Как противодействовать климатическому коллапсу на планете. Отрывок книги Билла Гейтса о глобальном потеплении

В своей книге How to avoid a climate disaster Гейтс объясняет: единственный шанс избежать коллапса – снизить уровень выбросов углекислого газа. В идеале – до нуля. Чтобы это сделать, нужно не только уменьшать углеродный след, внедрять современные стандарты чистой электроэнергии и эко-инновации. Противодействовать угрозе глобального потепления должны не только правительства государств, но и каждый из нас. Начать можно с небольших шагов: сократить потребление электроэнергии и количество отходов своего дома, вместо авто купить электромобиль или велосипед. Главное – не быть равнодушными.

Украинский перевод книги под названием «Как предотвратить климатическую катастрофу» недавно вышел в издательстве «Лаборатория». Forbes публикует одну из глав книги, сокращенную и отредактированную.

Как мы производим вещи?

От моего дома до штаб-квартиры нашего фонда в Сиэтле – 13 км. Чтобы попасть в офис, я пересекаю озеро Вашингтон по плавучему мосту Эвергрин-Пойнт (местные не используют официальное название, а говорят просто: «520-й мост», – потому что через него проходит одноименная автомагистраль). Это самый длинный в мире плавучий мост, который простирается на 2350 м.

Каждый раз, когда еду через 520-й мост, я восхищаюсь его необычностью. Не потому, что он самый длинный в мире, а потому, что мост плавает. Как эта гигантская конструкция из тонн асфальта, бетона и стали держится на поверхности озера? Какого черта она не тонет?

Такое чудо инженерии появилось благодаря чудесному материалу – бетону. Сначала это не укладывается в голове, ведь как огромные тяжелые блоки могут держаться на воде? Бетон действительно задумывали как очень плотный материал – он способен абсорбировать радиацию в больничных стенах и одновременно из него изготавливают полые структуры, в частности наполненные воздухом понтоны, поддерживающие 520-й мост.

Магия бетона, стали и пластика

Оглянитесь вокруг – и увидите еще больше чудес, на которые способен бетон. Он не ржавеет, не гниет и не горит, поэтому используется в современной архитектуре. Бетон подарил нам возможность обуздать гидроэнергию, ведь из него строят плотины.

Выдающийся американский изобретатель тоже не устоял перед чарами бетона. Томас Эдисон пытался возводить из него целые дома, мечтал о мебели, в частности спальном гарнитуре из бетона, а также попытался сконструировать бетонный фонограф.

Мечты Эдисона не осуществились, однако человечество все равно использует кучу бетона. Ежегодно для ремонта, замены и строительства дорог, мостов и зданий только США производят более 96 млн тонн цемента – важной составляющей бетона. Это примерно 272 кг на каждого американца. Но первенство в потреблении цемента – за Китаем, который за шестнадцать лет XXI века использовал больше бетона, чем США за предыдущее столетие.

Однако цемент и бетон – не единственные материалы, на которые полагается человечество. Есть еще сталь, из которой мы делаем автомобили, корабли, поезда, холодильники, печи, фабричные станки, консервные банки и даже компьютеры. Сталь прочная, дешевая и стойкая. Ее можно перерабатывать бесконечное количество раз. Она прекрасно работает в пapе с бетоном. Если вставить в бетонный блок стальные стержни, вы получите замечательный стройматериал, способный выдержать многотонную нагрузку и не разламываться даже при выкручивании. Поэтому большинство наших домов и мостов возведены из железобетона.

Следующий невероятный материал – пластмассы. Невозможно перечислить все вещи, в которые они входят: от одежды и игрушек до мебели, авто и телефонов. В последнее время у пластиков плохая репутация, которую они частично заслуживают. Однако пластмассы делают и добро. Когда я писал этот раздел за рабочим столом, то видел пластик повсюду: компьютер, клавиатура, монитор, мышь, степлер, телефон. Использование пластмасс помогло уменьшить массу энергоэффективных автомобилей: примерно половина объема машины составляет лишь 10% от ее общего веса.

А еще стекло в окнах, банках и бутылках, теплоизоляции, автомобилях и оптоволоконных кабелях, которые обеспечивают скоростной доступ к интернету. Алюминий в жестяных банках, фольге, линиях электропередачи, дверных ручках, поездах, самолетах и пивных бочках.

Удобрения, которые помогают накормить весь мир. Много лет назад я прогнозировал, что электронная коммуникация и вездесущие экраны вытеснят бумагу, но, как видите, она не сдает позиций.

Как и электричество, различные материалы стали неотъемлемым элементом современной жизни. Мы не собираемся отказываться от них. Наоборот: будем использовать еще больше, потому что население Земли растет и богатеет. В середине XXI века человечество будет производить на 50% больше стали, чем сегодня.

Прогресс – это хорошо. Это значит, что качество жизни населения растет. Люди зарабатывают больше денег, получают лучшее образование и дольше живут. Если вы беспокоитесь о преодолении бедности, то воспринимаете это как победу.

Однако в этой бочке меда есть ложка дегтя. Производство материалов сопровождается колоссальным выделением парниковых газов. Фактически оно дает треть мировых выбросов. И местами мы просто не представляем безуглеродного способа изготавливать эти материалы.

Как же осуществить невозможное, чтобы и дальше производить необходимые материалы и сохранить пригодный для жизни климат? Сфокусируемся на трех важнейших: стали, бетоне и пластике. Сначала разберемся, как мы дошли до того, что имеем сейчас, и почему эти материалы негативно влияют на климат. Затем подсчитаем, сколько стоит снижение выбросов, и рассмотрим пути решения проблемы.

История стали начинается 4000 лет назад и охватывает непрерывную череду невероятных открытий, которые привели человечество от железного века к современной дешевой и многофункциональной стали. Cталь прочная и легко приобретает нужную форму в расплавленном состоянии. Ее делают из чистого железа и углерода. Само по себе железо не очень крепкое, но стоит домешать правильное количество углерода – менее 1%, – и атомы углерода расположатся между атомами железа, наделяя продукт основными свойствами.

Найти углерод и железо несложно. Первый можно получить из угля, а второго хватает в земной коре. Правда, чистое железо – редкость, в природе оно всегда смешано с кислородом и другими элементами в железную руду. Чтобы изготовить сталь, нужно очистить железо от кислорода и добавить немного углерода. Это можно сделать одновременно, расплавив руду при очень высокой температуре (1700 °C) в присутствии кислорода и кокса. При такой температуре железо высвобождает кислород, а кокс – углерод. Часть последнего соединяется с железом, образуя сталь. Остаток углерода соединяется с кислородом, генерируя нежелательный побочный продукт: углекислый raз. Изготовление 1 т стали сопровождается образованием 1,8 т диоксида углерода.

Почему мы применяем этот способ? Он дешевый, и пока человечество не заботило изменении климата, оснований искать другие методы не было. Добывать железную руду легко, а потому недорого. Уголь тоже дешевый, его залежей под землей хватает.

Хотя в США производство стали держится более или менее на одном уровне, мир продолжает наращивать объемы. Ряд стран, в частности Китай, Индия и Япония, уже опередили США, а к 2050 году на планете будут производить около 2,8 млрд т стали ежегодно. Итак, к средине века сталеварение приплюсует почти 5 млрд т выбросов углекислого газа в год, если мы не изобретем нового способа, который не будет вредить климату.

С бетоном еще тяжелее. Для его производства смешивают песок, воду и цемент. Первые три компонента относительно невинные, а вот цемент создает настоящую проблему. Для его изготовления нужен кальций. Чтобы добыть его, берут известняк, который состоит из кальция, углерода и кислорода, и сжигают в печи вместе с другими материалами. После сжигания получаем желаемый кальций для цемента и непрошенный углекислый газ. Каждая тонна цемента дает тонну углекислого газа.

Сейчас на первом месте по объемам производства бетона находится Китай, который производит больше, чем остальные страны вместе взятые. На втором – Индия, производящая только 1/7 от показателей КНР. По прогнозам на ближайшие 30 лет, сначала мировое производство цемента немного возрастет – строительный пик переместится из Китая в меньшие развивающиеся страны, а затем опустится почти до сегодняшних 4 млрд т.

По сравнению с цементом и сталью пластик – младенец. Люди использовали некоторые природные пластмассы, например резину, еще несколько тысячелетий назад, однако синтетические пластики заявили о себе только в 1950-х после нескольких важных открытий в химической технологии. Сейчас существует более 20 видов пластика. Это не только банальный полипропилен в упаковке из-под йогурта, но и интересные случаи: акрил в краске, полироле и стиральном порошке, микропластики в мыле и шампуне, нейлон в водонепроницаемой куртке и полиэстер в одежде.

Все типы пластика имеют нечто общее: углерод. Он незаменим для создания разнообразных материалов, потому что легко соединяется с различными химическими элементами. В пластмассах углерод обычно выступает в компании водорода и кислорода.

Углерод получают из переработанных нефти, угля или природного газа и продолжают обрабатывать, пока не получат конечный продукт. Это объясняет, почему «пластиковый» означает «дешевый». Цемент, сталь и пластмассы стоят копейки из-за низких цен на ископаемое топливо. Однако в пластике есть одно существенное отличие. В процессе изготовления цемента и стали углекислый газ попадает в атмосферу как побочный продукт, а вот при изготовлении пластика половина углерода остается в самом пластике. Углерод обожает связываться с кислородом и водородом, поэтому пластмассы разлагаются сотни лет.

Это наносит большой вред окружающей среде, ведь использованный пластик веками остается на свалках и в океане. Нужно найти выход. Микроскопические частицы пластика, плавающие в мировом океане, вызывают немало бед и травят морскую живность. Правда, к изменению климата они не причастны. Если говорить сугубо о выбросах, то углерод в пластике – это не так уж плохо. Поскольку пластмассы разлагаются очень долго, заключенные в них атомы углерода еще не скоро смогут попасть в атмосферу и повысить температуру планеты.

Как снизить уровень выбросов углекислого газа?

Человечество производит колоссальное количество материалов, и этот процесс сопровождается огромными выбросами парниковых газов – почти третью от 51 млрд т в год. Нам нужно уменьшить их до нуля, но просто остановить производство – не выход.

Чтобы вычислить зеленый премиум для материала, нужно понимать, когда именно в процессе производства появляются парниковые газы. Есть три этапа. Мы производим выбросы, когда:

1) используем ископаемое топливо, чтобы генерировать электроэнергию для работы заводов и фабрик;

2) сжигаем их, чтобы обеспечить теплом производственные процессы, например плавку железной руды при изготовлении стали;

3) производим продукт, например цемент, изготовление которого сопровождается образованием углекислого газа.

Рассмотрим, как эти этапы влияют на зеленый премиум.

Первый связан с производством электричества. С учетом затрат на хранение и передачу электроэнергии, а также потребности фабрик в круглосуточном электроснабжении, стоимость чистого электричества стремительно растет – и позволить его coбе смогут разве что США или страны ЕС.

Второй этап: как генерировать тепло без сжигания горючих ископаемых? Если производство не требует сверхвысоких температур, можно взять тепловые насосы. Но когда вам нужно 1000 °C и более, использовать электричество экономически нецелесообразно. Придется или привлечь атомную энергию, или сжигать ископаемое топливо и абсорбировать выбросы. К сожалению, улавливание углерода не безвозвозмездно. Оно увеличивает себестоимость товара и ложится на плечи потребителя.

И наконец третий: что делать, когда парниковые гaзы образуются непосредственно в производственных процессах? При изготовлении стали и цемента углекислый гaз выделяется не только из-за сжигания горючих ископаемых, а и как неотъемлемый продукт основных химических реакций.

Мы ничего не можем сделать с этими выбросами, кроме остановки соответствующих секторов промышленности. Если бы человечество решило пойти ва-банк, привлекая все имеющиеся на сегодня технологии, варианты остались бы те же, что и для второго этапа. Придется использовать ископаемые топлива и улавливать углерод, опять-таки увеличивает расходы. Какой же существует диапазон зеленых премиумов для чистых пластиков, стали и цемента при условии улавливания углерода?

На первый взгляд, за исключением цемента премиумы невелики. В некоторых случаях потребитель вообще не почувствует изменений. Например, в автомобиле за $30 000 может быть 1 т стали. Если ее себестоимость вырастет с $750 до $950, это не слишком повлияет на общую цену машины.

Но конечная цена для потребителя – не единственный фактор. Представьте, что вы работаете в администрации города и проводите тендер на ремонт моста. Поступает одно предложение из расчета $125 за 1 т цемента, а второе – из $250 за 1 т (с учетом улавливания углерода). Какое выберете? Если у вас нет конкретного стимула закупать углеродно-нейтральный цемент, в торгах победит более дешевое.

А теперь предположите, что управляете автозаводом: захотите ли вы платить на 25% больше за сталь? Подозреваю, что нет, особенно если конкуренты продолжат покупать дешевую. То, что цена автомобиля возрастет совсем немного, вас не спасет. Маржа и так была невелика, а тут на четверть подорожал ключевой материал. В индустрии с низкой рентабельностью премиум размером 25% способен превратить конкурентоспособный бизнес в банкрота.

Возможно, отдельные производители и возьмут на себя дополнительные расходы, чтобы по праву говорить о своем вкладе в борьбу с изменением климата. Однако системное изменение, необходимое, чтобы «дойти до нуля», мы с такими ценами не запустим. Не стоит надеяться и на потребителей, которые могли бы стимулировать снижение цен спросом на зеленые продукты. В конце концов, цемент и сталь покупают не отдельные люди, а крупные корпорации.

Что можно сделать? Можно стимулировать спрос на чистые материалы на государственном уровне: поощрения или даже требования покупать углеродно-нейтральный цемент и сталь. Бизнес будет готов доплачивать, если того требует закон, ожидают потребители и придерживаются конкуренты. Но – и это самое главное – нам нужны производственные инновации, способы изготовления вещей без углеродных выбросов. Посмотрим на отдельные возможности.

Самый сложный случай – с цементом. Однако ряд компаний имеют неплохие идеи.

Первая – брать переработанный углекислый газ, уловленный при производстве цемента, и закачивать его обратно в цемент перед использованием в строительстве. Сейчас метод позволяет снизить выбросы на 10%, но в перспективе достигнет 33%.

Второй подход предполагает изготовление цемента с использованием морской воды и уловленного на электростанциях углерода. Изобретатели считают, что их идея сократит объемы выбросов на 70%.

Даже в случае их успеха цемент не станет углеродно-нейтральным на 100%. Поэтому в ближайшем будущем при его изготовлении придется полагаться на точечное улавливания углерода, а также улавливание из воздуха, если оно станет более эффективным.

Для подавляющего числа других материалов требуется, во-первых, надежное чистое электричество. Она обеспечивает энергией 25% процессов в мировой промышленности. Чтобы продолжать их питать, человечество должно внедрять имеющиеся технологии генерации чистой энергии и искать новые пути дешевого производства и хранения безуглеродного электричества.

Вскоре мир потребует еще больше электроэнергии, потому что следующий способ сокращения выбросов называется электрификация. Это замена ископаемого топлива в индустриальных процессах электричеством. Есть очень крутая идея, как заместить уголь в производстве стали: прямой электролиз железной руды. Вместо сжигания железа и кокса в печи, вы пропускаете электрический ток через смесь жидкого оксида железа и других ингредиентов. Под действием электричества оксид железа разлагается на чистое железо и кислород. Ни единого углекислого газа. Похожим методом человечество уже более века очищает алюминий.

Чистая электроэнергия также поможет решить проблему с производством пластмасс. Если все частицы пазла сойдутся, однажды пластик станет тюрьмой углерода и будет забирать больше углекислого газа, чем выделяет.

Что для этого нужно? Прежде всего – безуглеродное топливо для процесса нефтепереработки. Или чистое электричество, или водород, производимый с его помощью. А еще – углерод без сжигания угля. Его можно получить из выловленного углекислого газа, но это довольно дорого. Еще многие компании работают над получением углерода из растений.

И последнее – углеродно-нейтральные источники тепла. Вероятно, это опять же чистое электричество, водород или природный газ с устройством для улавливания парниковых газов.

Если пазл сложится, мы сможем производить углеродно-отрицательный пластик. То есть человечество начнет забирать углекислый газ из воздуха и превращать его в бутылки и другие пластиковые изделия, в составе которых атомы углерода пробудут десятки или сотни лет. Мы будем вбирать больше парниковых газов, чем выбрасывать.

Кроме изобретения новых методов производства, мы можем просто использовать меньше материалов. Частично поможет переработка стали, цемента и пластика. Следует искать и новые способы снизить энергоемкость переработки. Не помешает найти этим материалам новое применение в промышленности. Можно конструировать здания и дороги с как можно меньшим содержанием цемента и стали.

Итак, пути к нулевым выбросам в промышленности следующие:

1. Электрифицировать все возможные процессы.

2. Получать энергию из декарбонизованной электросети.

3. Привлечь улавливание углерода, чтобы абсорбировать остальные выбросы.

4. Эффективнее использовать материалы.