Может ли человечество убрать все выбросы в атмосферу?

[Skipper]

1) полная мощность всей ЭНЕРГЕТИКИ человеческой цивилизации, в эпоху 2020 года - равна примерно 19 ТЕРАватт.

Доказательство.
Что находится в интернете.
1) "По итогам 2019 г., в мире всего было добыто 7921 млн. тонн угля", округлим до 8 гигатонн.
Такую массу имел имел бы кубик воды, с ребром равным 2 километра.
2) "В мире потребляется приблизительно 100 млн баррелей (15 900 000 000 литров) нефти в сутки".
Это примерно 14 млрд кг, что 14 метатонн. Умножим на 365 дней в году, получим 5 гигатонн в год.
3) "В 2023 году добыча газа в мировом масштабе выросла... до 4,05 трлн кубических метров".
"Плотность природного газа при нормальных условиях составляет от 0,7 до 1,0 кг на кубический метр", значит менее одной тысячной от
плотности воды, примем округлённо 0,0009. Значит объем 4,05 трлн кубических метров воды имел бы массу примерно 4 тератонны,
а природного газа- будет менее чем 4 гигатонны, возьмём округленно 3,6 гигатонн.
Сколько добывается столько примерно и расходуется, и
"удельная теплота сгорания каменного угля 28–34 МДж/кг, бензина – около 44 МДж/кг; объёмная теплота сгорания природного газа
31–38 МДж/метр кубический". Возьмём в среднем по всем видам топлива 35 МДж/кг, это равно 35 ГДж на 1 тонну.
Всего масса сжигаемых нефти-газа-угля, равна
8 + 5 + 3,6 = 16,6 гигатонн в год.
Есть ещё данные что объем выбрасываемого углекислого газа в атмосферу ежегодно порядка 33 гигатонны, что не приводит к противоречиям,
больше половины массы займёт кислород из атмосферы который свяжется с углеродом, также, если сжигается метан, пропан,
то из массы топлива наоборот, больше половины уйдёт в атмосферу воздушным паром, т.к. атомы водорода свяжутся с кислородом атмосферы.
Итак,
Количество секунд в году, примерно 31 миллионов. Разделим 16,6 гигатонн на 31 миллионов
получим что примерно 535 тонн "усредненной" массы всех видов топлива в мире сжигается каждую 1 секунду.
Выше приведены числа 35 ГДж при сгорании 1 тонны, значит умножим 35 ГДж на 535 тонн, и получим что вся человеческая
цивилизация выбрасывает (потребляет, управляет и т.д.) ЭНЕРГИИ каждую секунду, округлённо 19 тераджоулей, а значит
полная мощность всей энергетики человеческой цивилизации 19 ТЕРАватт, что и требовалось доказать.
Это и есть 19 триллионов Джоулей энергии каждую секунду на планете Земля.
Здесь можно возразить - так сюда еще можно включить АЭС, ГЭС, ВЭС (ветровые электростанции), СЭС, которые используются
только в электроэнергетике, и не сжигают нефть-газ-уголь? Но как увидим ниже, их вклад в общую энергетику, совсем мал
по сравнению с этими 19 ТЕРАватт.

2) полная мощность всей ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКИ человеческой цивилизации, в эпоху 2020 года - равна приблизительно 3 ТЕРАватт.

Доказательство.
Что находится в интернете.
В 2019 году, все электростанции выработали в год около 27000 тераватт-часов электроэнергии, разделим на 8760 часов в год-
получим округлённо что только 3 ТЕРАватта- мощность все ЭЛЕКТРОэнергетики.

Значит, вся энергетика 19 тераватт, а электроэнергетика только 3 тераватта, это более чем в шесть раз меньше.
Вся электроэнергетика это 15,7 % от всей энергетики человеческой цивилизации.
В 2019 году, доля "возобновляемой" электроэнергетики (это гидро+ветровая+солнечная+атомная), которые не выбрасывают углекислый
газ в атмосферу, равна примерно 33% от всей. Казалось бы, это 1/3 часть "много"?
Но это часть же только от электроэнергетики, а от всей энергетики, будет доля этих "возобновляемых источников энергии" ВИЭ-
уже не 1/3, а около 1/20 ! То есть 5 % от всей энергетики- все ВИЭ. А на долю только использования ветра приходится ещё в 6 раз
меньше, то есть менее 1 % от всей энергетики ! По крайней мере на 2019 год было так.
Ну допустим, в будущем мы ВСЮ электроэнергетику заменим на возобновляемые ВИЭ генераторы электроэнергии, и тем самым
сократим выбросы только на 15,7 процентов, а более 84 % как были так и останутся.
А поскольку идёт рост численности населения Земли, то в учётом этого, выбросы в атмосферу углекислого газа и вовсе не сократятся,
ведь будет тогда расти всё- и энергетика полная в том числе.

Итак, чтобы совсем убрать выбросы углекислого газа в атмосферу, нужно всю энергетику, то есть 19 ТЕРАватт, перевести на ВИЭ.
Но это нереально- одни только самолёты похоже, сжигают топлива и выбрасывают в атмосферу больше чем все электростанции,
сжигающие нефть-газ-уголь. Ещё больше выбросов делают несколько миллиардов автомобилей.
Наконец, очевидно, что самая большая часть этой энергетики, от которой выбросы углекислого газа в атмосферу и поступают-
это от ПРОМЫШЛЕННОСТИ. Сельское хозяйство- грузовики, трактора комбайны - сжигают нефтепродукты. Промышленность-
карьерные самосвалы развозят руду, из которой потом на химических заводах вырабатывается вся таблица Менделеева.
Производство цемента, строительство домов и так далее- тоже выбросы углекислого газа. И так далее, и т.п.
И это всё по большей части, на электричестве не работает.

Вывод- как ты ни переводи энергетику, на ВИЭ, а выбросы углекислого газа в атмосферу неизбежно будут продолжаться.
Даже если уже совсем напрячься, заставить ветряками, как считали территорию сравнимую с территорией России,
чтобы получить эти 19 ТЕРАватт, то хотя и существенное сокращение выбросов будет, но выбросы углекислого
газа в атмосферу всё равно продолжатся, потому они происходят ещё и в процессе получения цемента лдя строительства.
Это уже чисто выбросы по "химической" причине,

[alesha_popovich]

Skipper в сообщении #1674029 писал(а):

Может ли человечество убрать все выбросы в атмосферу?

Может. Для этого человечеству достаточно вымереть.

[Anton_Peplov]

Вопрос, можно ли всю электроэнергетику перевести на солнце и ветер, рассматривался в статье Tong, D., Farnham, D.J., Duan, L. et al. Geophysical constraints on the reliability of solar and wind power worldwide. Nat Commun 12, 6146 (2021). https://doi.org/10.1038/s41467-021-26355-z . Авторы проанализировали солнечные и ветровые ресурсы 42 стран со всех континентов по наблюдениям за 39 лет (с 1980 по 2018 год).

Выводы такие:
1) если энергию не запасать и вырабатывать без избытка, можно покрыть только 72–91% (в среднем 83%) спроса на электроэнергию.
2) если запасать (где?) энергию, выработанную за 12 часов, и расходовать запасы по мере надобности, можно покрыть 83–94% (в среднем 90%) спроса на электроэнергию.
3) если вырабатывать в год в 1,5 раза больше энергии, чем нужно, то можно покрыть 83–99% (в среднем 94%) спроса на энергию. (Кто заплатит за дополнительную генерацию?). А добавление к этой избыточной генерации еще и 12-часового хранения позволило бы удовлетворить спрос на 89–100%, в среднем на 98%.
4) Результаты можно улучшить, если интегрировать солнечно-ветровые системы в масштабах континентов, чтобы энергия перетекала из мест избытка в места дефицита (ну щас политики так и сделали).

Что такое удовлетворять 98% спроса? Если усреднить потребление за год, то два процента неудовлетворенного спроса - это 175 часов без электричества в год. Скажем честно, так себе развлечение. Возможность заменить ВИЭ всю энергетику, а не только электро- - это уже вовсе чистая фантастика. Даже замена обычных автомобилей на электро- моментально упирается в вопрос, где мы возьмем столько электричества.
Отдельный разговор - это экологический след ветряков и солнечных батарей.

Уменьшить долю ТЭС можно за счет увеличения доли ГЭС (изменение ландшафтов и экосистем) и АЭС (полуграмотные экоактивисты задохнулись в ужасе, органы, надзирающие за оборотом расщепляемых материалов и ядерных технологий, близки к обмороку).

Подводя итог, я думаю, что полностью избавиться от тепловой энергетики можно будет только в эпоху промышленных термоядерных реакторов.

[Skipper]

Anton_Peplov в сообщении #1674034 писал(а):

Подводя итог, я думаю, что полностью избавиться от тепловой энергетики можно будет только в эпоху промышленных термоядерных реакторов

Только вот нюанс- физики говорили ещё 50 лет назад, что скоро добьются управляемого термоядерного синтеза, а воз и ныне там, так что я не верю что в этом направлении что-то получится. по крайней мере пока не сожгут весь газ-нефть-уголь на Земле. А вот после этого, будет совсем весело, будут царствовать АЭС и ГЭС, а остальные там всякие.. ветровые это будет лишь малая часть от энергетики

[miflin]

(Оффтоп)

Skipper в сообщении #1674029 писал(а):

Может ли человечество убрать все выбросы в атмосферу?

Фраза с двояким смыслом: убрать=переместить.

[Утундрий]

Может ли человечество отключить вулкан?

[Ghost_of_past]

Skipper в сообщении #1674029 писал(а):

нужно всю энергетику, то есть 19 ТЕРАватт, перевести на ВИЭ

Кому нужно? Откройте Парижское соглашение и посмотрите, что реально планируется сделать:
- к 2080-2085 году полностью отказаться от ископаемых углеводородов в пользу ВИЭ, ГЭС и АЭС (там где разрешена атомная энергетика);
- до 2040 года развивающимся странам разрешено увеличивать добычу ископаемых углеводородов для высвобождения экономических ресурсов под последующее ускорение энергетического перехода;
- снижение выбросов от мусора и пищевых отходов на 50% к 2050 году;
- сокращение выбросов в агропромышленном комплексе на 40% к 2080-2085 году.

Выполнение этих планов позволить остановить рост среднемировой температуры в пределах 2 градусов с вероятностью 67-68%.

Anton_Peplov в сообщении #1674034 писал(а):

(где?)

Посмотрите книгу Владимира Сидоровича "Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир" - там есть главы и про способы хранения энергии, и про разработку интеллектуальных систем распределения энергии.

[amon]

Skipper в сообщении #1674029 писал(а):

полная мощность всей ЭНЕРГЕТИКИ человеческой цивилизации, в эпоху 2020 года - равна примерно 19 ТЕРАватт.

Просто, чтобы понимать, где мы находимся. Поток солнечной энергии на Землю составляет примерно $4\cdot 10^{24}$ дж/год, что в пересчете в среднюю мощность составит примерно $1.25\cdot10^5$ тераватт.

[Anton_Peplov]

Ghost_of_past в сообщении #1674072 писал(а):

Посмотрите книгу Владимира Сидоровича "Мировая энергетическая революция. Как возобновляемые источники энергии изменят наш мир" - там есть главы и про способы хранения энергии, и про разработку интеллектуальных систем распределения энергии.

Спасибо, гляну.

[vpb]

amon в сообщении #1674087 писал(а):

Просто, чтобы понимать, где мы находимся. Поток солнечной энергии на Землю составляет примерно $4\cdot 10^{24}$ дж/год, что в пересчете в среднюю мощность составит примерно $1.25\cdot10^5$ тераватт.

Ну, значит, достаточно освоить всего лишь пятитысячную от всей солнечной энергии, поступающей на Землю. Что внушает надежды.

Anton_Peplov в сообщении #1674034 писал(а):

Подводя итог, я думаю, что полностью избавиться от тепловой энергетики можно будет только в эпоху промышленных термоядерных реакторов.

Здравствуй, Новый год ! А про то, что наконец-то недавно (года два тому назад), сподобились замкнуть топливный цикл АЭС, Вы разве ничего не слышали ? Проще говоря, новый уран теперь не надо будет добывать несколько тысячелетий. Без всякого УЯСа. И да, это достижение отечественных ученых и инженеров. Так что не только в гиперзвуке и балете мы впереди планеты всей...

[amon]

vpb в сообщении #1674108 писал(а):

Ну, значит, достаточно освоить всего лишь пятитысячную от всей солнечной энергии, поступающей на Землю.

А тут другая проблема - низкая плотность потока энергии и конечное время жизни солнечного элемента, за которое он должен отработать энергию, затраченную на его изготовление.

[vpb]

Да уж, не всё так просто ... Но я все-таки думаю, что с ископаемым топливом надо кончать. Климат меняется буквально на глазах, и что будет через несколько десятилетий, подумать страшно.

Недавно, где-то к концу января, вышел я посреди дня на прогулку, и, смотря вокруг, сложилась у меня в голове такое предложение:

vpb писал(а):

Травка зеленеет,
Солнышко блестит,
Ласточка с весною
В гости к нам летит,

А в королевском лесу распускаются подснежники,

а в далекой Калифорнии
Все качели погорели,
примерно на полтораста лярдов у.е.

И не того нам жалко, что у Мадоннов с Томкрузами ихние илитные избушки погорели, а того, что лет через двадцать на Кубани хлеб родиться не будет. Вот.

P.S. Про двадцать лет ---это я так, с потолка написал.

[мат-ламер]

vpb в сообщении #1674111 писал(а):

а того, что лет через двадцать на Кубани хлеб родиться не будет. Вот.

На Кубани будут выращивать ананасы и апельсины. Хлеб будут выращивать на Таймыре. Местные жители пересядут с оленей на тракторы и комбайны.

Ghost_of_past в сообщении #1674072 писал(а):

Откройте Парижское соглашение и посмотрите, что реально планируется сделать:

Не верю я в эти соглашения. Вроде как США вышли из него.

Другое дело, что есть какие-то механизмы саморегулирования, которые могут смягчить процесс. Вроде наметилась тенденция, что скорость увеличения численности населения начинает уменьшаться.

vpb в сообщении #1674111 писал(а):

Но я все-таки думаю, что с ископаемым топливом надо кончать.

Легко доступные нефть и газ скоро кончатся. Поэтому цена на электроэнергию будет возрастать. Значит увеличится внимание к энергосберегающим технологиям. На работу будут ездить не на тяжёлых автомобилях, а на лёгких мопедах (велосипедах, самокатах) или на общественном транспорте.

[Ghost_of_past]

мат-ламер в сообщении #1674189 писал(а):

Не верю я в эти соглашения.

А зачем в него верить или не верить? Это рамочный политический и правовой документ. Удастся ли его выполнить - это ведь не вопрос веры, а вопрос наших действий. Ну или бездействий.

мат-ламер в сообщении #1674189 писал(а):

Вроде как США вышли из него.

США выходили при первом сроке Трампа и вернулись потом. Вернутся и сейчас: не потому что Парижское соглашение так прекрасно, а потому что ничего лучше для борьбы с изменениями климата у нас пока нет и едва ли предвидится.

мат-ламер в сообщении #1674189 писал(а):

Вроде наметилась тенденция, что скорость увеличения численности населения начинает уменьшаться.

Скорость увеличения населения планеты замедляется уже 50 лет и рождаемость наконец-то в мировом масштабе уже упала ниже простого воспроизводства поколений. Только есть еще демографическая инерция и население планеты расти еще лет 30, пик будет где-то между 9 и 9,5 млрд. человек.

Но надо понимать, что возврат к численности населения Земли до демографического перехода (300-400 млн. человек) при низкой рождаемости - это минимум 150 лет, а скорее всего 250-500 лет. У нас просто нет столько времени в запасе, чтобы подождать, пока всё как-нибудь самоурегулируется: при сохранении текущих трендов на рост среднемировой температуры, рост объема парниковых газов в атмосфере и др. показателей изменения климата через несколько десятилетий невыпадение снега в условной Москве зимой может стать нашей наименьшей из проблем. Что будет, если в условной Москве и центральной России одним летом случится две волны жары по 15 дней, и при каждой из которой будет +50 градусов на пике? Сколько десятков тысяч человек избыточно погибнут в таком случае? А через каких-то 30-40 лет такие волны жары станут нормой жизни, увы.

мат-ламер в сообщении #1674189 писал(а):

На Кубани будут выращивать ананасы и апельсины. Хлеб будут выращивать на Таймыре. Местные жители пересядут с оленей на тракторы и комбайны.

Увы, это совсем не так. Почитайте/послушайте любой приличный научпоп по климатологии - изменение климата хотя и проявляется среди прочего глобальным потеплением (т.е. аномально быстрым ростом среднемировой температуры), но глобальное потепление вовсе не означает, что везде становится только теплее.

Повышение среднемировой температуры такими темпами приводит к тому, что гидрометеорологические условия становятся все более нестабильными, поэтому в одну зиму снег не выпадает вовсе, а в другую его выпадает условно 1,5 метра и температура скачет от -30 до +10. Плюс растет число стихийных бедствий. В таких условиях наоборот стабильность любого сельского хозяйства и агропромышленного комплекса, за исключением тепличных хозяйств, очень сильно нарушается. Нас спасает пока только то, что современная экономика еще позволяет производить продуктов питания сильно больше, чем потребляет текущее население, но эффективность нельзя наращивать вечно.

[Skipper]

мат-ламер в сообщении #1674189 писал(а):

Вроде наметилась тенденция, что скорость увеличения численности населения начинает уменьшаться

Вот это очень интересно, получается человечество может существовать миллионы лет в прошлом и миллионы лет в будущем, но я (и мы) почему то родился (из этих миллионов лет) именно в интервал "несколько десятилетий, где происходит процесс перелома" второй производной численности населения Земли.
Если численность населения- некая функция, то рост численности- это первая производная, когда она меньше нуля- численность населения и вовсе сокращается. Может и такое будет в скором будущем, но если
"скорость увеличения численности населения начинает уменьшаться", то вторая производная опустилась ниже нуля.

То же касается и самого быстрого прогресса человеческой цивилизации в наше время, хотя это не доказано что будет так в будущем, но на все прошлые времена, этот прогресс максимальный
То же касается и самых быстрых потеплений климата в истории. Земля существует миллиарды лет, но я родился и живу в отрезок времени, когда это потепление идёт с самой большой скоростью.

Цитата:

Просто, чтобы понимать, где мы находимся. Поток солнечной энергии на Землю составляет примерно $4\cdot 10^{24}$ дж/год, что в пересчете в среднюю мощность составит примерно $1.25\cdot10^5$ тераватт.

125000 тераватт? Но Земля наверное половину этого излучения в космос обратно отражает.
Если будет 40000 тераватт потребление человеческой цивилизацией, то это будет в 10 млрд раз меньше чем излучает Солнце, то есть 10 в 10-й степени. Если цивилизация Кардашёва $2$$$ типа потребляет всю мощность как от Солнца,
$4 \cdot 10 ^{26} $ ватт,
а галактика ещё в 10 млрд раз больше (хотя звёзд в Галактике 200 млрд, но среднестатистическая звезда слабее чем Солнце), и цивилизация $3$ типа потребляет
$4 \cdot 10 ^{36} $ ватт,
то логично считать цивилизацией $1$ типа, ту что потребляет примерно как планета,
$4 \cdot 10 ^{16} $ ватт,

и 0,1 по такой логарифмической шкале, это разница в 10 раз, то есть на порядок.
Значит человеческая цивилизация ещё не доросла до уровня $0.7$ , но приближается к этому уровню. Тут нужно 40 тераватт общее потребление.