Цивилизация
— Сохранение текущих трендов, а текущий рост спроса на энергию составляет около 2-3% в год, означает продолжение экспоненциального роста потребления в глобальном масштабе. Прирост на 2-3% в год означает удвоение спроса на энергию примерно каждые 35 лет. При условии продолжения такой динамики к 2040-2050 году спрос на энергию удвоится, что является абсолютно неустойчивой стратегией развития с долгосрочной точки зрения. Первая компонента неустойчивости – это рост выбросов СО2 и, как следствие, необратимые изменения климата. Если текущий тренд продолжится, мы можем ожидать увеличения средней приземной температуры на планете до 5 градусов Цельсия за 100 лет. Локальные же изменения, например, в Сибири, могут дойти и до 10 градусов, так как высокие широты теплеют быстрее. Поскольку климатическая система обладает большой инерцией, то этот рост температуры продолжится еще многие десятилетия и столетия, даже если мы одумаемся и обнулим выбросы. Вторая компонента – ископаемые энергетические ресурсы, особенно уголь, являются очень грязными. И это не только СО2, но и сера, тяжелые металлы в составе золы и многое другое, что ведет к локальному загрязнению. В то же время, с точки зрения спроса, важнейшей проблемой является невозможность обеспечить энергией три миллиарда человек, которые сегодня доступа к этой энергии не имеют.
— Потому что недостаточно ресурсов?
— Скорее потому, что должен быть четкий план, как подключить эти три миллиарда к энергосистеме и при этом не разрушить окружающую среду. Около трех миллиардов человек из живущих на планете семи не имеют доступа к электричеству. В основном они потребляют энергию для приготовления пищи, а основной источник энергии – это биомасса и уголь.
Например, в Азии около полумиллиарда человек готовят пищу на угле. У них нет доступа к современным технологиям приготовления пищи и к электричеству. Без электричества нет образования, нет современных систем водоподготовки, нет цемента, нет различных машин, которые используются в сельском хозяйстве.
Доступ к энергии и электричеству – крайне важные составляющие развития, вспомните Советский Союз и США, которые электрифицировались очень быстро. С одной стороны, обеспечение энергией – это обязательная задача развития человечества, с другой стороны – потенциальное крайне негативное влияние на климат и ресурсную базу.
— Как долго с точки зрения обеспеченности ресурсами может развиваться мир в соответствии с текущим трендом?
— Если мы говорим про доступность ресурсов, следует задаться вопросом: какой объем традиционных (conventional resources) запасов энергоресурсов доступен человечеству. При текущем уровне потребления традиционные запасы нефти закончатся через 30-40 лет, а если человечество удвоит объемы производства, то соответственно через 15-20 лет. Обеспеченность традиционными запасами природного газа – около 70 лет. Угля хватит на большее количество лет. Я считаю, мы не можем долго идти путем «business-as-usual» (сценарий развития, при котором в системе не происходит изменений, а текущие тренды просто продолжаются). Этот сценарий может продолжаться примерно 20-30 лет, максимум 50 лет.
— А что дальше?
— Если бездействовать, произойдет коллапс традиционной энергетики. Придется возвращаться к углю. Но основанная на угле экономика в современных условиях не может работать, так как она требует очень больших объемов ресурсов, и к тому же угольная энергетика очень грязная.
— Есть ли другие варианты, кроме перехода на уголь?
— Другой вариант – увеличение инвестиций в разработку технологий использования нетрадиционных запасов нефти и природного газа, которые в каком-то смысле практически бесконечны. Но без значительного увеличения эффективности использования конечной энергии такой подход, на мой взгляд, также не будет работать.
— Понятно, что давление на энергетическую систему происходит не только с точки зрения ресурсной базы, но и с точки зрения растущего спроса на энергию.По прогнозам, в следующие 30-40 лет численность населения планеты вырастет на два миллиарда, но, что более важно, численность людей, имеющих покупательную способность от 10 до 100 долларов в день, увеличится до пяти миллиардов человек — с сегодняшних полутора миллиардов. Эти пять миллиардов и составят так называемый «новый средний класс», который предъявит огромный спрос на энергию. Каково будет влияние этого процесса на технологическое развитие и на ресурсную базу?
— Я очень надеюсь, что этот процесс реального роста спроса станет триггером для разумных изменений, а новый средний класс не будет использовать уголь, а будет постепенно переходить на возобновляемую энергетику. Хотя это будет очень сложно сделать, так как новый средний класс растет в основном в развивающихся странах – Бразилия, Китай, Индия, Индонезия, в которых развиты технологии традиционной энергетики и рост спроса будет сопровождаться ростом использования именно таких технологий. Я предполагаю, что негативное давление на окружающую среду будет усиливаться, особенно локально и регионально, но, в конечном счете, глобально. Это и может стать триггером для отхода от пути развития по принципу «business-as-usual».
— Как вы думаете, что может изменить долгосрочную ситуацию с ресурсами?
— Понимая сложность необходимых перемен, особенно с точки зрения обеспечения энергией, стоит начинать с повышения эффективности потребления энергии. При этом усилия имеет смысл направлять не только и не столько на увеличение эффективности энергетических турбин. Их эффективность можно увеличить, но не в разы. Скорее необходимо фокусироваться на повышении эффективности использования энергии, например, в такой сфере как транспорт. В этом секторе можно значительно снизить затраты ресурсов на передвижение. Другие сферы, в которых можно значительно увеличить эффективность, это обогрев, охлаждение, многие традиционные виды промышленного производства.
Если мы сможем достичь существенно большей эффективности в конечном потреблении, то обеспечение общества энергией в итоге будет стоить намного дешевле. В результате обеспечивающая часть энергосистемы сможет стать гораздо более гибкой и на ее развитие будет направлено гораздо больше капитала, что очень позитивно в долгосрочной перспективе.
Если же говорить об источниках энергии, то среди всех традиционных энергетических ресурсов природный газ может использоваться с большей эффективностью, чем другие ресурсы. Также природный газ имеет минимальное соотношение углерода к водороду на тонну эквивалента и, соответственно, меньшую эмиссию СО2. Во многом поэтому использование природного газа имеет много долгосрочных плюсов для энергетики.
— Представим себе радикальный сценарий. Весь транспорт перевели на электричество и на природный газ. Для производства электричества также используют природный газ. Хватит ли в таком случае природного газа для удовлетворения всех потребностей?
— Я думаю, что природного газа в мире достаточно, так как запасы нетрадиционного природного газа огромны. При этом, конечно, я предполагаю значительный рост эффективности использования природного газа и электричества в будущем.
— Важным событием последних пяти лет в энергетике явилась разработка нетрадиционных ресурсов нефти и природного газа. США, Канада, Польша нацелены на переход от промышленного использования традиционных запасов к использованию нетрадиционных запасов – как нефти, так и природного газа. Даже в России, стране, богатой традиционными ресурсами, Газпром планирует разрабатывать Верхне-Салымское месторождение сланцевой нефти. Каково, на ваш взгляд, будущее нетрадиционных ресурсов нефти и газа?
— Традиционные и нетрадиционные запасы природных ресурсов — это вопрос определения. Например, во время первого нефтяного кризиса в 1973 году много говорили о том, что до исчерпания традиционных запасов нефти остается около 30 лет. Но в то время многие традиционные сегодня запасы являлись нетрадиционными. Например, запасы Северного моря считались нетрадиционными, так как для их разработки необходимо было широкое распространение новых технологий и инфраструктуры, например морских платформ. Канадские нефтяные пески и сланцевый газ сегодня считаются нетрадиционными запасами, хотя постепенно они становятся коммерчески рентабельными. Надо быть очень аккуратным с анализом и выводами относительно обеспеченности ресурсами, и различать традиционные и нетрадиционные запасы и ресурсы, так как со временем в результате технологического прогресса нетрадиционные ресурсы становятся традиционными.
Нетрадиционных запасов очень много, но они крайне сложны для разработки. Также их очень затратно добывать на текущем уровне технологического и инфраструктурного развития. Разведка и разработка экономически нерентабельных месторождений нетрадиционных ресурсов, для которых нет соответствующего оборудования в данный момент, невыгодны для нефтяных компаний. Возобновляемые источники энергии также дорого производить.
Именно потому, что энергия становится более дорогой, появляется еще один повод, чтобы направить усилия на повышение эффективности, что позволит давать необходимый результат при меньших затратах ресурсов.
Я считаю, что довольно скоро значительная доля нетрадиционных запасов, в первую очередь, природного газа, станет традиционной. Развитие технологий и инфраструктуры сделает возможным начать их разработку. Я говорю именно о природном газе, так как, анализируя долгосрочную эволюцию энергетики, можно заметить, что до XIX века в качестве основных источников энергии использовались твердые энергетические ресурсы – биомасса и уголь, и до сих пор три миллиарда жителей Земли готовят пищу на этом топливе. В XIX веке широкое распространение получили уголь и нефть. В XX веке люди стали использовать природный газ, атомную энергию, энергию ветра и Солнца. Одно из важных свойств этой ресурсной последовательности – человечество переходит к более «легким» источникам энергии, отношение водорода к углероду на тонну эквивалента растет, а соответственно объем выбросов СОsub>2 снижается.
Производство электричества с помощью природного газа станет хорошим дополнением к возобновляемым источникам, так как Солнце и ветер не всегда доступны, и их энергию пока нельзя запасать, а природный газ запасать можно.
— Процесс перехода ресурсов из нетрадиционных в традиционные характеризуется не только падением цены, но и ростом объема отходов и загрязнений, потому как необходимо использовать и перерабатывать большие объемы сырья в более сложных условиях, даже если для этого есть технологии. Получается, в следующие десятилетия объем загрязнений значительно увеличится?
— Да, такие тенденции существуют, но технологии борьбы с загрязнениями разрабатываются и распространяются гораздо быстрее, чем базовые энергетические технологии. Вспомните о загрязнении воздуха оксидами серы — огромные по масштабам изменения произошли в довольно короткое время, за период около 10-15 лет. Поэтому, думая о будущей борьбе с загрязнениями, я довольно оптимистичен. Я пессимистически смотрю на разработку и внедрение абсолютно новых технологий, но улучшающие технологии распространяются довольно быстро, например, технологии, позволяющие снизить загрязнения на газовых месторождениях. Это нормальная эволюция технологий.
— Поговорим про эффективность использования ресурсов в целях снижения абсолютного потребления. Известно, что при увеличении энергоэффективности отдельной технологии потребление ресурсов в организации, доме, автомобиле, парогазовой турбине может снизиться. Но, говоря про необходимый глобальный результат, а именно абсолютное снижение объема используемых ресурсов, увеличение эффективности использования ресурсов не снижает абсолютный объем использования ресурсов. Потребление все равно растет. Конечно, мы потребляем ресурсы более эффективно, но потребляем больше и больше! Зная о существовании такого парадокса, парадокса Джевонса, считаете ли вы, что погоня за эффективностью — это верный путь развития? Или же такой подход является необходимым, но далеко не достаточным?
— Если мы говорим о ресурсе, например о нефти, то нефть сама по себе нам не интересна. Интересен тот продукт, услуга или сервис, которые мы получаем благодаря нефти. Когда я говорю про эффективность, я имею в виду эффективность энергетических услуг или той полезной работы, которую мы получаем, используя энергию. Например – сколько энергии необходимо для обеспечения одного пассажир/километра или одного люмена света. В течение XX века произошел огромный рост эффективности обеспечения энергетическими услугами. Получение необходимого объема энергетических услуг становится все более эффективным, мы имеем более эффективные поезда, заводы, электростанции, систему перераспределения энергии и многое другое. Да, такой парадокс Джевонса существует, но если не заниматься эффективностью, потребление будет намного больше!
Но если мы продолжаем двигаться по сценарию «business-as-usual», понимая, что ресурсы исчерпаются, то на самом деле не так важно, насколько эффективно мы будем их использовать.
По идее, текущая стратегия является покупкой времени и инвестициями в то, что в будущем мы сможем найти окончательное решение. Напрашивается аналогия с образованием, в которое инвестируют сегодня, чтобы получить позитивный, но пока неизвестный, результат в будущем. В итоге должен наступить период перехода, который будет определяться появлением технологических и социальных инноваций. Сначала должны появиться инновации, которые сделают нетрадиционные ранее ресурсы традиционными, затем инновации, которые позволят использовать эти новые ресурсы все более экономно. Поэтому поиск и соответственно инвестиции должны проводиться системно и в возобновляемую энергетику, и в новые энергетические системы, и в природный газ, и в другие энергетические газы.
— Какова на ваш взгляд роль возобновляемой энергетики в решении проблемы исчерпания энергетических ресурсов?
— В очень долгой перспективе возобновляемые источники энергии безо всяких сомнений — наше будущее. Но сегодня существуют вполне понятные барьеры. На мой взгляд, сегодня главная тенденция в энергетике такова – трансформация энергетической системы становится все более затратной. Очень высокие начальные расходы являются большим барьером для переключения со сценария «business-as-usual» на новую энергетику, так как для продолжения деятельности по сценарию «business-as-usual» необходимо нести только операционные расходы на поддержание уже существующей системы, что гораздо проще и дешевле, чем платить за новую инфраструктуру.
С солнечной энергией сегодня абсолютно такая же проблема – очень высокие капитальные затраты. Солнечные панели можно купить по доллару за 1 Ватт, но системные расходы составляют около трех долларов за 1 Ватт. Другая очевидная проблема – это неравномерная обеспеченность солнечной энергией в пространстве и времени. В итоге электричество получается довольно дорогим, и единственный вариант вывода такого электричества на рынок – это некая форма субсидирования, например feed-in тариф. Проблема в том, что необходимо инвестировать в новую энергию с целью сократить расходы и повысить конкурентоспособность, но чтобы инвестиции были успешные, кто-то должен платить слишком высокую цену. Аналогичные проблемы возникают и с нетрадиционными ресурсами нефти и газа, и с атомной энергетикой, так как любые новые энергетические системы являются очень затратными. Такие проблемы возникают в любой новой отрасли, соответственно для инноваторов в этих областях необходимы немного другие модели бизнеса.
— Вы получили мировую известность благодаря исследованию развития энергетических систем. Какой этап развития энергетической системы мы наблюдаем сейчас?
— С точки зрения энергии, используемой потребителем, тренд один: продолжается увеличение доли электричества. С точки зрения первичных источников – я предполагаю рост доли природного газа и нетрадиционных газов в энергетическом балансе, а также рост доли возобновляемых источников энергии. После событий на Фукусиме атомная энергия вряд ли будет играть значительную роль в будущем. Инфраструктурный фокус будет больше направлен на развитие энергетики ветра и Солнца. Природный газ будет переходным топливом в системе, которая отказывается от нефти и угля в пользу возобновляемой энергии. Общественный транспорт станет более электрическим. Изменения в индивидуальном транспорте будет происходить дольше, чем в общественном. Поезда уже электризованы. В самолетах также применяются альтернативные технологии, которые используют природный газ как топливо, например, в СССР были самолеты, летающие на природном газе. Qatar Airlines инвестирует сейчас в такие технологии. Есть также примеры интересных технологий типа «природный газ из возобновляемых источников энергии», которые позволяют аккумулировать энергию возобновляемых источников энергии. Например, технология, которая позволяет производить водород из энергии ветра (пример – компания Wind2H2). Водород производится в результате процесса электролиза. Затем с использованием СО2 и полученного H2 производят аналог природного газа. Правда, такой газ очень дорогой, но в некоторых случаях производить такой газ разумно.
— Как долго происходят переходы от одного вида энергии к другому?
— Требуется около 70 лет, чтобы источник энергии увеличил долю от 0% до 50% в энергетическом балансе. Кроме биомассы, только уголь и нефть достигали доли в 50%. Сегодня природный газ занимает около 23%. Но скорость переходов замедляется, так как, во-первых, переходы происходят на все более значительной базе, во-вторых, потому что подход «business-as-usual», с точки зрения соотношения капитальных и операционных затрат, становится все более выгодным с расширением энергетической базы. Дешевле поддерживать старые технологии, чем создавать и тиражировать новые.
— Сколько времени потребуется возобновляемой энергетике, чтобы достичь значимой доли, например такой, как сегодня занимает природный газ?
— Думаю, это произойдет в XXI веке. Никто не знает, какова будет эта доля, 35% или 45%, но порядок точно будет таким.
— Что вы думаете относительно будущего биотоплива?
— Оно очень проблематичное. Биотопливо для транспорта — это тупик, кроме некоторых исключений, например этанол в Бразилии. Биотопливо может использоваться для когенерации электричества и тепла, но только если локально имеется достаточно биомассы.
--А что вы думаете про такие технологии, как улавливание и секвестрация углерода (carbon capture and sequestration technologies)?
— Я думаю, что они необходимы. Конечно, если вы согласны с моей гипотезой, что в будущем будут важны природный газ и возобновляемые источники энергии. В этом энергетическом миксе природный газ является источником СО2. Главная сложность внедрения технологий улавливания и сохранения углерода в том, что необходима огромная инфраструктура. Преимущество природного газа перед другими углеводородами в том, что при получении одного и того же количества электричества выбросы СО2 в два раза меньше, чем при использовании угля. Следовательно, при увеличении доли природного газа технологии carbon capture станут более актуальными, так как решать проблему СО2 необходимо, а объем выбросов СО2 на единицу полученной энергии будет уменьшаться. Единственная причина, по которой мир смотрит на эти технологии – борьба с изменением климата.
Скорее всего, человечество не сможет достичь поставленной цели – потепление только на 2 градуса. Хотя я считаю, что потепление на 2 градуса — это безопасное для человечества потепление, мы все равно преодолеем эту отметку.
После того, как мы добьемся доминирования возобновляемой энергетики, станет необходимым каким-то образом изымать СО2 из атмосферы. Один из способов – это выращивание биомассы, например, лесов. Часть лесов может быть использована для производства энергии, электричества и тепла. Соответственно, при сжигании биомассы опять понадобятся технологии улавливания и секвестрации углерода, так как СО2 необходимо будет улавливать и сохранять. В таком случаем мы будем иметь негативную эмиссию.
— Расскажите подробнее про негативную эмиссию.
— Пока дерево растет, оно использует СО2 из атмосферы для роста биомассы. Если существуют технологии улавливания и секвестрации углерода, то при сжигании биомассы станет возможным улавливать и утилизировать СО2. Соответственно, выращивая деревья с целью утилизации СО2 из атмосферы, мы будем иметь негативную эмиссию всего жизненного цикла. Если мы посмотрим на использование нефти, то, улавливая весь СО2 в результате сжигания нефти, мы будем иметь нулевую эмиссию.
— Как вы считаете, является ли борьба с изменением климата основным стимулом для осуществления энергетического перехода к возобновляемой энергетике? Очевидно, что климатическая система глобальна, а проблема изменения климата может быть решена исключительно сообща. Если Германия и Дания будут сокращать выбросы СО2, а Китай в тоже время будет их увеличивать, то борьба с уменьшением абсолютного объема выбросов, а, следовательно, и с изменением климата становится довольно странным делом.
— Энергетика является основным эмитентом СО2, но даже в Европе, регионе с наиболее жестким законодательством в этой сфере, проблема изменения климата вряд ли является главным поводом для изменений.
Скорее потенциальное решение проблемы изменения климата является дополнительной выгодой. Основной фокус изменений в энергетике — это все-таки обеспечение энергетической безопасности и большей долгосрочной гибкости энергосистемы.
— Является ли в таком случае основным стимулом для перехода к новым видам энергии стремление стран к энергетической независимости от сырьевых регионов?
— Хотя энергетическая независимость очень важна с политической точки зрения, я считаю, что она не настолько важна, как может показаться с первого взгляда. Стремление к энергетической независимости является продолжением подхода «business-as-usual» и противоречит достижению в долгосрочной перспективе целей устойчивого развития. В эпоху глобализации невозможно быть абсолютно независимым от внешней энергии, но оставаться зависимым от остального. Неразумно в Австрии самостоятельно производить очень дорогой природный газ, например, сланцевый, если его можно купить дешево в России или Норвегии. Ведь основной задачей является поставка населению и промышленности достаточного количества дешевой энергии. Энергосистема не должна быть независимой, она должна быть долгосрочно устойчивой, в том числе и перед кризисами, а диверсификация источников энергии придает системе такую устойчивость. Энергетическая безопасность гораздо важнее энергетической независимости в долгосрочной перспективе.
— Как вы думаете, какие процессы будут определяющими в следующие 50 лет?
— Говоря про следующие 50 лет, стоит посмотреть на прошедшие 50 лет. Я довольно хорошо помню 60-е годы. В некоторых направлениях все абсолютно поменялось, например, в телекоммуникациях, в некоторых направлениях практически все осталось прежним, например, в железнодорожном транспорте. Наибольшим изменением по сравнению с сегодняшним состоянием, на мой взгляд, будет являться старение населения. После того, как население достигнет примерно девяти миллиардов, оно начнет убывать, что означает рост доли старых и престарелых людей. Станут необходимыми новые формы занятости, досуга, здравоохранения.
Скорее всего, будут развиваться технологии, которые позволят проще выполнять сложную когнитивную работу, например, смартфоны есть уже сегодня.
С помощью информационных систем энергетика, коммунальные услуги, управление зданиями, транспортом станут более интегрироваными, а города станут едиными. Это станет большим прорывом на пути к увеличению эффективности. Я также думаю, что случится серьезный переход на потребительском уровне с покупки товаров или энергии на покупку энергетических услуг. И это может стать гигантским изменением для частного сектора. Сегодня вы покупаете товар, например, бензин для автомобиля, нефть, природный газ, билет на самолет и тому подобное. Но вместо ресурсных компаний, нефтяных, угольных, энергетических, могут возникнуть сервисные компании. Например, если вам нужно освещение, то вам продадут люмен света, а не электричество, лампочку или подключение к электросети. В результате вся система добычи, производства, переработки и потребления может быть интегрирована сервисными компаниями. Сегодня потребители не имеют долгосрочного горизонта планирования, а такие компании будут его иметь. Такие сервисные компании будут беспокоиться об эффективности и оборудовании. Индивидуальный пользователь мало заботится об инфраструктуре. Для индивидуального потребителя не так важно, сколько будет работать лампочка стоимостью 20 долларов, 10 лет или 20 лет. Людям сложно думать в таких долгосрочных терминах, а организации как раз умеют так думать. Это будет очень позитивным для общества изменением, так как в долгосрочном периоде потребители действуют гораздо менее рационально, чем организации. Важность такого перехода для увеличения эффективности в том, что появится заинтересованное лицо, ответственное за длинную цепочку инфраструктуры и технологии конечного потребления. Соответственно, возникнет гигантская экономия на масштабе, что станет очень важным драйвером для увеличения эффективности. Тоже самое может произойти и в автомобильной отрасли. Вы не будете покупать машину, вы купите услуги, которые предоставляет автомобиль. Аналогично с жильем.
Новые технологии позволят одновременно контролировать весь жизненный цикл, не распределять ответственность, плюс предоставлять высокое качество и высокую экологичность.
— Предвидите ли вы катастрофические события в следующие 50 лет?
Я очень надеюсь, что их не будет. Кризисы, конечно же, будут, но не катастрофы. В этом смысле я «шумпетерианец». Я думаю, кризисы необходимы для того, чтобы сценарий «business-as-usual» стал неприемлемым, они позволяют развиваться дальше.
Подготовил Станислав Вавилов (Институт мировых идей). Автор выражает признательность сотруднице Международного института прикладного системного анализа (IIASA) Елене Ровенской за помощь в подготовке интервью.