IT-байки: Поговорим о глобальном изменении климата? / Аналитика

Климат Земли меняется прямо на наших глазах, и этот факт неоспорим, как дважды два четыре. До недавнего времени все эти катастрофические таяния реликтовых льдов, жуткие перепады температур, внезапные ураганы, пожары и наводнения континентального масштаба ещё можно было каким-то образом "списать" на капризы природы, однако исследования учёных и специалистов в последние годы доказывают неоспоримый факт: без человеческого вмешательства такого глобального безобразия бы не было.

Глобальное потепление, представлявшее собой гипотезу всего лишь десятилетие назад, сейчас превратилось в самую настоящую проблему, заметную любому обывателю, что называется, невооружённым взглядом. И даже если вы годами не выезжаете за пределы своего города, а исчезающие ледники, умирающие кораллы, наступающая пустыня и дикие ураганы миновали ваши пенаты, всё равно с большой долей вероятности вы слышали сообщения синоптиков о температурных пиках, никогда не наблюдавшихся в ваших краях или, как минимум, побивших столетние рекорды. Между тем учёные, изучающие изменения климата в планетарном масштабе, уже давно бьют тревогу. Согласно их наблюдениям, вполне возможно, что климат Земли никогда не разогревался с такой скоростью как последние 30 лет. Так, все три рекордно тёплых года за весь период наблюдений за климатом планеты имели место после 1998 года, более того, 19 из 20 теплейших лет за время наблюдений имели место после 1980 года. Особенно подчёркивается, что природные явления, влияющие на повышение температуры в глобальном масштабе – такие как циклы солнечной активности или вулканическая деятельность, в этот период были не самыми мощными факторами. А многолетние наблюдения за термальным состоянием водных слоёв мирового океана - одним из наиболее "инертных" критериев оценки климата, тем не менее "сдёрнутым с места", позволяет предположить, что дальше дела будут обстоять только хуже. Кстати, если вы проживаете на равнине или возвышенности с ровным умеренным климатом и считаете при этом, что таяние льдов Гренландии и Антарктики, последующее за ним повышение уровня Мирового океана, а также изменения температуры Эль-Ниньо и Гольфстрима никоим образом вас не касаются (бытовое восприятие глобального потепления порой сводится к злорадному "ну и пусть, у нас зима теплее будет" – сам не раз слышал), здорово ошибаетесь. Полагаю, после урагана "Катрина" и сильнейшей засухи в Австралии в прошлом году многие жители этих стран стали серьёзнее воспринимать угрозу изменения климата. Только представьте себе, что дождливые периоды будут более продолжительными, периоды жаркой погоды – более душными и изнурительным; наконец, все эти "откуда-ни-возьмись" ураганы с ливнями, градом и прочими "радостями" стихийных бедствий будут всё более частыми гостями на вашей якобы спокойной земле. Оно нам надо?

Вот на этом месте мне хотелось бы, что называется, "осадить коней" и очертить круг проблем, о которых мы сегодня поговорим. Нет сомнений в том, что наши читатели в состоянии самостоятельно найти информацию об изменении мирового климата, мнения специалистов на этот счёт, сделать самостоятельные выводы о проблеме. И, даже несмотря на то, что в совершенно "оффтопном" разделе "IT-байки" мы время от времени уходим от основной тематики нашего сайта достаточно далеко, вряд ли бы стоило затеивать разговор о глобальном потеплении без малейшей связи с современными технологиями. Вот почему, несмотря на то, что я и дальше по тексту буду сыпать всякими фактами и умозаключениями специалистов-климатологов, основным лейтмотивом статьи всё же хотелось бы сделать не бедственную ситуацию с глобальным потепление и даже не причины этого явления; и уж тем более мне не интересен поиск виноватых. Основная мысль этого материала - возможные способы борьбы с процессом глобального потепления. Разумеется, никаких готовых рецептов выхода из ситуации здесь вы не увидите: во-первых, таковых в однозначном виде нет даже у специалистов, посвятивших этому свою жизнь; во-вторых, эта статья, очерчивая круг проблем и возможных её решений, по традиции призвана оставить читателей с гораздо большим числом вопросов, нежели ответов. То есть, хотя бы всколыхнуть интерес к этой теме. Я постараюсь.

Прежде чем перейти к изучению возможных способов борьбы с глобальным потеплением, давайте всё же определимся, подтверждён ли сам факт этого явления, и каковы современные мнения специалистов на этот счёт. А дела действительно швах, по крайней мере, каждый новый ежегодный отчет Межправительственной группы по климатическим изменениям при ООН (UN Intergovernmental Panel on Climate Change, IPCC) приносит всё более неприятные оценки антропогенного характера климатических изменений.

Так, если всего несколько лет назад специалисты говорили о возможном повышении глобальной температуры в XXI веке на 1°C или на 1,5° C, то сейчас только заядлые оптимисты говорят о 2°C, пессимисты же уверены, что к концу века температура возрастёт на 6,5°C. Более того, если сохранятся нынешние тенденции техногенного загрязнения планетарной атмосферы, концентрация CO₂ удвоится по сравнению с пред-индустриальным периодом развития человечества до конца нынешнего столетия – как раз достаточно для увеличения средней глобальной температуры на 2°C-5°C. К газам, вызывающим так называемый "парниковый эффект" (Greenhouse effect), то есть, удерживающим солнечную радиацию в тропосфере и вызывающим таким образом дополнительный нагрев атмосферы, помимо CO₂ также относят водяной пар и "парниковые газы" вроде метана или хлор- и фторсодержащих углеводородов. Так вот, современная концентрация парниковых газов в атмосфере Земли оценивается на уровне 370 PPM (частиц углекислоты на миллион), но уже к 2012 году прогнозируется увеличение на 18 PPM - если не будут исполняться предписания Киотского протокола, или на 16-17 PPM, если будут. Кстати, о Киотском протоколе – уникальном межгосударственном договоре о борьбе с выбросами вредных продуктов производственной деятельности человека в атмосферу Земли. В настоящее время Киотский протокол, уже два года как получивший юридическую силу, ратифицирован 150 странами. Год 2007 станет последним подготовительным периодом, а со следующего, 2008 года, планируется реальный контроль над выполнением обязательств по его положениям. Напомню, что основная цель этого документа заключается в сокращении выбросов в атмосферу на 5% по сравнению с показателями 1990 года. Что реального дадут земной биосфере эти самые 5%? Скептики подчёркивают, что Киотский протокол – это всего лишь мизерная 1-2 PPM разница содержания парниковых газов, оптимисты говорят, что даже такое изменение позволит если не уменьшить, то хотя бы стабилизировать антропогенное влияние на климат, а практики предлагают начать хотя бы с этого, чтобы потом пойти на более смелые и масштабные шаги. Каковы основные причины загрязнения атмосферы парниковыми газами? Безусловно, в первую очередь речь о сжигаемых ради получения энергии натуральных запасах топлива вроде угля, нефти и природного газа. Миллиарды тонн углекислоты (CO₂) ежегодно – такова плата за электричество, тепло, за львиную долю энергии, движущей промышленность, транспорт и современную цивилизацию в целом. Ради справедливости стоит отметить, что в последнее время появилось большое количество исследований, где указываются совершенно разные "главные враги климата". Так, канадские учёные умудрились подсчитать, что среднестатистическая корова за сутки "генерирует", с позволения сказать, "выхлопных газов" столько же, сколько автомобиль, проехавший 3,2 км. Так уж устроены коровки и прочий рогатый скот, нормальная жизнедеятельность связана у них с "производством" метана живущими в пищеводе микроорганизмами "метаногенами". По подсчётам новозеландских учёных, среднестатистическая корова производит до 90 килограммов метана, что примерно сравнимо со сгоранием 120 литров бензина. Говорят, что всё зависит от состава кормов, но тем, не менее: помножив поголовье скота на "выхлоп" узнаём, что, например, в Канаде животноводство "приносит" ежегодно побочного "выхлопа" в атмосферу на 19 миллионов тонн метана – это примерно 3% от всего объема "парниковых газов" страны. Для вроде бы "экологически чистой" с первого взгляда Новой Зеландии, где поголовье крупного рогатого скота насчитывает 45 млн. овец и примерно 8 млн. коров, на "животный метан" приходится порядка 90%, а в суммарном расчёте парниковых газов Новой Зеландии доля метана достигает 43%. Не менее страшные "ужастики" рассказывают учёные из Национальной лаборатории Lawrence Berkeley. По их данным, к глобальному потеплению в значительной степени уже "приложилась" современная IT-индустрия. Так, по данным Cnet.com, в 2005 году, удвоившись за последние пять лет, энергопотребление серверов и их систем охлаждения в США составило порядка 45 млрд. кВт*ч – это порядка 1,2% всей энергии, потребляемой за год в США! В глобальном же масштабе энергопотребление серверов в 2005 году составило примерно 123 млрд. кВт*ч, или 0,8%! Исследования перспектив и вовсе мрачные. В случае, если среднее энергопотребление серверов останется прежним, опираясь на прогнозы мировых поставок серверов компании IDC, учёные предсказывают, что к 2010 году уровень суммарного энергопотребления серверов вырастет на 40%. Если же энергопотребление серверов будет расти темпами последних лет – имеется в виду тот факт, что наибольший прирост серверных систем в последнее время наметился среди систем начального уровня ценой до $25 тысяч, то прогноз на 2010 год и вовсе увеличивается до 75% прироста к уровню 2005 года.

Ладно, повеселились - и будет. Сегодня речь не о том, кто больше вредит климату планеты – сервер или владелец внедорожника с 5-литровым двигателем, катающийся на нём в булочную. Ещё вопрос, "нажжёт" ли тот же сервер или автомобиль за отпущенный ему срок "выхлопов" больше, чем уже сожжено на предприятиях в процессе их изготовления. Как бы там ни "повышали энтропию" серверы и коровки, основными производителями парниковых газов были и остаются промышленные предприятия. Но даже первый робкий шаг мирового сообщества по обузданию климатической катастрофы - Киотский протокол, с его более чем скромными целями и задачами, был поддержан далеко не всеми странами. К примеру, богатейшая страна и в то же время крупнейший в мире источник выбросов углекислого газа - США, даже не подписала этот договор, равно как Австралия, а Канада, подписав, не приняла никаких реальных мер по его выполнению. Что уж там требовать от увеличивающих гигантскими темпами потребление энергии Китая, Бразилии, Мексики, ЮАР и Индии, которые тоже никаких серьёзных обязанностей по Киотскому протоколу не взяли. Даже Евросоюзу в его изначальном составе из 15 стран, подписавшему Киотский протокол 29 апреля 1998 года и взявшему на себя обязательства в период до 2008-2012 годов снизить суммарный выхлоп парниковых газов на 8% по сравнению с 1990 годом, пришлось здорово распределить квоты внутри сообщества. Как видно из таблицы ниже, несмотря на гигантские усилия промышленно развитых стран вроде Германии, Австрии и Великобритании, кто-то – как Франция, предпочёл выдержать "нейтралитет", а кто-то напротив, нацелился на развитие экономики любой ценой. Вот, в результате, и получилось 8%. Что, впрочем, всё же больше, чем среднемировые 5%. На перспективу Евросоюз поставил более амбициозные планы – к 2020 году планируется снизить выбросы парниковых газов на 20% по сравнению с 1990 годом.

Обязательства Евросоюза в составе EU 15 по Киотскому протоколу на 2008-2012 годы
Австрия	-13,0 %
Бельгия	-7,5 %
Дания	-21,0 %
Финляндия	0,0 %
Франция	0,0 %
Германия	-21,0 %
Греция	+25,0 %
Ирландия	+13,0 %
Италия	-6,5 %
Люксембург	-28,0 %
Нидерланды	-6,0 %
Португалия	+27,0 %
Испания	+15,0 %
Швеция	+4,0 %
Великобритания	-12,5 %
Евросоюз в составе EU 15	-8,0 %

Что касается России, тут своя специфика. С одной стороны – значительный (по сравнению с 1990 годом) спад производства плюс огромные пространства. С другой стороны – холодный климат и энергоемкость производства валового продукта, в 3,1 более высокая, чем в ЕС 15, в том числе, из-за климата, да ещё и энергетика, на 75% основанная на использовании углеводородного топлива. В такой ситуации у РФ образовался даже некоторый запас квот на выброс парниковых газов, который можно при случае продать другим странам. Но даже с учётом этого к 2012 году Россия вряд ли достигнет такого роста темпов производства, при котором зайдёт речь о достижении уровня, оговоренного в рамках Киотского протокола.

И вот здесь мы подошли к ключевому вопросу сегодняшней темы. А именно: что делать? Впрочем, "делать" – это пока громко сказано, поскольку любое действие подразумевает затраты денег, а пускать деньги на ветер в буквальном смысле пока что никто не привык. И особенно глупо и обидно заниматься чистотой атмосферы, когда соседи по планете, простите за выражение, продолжают портить воздух в тех же или ещё больших объёмах за просто так, то есть, бесплатно.

Так что же делать?

Идеальное решение проблемы пока что найдено в единственном экземпляре, и принадлежит оно не человеку, а роботу Бендеру Родригесу (Bender B. Rodriguez), персонажу из мультипликационного сериала Futurama. Увы, несмотря на идеальность, решение вас вряд ли устроит, потому что оно безапелляционно сформулировано таким образом:

Kill All Humans

То есть, убить всех человеков. Ага, нас с вами. Славный старина Бендер, он-то знает идеальные решения, однако вряд ли кто-то пойдёт на такой логичный шаг. Придётся выкручиваться без идеальных решений, что-то придумывать. Если же без шуток, то к настоящему времени специалисты подразделяют способы борьбы с глобальным потеплением на три ключевые группы. Сейчас мы остановимся на каждой из них.

1. Альтернативные источники энергии

Существует великое множество самых разных способов получения энергии без выделения в атмосферу парниковых газов. Наиболее известными из них можно назвать:

Энергия ветра
Энергия солнца
Энергия приливов и отливов
Энергия волн
Энергия водородных топливных ячеек
Энергия ядерного распада
Энергия управляемой термоядерной реакции
И т.п.

Как видите, в одну группу собраны самые разнообразные методы получения энергии, совершенно не выделяющие парниковых газов. Некоторые из них уже реализованы на практике, некоторые – как энергия термояда, лишь дожидаются стабильных результатов и далёкого коммерческого внедрения, но вы и без меня знаете, что всех их роднит и делает менее привлекательными с современной практической точки зрения. Да, именно цена. Даже самая развитая из выше перечисленных – ядерная энергетика, при всех прочих минусах, очевидных и не очень, также несёт на себе крест огромных капиталовложений и постоянно дорожающего уранового топлива.

Ограничения использования энергии солнца в средних широтах понятны и без моих комментариев. Впрочем, последние успехи разработчиков солнечных элементов, где КПД достигает 40%, дают некоторые надежды (остуживаемые, впрочем, той же ценой - $3 за 1 Вт энергии? Простите, пока накладно).

Энергия ветра при всей её привлекательности и даже промышленной освоенности технологий также несёт в себе проблему дороговизны получаемой энергии. В Германии, где я был просто поражён и очарован огромными промышленными ветряками, разговор с местными жителями быстро сбил мои восторги. Как выяснилось, каждый такой "ветрячок" стоит около полмиллиона евро, и вы сами можете прикинуть примерные сроки окупаемости такой затеи. Без поддержки государства тут делать нечего, но в Германии с этой поддержкой как раз всё в порядке, поэтому ветряки там и встречаются. Из наиболее интересных современных технологий хотелось бы ещё подробно остановиться на идее использования топливных ячеек. Вероятно, вы хорошо наслышаны о том, что многие компьютерные компании усиленными темпами разрабатывают этакие топливные преобразователи, где метанол расщепляется с помощью катализаторов и хитрых химических реакций на водород и кислород, которые, в свою очередь, используются для получения электричества.

Пока всё это масштабируется для применения в карманных и портативных устройствах вроде мобильников или ноутбуков, технология использования метилового спирта в качестве источника для питания аппаратуры давно применяется в промышленности. Помнится, как завороженный стоял я у одного из стендов на прошлогодней выставке CeBIT 2006, где сотрудник одной из компаний увлечённо рассказывал мне о стоящих тут же аккуратных стоечках, внешне напоминающих обычное серверное оборудование, но на практике представляющее собой вот такой промышленный источник питания на метиловом спирте. Что там питание серверной – по словам сотрудника этой фирмы, такой вот скромной стойки размером с телефонную будку вполне достаточно для электропитания целого стадиона достаточно продолжительное время! Увы, при всех плюсах цена такой стоечки пока что тоже астрономическая…

Кстати, использование спирта, в частности, этилового, в качестве альтернативы бензину и дизельному топливу – тема очень интересная, с далеко идущими перспективами. По иронии судьбы подробную статью с описанием технологии получения этилового спирта из стеблей кукурузы в промышленных масштабах я прочёл именно в американском журнале. Если вам попадёт в руки номер Scientific American за январь 2007 года – не поленитесь, пробегите глазами статью Is Ethanol for the Long Haul?. Интересно звучит анонс статьи:

Ethanol could displace gasoline, but it won't pay off until we find a way to distill cornstalks, not corn

Перефразируя, гнать виски из кукурузы – дело нехитрое, а ты попробуй выгони спирт из наиболее быстро растущего и доступного вида целлюлозы, кукурузных стеблей. Увы, согласно данным статьи, пока что, затратив 1 мегаджоуль энергии, можно получить бензина на 1,19 МДж, кукурузного спирта на 0,77 МДж и целлюлозного спирта – всего на 0,10 МДж. Овчинка, увы, не стоит выделки, и для достижения приемлемого соотношения затрат и выхода готовой продукции понадобиться разработать ряд совершенно новых энзимов и ферментов. Всё это, конечно, здорово, но неизменно выгодной – несмотря на высокие начальные затраты, по-прежнему остаётся гидроэнергетика. Однако возможность возведения плотин на крупных реках тоже имеет свой предел. Хотя – по мне, это лучшее, что на данный момент придумало человечество. Разумеется, если не считать возможного вреда экологии.

2. Уменьшение вреда от современных технологий

Если сжигание угля, нефти и газа для современной цивилизации неизбежно, хорошо бы попробовать уменьшить количество выделяемых при этом парниковых газов. В идеале – снизить выделение CO₂ хотя бы до уровня 70-80% от нынешних "выхлопов", этого, по мнению учёных, было бы более чем достаточно для стабилизации нынешней концентрации углекислого газа в атмосфере, а следовательно - и для стабилизации средних температур планеты. Очевидно, что технология улавливания и безопасного хранения углекислого газа, который образуется при сжигании ископаемого топлива, также стоит немало денег, но в этом плане уже сделаны значительные шаги, и здесь также показателен опыт Евросоюза. В частности, власти ЕС не жалеют затрат на разработку технологий с низким выделением углекислого газа, и с 2007 года затраты на исследования в этой области будут увеличены на 50% сроком на шесть лет. В последнее время очень много интересных технологий предлагается для безопасной и экологически чистой добычи энергии из угля. В частности, уже предложены, а кое где и внедряются два новых способа. При использовании метода Precombusion (в американской литературе мне встретился также термин FutureGen) уголь в смеси с водой и кислородом ещё до подачи в топки превращают под сильным давлением в газовую смесь из водорода (H₂) и угарного газа (CO), затем угарный газ улавливают, а жгут уже непосредственно водород.

Второй способ - Oxefuel, подразумевает сжигание измельчённого угля в атмосфере кислорода, при этом двуокись углерода отделяется, а затем охлаждается и подавлением подвергается процессу сжижения. На выходе имеем водяной пар и, к сожалению, двуокись углерода, которая очень плохо утилизируется. Где-то CO₂ закачивают в подземные хранилища, в Норвегии так и вовсе в сжиженном виде закачивают под морское дно, а в Канаде подают в нефтеносные пласты для повышения давления. Словом, варианты есть, хотя без значительных затрат переход с технологий сжигания угля XIX века на технологии XXI века просто нереален.

3. Всякая фантастика

Некоторые идеи вроде лазера и космических полётов в своё время считались чистым безумием. Почему бы не пофантазировать и не представить, к примеру, такие фантастические "мегаинженерные" решения вопроса глобального потепления как огромные зеркала на орбите Земли, фокусирующие солнечные лучи на специальных генераторах энергии? Пока что идея выглядит сырой, но в будущем - как знать... У меня в этом плане не очень хорошо с фантазией, тут я могу лишь обратиться к опыту той же "Футурамы", когда мерзавцы-роботы будущего, работающие на алкоголе, направили свой выхлоп в одну сторону и таким образом сдвинули Землю с орбиты – подальше от Солнца. Продолжительность земного года, правда, немного увеличилась, зато с парниковым эффектом было покончено. На какое-то время.

Я думаю, наши читатели, у которых получше с выдумкой, смогут на досуге разработать десяток таких же сказочных проектов. А там, глядишь, со временем сказка станет былью. Прецеденты были…

Закончить этот материал всё же хотелось бы не на шутливой ноте. Все мы прекрасно понимаем, что для шуток остаётся всё меньше и меньше времени. И если кого-то, скажем, всё же "обрадовало" отсутствие зимы до Нового Года, пусть будет готов, например, к тому, что вместо лета будет сплошное пекло. Или, например, просто сплошные ливни на месяц. Оно нам надо? Вот почему думать о будущем надо уже ~~сейчас~~ вчера. То, что творится сейчас- результат бездействия на протяжении десятилетий, так что обратный процесс займет хорошо если те же десятилетия. Ожидается, что к концу 2007 года все правительства мира наконец-то начнут переговоры по общей системе мер стабилизации климата на период после 2012 года, когда закончится действие Киотского протокола. Основа дальнейшего взаимодействия должна быть разработана в 2008 году, а к 2009 году пора будет принимать серьёзные решения с незамедлительной ратификацией и программой действий. В заключение хочется сказать, что все мы всё прекрасно понимаем: да, нефть и газ доступнее, да, на наш век хватит воздуха, но ведь человек разумный тем и отличается от неразумного, что не пилит сук, на котором сидит. Даже если это дешевле… Подумайте над этим.

При подготовке статьи были использованы материалы следующих источников: