Книга I общая характеристика мира

Мировой опыт последних десятилетий подтверждает тот факт, что интенсивный путь преобразований в сельском хозяйстве, по существу, уже стал главным. Еще в 1960–1980 гг. увеличение производства зерновых в мире на 1/5 происходило вследствие расширения площадей, а на 4/5 – в результате повышения урожайности. В том числе в экономически развитых странах эта доля составляла 86 % (в Западной Европе – 100), а в развивающихся – 77 (в Африке и Латинской Америке 46–48 %).

Однако при оценке возможностей интенсивного пути развития нужно иметь в виду и то, что потенциал некоторых традиционных путей такой интенсификации уже в значительной мере исчерпан. Это относится и к механизации, и к электрификации, и к химизации, и к ирригации. Постараемся показать такую тенденцию на примере орошаемых земель.

До недавнего времени этот важный резерв интенсификации земледелия использовали все шире и шире, причем и в развитых, и в развивающихся странах. Это подтверждается данными о динамике орошаемых площадей. В1900 г. в мире орошалось всего 40 млн га, а к 1950 г. площадь таких земель увеличилась до 95 млн га. Еще показательнее следующие цифры: в 1960 г. – 135 млн га, в 1970 г. – 170 млн, в 1980 г. – 210 млн, в 1990 г. – 230 млн, в 2000 г. – 270, в 2005 – 280 млн га.

Ныне орошаемые земли занимают около 16 % всех обрабатываемых, но дают до 1/3 всех продуктов питания. В том числе на зарубежную Азию приходится свыше 60°%, на СНГ и Северную Америку – примерно по 10, на зарубежную Европу около 7 % таких земель. По показателю доли орошаемых земель в общей площади пашни (30 %) впереди также стоит зарубежная Азия.

Наряду с этим нельзя не обратить внимание на то, что наибольший прирост орошаемых земель наблюдался в 50—70-е гг. XX в., когда орошаемые площади более чем удвоились, прежде всего благодаря сооружению более 90 крупных плотин и водохранилищ в разных районах мира. Но начиная с 80-х гг. прирост орошаемых площадей резко замедлился по причине увеличения удельных капиталовложений, а в некоторых странах также из-за ограниченности водных ресурсов и изменения уровня грунтовых вод, из-за отказа от строительства русловых плотин. Например, сокращение орошаемых площадей произошло в США, в Китае. Имела место и потеря орошаемых площадей из-за неудовлетворительного их использования. Поэтому намечавшаяся в 1970-х гг. «контрольная цифра» орошаемых земель на 2000 г. в 400–420 млн га реально не могла быть достигнута.

С 1950 по 1978 г. размеры орошаемых площадей росли быстрее, чем численность населения, именно в 1978 г. площадь таких земель из расчета на одного жителя Земли достигла самого высокого в истории уровня в 0,047 га. Но затем темпы роста населения стали опережать темпы прироста орошаемых земель, и этот удельный показатель к концу 1990-х гг., по данным ФАО, снизился уже до 0,044 га. По расчетам той же организации, к 2050 г. он уменьшится примерно до 0,030 га.

По всем оценкам, приблизилось к своему верхнему пределу и использование биологических ресурсов Мирового океана. Еще в середине 1990-х гг. ФАО установила, что в 17 основных рыболовных районах мира рыбные ресурсы изымаются в размерах, превышающих допустимую норму, причем в 9 из них находятся уже на грани полного исчерпания. Это означает, что рассчитывать на увеличение мировых уловов в обозримом будущем не приходится. А если так, то и среднедушевое потребление морепродуктов тоже будет сокращаться. Точнее, сокращение уже началось: в 1989 г. такое потребление составляло 19 кг, а в ближайшие годы может уменьшиться до 11–12 кг.

Все это означает, что основные перспективы интенсификации связаны с той технологической революцией, которую в наши дни переживает сельское хозяйство экономически развитых стран Запада, прежде всего США. Эта революция выражается в использовании достижений биотехнологии и информационной технологии непосредственно в фермерском земледелии и животноводстве – для улучшения качества продукции, снижения издержек производства, выведения растений и пород животных с новыми свойствами, а также для внутрифермерского управления и контроля над производством. На очереди – посев капсулами, каждая из которых должна содержать необходимое количество семян, а также препаратов, предотвращающих гниение и поддерживающих определенный уровень влажности и др. Кроме того для наблюдения за почвой, определения оптимальных сроков посева и уборки начинают использовать систему автоматических датчиков.

Можно упомянуть и о таком вспомогательном, но тем не менее интересном направлении, как производство искусственной пищи на основе соевых бобов, морских водорослей, дрожжей, некоторых грибов. Изготовленные из них продукты питания уже получили распространение в США. Значительные резервы имеет и марикультура.

По отношению к развивающимся странам уже разработана и начинает апробироваться концепция развития, получившая наименование устойчивого земледелия.

Устойчивое земледелие означает: во-первых, активное использование природных процессов (таких, как круговорот питательных веществ, фиксация азота и др.); во-вторых, сведение к минимуму применения неприродных компонентов или невозобновляемых природных компонентов, которые наносят ущерб окружающей среде и здоровью людей; в-третьих, активное участие фермеров и других сельских жителей во всех процессах анализа своих проблем, в разработке технологий производства, их применении к местным условиям; в-четвертых, более справедливый доступ к производственным ресурсам и возможностям; в-пятых, более эффективное использование знаний местного населения, его практического опыта и возможностей; в-шестых, использование всего разнообразия природных ресурсов и возможностей создания на фермах подсобных производств; в-седьмых, повышение самостоятельности фермеров и сельских общин.

По-видимому, основными сводными показателями уровня интенсификации сельского хозяйства могут служить данные о стоимости продукции с единицы площади и данные о том, сколько людей может прокормить 1 га пашни или 1 работник, занятый в сельском хозяйстве. Эти данные по экономически развитым странам представлены в таблице 178.

Таблица 178

УРОВЕНЬ ИНТЕНСИФИКАЦИИ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

В заключение остается едва ли не главный вопрос – сколько же людей сможет прокормить наша Земля? Таких расчетов делалось и делается очень много.

Если говорить о прошлом, то можно привести рассуждения на эту тему Д. И. Менделеева, который исходил из того, что 1 га культурной земли может прокормить двух жителей. Даже без учета перспектив роста урожайности и при таком соотношении, как считал ученый, на Земле могли бы жить 8 млрд людей.^[85]

В наши дни при ответе на этот вопрос обычно исходят из гипотетического представления о том, что со временем прогресс в сельском хозяйстве распространится на все страны мира, и это позволит полностью удовлетворить потребности в продовольствии будущих поколений людей. Что же касается контрольных цифр, то «вилка» между ними порой оказывается очень большой. Например, по оценкам некоторых американских специалистов, в случае если всю пригодную для сельскохозяйственных культур землю обрабатывать с применением уже известных передовых методов и добавлением орошения в засушливых районах, то можно обеспечить существование 100 млрд человек или полностью удовлетворить продуктами питания 50–60 млрд землян. Но это, конечно, максималистский сценарий будущего. По одному из прогнозов ФАО, при определенных условиях можно будет прокормить примерно 30 млрд человек, хотя реальная цифра, скорее всего, составит 10–15 млрд человек.

На таком мировом фоне положение России может вызывать определенную тревогу. Потенциальные возможности для производства продовольствия в стране достаточно велики. Однако в СССР долгое время преобладал экстенсивный путь решения продовольственной проблемы, который фактически себя уже исчерпал. В 1991 г. один работник сельского хозяйства мог прокормить примерно 13 человек, а это показатель, значительно более низкий, чем в большинстве развитых стран. К тому же в 1990-е гг. душевое производство продуктов питания в России заметно уменьшилось.

165. Глобальная энергетическая проблема и пути ее решения

Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать очень быстрый – нередко поистине «взрывной» по характеру – рост потребления минерального топлива и соответственно размеров его извлечения из земных недр. Достаточно сказать, что только за период с начала и до 80-х гг. XX в. в мире было добыто и потреблено больше минерального топлива, чем за всю предшествовавшую историю человечества. В том числе только с 1960 по 1980 г. из недр Земли было извлечено 40 % угля, почти 75 % нефти и около 80 % природного газа, добытых с начала века.

Характерно, что до середины 1970-х гг., когда трудности с обеспечением топливом обнаружились в глобальном масштабе, прогнозы обычно не предусматривали никакого сокращения темпов прироста его потребления. Так, предполагалось, что мировая добыча полезных ископаемых в 1981–2000 гг. примерно в 1,5–2 раза превысит добычу за предшествовавшее 20-летие. А абсолютное мировое потребление первичных энергоресурсов на 2000 г. прогнозировалось в объеме 20–25 млрд тут, что означало бы увеличение по отношению к уровню 1980 г. в 3 раза! И хотя затем все планы и прогнозы ресурсоизвлечения были пересмотрены в сторону сокращения, длительный период довольно расточительной эксплуатации этих ресурсов не мог не вызвать некоторых негативных последствий, которые сказываются и в наши дни.

Одно из них заключается в ухудшении горно-геологических условий залегания добываемого топлива и соответствующем удорожании добычи. В первую очередь это относится к старопромышленным районам зарубежной Европы, Северной Америки, России, Украины, где растет глубина шахт и особенно нефтяных и газовых скважин.

Вот почему расширение ресурсных рубежей – продвижение добычи топлива и сырья в ресурсные районы нового освоения с более благоприятными горно-геологическими условиями – в известной мере можно рассматривать как компенсацию этого ущерба и путь к снижению себестоимости добычи топлива. Но при этом нельзя забывать и о том, что общая капиталоемкость его добычи в районах нового освоения, как правило, значительно выше.

Другое негативное последствие заключается в воздействии горнодобывающей промышленности на ухудшение экологической обстановки. Это относится как к расширению открытой добычи полезных ископаемых, добычи на шельфе, так и в еще большей мере к добыче и потреблению сернистых топлив, а также аварийным выбросам нефти.

Ко всем этим причинам возникновения глобальной энергетической проблемы необходимо добавить еще одну, лежащую уже в сфере экономической политики и геополитики. Речь идет о глобальной конкурентной борьбе за топливно-энергетические ресурсы, за их раздел и передел между гигантскими топливными корпорациями.

В начале XXI в. в широкий обиход вошло понятие о глобальной энергетической безопасности. Стратегия такой безопасности основывается на принципах долгосрочного, надежного, экологически приемлемого энергоснабжения по обоснованным ценам, устраивающим как страны-экспортеры, так и потребителей. Глобальная энергетическая безопасность во многом зависит от практических мер по дальнейшему обеспечению мировой экономики прежде всего традиционными видами энергоресурсов (по прогнозам и в 2030 г. примерно 85 % энергетических потребителей человечества будут покрывать ископаемые углеводорода). Но и значение альтернативных источников энергии тоже будет расти.

Каковы же основные пути решения глобальной энергетической проблемы? Что может дать для ее решения современный этап НТР? Ответ на эти вопросы неоднозначен, он предполагает комплекс социально-экономических, технико-технологических, да и политических мер.

Среди них есть как традиционные, имеющие преимущественно экстенсивный характер, так и более новые и интенсивные.

Самый традиционный из таких путей заключается в дальнейшем наращивании ресурсов минерального топлива. В результате его осуществления мировые ресурсы угля и природного газа в последние два-три десятилетия не только значительно увеличились, но и росли опережающими темпами по отношению к их добыче. Соответственно возросли и показатели обеспеченности этими видами топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов природного газа должно хватить 60–85 лет. В общем, то же можно сказать и о нефти, мировые разведанные запасы которой в 1950 г. оценивались всего в 13 млрд т, а в 2006 г. – уже в 190 млрд т. Кратность запасов нефти (т. е. отношение общих остаточных запасов к текущей добыче) по большинству оценок составляет 40 лет, а запасов угля – 150 лет. При оценке перспектив увеличения такой кратности нужно учитывать и то, что разведанные (доказанные) запасы топлива обычно составляют лишь очень небольшую часть общегеологических. Так, по данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), в общих мировых ресурсах топлива на долю достоверных приходится немногим больше 10 %, а в России – только 4 %.

Оценивая перспективы роста разведанных запасов минерального топлива и обеспеченности ими, необходимо учитывать и возможное внедрение разных технико-технологических новшеств, например увеличение его извлекаемости из земных недр. Ведь в 1980-х гг. коэффициент отдачи пластов в среднем для топливных ресурсов составлял 46 % (в том числе для угля открытой добычи – 80–90 %, для угля шахтной добычи – 35–80, для нефти – 35, для природного газа – 80 %).

Путь наращивания запасов топлива всегда был главным. Но после энергетического кризиса середины 1970-х гг. на первое место выдвинулся второй путь, который заключается в более рациональном и экономном их использовании, или, иными словами, в осуществлении политики энергосбережения.

В эпоху дешевого топлива в большинстве стран мира сложилась весьма ресурсоемкая экономика. В первую очередь это относилось к наиболее богатым минеральными ресурсами странам – США, Канаде, Австралии, Китаю и в особенности к Советскому Союзу, где на единицу ВВП потребляли значительно больше условного топлива, чем в США. В странах Восточной Европы ресурсоемкость единицы ВВП была также в два-три раза выше, чем в странах Западной Европы. Поэтому переход на рельсы энергосбережения имел очень большое значение. Политику сбережения стали осуществлять и в промышленности, и на транспорте, и в коммунально-бытовом секторе, и во всех других сферах деятельности. При этом она достигалась не только путем внедрения энергосберегающих технологий, ведущих к снижению удельной энергоемкости, но и в значительной мере благодаря перестройке всей структуры национальных экономик мирового хозяйства. Не случайно в таком основополагающем документе, как «Повестка дня на XXI век», принятом на Конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г., прямо говорилось о том, что для обеспечения устойчивого развития странам следует найти пути, позволяющие обеспечить экономический рост и процветание при одновременном уменьшении расхода энергии и сырья.

Действительно, несмотря на все достижения техники и технологии, средний мировой уровень полезного использования первичных энергоресурсов и в наши дни составляет всего 1/3 (при сжигании угля – 20 %, нефти – 24, природного газа – 48 %). Поэтому в литературе нередко приводится высказывание известного английского физика Дж. Томсона о том, что эффективность современных энергетических установок находится примерно на том же уровне, как если бы нужно было сжечь целый дом, чтобы зажарить свиную тушу… Но это также означает, что повышение КПД использования топлива даже на 1 % означало бы экономию огромного количества топлива. В последнее время для улучшения ситуации осуществляют многие технико-технологические нововведения. Энергосбережение увеличивается благодаря усовершенствованию промышленного и коммунального оборудования, выпуску более экономичных автомобилей и т. п. К числу макроэкономических мероприятий в первую очередь следует отнести постепенное изменение структуры потребления энергетических ресурсов с ориентацией на увеличение доли возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.

Наибольших успехов на пути энергосбережения добились экономически развитые страны Запада. Только за первые 10–15 лет после начала мирового энергетического кризиса энергоемкость их ВВП уменьшилась на 1/3, а доля в мировом потреблении топлива и энергии сократилась с 60 % до 48 %. Это значит, что общая энергоемкость экономики развитых стран сохраняется и темпы роста ВВП начали опережать темпы роста потребления топлива и энергии.

В 1991–2000 гг. Среднегодовые темпы прироста ВВП в развитых странах составили 2,4 %, а потребление привычных энергоресурсов – 1,22, в 2000–2010 гг. аналогичные показатели должны составить 2,4 и 0,7 %.

Статистика свидетельствует о том, что в 2000–2006 гг., несмотря на экономический рост, объем потребляемого топлива в США увеличился лишь на 3 %, в Японии, Франции, Норвегии – всего на 1,5 %, в Великобритании он остался на прежнем уровне, а в Германии, Швейцарии и Швеции даже снизился.

В отличие от стран Запада в странах Центрально-Восточной Европы, СНГ, Китае обстановка меняется гораздо медленнее, и их экономика остается еще весьма энергоемкой. То же относится и к большинству развивающихся стран, вступивших на путь индустриализации. Например, в странах Азии и Африки потери попутного природного газа, добываемого вместе с нефтью, составляют 80—100 %.

При характеристике перспектив глобальной энергетической проблемы необходимо особо остановиться на использовании принципиально новых путей ее решения, связанных с достижениями современного этапа НТР.

Во-первых, это относится к будущему развитию атомной энергетики, где уже начинает входить в эксплуатацию новое поколение атомных реакторов. Ее позиции могут значительно укрепиться. К тому же в последнее время снова стали обсуждать вопрос о судьбе реакторов на быстрых нейтронах (РРБН). Когда-то они были задуманы как вторая, гораздо более эффективная «волна» атомной энергетики, позволяющая использовать не только уран-235, но и уран-238. Но затем работы над ними были свернуты.

Во-вторых, уже давно ведутся работы по прямому преобразованию тепловой энергии в электрическую, минуя паровые котлы и турбины, при помощи МГД (магнитогидродинамических) – генераторов. Еще в 1971 г. в Москве была пущена первая опытно-промышленная установка такого типа мощностью 25 тыс. кВт. Достоинства МГД-генераторов заключаются в высоком КПД, отсутствии вредных выбросов в атмосферу, возможности быстрого, в течение нескольких секунд, запуска.

В-третьих, положено начало созданию криогенного турбогенератора, в котором за счет охлаждения ротора жидким гелием достигается эффект сверхпроводимости. Достоинства такого турбогенератора – небольшие габариты и масса, высокий КПД. Опытно-промышленный образец его мощностью в 20 тыс. кВт был создан в СССР (Ленинград), теперь подобные работы ведут в США, Японии, других странах.

В-четвертых, очень большие перспективы имеет использование в качестве топлива водорода. По мнению некоторых специалистов, этот путь может коренным образом изменить всю будущую техногенную цивилизацию. По-видимому, наибольшее применение водородное топливо найдет сначала в автомобилестроении. Во всяком случае, первый водородный автомобиль еще в начале 1990-х гг. выпустила японская «Мазда». Для него была разработана и новая конструкция двигателя.

В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком А. Ф. Иоффе, по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.

Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.

До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.

Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).

Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.

Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам И. В. Бестужева-Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».

Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *10²⁴ кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.

Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.

В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ПТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ПТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ПТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.