Наконец, процесс получения водорода (электролиз) также требует различных материалов (электролизеров), которые обходятся дорого. В Калифорнии, где теперь можно приобрести автомобили на топливных элементах, стоимость водорода эквивалентна 1 долларам 20 центам за литр бензина. Именно поэтому ученые экспериментируют с более дешевыми материалами, которые подошли бы в качестве электролизеров.
Улавливание углерода. Можно продолжать производить электроэнергию так, как мы делаем это сейчас, с помощью природного газа и угля, но удалять диоксид углерода (углекислый газ), прежде чем он попадет в атмосферу. Этот метод называется улавливанием и хранением углерода и предполагает установку специального оборудования для поглощения выбросов на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Эти улавливающие технологии существуют не одно десятилетие, но их покупка и эксплуатация обходятся дорого, и, как правило, они улавливают только 90% парниковых газов, к тому же энергетические компании не получают никакой выгоды от их установки. Именно поэтому они редко используются. Актуальные политические стимулы могли бы поощрять компании использовать метод улавливания углерода (подробнее об этом мы поговорим в главе 10 и главе 11).
Выше я отметил схожую технологию под названием «прямое улавливание», то есть улавливание углерода прямо из воздуха. Метод прямого улавливания — более гибкий подход, чем улавливание углерода до попадания в атмосферу, поскольку его можно использовать где угодно. И, скорее всего, именно он сыграет важнейшую роль в достижении нулевых выбросов. Исследование Национальной академии наук показало, что к середине века придется удалять из атмосферы около 10 миллиардов тонн СО2 ежегодно, а к концу столетия — по 20 миллиардов тонн[61].
Однако с технической точки зрения осуществить прямое улавливание намного сложнее, чем улавливание углерода до попадания в атмосферу — из-за низкой концентрации углекислого газа в воздухе. Когда выбросы поступают напрямую с угольной электростанции, они высококонцентрированные (около 10% СО2), но как только они попадают в атмосферу, где действует метод прямого улавливания, они рассеиваются. «Поймайте» случайным образом одну молекулу из атмосферы, и вероятность того, что это окажется СО2, составляет 1 к 2500.
Компании разрабатывают новые материалы, которые лучше абсорбируют углекислый газ и делают оба метода улавливания дешевле и эффективнее. Кроме того, современные подходы к методу прямого улавливания требуют больших объемов энергии для удержания парниковых газов, их сбора и безопасного хранения. Согласно законам физики, выполнить всю эту работу без минимально необходимого количества энергии невозможно. Но современные технологии потребляют намного больше этого минимума, и нам есть что совершенствовать.
Экономность. Когда-то я не воспринимал всерьез идею о том, что более экономичное потребление энергии благотворно скажется на климатических изменениях. Я размышлял так: с ограниченными ресурсами эффективнее дойти до нулевых выбросов, чем затрачиваться на сокращение спроса на электроэнергию.
Я не отказался от этого взгляда полностью, но немного смягчил свою позицию, когда понял, сколько площади понадобится, чтобы получать больше электроэнергии от солнца и ветра. Для генерации одинакового объема электроэнергии солнечной станции нужно в 5–50 раз больше площади, чем угольной станции, а ветряной — в 10 раз больше, чем солнечной. Нужно сделать все возможное, чтобы повысить шансы на достижение 100% чистой энергии, а это будет легче, если мы сократим спрос на электроэнергию там, где это возможно. Нужно использовать любые методы, которые сократят объем эмиссии.
Есть еще один схожий подход под названием «перераспределение нагрузки», или «перераспределение спроса», который предполагает более благоразумное использование электроэнергии в течение дня. Если реализовать его в больших масштабах, перераспределение нагрузки коренным образом изменит наше отношение к потреблению электроэнергии. Сегодня мы производим энергию, когда пользуемся ею: к примеру, увеличиваем мощности электростанций, чтобы осветить город ночью. При перераспределении нагрузки происходит обратный процесс: мы используем больше электричества тогда, когда его дешевле всего производить.
К примеру, вместо 19:00 ваш бойлер будет включаться в 16:00, когда спрос на энергию ниже. Или вы поставите на подзарядку ваш электрокар, когда приедете домой с работы, но заряжаться он начнет в 4 утра, когда электричество стоит дешево, потому что мало кто им пользуется. На промышленном уровне такие энергоемкие процессы, как очищение сточных вод и производство водородного топлива, можно запускать в те часы, когда проще всего получить электроэнергию.
Чтобы перераспределение нагрузки принесло максимальный результат, нужно внести некоторые изменения в политику, а также усовершенствовать технологии. Коммунальным компаниям придется «доработать» цены на электричество таким образом, чтобы они отражали колебания энергообеспечения и спроса, а ваш бойлер и электрокар должны быть достаточно умными, чтобы использовать эту ценовую информацию и реагировать соответствующим образом. А в крайних случаях, когда электроэнергию особенно тяжело производить, должна быть возможность искусственным образом снижать спрос, то есть распределять электроэнергию по приоритетам (например, на первое место поставить больницы) и перекрывать второстепенное потребление.
Хотя нам нужно развивать все эти направления, для безуглеродной генерации пригодятся не все из них. Некоторые идеи пересекаются. Так, если мы добьемся прорыва в дешевом водороде, нам не придется изобретать более совершенный аккумулятор.
Одно я могу сказать с полной уверенностью: нам нужен конкретный план для создания новых электросетей, которые будут давать дешевую и бесперебойную безуглеродную электроэнергию, когда она нам нужна. Если бы джинн предложил мне исполнить одно желание, я бы выбрал именно производство электроэнергии: оно сыграет важную роль в очищении от углерода других сфер экономики. В следующей главе мы рассмотрим одну из главных ее отраслей — производство стали и бетона.
Глава 5. Промышленность
Путь из Медины, где живем мы с Мелиндой, до штаб-квартиры нашего фонда в Сиэтле составляет тринадцать километров. Чтобы добраться до офиса, я переезжаю озеро Вашингтон по плавучему мосту Эвергрин-Пойнт, хотя никто из местных жителей не называет его так — они прозвали его «мост 520» в честь шоссе, которое проходит по территории штата. Протяженность моста составляет около 2,3 километра, и это самый длинный плавучий мост в мире.
Он великолепен, и каждый раз, пересекая его, я восхищаюсь — нет, не его протяженностью, а тем, что он плавучий. Каким образом держится на поверхности озера эта массивная конструкция из асфальта, бетона и стали, с сотнями машин? Почему она не тонет?
Это настоящее чудо инженерии, которым мы обязаны потрясающему материалу — бетону. Странно, правда? Ведь мы представляем бетон в виде тяжелых блоков, которые никак не могут держаться на воде. Хотя из него действительно можно делать тяжелые и плотные конструкции, и тогда он сможет, например, поглощать радиоактивное излучение в больнице — но в то же время он подходит для сооружения таких полых конструкций, как 77 наполненных воздухом водонепроницаемых понтонов, на которых держится мост 520. Каждый понтон весом тысячи тонн способен находиться на поверхности озера и достаточно крепок, чтобы удержать мост и все автомобили, которые едут по нему[62]. А точнее, ползут, если образовалась пробка.
Это мост 520 в Сиэтле, который я пересекаю, когда еду из дома в штаб-квартиру фонда. Настоящее чудо современной архитектуры[63].
За примерами других чудесных свойств бетона также не нужно далеко ходить. Бетон не ржавеет, не гниет и не воспламеняется, поэтому его используют почти во всех современных строениях. Если вы интересуетесь гидроэнергетикой, то наверняка знаете, что из бетона делают плотины. Когда вы в следующий раз увидите статую Свободы, взгляните на ее постамент. Он изготовлен из 27 тысяч тонн бетона[64].
Привлекательность этого стройматериала заметил и величайший изобретатель Америки — Томас Эдисон. Он хотел соорудить из бетона весь интерьер своего дома[65]. В частности, мечтал создавать бетонную мебель, например спальные гарнитуры, и даже планировал сконструировать бетонный проигрыватель.
Задумки Эдисона так и не осуществились, но мы и без того используем много бетона. Каждый год для замены, ремонта и строительства дорог, мостов и зданий в США производят более 96 миллионов тонн цемента — одного из основных компонентов бетона. Это почти 272 килограмма на каждого жителя страны. При этом Америка не самый крупный потребитель бетона: лидером является Китай, который за первые 16 лет XXI века использовал больше бетона, чем США за весь XX век!
В XXI веке Китай уже произвел цемента больше, чем Соединенные Штаты за весь XX век. (Геологический обзор США)[66]
Как вы понимаете, цемент и бетон не единственные материалы, от которых зависит современный человек. Например, для производства автомобилей, кораблей и поездов, холодильников и кухонных плит, фабричного оборудования, консервных банок и даже компьютеров нужна сталь. Она прочная, дешевая, долговечная, ее можно бесконечно перерабатывать. Она также прекрасно сочетается с бетоном: вставьте стальную арматуру в бетонный блок — и получится чудесная конструкция, способная выдержать многотонный вес; она не сломается, даже если ее скручивать. Вот почему в конструкциях большинства зданий и мостов мы используем армированный бетон.