Роль технологий в решении проблем изменения климата

Вызванное людьми изменение климата – это часть нашей реальности, оно уже идет полным ходом. Если в ближайшие пару десятилетий мы не сможем радикально снизить выбросы парниковых газов, то к концу века ситуация значительно ухудшится. Нам необходим целый комплекс мер по изменению всемирной экономики таким образом, чтобы она основывалась на незагрязняющих ресурсах в отличие, прежде всего, от использования ископаемого топлива. Впрочем, как и во многих других ситуациях, проблемы кроются в мелких деталях.

А там, где речь идет об изменении климата, мелкие детали оказываются крайне запутанными. Каждая страна должна разработать стратегию перехода на другие виды энергии, которые отвечали бы конкретной ситуации в этой стране и при этом решали задачу сокращения выбросов в глобальном масштабе.

После долгих лет разочарований, связанных с невыполнением многими странами обязательств по сохранению климата, в последнее время происходят явные положительные подвижки. Предваряя главную всемирную конференцию по изменениям климата, которая должна состояться в ноябре в Париже, около трех четвертей мировых держав предоставили свои разработки, известные  как предполагаемое национальное участие, – где описывается, как эти страны планируют переход от ископаемого топлива на чистые источники энергии. Но пока все эти планы, взятые в своей совокупности, смогут уменьшить траекторию глобального повышения температуры примерно до величены на 3 градуса Цельсия выше температур, существовавших перед индустриальной революцией, – что значительно выше согласованной на международном уровне цели в 2 градуса. Имеется надежда, что в Париже эти страны возьмут на себя обязательства по более значительному сокращению вредного воздействия в сравнении с тем, о котором они уже заявляли. Но если конференция не сможет добиться совокупного снижения, которое ограничило бы потепление двумя градусами, идея состоит в том, чтобы в будущем национальные цели «пересматривались бы с целью снижения» с интервалом в пять лет.

Низкий уровень выбросов как побочная выгода. Если миру суждено достигнуть полного перехода на чистую энергию, то необходимо, чтобы страны значительно пересмотрели свои взгляды на технологический подход к изменению климата. Технологические варианты будущего с чистой энергией не должны выглядеть как бремя или траты, – напротив, они являются благоприятной возможностью для стран мира предоставить своим жителям лучшее, чистое и более эффективное будущее.

Моя родная страна, Бангладеш, очень уязвима для измененяемого климата. С ровным рельефом местности, предрасположенностью к наводнениям и подверженная ежегодным муссонам, она имеет много причин опасаться сильных циклонов, усиливающихся засух, увеличивающейся засоленности почв и тому подобных напастей. Усложняет ситуацию то, что 170-миллионное население Бангладеш, более 30 процентов которого живет за чертой бедности, обитает на территории в 130000 квадратных километров, представляя собой, таким образом, страну с самой высокой плотностью населения.

Несмотря на то, что Бангладеш – бедная страна, и к тому же ответственна за менее, чем 1 процент выбросов парниковых газов, она делает серьезные усилия на пути обеспечения своего населения солнечной энергией. Уже установлено более 3 миллионов домашних солнечных батарей, и каждый месяц это число увеличивается на 70000. Таким образом, программа Бангладеш по обеспечению солнечными системами домов своих жителей оказывается самой быстро развивающейся в мире.

Солнечная энергия развивается в Бангладеш не только из-за минимизации воздействия на окружающую среду, – хотя это и является приятным дополнением. Бангладеш вкладывает большие деньги в домашние системы солнечной энергии для того, чтобы удовлетворить запросы страны на домашнее энергообеспечение, даже для самых бедных семей. Таким образом, большинство самых распространенных солнечных батарей относительно небольшие по размеру, – достаточные для питания нескольких ламп, радио и телевизора. Главное преимущество для потребителей – возможность детям делать уроки после наступления темноты и избавление от грязных керосинок. Фактически потребители часто приобретают домашние солнечные батареи с использованием займов, оплатить которые дешевле, чем покупать керосин.

Отчасти это стало возможно благодаря реализации государственных проектов с привлечением частного капитала. Компания Infrastructure Development Company Limited предоставляет недорогие займы индивидуальным предприятиям по всей стране, которые затем обеспечивают покупателей домашними солнечными системами (обычно приобретаемыми в кредит) и предлагают послепродажное обслуживание. Правительство и частный сектор сейчас изучают возможность предлагать более крупные фотоэлектрические системы, способные поставлять энергию для насосов ирригационной воды и других коммерческих и промышленных целей. Но, как бы то ни было, по факту солнечная энергия стала основной частью смешанного энергетического комплекса в Бангладеш, и, несмотря на то, что производство энергии из ископаемого топлива до сих пор востребовано, со временем зависимость от него уменьшится.

Подобные переходы от ископаемого топлива к технологиям чистой энергии должны стать нормой в любой стране, – будь то богатой или бедной, – если мы хотим дать успешный ответ на климатические изменения. От страны к стране обстоятельства, конечно же, будут меняться, как и те технологии, в которые решат вкладываться различные государства. Но самыми успешными станут те страны, которые смогут быстро перейти к энергетической эре, не использующей ископаемое топливо.

Для того, чтобы разрешить проблему изменения климата, мировому сообществу придется перейти от ископаемых видов топлива к возобновляемым энергосистемам преимущественно с низким содержанием углерода. Естественно, это потребует определенной технической инновации, но технологические изменения – это еще не самое сложное. Необходимые технологии уже существуют. По мере того, как их внедрение возрастает, они быстро совершенствуются.

Основные трудности перехода на возобновляемую энергию – это преобразование уже существующей инфраструктуры, созданной для энергосистем на основе ископаемого топлива, а также преодоление политических, административных и культурных противодействий подобным изменений. Упомянутое сопротивление является достаточно значимым, – так как ископаемое топливо уже глубоко внедрилось не только в сам технологический процесс энергосистем, но также и в финансовые системы, геополитику, административные структуры и культуру. Таким образом, надлежащий ответ на вызовы, бросаемые климатическими изменениями, потребует не столько инвестиций в технические инновации, сколько решительности в модификации административных структур, экономических и социальных систем, а также взятие на себя обязательств по совершению соответствующих политических изменений. В свою очередь, такие изменения помогут снизить зависимость от богатых углеродом ископаемых видов топлива и будут способствовать процветанию технологий возобновляемой энергии.

Непредвиденные изменения. Внедрение возобновляемой энергии в широком масштабе подразумевает фундаментальное изменение способов производства, использования и распределения электроэнергии. Это означает переоценку и модернизацию многолетних культурных и промышленных установок планирования энергетического сектора. Кроме этого, потребуется так называемое «обучение в процессе», по мере того, как коммунальные структуры, государственные органы, разработчики возобновляемой энергии, общественность и потребители будут приобретать опыт работы с системами возобновляемой энергии. Обладая таким практическим опытом, частные лица и организации смогут отойти от общепринятой картины мира, в которой традиционно существовал энергетический сектор до сих пор.

Хорошим известием при этом является то, что эта общепринятая картина мира уже ставится под сомнение. Меняются исходные логические посылки. Происходит социальное обучение. При этом практически по всем проектам возобновляемая энергия развивается быстрее, чем предполагалось.

Что удивительно, доказательство необходимости смены картины мира и отступления от старых логических посылок может быть найдено во многих прогнозах о росте возобновляемой энергии, которые давались на протяжении последних 15 лет. Хорошо информированные энергетические организации, включая Международное Агентство по Энергетике, Управление по энергетической информации США и База данных оценки сценариев роста мировой энергетики значительно недооценили то, как быстро будут расти  возможности возобновляемой энергетики. Ежегодный энергетический прогноз США на 1999 год, например, предполагал, что в период между 2000 и 2020 годами в США будет производиться лишь 800 мегаватт электроэнергии от ветряных установок, потому что ветер был намного дороже в сравнении с другим источниками. Но фактически, благодаря взаимосвязанным политическим стимулам, техническому прогрессу, снижению стоимости, общественному признанию и изменениям рынка, в США введены в эксплуатацию почти 70 гигаватт ветряной энергии, – почти на два порядка больше, чем предполагалось, при этом на 5 лет быстрее. (Что удивительно, прогнозы, которые наиболее точно совпали с фактическим ростом возобновляемой энергии, были сделаны Гринписом, организацией, занимающейся защитой окружающей среды.)

Вот еще один пример из реальной жизни, как социальное обучение и изменение установок преобразовали работу рынка электроуслуг на среднем западе США, где было проведено широкое внедрение ветровых электроустановок в промышленных масштабах. Крупные подвижки в правилах, по которым работает рынок электроуслуг, а также в методах управления ветровыми турбинами, – о которых нельзя было догадываться всего 10 лет назад, – сейчас позволяют производителям энергии ветра предлагать цену на рынке «на сутки вперед», – так же, как это происходило бы с электроэнергией, произведенной по любой другой технологии. Производители ветряной энергии могут отрегулировать свои предложение всего за 10 минут до отправления, что позволит называть верные цены независимо от непостоянства ресурсов ветра.

Другим примером может служить энергия солнечных фотоэлектрических приспособлений, устанавливаемых на крышах. Солнечные батареи на крышах домов позволяют людям производить свое собственное электричество и обеспечивают отдельных лиц, домашние хозяйства и общины фундаментально новым механизмом работы с энергосистемами. Это можно назвать культурным изменением в производстве энергии. Появилось новое понятие «потребитель-профессионал» – человек, который производит свое собственное электричество, тем самым изменяя роль, которую могут играть отдельные граждане в энергетических системах, наделяя их новыми возможностями.

Быстрое развитие солнечной фотоэлектрической энергии в г.Остин (штат Техас) подставило под сомнение и в конечном итоге изменило привычные установки; например о том, какова оптимальная ориентация солнечных панелей. Тот факт, что в течение года наибольшее количество электроэнергии производится солнечными панелями, ориентированными на юг, – в целом верен. Однако во время часов пикового потребления, когда производство электроэнергии особенно важно для электроустройств, больше энергии производят панели, ориентированные на запад. Понимание этой идеи отрегулировало отношения между побудительной мотивацией использования электроприборов и широким внедрением солнечных батарей, устанавливаемых на крышах.

Но несмотря на то, что некоторые электроприборы могут, – или даже предпочитают работать на источниках распределенного производства энергии, например, фотоэлектрической, – другие устройства менее предрасположены к этому. Более того, все больше растет политическая активность против солнечной энергии. К сожалению, из-за того, что возобновляемая энергия ассоциируется с «неоднозначной» темой изменения климата, а также из-за потенциальной возможности дестабилизировать зависимость от ископаемого топлива, – возобновляемая энергия в США становится предметом распрей, разделившей общество на явных сторонников и противников.

Несмотря на это, благодаря взаимодействию между технологическими инновациями и изменениям в политической, административной и культурной сферах, границы возможного уже смещаются. И хотя никто не в силах предсказать, как именно будут эволюционировать энергосистемы по мере того, как мир пытается найти достойный ответ изменениям климата, ясно одно: рост источников возобновляемой энергии продолжит оспаривать общепринятые точки зрения, разрушит давние стереотипы об энергетическом секторе, а также потребует постоянного социального обучения.

Люди обладают уникальной способностью разрабатывать технологии, которые приводят к преобразованию энергии. Когда охотники и собиратели занялись земледелием, они постепенно увеличили потребление энергии в 1000 раз благодаря таким техническим разработкам, как одомашнивание тяглового скота, а также использование огня для расчистки территории, обжига кирпичей и выплавки металлов. Появление индустриальных обществ повлекло за собой еще одно 50-кратное увеличение.

Люди обыкновенно ставят приоритеты своих прав на природу выше прав других видов; от этой привычки зависело и развитие энергетики. Оно также зависело от частной собственности на природу, что позволяет инвестору, – будь то индивид, предприятие или государство, – делать малые энергетические инвестиции, дающие значительные объемы избыточной энергии. Излишки энергии подстегивает человеческое развитие и изменения в образе жизни, а желание дальнейшего развития приводит в движение дополнительное развитие энергетики.

Ископаемые виды топлива, обладающие высокой плотностью энергии, сыграли главную роль в истории становления человечества. В 2012 году, самом последнем, за который имеются данные Международного агентства по энергетике, ископаемое топливо обеспечивало 82% первичной энергии во всем мире, – но оно также ответственно, вместе с другими изменениями в использовании земли, за ежегодные выбросы около 40 гигатонн углекислого газа. Половина этих выбросов не возвращается в Землю. Это является основной причиной глобального потепления.

Каково же решение? Оно двупланово: одна часть его технологическая, а другая – политическая и философская. Для того, чтобы избежать еще более суровых разрушительных воздействий глобального потепления, должны внедряться в жизнь обе части решения.

Проблемы существуют повсюду. Прежде всего, с технологической стороны. Человечество должно быстро уменьшить выброс парниковых газов. Но сработают ли какие-либо из основных технологических подходов к снижению выбросов?

Одно возможное решение – добывать энергию из биомассы, которая уже предоставляет 10 процентов энергии, используемой людьми. Биомасса является широко распространенным ресурсом и может быть легко преобразована для получения энергии. К сожалению, биомасса уже и так чрезмерно используется, – люди потребляют 16 процентов энергии, которые каждый год производят растения. Дальнейшая заготовка биоматериалов только усугубит глубокие экологические раны на планете, причиненные добычей биологических материалов, как то: вырубка лесов и другие изменения в использовании земельных угодий.

Гидроэнергия обеспечивает 2,4 процента первичного потребления энергии в мире, но сейчас используется 40 процентов развертываемого потенциала гидроэнергии. Сопротивление строительству дамб все больше возрастает, так как дамбы разрушают расположенные выше по течению леса и сельскохозяйственные земли; лежащие ниже по течению территории могут быть затоплены при высвобождении избыточных вод из резервуаров. Использование гидроэнергии вряд ли будет возрастать, кроме некоторых горных местностей.

В то же самое время ядерная энергия обеспечивает около 5 процентов запросов человечества. Но мир уже отходит от термальной ядерной энергии. Она считается грязной – добыча урана влечет за собой серьезные опасности для здоровья, а во всем мире на площадках реакторов хранится около 300000 метрических тонн отработанного высокорадиоактивного топлива. Это небезопасно, – на сегодняшний момент на различных реакторах уже произошли три значительные аварии. Такие технологии открыты для злоупотреблений, – обогащенный уран может быть использован в атомных бомбах. И он дорог – более, чем ископаемые виды топлива.

Далее, – концентрированная солнечная энергия и фотоэлектрическая энергетика, – наряду с энергией ветра обеспечивают около 1 процента всемирной энергии. Эти источники растут со скоростью от 15 до 40 процентов в год, но обладают некоторыми недостатками. Они страдают от вероятности перебоев. Они могут размещаться лишь на благоприятных территориях. Они не могут быть напрямую использованы для перемещения. Они имеют такое воздействие на окружающую среду, которое не часто обсуждается. Устройства для добычи энергии ветра и фотоэлектрические установки требует значительно большей территории, чем станции на ископаемых видах топлива. Реалистические расчеты говорят о том, что готовая к использованию энергия ветра может удовлетворить лишь 5 процентов сегодняшних мировых запросов на электроэнергию, а при производстве как ветряного, так и солнечного оборудования выбрасываются значительные объемы углекислого газа. И на настоящий момент эти виды энергоисточников все еще являются более дорогими, чем ископаемое топливо.

Как собирать и хранить углекислый газ с тем, чтобы они никогда не попадал в атмосферу? Ввиду ряда причин энтузиазм относительно улавливания и хранения углерода угасает. Объяснение причин этого можно начать с того, что признаны работающими 14 проектов по улавливанию и хранению углерода, и еще восемь находятся на стадии разработки. Их общий рабочий объем составляет всего лишь одну десятую одного процента текущих выбросов углекислого газа. Многие из подобных разработок связаны с проектами повышения нефтеотдачи, – которые нейтрализуют снижение выбросов, достигаемых посредством улавливания и хранения.

Между тем, КПД энергии иногда видится как легкий способ снизить выбросы. Но существует ограничение на то, что может быть достигнуто посредством продуктивности. Более того, вступает в игру парадокс Джевонса: при увеличении доступной энергии, связанным с повышенной продуктивностью, энергия станет дешевле, а потребление возрастет.

Другой подход. До сих пор странами, которые достигли наибольшего успеха на поприще отказа от ископаемого топлива, являются Германия и Куба. Германия гарантирует фиксированные тарифы производителям возобновляемой энергии. Куба сконцентрировалась на эффективности и ведении органического сельского хозяйства, посредством которого экономится энергия из-за низкого потребления воды, сокращения использования сельскохозяйственной техники и отказа от удобрений и пестицидов. Немецкая модель может быть повторена в развитых странах, но не в развивающихся. Большой процент владельцев германских генераторов возобновляемой энергии – частные лица, кооперативы или общины, а в развивающихся странах такие лица или образования не обладают достаточным капиталом для инвестиций в возобновляемую энергию. Скопировать кубинский опыт окажется еще сложнее, так как органическое земледелие не приносит такой же рентабельности, как коммерческое сельское хозяйство.

Для того, чтобы поддерживать рациональное развитие цивилизации, человечество должно перейти от ископаемого топлива на солнечную энергию, – без оглядки на технические сложности. Также потребуются инвестиции в биологические и другие инновации, связанные с низкопонетциальной энергией. Но, в конце концов, глобальное потребление энергии должно быть снижено примерно на 60 процентов. Это потребует определенной доли глубинных нетехнических перемен. Между мировыми державами должно быть установлено справедливое распределение энергии, – люди в богатых странах не должны, подобно тому, как они делают это сейчас, использовать в сотни раз больше энергии, чем люди в самых бедных странах. Права собственности на природные богатства должны быть отброшены ради права использовать природу, не разрушая ее. Глобальная экономика должна отдать предпочтение «минимизации рисков для всех», а не «максимизации прибыли для избранных». Должна быть установлена устойчивая экономика – а это такая жизнеспособная экономика, которая поддерживает природные баланс.

Последствия таких изменений станут радикальными. США и Канада должны уменьшить потребление энергии примерно на 90 процентов; Европа, Австралия и Япония – на 75 процентов. Города должны радикально уменьшится в размерах, а разница в использовании энергии между городом и сельской местностью должна исчезнуть. Должно отдаваться предпочтение интересам местных общин, а руководящая власть должна быть децентрализована. Для всех и каждого должны быть внедрены единообразные стандарты рисков и выбросов.

Внедрение технологических решений проблемы изменения климата станет сложным делом, но упомянутые политические и философские вызовы окажутся еще труднее. Их, однако, можно преодолеть, если люди сами будут бороться за те требования, которые были озвучены на прошлогодних экологических маршах: «Сохраним климат, изменим экономику!»

Если эти требования приведут к быстром и реальным изменениям, то остается надежда на то, что люди смогут построить жизнеспособные и мирные сообщества. В противном случае глобальное потепление принудит нас к своему собственному комплексу крайне болезненных изменений.