Тема Космос наш — или вообще–то никто никуда не полетит - очевидно вызвала интерес и ряд вопросов, в том числе – сколько людей поместится на Землю, раз пока никто никуда не летит? Интуитивные чувства (ТМ) это хорошо, но посчитать с точностью до 1 порядка тоже интересно и поучительно. Самый простой способ посчитать "сколько людей помещается на Земле" – взять поверхность суши в квадратных метрах (134 740 000 км2 без Антарктиды), умножить на три (в три этажа будем покрывать будущий Трантор Гелиор, и умножить на 4 человека на квадратный метр. Вот примерно столько и влезет, и даже проживет сутки - двое, – пока воздух и вода не закончатся. Даже если мы воду будем опреснять. Но если нам надо оценить несущую способность Земли на более долгий срок, то тут возникают вопросы, как именно считать?
Как считать ограничение «сверху», то есть сколько возобновляемой или условно-возобновляемой энергии доступно человечеству? По шкале Кардашева, рассматривая землю как цивилизацию типа 1 ? (Статьи про шкалу: раз, два, три) Хорошая шкала, прикинем! От Солнца Земля может получить примерно 1*1016 ватт, а сейчас человечество производит и расходует примерно 1*1013. Но человек не может потреблять только солнечный свет с КПД 100%, а кпд фотосинтеза – 1-2 %, в лучшем случае 8%. Но и это еще не все – человек не корова, ему нужен животный белок, а КПД по биомассе коровы, свиньи, курицы – тоже не 100% - около 10% по массе при относительно сырых кормах, и примерно 5% по сырой полезной массе, а дальше утряска, усушка, ужарка. Разнообразные расчеты делались еще перед первой мировой войной, хотя и при другой урожайности пшеницы, при отсутствии ГМО и гербицидов (зато уже при наличии исскуственных удобрений). Если кто-то найдет историю расчетов максимальной численности населения и напишет ее в комментариях – будет интересно сравнить.
Но хорошо, с соевым шротом с добавками, картошкой и мясом можно прикинуть потребление на человека, а что с остальным потреблением? Про какой уровень жизни мы рассуждаем? Как у Ефремова в Туманности Андромеды, где топливо на мелкий звездолет генерируют по 20 лет, право свободного доступа к Вещему Мозгу только членам профсоюза Совета экономики и политбюро членам Контроля Чести и Права, а главный герой герой живёт в двушке, причём настолько тесной, что кровать выдвигается из стены(С)? Или «как сейчас»? Хорошо, «Как сейчас» - это как где? Как в Исландии 2014 года с алюминиевым заводом Norðurál Grundartangi ehf и потреблением почти в 54000 киловатт*ч в год на человека, и это только электричества, или как в Нигерии с 144 квт*ч ? Одни из вас служат и едят хлеб с маслом, другие занимаются отхожим промыслом и едят бутерброды с икрой. И те и другие спят в своих постелях и укрываются теплыми одеялами.. Половина населения мира сейчас живет у черты бедности, а часть роста мирового производства обеспечивается ручным неквалифицированным трудом.
Возьмем примерно по среднему потреблению электричества между Германией с ее 7.000 квт*ч (на человека в год) и США с их 12.000 квт*ч. Это цифры только по электричеству, а не по совокупной производимой / потребляемой энергии. Вычтем из 10.000 квт*ч долю мирного атома - а какую? 70% Франции или 20% США ? Или 15-40% РФ, в зависимости от региона? Как будем вычитать - с учетом необходимости маневрирования традиционной энергетикой или без? Как учитывать долю ветра и солнца - с теоретически когда-то потом возможным маневрирование аккумуляторами и ГАЭС (как Nant de Drance) - или с реально используемым маневрированием традиционными электростанциями? Вопрос, если разобраться, очень непростой - у солнечно-ветровой энергетики есть и масса плюсов, но есть огромный минус, который почему-то постоянно забывают в расчетах - SLA, точнее - маневрирование мощностью и регулирование частоты. Покойные Ом и Кирхгоф подгадили зеленой энергетике ничуть не меньше, чем Ньютон и Циолковский - космонавтике. Да, тот же самый Кирхгоф, который зачем-то придумал закон излучения Кирхгофа, очень мешающий построению радиаторов в космосе. Хуже них только современные лжеученые-биологи, которые никак не могут сделать нормальные бактерии, которые бы поедали углепластик лопастей, лучше всего с переработкой сразу на этиловый спирт. Работы, конечно, ведутся, но есть некоторые опасения и сложности. Так что ждем, пока появятся усовершенствованные аккумуляторные батареи Шипстоун, дающие хотя бы 6 квт*ч / кг. Сейчас литиевые дают - 0.1 - 0.265 квт*ч/кг, семь лет назад их презентовали для дома - интересно, как там с продажами?
Столько цифр, с чего начать? Я думаю, самый простой вариант – начать примерный подсчет с замены автомобилей - с бензиновых и дизельных на биодизель, а точнее масло. Технологии известны: сажаем рапс, получаем из него масло, заправляем масло в Elsbett почти без переработки и едем в светлое зеленое будущее. При необходимости получить не 89 сил, а больше – что ж, придется или двигатель масштабировать, или делать гибридный автомобиль, или какой-то другой способ изобретать, хотя бы и на аккумуляторах. Свинцовые АКБ уже умеют перерабатывать, с вариантами переработки литиевых пока не все так просто – раз, два. Посмотрим по США, сколько же нам потребуется рапсового масла.
Сколько масла дает рапс?
Средняя урожайность рапса в мире (по Википедии) - 15 ц/га (1,5 т/га или 150 т/км²). Из одной тонны семян рапса получается 330 кг (33%) масла. В районе Луцка урожайность – 4 -5 тонн с гектара. Рассматривать получение биогаза из жмыха в водородной среде, безусловно, тоже нужно – но потом. Пока выглядит неплохо - мы получаем 300 тонн рапса с квадратного километра, или 100 тонн готового масла.
Но сколько надо?
2009 год: Потребление бензина в США в 2009 году составляло приблизительно 137 миллиардов галлонов (385.9 млн. тонн),
2021 год: In 2021, about 134.83 billion gallons (or about 3.21 billion barrels)1 of finished motor gasoline were consumed in the United States, an average of about 369 million gallons per day (or about 8.80 million barrels per day). This was about 6% less than the record high level of consumption of nearly 392 million gallons per day in 2018.
А сколько дизеля? In 2021, distillate fuel consumption by the U.S. transportation sector, which is essentially diesel fuel, was about 46.82 billion gallons (1.11 billion barrels),то есть примерно 135+45 – 180*10**9 галлонов, или, пересчитывая по 2.8 килограмма на галлон (3.78 литра) – 504*10**6 тонн условного топлива. Точность таких расчетов очень невысока, но все цифры доступны, можно посчитать и точнее, с учетом более высокой теплотворной способности дизеля и масла. Как выше замечено, с квадратного километра посадок у нас получается 100 тонн топлива, и надо всего-навсего
Всего навсего 5.04 *10**6 км2 в США отвести под посадки рапса. Площадь всех США, с горами, озерами и Аляской – чуть меньше 10*10*6 км2
В 2004 году площадь посевов в США - 47, 6 млн. га (59% общемировой площади) , или 0.47 млн. кв. километров. Для перехода на возобновляемое масло надо всего лишь выровнять половину остального США под поля, обеспечить снабжение этих площадей удобрениями, водой и системами посева и уборки, добавить защиту от ветрового уноса почвы (лесополосы) и смерчей – и в первом приближении получится заместить не возобновляемую нефть для автомобилей. Не учитывая рост расхода того же дизеля и роста населения на обслуживание всех этих полей. Не учитывая такой неприятный факт, что рапсовое масло замерзает при 0 .. -10, и для работы при более низкой температуре его надо или переводить в биодизель, или смешивать с зимним дизелем, или обращаться к классической литературе - что бывает, если дизель не той системы.
Так что .. пока попрактикуемся выживать на Марсе, или вспомним недавние мрачные прогнозы.
Литература.
Результаты исследований низкотемпературных свойств и цетанового числа биодизельного топлива
