Председатель Объединенного ученого совета СО РАН по наукам о Земле академикМихаил Иванович Эповрассуждает об одной из важнейших проблем этой области знаний — проблеме востребованности и исчерпаемости горючих полезных ископаемых.
— В научном сообществе и в массмедиа постоянно дискутируется тема зависимости человечества от традиционных энергоносителей: нефти, газа и угля. Можно ли в принципе обойтись только гидро- и атомной генерацией, а также альтернативной энергетикой: ветровой, солнечной и геотермальной? Сторонники положительного ответа фокусируют внимание на загрязнениях, вызываемых сжиганием ископаемых энергоносителей и их производных, но и чистота зеленой энергетики также вызывает сомнения. Если присмотреться, то солнечная и ветровая генерации неосуществимы без первоначального использования энергии, получаемой традиционным образом. К примеру, чтобы соорудить ветроэнергетическую установку, потребуется не менее сотни тонн высококачественного металла, в основном алюминия, получаемого в процессе энергоемкого электролиза. Для выплавки и обработки других металлов необходимы руда, уголь и энергия для обогащения, плавки и других технологических операций. А где взять эту энергию? В основном — с обычных тепловых станций. То же самое и с солнечной энергетикой. Чтобы сделать батарею, нужен чистый кремний, который в природе встречается крайне редко. Соответственно, необходима первичная энергия для производства солнечных пластин. Популярный сегодня электротранспорт попадает в эту же логику: чтобы изготовить и зарядить аккумулятор «чистого» электромобиля или электробуса, нужна изначальная энергия от сжигания ископаемого горючего. Представить зеленую энергетику полного цикла — значит, поверить в реальность почти вечного двигателя, поскольку совокупный КПД ветрогенераторов и солнечных батарей планеты далек от 100 %.
Экологичность зеленой энергетики и экономики в целом тоже весьма относительна. К примеру, солнечные батареи не вечны, рано или поздно они требуют замены, а отработавшие — утилизации. Это снова затраты энергии. То же самое и с ветряками: как любые сложные механизмы, они постепенно изнашиваются. Пока масштабы применения невелики, проблема их утилизации не привлекает особого внимания, но уже существует. Еще об экологической обстановке: там, где установлены целые поля ветрогенераторов, из-за изменений воздушных потоков начинает изменяться климат. С недавнего времени на таких территориях стала наблюдаться всё более возрастающая гибель птиц. К тому же все ветряки, кроме слышимого звука, издают не ощущаемый человеком низкочастотный инфразвук, способный негативно воздействовать на психику (что было эффектно доказано американским физиком Робертом Вудом, случайно вызвавшим панику в театре инфразвуковой волной). Причем, как сегодня выясняется, не только на психику, но и на весь организм.
То есть любая энергетическая стратегия выглядит выигрышной и безобидной, пока реализуется в малых масштабах. Если же она приобретает глобальный или хотя бы региональный размах, негативные воздействия тоже масштабируются и становятся весьма ощутимыми. Да, есть еще атомная энергетика, занимающая в мировом энергобалансе (по данным «Росатома») около 17 %. Она считается практически чистой и достаточно безопасной, пока не случаются трагедии наподобие Чернобыля, Фукусимы и Три-Майл-Айленд. Эти события приводят к катастрофическим последствиям: смерти и болезням людей, заражению и многолетнему выведению из использования больших территорий. Гидроэнергетика тоже не всегда безопасна (вспомним Саяно-Шушенскую ГЭС, где в 2009 году погибли 75 человек), а экологические последствия давно и много обсуждались.
Наконец, в последние годы много говорят о водороде как едва ли не идеальном энергоносителе. Однако в природе чистый водород в малых количествах найден буквально в нескольких точках планеты: в Северной Африке, например. Знаний о природном водороде, его происхождении, расположении и ресурсах на сегодня минимум — только разнообразные гипотезы и предположения. Как можно получить водород? Самый, казалось бы, простой способ — электролиз, то есть разложение воды на водород и кислород. Тем не менее это очень взрывоопасный процесс, к тому же для разрыва связи атомов H и O в H2O необходимы высокие энергии — и мы попадаем в ту же логику, что с ветровой и солнечной энергетикой. Для любой «зеленой», «чистой», «правильной» энергетики нужна первоначальная энергетическая подпитка, которую невозможно получить без горючих ископаемых. Кроме того, будем помнить, что угли, нефти, газ — не только энергоносители, но основное и весьма ценное сырье для химической промышленности.
Периодически публикуемые в научных журналах и СМИ сообщения о быстром сокращении глобальных запасов нефти и газа — явное обоснование международных и национальных программ зеленой экономики, которые требуют огромных инвестиций и государственных преференций (льготных кредитов, налоговых послаблений и тому подобное), и в нее уже очень много вложено. На самом деле, оценки ресурсов углеводородов и углей колеблются в очень широком диапазоне, хотя бы потому, что пока не очень понятно, продолжаются ли в наше геологическое время процессы образования нефти. Есть два основных взгляда на нафтогенез. Первый определяет первоосновой образования нефти отложения, содержащие органические остатки. Вторая гипотеза — в пользу сложных химических взаимодействий метана и водорода, поступающих из глубин Земли. Казалось бы, чисто научная дилемма, но она имеет геополитическое, цивилизационное звучание. Если эти запасы исчерпаемы — следует прогнозировать сроки их расходования и строить некоторую новую парадигму. Если возобновляемы — соответственно, другие прогнозы и парадигма.
Мне не хотелось бы вставать ни на одну из сторон, но приведу несколько интересных фактов. Известно, что на склонах некоторых вулканов встречаются так называемые фумаролы, своеобразные микровулканы с газовыми и жидкостными выбросами. В фумаролах одного из камчатских вулканов обнаружили нефть возрастом в 25 лет. Двадцать пять! Дискуссия об органической либо неорганической природе нефти вспыхнула с новой силой. Откуда взялась нефть в вулкане? Там и образовалась, другого ответа не видится. Правда, сторонники органической гипотезы предполагают, что в давнее геологическое время при дрейфе континентов пласты с органикой затянуло в глубокопогруженную зону вулканизма (еще называют зоной субдукции). Тогда молодая нефть могла образоваться как из древней органики, так и из глубинных газов при наличии каталитических реакций.
Еще один феномен — второе дыхание месторождений, которые считались выработанными. Такие есть на Северном Кавказе, отработанные еще в советские времена, но затем, уже в нынешнем веке, там снова стала появляться нефть во вполне промышленных объемах. Опять тот же вопрос: откуда появилась? Сторонники органической гипотезы снова говорят о подземных перемещениях — просочилась в опустевшие пористые коллекторы. Оппоненты утверждают: нет, это новая нефть, поднявшаяся из глубин, где зародилась в результате метано-водородных взаимодействий. Еще факт — есть месторождения, выработавшие в пять-семь раз больше первоначально рассчитанного запаса, хотя обычная ошибка в запасах — вряд ли более чем двукратная.
Поэтому я считаю, что в настоящее время еще не создана теория происхождения нефти — есть только две названные и вполне обоснованные гипотезы. У органической больше сторонников, но настораживает один не очень понятный нюанс. Можно оценить, сколько за всё время существования жизни на Земле было произведено органики, и сравнить с высчитанными глобальными ресурсами нефти. Этот баланс не сходится — органики оказалось намного меньше, чем нефти. Правда, если включить в органику бактерии, то значения сблизятся, но на сколько? Это всё не более чем оценки.
К тому же есть нефтяные коллекторы, залегающие в сплошных скальных породах, в гранитах, как, например, на знаменитом месторождении «Белый тигр» во Вьетнаме. Скальные породы никак не подходят для нафтогенеза, но имеют трещиноватость, и снова возникает вопрос: нефть прошла через них из близкорасположенных горизонтов или же поднялась откуда-то из глубин? Есть метод определения возраста нефтей по биомаркерам (вплоть до наличия ДНК), но он не работает применительно к самым древним, кембрийским, возрастом более полумиллиарда лет. Биомаркеров там не обнаружено, а сама нефть больше похожа на бензин, а не на привычную нам темную вязкую жидкость. В Иркутской области в 1962 году было обнаружено месторождение как раз такой нефти, что вызвало большой ажиотаж.
Древние нефти при этом очень разнообразны — встречаются твердые фракции, так называемые битумы. Гигантские месторождения битумов есть у нас в Якутии и в Канаде, где, кстати, разработали экономически оправданную технологию их разжижения паром. Одна из гипотез происхождения битумов — прогрев глубинных пород, которые «выварили» нефть до ее нынешнего состояния. Есть и совсем твердые виды нефти, внешне выглядящие как каменный уголь, так называемая тяжелая нефть. Это ценное химическое сырье, и в Республике Коми ее добывают шахтным методом. Я не говорю о гигантских запасах угля как такового, не только топочного, но и металлургического — основы для углехимии, впрочем, это уже не предмет нашего обсуждения.
Что в итоге? Сравнивая выгоды и риски зеленой и традиционной энергетики, следует, как мне кажется, отказаться от термина «альтернативная», то есть замещающая, приходящая на смену, а считать ее дополнительной. И ветровая, и солнечная, и атомная генерации стимулируют прогресс в определенных областях науки и технологий. Однако и горючие ископаемые изучены не настолько глубоко, чтобы говорить о каком-то гипотетическом завершении их использования земной цивилизацией.
Подготовил Андрей Соболевский
Фото автора