Исчерпание ресурсов

Иногда встречается мнение, что наука о попаданцах должна рассматривать исключительно ситуацию попадания в прошлое. Решительно возразим — нет ситуаций в которые не мог бы попасть попаданец. И первый же вопрос, который часто всплывает при попадании в будущее это исчерпание ресурсов.

Проблема формулируется просто — все легкодоступные концентрированные ресурсы уже «съедены» современной цивилизацией, так что те кто попытаются что-то строить на ее обломках никогда не смогут достичь тех же высот.

В зависимости от степени адекватности собеседников дело может доходить до крайностей — утверждений вида «человечество будущего не сможет изготовить даже каменные орудия». Дескать, раз в позднем каменном веке начали копать шахты для добычи кремня, значит весь кремень на поверхности уже закончился.

В реальности, даже многомиллионное население Египта, т.е. все доисторическое население планеты, сконцентрированное на жалком проценте ее территории в течении тысячелетий, не смогло исчерпать поверхностных залежей кремня рядом с долиной Нила. Разумеется во многих других местах проблемы доступностью кремня возникали. Скажем, шумеры, его банально никогда не имели в сколько-то значимых количествах. Аллювиальные(пойменные) почвы, знаете ли, камнями небогаты. Это не мешало им массово использовать каменные иструменты благодаря торговле. Но многие сообщества обнаруживали что закопаться на десяток-другой метров под землю куда проще, чем тащить камни за сотни километров, сквозь земли чужаков.

В любом случае, доисторические технологии это не только камень. Это и огонь, и деревянные копья, и веревки и многое другое. Человек сможет стать царем природы даже при полном отсутствии камней, а эскпериментируя со всеми доступными материалами в течении миллионов лет он неизбежно откроет технологии шлифования, которые резко раcширяют ассортимент пород, которые могут быть использованы для изготовления каменных орудий. С шлифованием говорить о исчерпании запасов камня становится просто смешно.

Смешно даже обсуждать возможность исчерпания железа, аллюминия или исходников стекла/цемента. Просто открываем статью википедии о кларковых числах и смотрим конкретные проценты. Того же железа в коре 5 процентов! Доиндустриальным кузнецам в отсутствие дешевого транспорта часто приходилось иметь дело с рудами содержащими даже меньше 5 процентов железа! В общем обсуждать возможность восстановления доиндустриальной цивилизации тоже представляется странным — она банально использовала или возобновляемые ресурсы(дерево/гидро-/ветроэнергию) или неисчерпаемые(камень/железо).

Хорошо, а как насчет индустриала? Тут иногда вспоминают про всевозможные лантаноиды/редкоземельные элементы/прочие унобтаниумы. Проблема в том что доказать невозможность чего-либо(если речь не идет о запретах, накладываемыми базовыми физическими законами) куда сложнее чем доказать возможность — надо исключить все возможные пути решения проблемы. На практике доступность энергии куда важнее доступности элементов — если у вас достаточно энергии, то можно или сконцентрировать нужные элементы, или обойти их недостаток, использовав более простые решения.

И, казалось бы, с энергией ситуация явно печальная. Даже угля хватит лишь на столетия, а уж что там говорить про нефть/газ… Давайте пройдем по списку возобновляемых источников.

Гидроэнергия. EROEI(энергетическая рентабельность) ГЭС порядка 50 — она отдает в 50 раз больше энергии чем требуется для ее сооружения. Если вы пустите энергию ГЭС на производство цемента и стали для еще одной такой же ГЭС, без производства сложных генераторов и прочего оборудования, то работа будет сделана за несколько месяцев. Мировое среднее потребление энергии(включая тепловую) порядка 20 ТВт(электрической 3 ТВт). Средний выход со всех ГЭС — 0.5 ТВт. Немного, но даже не учитывая более высокое качество электрической энергии, по сравнению с тепловой, это сравнимо с потреблением мира в 1895 году. И мы еще далеко не приблизились к полному использованию гидроэнергии — большие электростанции все еще строятся, в пределе гидроэнергия может достичь в 6-8 раз большей величины(мировое потребление за 1955).

Ветровая энергия также имеет завидно высокий EROEI — не меньше 15 единиц, собственно потому она и использовалась задолго до индустриала. Она не отличается постоянством, но ее мировой потенциал по крайней мере в 20 раз превышает потенциал гидроэнергии.

Биомасса. В конце 2020-х в России добывалось порядка полумиллиарда тонн нефти и конденсата, полумиллиарда тонн угля и полумиллиарда тонн лесной биомассы. Удивительно, правда? Биомасса может позволить производить минимум 2 ТВт энергии(мировое потребление за 1940).

Возобновляемая ядерная энергия. Вы возможно уже подносите указательный палец к виску? Не спешите. Официальные запасы урана — примерно на сто лет. Но если мы посмотрим на них внимательно, то мы обнаружим интересный факт — запасы рассчитываются из расчета цены урана не более 300 долларов/кг. Глубина выгорания в пересчёте на природный уран в современных энергетических реакторах это минимум 10 МВт·сутки/кг или 240,000 КВ*ч. Даже при цене урана в 300 долларов за кг это 0.1 цента на КВ*ч, при ценах на электричество в десятки раз выше. Откуда взялись волшебные 300 долларов/кг? Ответ прост — это цена при которой станет выгодна добыча урана из морской воды. Реки вымывают примерно 30,000 тонн урана в год. На этом уровне добыча урана из морской воды может держаться сотни миллионов лет. Даже с типичными современными реактороми это позволяет производить порядка 1 ТВт энергии. С уже освоенными реакторами на быстрых нейтронах и переработкой топлива можно достичь выхода до 20 млн кВч с кг урана. Один только уран может выдать в 80 ТВт(4 современных уровня потребления) в течении сотен миллионов лет и примерно пятую часть этой энергии даже несколько миллиардов лет спустя.

Солнечная энергия. Мировой потенциал 23,000 ТВт(1000 современных уровней потребления). Дорогие россияне все еще живут в мире, где солнечная энергия это баловство глупых западных хипстеров. Китай же в ближайшем году строит 33 ГВт солнечных электростанции с закупкой по ценам сетевого паритета и еще 26 ГВт с минимальными субсидиями(10-15%). Добро пожаловать в 21 век, стабильные застойные мои.

Мы живем в быстром мире, в котором проект, не окупающийся за 20-30 лет не имеет никакого смысла даже начинать. Вполне разумная стратегия в присутствии обильных ресурсов. Но история показывает что возможны и цивилизации «низкого процента» — с реальным сроком службы проекта в столетия и тысячелетия. На таких условиях получение дешевой солнечной энергии становится возможным даже на уровне технологий 19 века — см. solar updraft tower(восходящий поток воздуха за счет его нагрева солнцем) и downdraft energy tower(создание нисходящего потока за счет испарения воды).

Хорошо. Энергия вроде бы есть. Но более рассеянная и трудоемкая/сложная в получении. Хватит ли ее для того чтобы позволить существование достаточно крупных и диверсифицированных сообществ, чтобы состоялось открытие технологий, необходимых для дальнейшего развития?

Практически нереально на пальцах доказать возможность/невозможность такого развития. Но два факта вселяют в меня надежду.

Во-первых, это нелинейность уменьшения сложности проектов при увеличении сроков. Большая часть современных трат это плата за срочность, причем довольно скромную — сокращение сроков в лучшем случае в разы, а обычно на десятки процентов. Смогли бы мы изучить электричество в менее населенном мире, где Ампера, Фарадея и Масвелла разделяли бы поколения? Уверен что смогли бы. Ведь ничто не мешает нам изучать наследие древних греков, от которых нас отделяет сотня поколений.

Во-вторых — минимальность усилий для начала использования технологий. Огнестрел и первые паровые машины изготовлялись с использованием простейших приспособлений известных еще в античности. Тестильная промышленность(десятки тысяч программируемых станков и десятки миллионов веретен мюльных машин) возникла без использования технологий точной обработки металла. Для океанских пароходов/паровозов/казнозарядных ружей их уже пришлось придумать. Но даже для постройки машины первого нормального трансатлантика Грейт Вестерна(1837) хватило мощностей одного завода Модсли. Неизвестно, насколько большим этот завод был в год постройки Г.В., но за 7 лет до этого на нем работало 200 человек и использовалось 11 больших токарных станков. Предприятия, выпускавшие речные пароходы в удаленных от цивилизации областях вроде Канады и Русской Америки и вовсе работали с единичными станками, иногда от ручного привода(Парагвай).

Эта цивилизация будущего наверняка будет иметь много отличий от современной. Она будет сильнее привязана к водным путям и меньше пользоваться жд и автотранспортом, не говоря уж о самолетах. С другой стороны ей будут интересны решения, пользоваться которыми мы пока не решаемся, вроде удобрения океанского планктона железом, или создания искусственных вулканов, или управления климатом искуственными аэрозолями. Она будет медленнее развиваться, но и меньше тратить понапрасну.

Источник: Попаданцев.Нет