углерода вошли в состав первичного вещества Земли. Далее геохимическая эволюция системы С-Н-О в ядре Земли, затем на границе ядро-мантия, а затем в мантии привела к образованию абиогенно синтезированных нефти и газа. 

Параллельно с этим, ещё в 70-х годах прошлого столетия, советская геологическая наука предложила в рамках анализа проявления более широкого природного процесса – дегазации Земли – гипотезу о гидридном железо-никелевом составе ядра нашей планеты. Сверхсжатый водород, оставшийся от протопланетной стадии формирования нашей планеты и пропитывающий в результате окклюзии её жидкое ядро, по мнению российских учёных постоянно перемещается на периферию ядра к границе с мантией, где преобразуется в молекулярный с мощным выделением тепла. Разогревая нижнюю мантию до пластичного состояния, газовый водородный пузырь по дороге своего движения к верхним слоям карбидно-кремневой мантии присоединяет находящийся в ней углерод, образуя метан.
 
В виде огромных лёгких пузырей эта потенциально горючая и взрывчатая смесь молекулярного водорода и метана, устойчивая в глубинной бескислородной среде, поднимается вверх и формирует путь для нагретых столбов пластичного вещества мантии диаметром в десятки и сотни километров, уходящих вглубь к границе жидкого ядра. Хотя верхняя мантия, как уже давно установили геофизики, твёрдая и нагрета всего до 600 0C, можно предположить с учётом сказанного выше, что смесь молекулярного водорода и метана, следуя вместе с абиогенно синтезированными газом и нефтью, поднимается до подкорковых слоёв. А далее по разлому земной коры и его оперяющим трещинам эта смесь впрыскиваются под колоссальным давлением мантийного очага в любую пористую и проницаемую среду, распространяясь в ней из разлома подобно грибообразному облаку. 

Если эта смесь не проникают в земную атмосферу через земную кору, то образуются месторождения природного газа и нефти. При попадании в пористую и проницаемую среду морского или океанического дна не происходит всплывания нефти и газа, так как сила поверхностного натяжения на разделе нефть-вода или газ-вода в 12-16 тысяч раз больше силы всплывания нефти. Нефть и газ остаются сравнительно неподвижными пока новые порции нефти и газа не продвинут их залежи.

Однако в случае выхода только газов они соединяются с водой, образуя залежи газовых гидратов, напоминающих по внешнему виду лёд, - 1 м3 газогидрата содержит примерно 200 м3 газа. Полагают, что газовые гидраты имеются почти в 9/10 всего Мирового океана, и концентрация метана в осадках морского дна вполне сопоставима с содержанием метана в обычных месторождениях, а иногда превышает его в несколько раз. Запасы газогидратов в сотни раз превосходят запасы нефти, газа и угля во всех разведанных месторождениях.

Надо добавить, что тектоническая активность подводных недр периодически разрушает газогидратные залежи. Так, например, дно Мексиканского залива в районе Бермудского треугольника в результате тектонического разрушения газогидратных залежей периодически фонтанирует мощнейшими газовыми потоками, образующими на поверхности моря громадные купола воды и газа. Эти купола на экранах судовых радаров фиксируются как «острова». При приближении к ним корабль теряет, естественно, свою архимедову подъёмную силу со всеми следующими отсюда последствиями, а «острова» исчезают. При разрушении гидратов происходит резкое понижение температуры в пласте, и в результате создаются условия для образования нового гидратного льда и запечатывания газоносных отложений. 

Если смесь водорода и органических соединений прорывается в земную атмосферу, то огромная тепловая энергия реакций соединения атмосферного кислорода с водородом, метаном и другими углеводородами в жерлах вулканов плавит горные породы до 15000C, превращая их в потоки раскалённой лавы. В атмосферу при этом выбрасываются тысячи кубических километров газов, в том числе продуктов сгорания водорода и метана – водяного пара и углекислого газа. А миллионами лет нарабатываемый при разложении углекислого газа растительным миром атмосферный кислород при соединении с водородом и образовании воды теряется безвозвратно. Питер Вард из университета Вашингтона нашёл причину «Великого вымирания», случившегося 250 миллионов лет назад. Изучив химические и биологические «следы преступления» в осадочных породах, Вард пришёл к выводу, что они были вызваны высокой вулканической активностью в течение нескольких миллионов лет в той области, которая теперь называется Сибирью.
 
Вулканы не только нагревали атмосферу Земли, но и выбрасывали в неё газы. Кроме того, в этот же период в результате испарения воды произошло значительное понижение уровня Мирового океана и на воздух были выставлены огромные площади морского дна с залежами газогидратов, «экспортировавшие» в атмосферу гигантские количества разных газов, и в первую очередь метана – самого эффективного парникового газа. Всё это привело как к дальнейшему быстрому потеплению, так и к снижению доли кислорода в атмосфере до 16% и ниже. А поскольку концентрация кислорода падает с высотой вдвое, то сократилась пригодная для существования животного мира площадь на планете. «Если вы не жили тогда на уровне моря, то вы вообще не жили» - говорит Вард. Здесь уместно вспомнить утверждение апологетов Киотского протокола: «Эмиссия углекислого газа от сжигания ископаемого топлива за  последние 100 лет стала причиной глобального потепления климата!». Каково? «Это мнение подавляющей части мирового сообщества!». Ну да, как и в «случае» с Джордано Бруно!.

Легко проследить дальше судьбу вулканических водяного пара и углекислого газа, Водяной пар «секвестрировался» конденсацией, а углекислый газ опять миллионами лет «секвестровался» в биомассе растительного мира планеты в результате реакции фотосинтеза с образованием молекулярного атмосферного кислорода. 
Расчеты сегодняшней производительности растительного мира Земли (чистой первичной продукции-NPP), выполненные автором по методике, учитывающей, в том числе, зависимость интенсивности фотосинтеза от географической широты, листовой поверхности и ряда других факторов, дали следующие результаты: годовое производство растительным миром Земли атмосферного кислорода составляет 138,3*109 тонн, годовое потребление при этом растительным миром Земли углекислого газа атмосферы – 184,1*109 тонн. 

Сегодняшняя атмосфера Земли весит ориентировочно 5150000*109 тонн и включает в себя, в том числе, кислород – 21%, т. е. 1080000*109 тонн, и углекислый газ – 0,035% . т. е. 1800*109 тонн. Интересно было оценить, за сколько лет при прекращении поступления углекислого газа в атмосферу при сегодняшней мощности растительного мира Земли, растения исчерпают его сегодняшний запас. Оказывается за 9-10 лет! После чего растительный мир, лишённый атмосферного углекислого газа, должен прекратить свое существование, а за ним исчезнет и животный мир Земли, лишенный своей растительной пищи.

А если попытаться сжечь весь  минеральный водород и его соединения? Необратимо  израсходуется весь атмосферный кислород планеты и всю историю жизни на Земле придётся писать заново!

Четыре миллиарда лет назад углекислого газа в атмосфере Земли было чуть ли не 90%. Сегодня - 0,035 %. Так куда же он делся? Известно, что как только на планете появилась жизнь в виде первичных оксигенных бактерий до современных покрытосеменных растений, они стали разлагать углекислый газ и воду и синтезировали углеводы, из которых строили собственные тела. Кислород же выбрасывался в атмосферу, замещая в ней углекислый газ. Процесс этот, называемый фотосинтезом, каталитический, происходящий с помощью хлорофилла, содержащегося в растениях. 

С энергетической точки зрения фотосинтез есть процесс превращения энергии света (естественного солнечного или искусственного) в потенциальную химическую энергию продуктов фотосинтеза - углеводов и кислорода атмосферы. Отмирая, растения падали на дно болот и при отсутствии там кислорода превращались в уголь, а кислород накапливался в атмосфере. Предполагается, что около 1,5 млрд. лет назад содержание кислорода в атмосфере достигло 1% от его современного количества. Тогда были созданы энергетические условия для появления животных, которые при пищеварении окисляли атмосферным кислородом углеводы, составляющие растения, и вновь получали свободную энергию, используя её уже для собственной жизнедеятельности. Возник сложный энергетический биоценоз «флора-фауна», который и начал свою эволюцию. В результате эволюционных динамических процессов в биосфере Земли были сформированы определенные условия для саморегуляции, называемые гомеостазом, постоянство которых во времени необходимо для нормального функционирования совокупности всех живых организмов, составляющих сегодняшнюю биосферу. 

Всё сказанное выше наводит на мысль о необходимости сбалансированности производства растениями атмосферного кислорода и его потребления природой, животными и человеком. При достижении сегодня добычи и сжигания органического топлива ~20 млрд. тонн условного топлива в год промышленное потребление кислорода из атмосферы составит примерно 50 млрд. тонн и в совокупности с естественным потреблением (~ 153 млрд. тонн) намного превысит верхнюю  границу (NPP~168) его воспроизводства в природе. Во многих промышленно развитых странах эта граница давно уже пройдена. 

Поскольку рассматриваемые изменения происходят в короткий эволюционный период, велика вероятность выхода человечества и всей сегодняшней биосферы за границы возможностей гомеостаза, т. е. саморегуляции. С позиции необходимости поддержания гомеостаза, в том числе определенного содержания кислорода в атмосфере Земли, сжигаемый атмосферный кислород должен постоянно и непрерывно восстанавливаться растениями в результате фотосинтеза. При этом суммарная энергия, выделяемая при сжигании горючего в атмосферном кислороде, должна соответствовать количеству солнечной энергии, потребляемому растениями при фотосинтезе с целью воспроизводства такого же количества кислорода.
 
Растения в виде производства кислорода и органического горючего (углеводов собственного тела) воспроизводят, тем самым, затраченную биотой и человеком потенциальную химическую энергию топлива. 

Очевидно, что для сохранения гомеостаза, мощность всей земной энергетики, использующей горючее, не должна превышать определённого уровня, как максимум, соответствующего мощности растительного мира Земли по воспроизводству атмосферного кислорода! В противном случае дисбаланс приведёт к тотальной деградации среды обитания человечества - сегодняшней биосферы Земли!
Такой международный порядок сбалансированного потребления горючего должен быть установлен для каждой страны и при соблюдении его можно будет утверждать, что страна пользуется «возобновляемыми» или «восполняемым» источником энергии при сжигании топлива, а упомянутый Принцип 2 Конференции ООН по окружающей среде и развитию ею не нарушается. 

Вот и весь весьма простой механизм образования органического топлива на Земле, как совокупности различного вида горючего (угля, водорода, метана, нефти и другой «биомассы») и окислителя (атмосферного кислорода), а также элементарно необходимые правила его потребления. Однако мировое сообщество, похоже, не собирается соблюдать эти правила, да и Принцип 2 Конференции ООН по окружающей среде и развитию. Большинство промышленно развитых стран уже давно стали странами - «паразитами», у которых промышленное потребление атмосферного кислорода на их территории многократно превышает его воспроизводство растительным миром, (а уж тем более так называемую «чистую первичную продукцию» кислорода на их территории), но они и не собираются нести ответственность за обеспечение того, чтобы деятельность в рамках их юрисдикции или контроля не наносила ущерба окружающей среде других государств или районов за пределами действия национальной юрисдикции (см. прилагаемые гистограммы).  Россия, страны Латинской Америки, многие другие «развивающиеся» страны – это «доноры», которые безвозмездно снабжают страны - «паразиты» атмосферным кислородам.  
 
Можно считать, что в странах-паразитах антропогенное потребление атмосферного кислорода происходит за счёт всей чистой первичной продукции фотосинтезирующих организмов  на территории страны, а также запасов атмосферного кислорода, наработанного на планете  Земля миллионами предыдущих поколений фотосинтезирующих организмов. Гетеротрофное потребление (в том числе и дыханием человека) атмосферного кислорода происходит исключительно за счёт запасов атмосферного кислорода. 
 
У стран-доноров антропогенное потребление атмосферного кислорода происходитисключительно за счёт части чистой первичной продукции фотосинтеза на территории страны. Гетеротрофное потребление  атмосферного кислорода – за счётнедоиспользованной при антропогенном потреблении части чистой первичной продукции фотосинтеза, а так же за счёт использования глобальных запасов атмосферного кислорода.
 
Многие защитники глобализации предлагают сегодня рассматривать атмосферный кислородный запас как практически неисчерпаемый или, в лучшем случае, не поддающийся контролю. То есть, по их мнению, антропогенные выбросы углекислого газа на территории поддаются контролю, а антропогенное потребление атмосферного кислорода на территории не поддаётся контролю! Но ведь, господа, в методическом плане есть и соответствующий правовой прецедент. Ещё 6 октября 1998 года Питер ВанДорен в Cat Policy Analysis  № 320  писал:  
 
«В США право собственности позволяет землевладельцам извлекать полезные ископаемые, том числе нефть и природный газ, из той земли, которой они владеют. Однако подземные нефтяные и газовые потоки не считаются с правом собственности на земную поверхность. Если на своём участке землевладелец попытается максимизировать свой собственный доход от извлечения нефти и газа, то общая эксплуатация нефтяного и газового месторождения для других собственников будет уже не эффективной. Поэтому условия «объединительных контрактов» предусматривают передачу землевладельцами своего права бурить и эксплуатировать скважину некоему оператору, стремящемуся к максимизации общего дохода, а взамен они получают свою долю прибыли с месторождения вне зависимости от того, производятся ли работы на их земле».
 
На наш взгляд принцип «объединительных контрактов» может быть положен и в основу права при использовании атмосферного кислорода в качестве окислителя органического горючего при передачи функций «оператора» некой международной организации. Россия располагает гигантским резервом квот на атмосферное природопользование с использованием своего растительного мира для восстановления на планете атмосферного кислорода и поглощения планетарного антропогенного углекислого газа. Ясно, что Глобализация должна быть увязана с использованием этого резерва и в международной торговле.

Но вернёмся к запасам горючего на планете, в первую очередь газа и нефти. Теория абиогенного генезиса нефти и газа выводит нефтегазовую геологию и геохимию на новые многообещающие рубежи освоения немереных кладовых углеводородного сырья. Как следует из сказанного выше, запасы нефтегазового горючего на нашей планете практически не ограничены. Как говорят специалисты, генетическое родство нефтей, газов и конденсатов Западной Сибири свидетельствует об их поступлении из одного общего глубинного, вероятней всего подкоркового источника, сформировавшегося сравнительно недавно. Да и атмосферного кислорода растительный мир России производит немеренно, хотя есть и обязательства России по Киотскому протоколу. Поэтому может и ни к чему нам всякие там «инновации»? 

Однако можно утверждать, что сейчас происходит перераспределение экономико-политических потенций между странами в связи с перекраиванием мировой карты размещения горючих энергоносителей. Возможно, лет через 15-20 страны, овладевшие прорывными энергетическими технологиями, будут иметь столько горючего, сколько захотят, из-за чего мировой экспорт нефти и газа резко сократится. Тогда страны – сырьевые придатки станут играть десятистепенную роль на мировом рынке. А так как Россия живёт и кормится нефтью и газом, то она может оказаться на обочине истории и превратится в мировое захолустье. 

Может быть, поэтому Владимир Путин в своё время на встрече в Ганновере с Герхардом Шрёдером сказал, что путь России к достойной жизни - это инновационное развитие. Для стран Евросоюза, которые испытывают бесспорный экологический кризис, в первую очередь из-за потребления органического топлива, многократно превышающего возможности окружающей среды на их территориях по восстановлению антропогенно поглощаемого атмосферного кислорода и поглощению антропогенного углекислого газа, политическое давление «зелёных» направлено, тем ни менее, против атомной энергетики. Так как же поддерживать и развивать экономику без эффективного производства электроэнергии?
 
В новой, либерализированной модели энергетики не удаётся найти место для ядерной энергетики. Будучи сейчас необходимой для общества, ядерная энергетика оказывается невыгодной для частных инвестиций – основного двигателя энергетического будущего всего мира при неолиберальной экономике. Ведь все действующие сегодня в мире атомные станции были построены в своё время государственными или частными вертикально-интегрированными монополиями, которые действовали в рамках прежней модели экономики. Новая модель сделала инвестиции в капиталоёмкую ядерную энергетику невыгодной для частных инвесторов, хотя на ядерную энергетику и сохранился большой спрос.
 
На наш взгляд, всё решается довольно просто – введением необходимой платы за потребление атмосферного кислорода, то есть природного капитала, не находящегося в частной собственности. Противники «квотирования» промышленного потребления атмосферного кислорода на это  говорят: «Запас атмосферного кислорода настолько велик, что его уменьшение практически незаметно». Но их понять можно: «Где привязан, там и лаю!».
 
И ещё. По данным многих учёных, в том числе российского профессора Е.П. Борисенкова, из 33,2оС повышения температуры в приземном слое атмосферы, которые даёт «парниковый эффект», только 7,2оС обусловлено действием углекислого газа, а 26оС – парами воды. Хотя в создании  «парникового эффекта» одна весовая часть паров воды в 2,82 раза менее эффективна,  чем одна весовая часть углекислого газа, но «в наше время  парниковый эффект, в среднем на 78%  обусловлен парами воды и только на 22%  углекислым газом». Так как  при  сжигании углеводородного «горючего» (а тем более – водородного «горючего») «окислитель» - атмосферный кислород  -  расходуется не только на образование углекислого газа, но и на образование паров воды, создающих основной «парниковый эффект» в приземном слое атмосферы! Легко показать, что сегодня доля водяного пара в суммарных парниковых выбросах составляет при энергетическом использовании угля – 47,6% , газа – 61,3% , и водорода – 100%!  Тем самым даже с позиций сторонников антропогенного происхождения глобального потепления, рассматривать следует не только антропогенные выбросы углекислого газа, но и водяного пара, а квотировать -  антропогенное потребление атмосферного кислорода. 

Из всего сказанного выше можно утверждать, что охрана атмосферного запаса кислорода и регулирование его промышленного потребления является сегодня приоритетной задачей в сфере регулирования взаимоотношений между человечеством и природой!
 
Такое наше разнесение поглощения атмосферного кислорода  исходит из положения, что «Всё живое на планете Земля имеет естественное право дышать!» Например, в странах Евросоюза на конец 20-го века производилось чистой первичной продукции фотосинтезирующими организмами  на территории страны ~1,6 Гт атмосферного кислорода и в то же время антропогенное потребление атмосферного кислорода составляло ~3.8 Гт. В России же на конец 20-го века производилось чистой первичной продукции фотосинтезирующими организмами  на территории страны ~8,1 Гт атмосферного кислорода, а антропогенное потребление атмосферного кислорода составляло всего ~2,8 Гт.
 
Решение проблемы сохранения кислородного баланса на планете - в расширении числа атомных электростанций.
 
ядерная энергетика

Другие статьи номера «ПВ» , 0

Главная Подшивка Подписка Редакция Партнерство Форум
  © Промышленные ведомости  
Rambler's Top100