Введение
Одним из глобальных вызовов, стоящих перед человечеством в XXI веке, является проблема негативного изменения климата нашей планеты, угрожающая разрушением озонового слоя земной атмосферы и таянием материковых льдов Арктики. Согласно заключению межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), представленному в Инчхоне (Республика Корея) в 2018 году, глобальное потепление климатической системы Земли в течение последних 50-60 лет более чем на 90% связано с экономической деятельностью населения планеты [9]. Развитие промышленных технологий, рост численности с одновременным повышением качества и уровня мобильности людей, связанный с облегчением транспортной доступности, приводит к значительному увеличению такого экономического параметра, как потребление электроэнергии на душу населения – показателя, который в обычной сравнительной практике оценки уровня жизни граждан той или иной страны считается одной из ключевых положительных характеристик развития общества. Но в рассматриваемом нами контексте масштабы вмешательства человека в экологическое равновесие планеты вследствие потребляемых объемов энергоресурсов могут угрожать благополучному существованию будущих поколений, и проблема глобального потепления является одной из наиболее актуальных в наше время. Целью настоящей работы будет попытка оценки перспектив энергоэффективности и энергосбережения как одной из возможностей сохранения природного климатического баланса и обеспечения будущего развития.
Материалы и методы исследования
Интенсивный промышленный рост, связанный с радикальными технологическими инновациями конца XX и начала XXI столетий, названных промышленными революциями – индустрией 3.0 и идущей ей на смену индустрией 4.0 – привел к быстрому росту мирового промышленного энергопотребления, особенно в ряде индустриально развитых стран Юго-Восточной Азии, ставших на рубеже веков мировыми лидерами по темпам экономического роста. Отражением глобального спроса на электроэнергию стало значительное увеличение объемов ее производства, и электроэнергетика сегодня является крупнейшей и наиболее быстро растущей отраслью экономики. Динамика роста мирового спроса на электроэнергию и выбросы углекислого газа в пересчете на производство одной единицы энергии представлены на рисунке 1 [10].
Основными источниками первичной генерации по-прежнему остаются традиционные ископаемые углеводородные ресурсы – уголь, нефть и газ. Производство энергии из таких источников связано с выбросами СО2 и других парниковых газов, которые формируют объемную тепловую ловушку в атмосфере планеты, вызывая рост среднегодовой температуры и негативные изменения климата, следствием которых могут быть: нестабильная длительность климатических сезонов, количество и частота выпадения атмосферных осадков, повышение уровня морей и океанов или другие изменения природных экосистем, имеющие планетарный характер [2].
Рис. 1. Динамика спроса на энергию
Несмотря на принятую в конце прошлого века концепцию устойчивого развития (Рио де Жанейро, 1992 год), которая предполагает запуск механизмов сбалансированного функционирования природы, населения и экономики на основе критерия, что никакая экономическая деятельность не может быть оправдана, если наносимый ей ущерб природным и социальным системам превышает выгоду, и что ущерб окружающей среде должен быть минимизирован, реальная ситуация в мировой промышленности, к сожалению, далека от заявленных принципов экологической нейтральности [11].
Правительства большинства экономически развитых стран Запада, членов Организации Экономического Сотрудничества и Развития (ОЭСР), декларируют амбициозные цели замещения традиционных ископаемых ресурсов генерации электроэнергии экологически чистыми возобновляемыми источниками энергии (ВИЭ), среди которых пальма первенства принадлежит солнечной и ветровой энергии. Заявления подтверждаются обширными государственными программами стимулирования и поддержки проектов «зеленой энергетики», а равно отдельных промышленных корпораций и предприятий, заявляющих о поддержке декарбонизационной экономики и отражающих такие декларации в своей производственной деятельности, формируя имидж социально-ответственных компаний. Такая политика обуславливает быстрое развитие ВИЭ и удвоение установленных мощностей альтернативной генерации каждые пять лет [6]. При этом вклад «зеленой энергетики» в общем объеме мирового энергопотребления до настоящего времени незначителен и составляет не более 5% (без гидроэнергетики), а доля угольной генерации, несмотря на тотальное закрытие шахт и прекращение добычи углей в Европе (рост рыночных цен на газ в 2021 году, достигший исторически рекордных значений, привел к расконсервации отдельных европейских угольных месторождений), сохраняется на уровне 24-25%, главным образом, из-за масштабов потребления в КНР, где половина производства электроэнергии обеспечивается углем. Структура мирового энергобаланса по состоянию на 2019 год представлена на рисунке 1, где в показатели возобновляемых источников энергии (ВИЭ) включены параметры установленной мощности ветровой, солнечной и геотермальной генерации энергии.
Одним из способов борьбы с выбросами диоксида углерода и эманаций свинца может быть компенсационный налог, который будут выплачивать предприятия, отрасли и государства с большим, по мнению мировых экологических экспертов, «углеродным следом». Средства, полученные в качестве платы за выбросы углекислого газа или как результат введения налога, предполагается направлять на высадку зеленых насаждений или восстановление лесов, служащих, как известно, в качестве источников поглощения углекислоты, для последующего сохранения теплового баланса планеты в рамках Парижского соглашения по климату. Такой способ естественной компенсации экологического вреда и сохранения био-баланса получил название «увязки с углеродом» и относится к «природному» типу борьбы за сохранение климата в отличие от «промышленного» пути, который будет рассмотрен далее [8].
Рис. 2. Структура мирового энергобаланса в 2019 г.
Совокупность годовых мировых промышленных выбросов СО2, практически не нарушающая теплового климатического баланса, называется доступным эмиссионным бюджетом, и главной задачей подписанного в 2015 году в рамках Конвенции ООН об изменении климата Парижского соглашения было признание необходимости определения и формирования национальных бюджетов промышленных выбросов, предполагающих «всеобъемлющее, систематическое, незамедлительное и повсеместное осуществление строгих мер по повышению энергетической и материальной эффективности», для удержания роста глобальной средней температуры «значительно ниже 20С» и «приложить усилия» для ограничения роста температуры величиной 1,50С [12]. Предлагаемые меры, по мнению ученых и экспертов по климату, позволят удержать промышленные выбросы в рамках доступного эмиссионного бюджета и обеспечить экологическую стабилизацию.
Моделируя возможные сценарии развития мировой промышленной индустрии и учитывая широту диапазона неопределенности будущих событий, в том числе, из-за различий в договороспособности и уровнях развития энергетических технологий стран мира, разумно предсказать один возможный путь практически невозможно, несмотря на подписание и ратификацию Соглашения подавляющим большинством членов ООН. Поэтому многие государственные и неправительственные учреждения делают попытки анализа потенциальных сценариев достижения цели 2oC.
Вероятность реализации некоторых сценариев связана с технологическими достижениями, и для минимизации экологических потерь при преобразовании первичных источников энергии в электрическую необходимо использовать весь доступный на сегодняшний день спектр энергетических технологий. Как следует из рисунка 1, определенные достижения уже видны – после максимальных значений выбросов СО2 при производстве электроэнергии в 2011-2013 годах, удельные величины расходов потребления энергии на единицу ВВП и выбросов СО2 на единицу произведенной энергии снизились, что подтверждает расширение использования энергосберегающих технологий, возобновляемых и альтернативных источников электроэнергии. Роль участия науки в этом процессе трудно переоценить, включая уже сформированные базовые и целевые сценарии развития путей 20С, представленные на рисунке 3 [10].
Главная задача разработанных путей достижения целей 20С заключается в достижении нулевых либо отрицательных значений выбросов СО2 при производстве электроэнергии и промышленных процессах к концу века [4].
Рис. 3. Глобальные выбросы СО2
Достигнуть столь амбициозных целей очень сложно, учитывая, что население планеты и мировая экономика будут продолжать расти, и меры по устранению экологических климатических рисков должны учитывать эти факторы. Текущее замедление темпов роста и сокращение ВВП во многих странах мира, вызванное пандемией коронавируса COVID-19 в период 2020-2021 годов, не будет длительным относительно прогнозируемого периода развития. Действительно, как показывает время, резкое уменьшение мобильности населения планеты из-за ковидных ограничений носило кратковременный характер, и мобильность быстро восстанавливается после их даже пока еще частичной отмены. Промышленное производство также восстанавливается, что мгновенно отразилось на стоимости нефти и продуктах переработки углеводородов: если на пике ковидных ограничений биржевые нефтяные котировки впервые в мировой истории достигали отрицательных значений, то годом позже цены не просто достигли допандемийного уровня, но и существенно его превзошли. О характере цен на «голубое топливо» в постпандемийный период уже сказано выше. Поэтому в любом сценарии достижения 20С два названных фактора остаются критическими для обеспечения политики ограничения выбросов углекислого и других парниковых газов, сохраняющей уровень теплового климатического баланса.
Результаты исследования и их обсуждение
Частичным решением проблемы должно стать широкомасштабное внедрение энергосберегающих и иных инновационных ресурсосберегающих технологий, включая технологии замкнутого производственного цикла, а также возможностей вовлечения в промышленный оборот вторичных материальных и энергетических ресурсов. Быстрое развитие названных технологий и видимый эффект от их промышленного использования делают эту область доступной для широкого круга исследователей проблемы энергоэффективности и ресурсосбережения. В настоящей работе будут названы только несколько основных технологических достижений, активное внедрение и распространение которых способны значительно повлиять на возможность успеха в достижении целей пути 20С:
1) Энергосберегающие технологии при строительстве. Как известно, здания являются крупнейшими энергопотребителями – это расходы электроэнергии на обогрев или наоборот, охлаждение, жилых и производственных помещений. Сегодня строительная отрасль обладает самыми передовыми сертификатами энергоэффективности и строгими, постоянно обновляемыми стандартами энергопотребления, которые устанавливают измеримые и достижимые цели для сокращения расхода электроэнергии.
2) Повсеместный отказ от угля и нетрадиционных видов ископаемых топлив (горючих сланцев, битуминозных песков и других). Примером служит закрытие Евросоюзом своих угольных месторождений, несмотря на значительные издержки и временную социальную напряженность, с этим связанную [7]. (В условиях дефицита энергоресурсов вследствие доселе небывалого кризиса в генерации ВИЭ в 2020 и 2021 годах: продолжительные периоды безветренной погоды, обледенение ветрогенераторов, совпавшие по времени с чрезвычайно низким КПД солнечных фотоэлементов из-за доминирования облачности – власти Польши расконсервировали закрытые угольные шахты, несмотря на отсутствие разрешений из Брюсселя, а равно какой-либо помощи или смягчения низкоуглеродной повестки – напротив, страна вынуждена платить ежедневный штраф в сумме 500 тыс. ЕВРО).
3) Инвестирование в возобновляемые источники энергии (ВИЭ). Уже к 2040 году прогнозируется, что доля ВИЭ в общем мировом энергобалансе достигнет 30%, а в некоторых странах Евросоюза превысит 50% [3, 13]. Здесь характерно, что в первых рядах борцов за углеродную нейтральность находятся крупнейшие транснациональные нефтяные концерны, заявляющие о поддержке «зеленой энергетики» и принимающие серьезные инвестиционные программы по развитию ВИЭ. Примером может служит корпорация ExxonMobil, которая за последние 20 лет инвестировала в низкоуглеродные проекты более 10 млрд. долларов и объявила о еще 3 млрд. долларов вложений в технологические разработки альтернативной генерации [5].
4) Использование технологий улавливания и хранения углерода (УХУ) при невозможности отказа от угля, природного газа и биоэнергии (не ВИЭ) – это так называемый «промышленный» путь борьбы за сохранение климата. Передовые позиции здесь занимает Северная Америка, предлагающая политику оплаты выбросов СО2 специальным компаниям, обладающим своеобразными «хранилищами» углекислоты для ее последующей переработки или нейтрализации. Здесь важно отметить, что крупнейшим и быстрорастущим потребителем углеводородного сырья является нефтехимическая промышленность, а мировой спрос на пластмассы, полиэтилены и другие продукты переработки нефтехимии превышает предложение. Поэтому коммерческие возможности технологии CCUS (Carbon Capture, Utilization and Storage), предусматривающей улавливание, утилизацию (сжатие) и хранение углекислоты в подземных резервуарах отработанных нефтегазовых месторождений или заброшенных горных выработках для последующего ее извлечения и переработки в качестве нефтехимического сырья представляются очень перспективными [1, 8].
Заключение
В заключение отметим, что достижение целей на пути 20С предполагает реализацию Правительствами стран, подписавших и ратифицировавших Соглашение по климату или тех, кто так или иначе поддерживает политику ООН по сохранению окружающей среды, следующей политики: во-первых, страны должны быть более эффективными в использовании энергии; и, во-вторых, необходимо стимулировать использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) или технологий, уменьшающих выбросы CO2 для каждой используемой единицы энергии.