Политические и экономические аспекты концепции «зеленого» энергоперехода

Валерий ФЕДОРОВ
Ведущий научный сотрудник МГУ имени М.В. Ломоносова, к. г. н.
e-mail: fedorov.msu@mail.ru

Введение

Основу политики перехода к «зеленой» энергетике составляют широко распространенные представления о том, что основной причиной изменения глобального климата является парниковый эффект, связанный, главным образом, с эмиссией парниковых газов, вызванной деятельностью человека. Сжигание углеводородов приводит к увеличению содержания двуокиси углерода в атмосфере. Следствием этого, по мнению Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), является увеличение парникового эффекта, которым и определяется наблюдаемое потепление климата Земли. На противодействие потеплению климата направлено Парижское соглашение по климату и концепция «зеленого» энергоперехода. Эти представления внедрены и в Климатическую доктрину Российской Федерации, которой определяется внутренняя и внешняя политика страны в области климата.
Климат – это обобщенная характеристика состояния природной среды, включающая набор осредненных по времени для некоторого района (или Земли) гидрометеорологических, почвенно-­биологических и других показателей. В связи с тем, что развитие человека и общества тесно связано с окружающей природной средой, проблемы ее состояния носят уже экономический, экологический и социальный характер. Изменения климата наблюдаются во всех уголках планеты, потому эта проблема приобретает международную значимость. Решение вопросов, связанных с изменениями глобального климата, последствиями его изменений и адаптации к ним возможно только при участии органов государственной власти и государственного управления, а также общественных организаций. Таким образом, эта научная область становится и сферой общественных и политических интересов.

Политика России в области климата и ее научное обоснование

Основу климатической политики России составляет Климатическая доктрина (2009 г.). В ней отмечается, что изменение климата представляет собой комплексную междисциплинарную проблему, охватывающую экономические, экологические и социальные аспекты устойчивого развития Российской Федерации [2].
Правовую основу Климатической доктрины составляют Конституция РФ, федеральные законы, нормативные правовые акты Президента РФ и Правительства РФ, Рамочная конвенция ООН об изменении климата (1992 г.) и другие международные договоры России, в том числе по проблемам окружающей среды и устойчивого развития.

Климатическая доктрина базируется на фундаментальных и прикладных научных знаниях в области климата и в смежных науках. Научное обоснование Климатической доктрины «включает признание способности антропогенного фактора оказывать воздействия на климатическую систему, приводящие к значимым, в первую очередь неблагоприятным и опасным для человека и окружающей среды, последствиям» [2]. Это научное обоснование не является доказанным [3, 5, 8, 10]. Кроме того, в природе нет климатической системы. Есть природная система или окружающая нас природная среда, обобщенной характеристикой состояния которой, является климат. По сути, это простой набор осредненных статистических показателей: температуры, атмосферного давления, влажности и др. Этот набор может быть систематизирован, но он не обладает свой­ством эмерге́нтности, характерным для системы.
Известно, что основные факторы глобального климата – это солнечная радиация и парниковый эффект планеты.
Солнечная радиация является основным источником энергии, определяющим радиационный и тепловой баланс Земли (рис. 1).

Солнце излучает энергию, которая обеспечивает Землю теплом и светом. Лучистая энергия Солнца является основным источником энергии гидрометеорологических, биохимических и многих других процессов, происходящих в атмосфере, гидросфере, биосфере, криосфере и в поверхностном слое литосферы, а также важнейшим фактором развития жизни на Земле, обеспечивающим необходимые термические условия и фотосинтез. Как отмечал А. И. Воейков, «Солнце – единственный источник тепла, достаточно сильный для того, чтобы оказывать значительное влияние на температуру поверхности земли и воздуха». Годовой приход коротковолновой солнечной радиации на верхнюю границу атмосферы (ВГА) или на поверхность Земли без учета атмосферы в среднем составляет 5,49·1024 Дж (или 1367 Вт/м2) , что превосходит все мировые запасы невозобновляемых энергоресурсов. Этот приход во времени не является постоянным, он подвержен межгодовым и многолетним изменениям, связанным как с изменением активности Солнца, так и, в первую очередь, с изменением орбитальных характеристик Земли и наклона оси ее вращения, влияющих на облучение. Также варьирует распределение приходящей солнечной радиации по широтам и сезонам.
Парниковый эффект проявляется в удержании тепла, получаемого нашей планетой от Солнца. Любая планета обладающая атмосферой имеет и парниковый эффект. Известно, что основным парниковым газом на Земле является водяной пар. Его содержание в среднем составляет около 2 % и может достигать 4 % в единице объема воздуха. Содержание двуокиси углерода (СО2) всего 0,04 % (или 400 ppm – миллионных частей в единице объема воздуха), при этом около 1 % от данного количества приходится на двуокись углерода, связанную с деятельностью человека (то есть, 0,0004 % общего содержания в атмосфере по объему). Водяной пар удерживает приблизительно 76–80 % длинноволновой радиации, СО2 (суммарно природного и антропогенного происхождения) – от 4 [1] до 20 % [6]. Поскольку СО2 антропогенного генезиса составляет около 1 % от всего содержания СО2 в атмосфере, то по содержанию и удержанию тепла водяной пар на два-три порядка превосходит парниковые возможности СО2, связанного с деятельностью человека. Направленные на борьбу с потеплением мероприятия по сокращению выбросов СО2, предусмотренные Парижским соглашением, могут уменьшить содержание двуокиси углерода антропогенного происхождения приблизительно на 1/100 от 0,04 % в общем содержании СО2 в атмосфере. Поскольку 99 % общего содержания СО2 имеет естественное происхождение, то сокращение антропогенной составляющей на 0,0004 % не будет иметь климатического эффекта, а экологический эффект будет минимальным. Ощутимо он может проявиться только в мегаполисах. Содержание другого парникового газа – метана – составляет всего несколько миллиардных частей в единице объема воздуха (0,00018 %), то есть приблизительно в 220 раз меньше общего содержания СО2.
Действительно, Земля – планета водная. Мировой океан занимает 2/3 ее площади и является основным источником водяного пара в атмосфере. В горных и полярных районах Земли развиты ледники, а в Северном Ледовитом и Южном океанах распространены морские льды. На нашей планете существуют две гигантские ледниковые шапки (Антарктида и Гренландия), представляющие собой образования из Н2О, находящейся в твердой фазе. Также вода в твердой фазе находится в многолетнемерзлых породах и слое сезонного промерзания. На снимках из космоса видно, что Земля покрыта облаками, состоящими в основном из водяного пара. В зимнее время значительная часть земной поверхности в обоих полушариях покрывается снегом, а водные объекты – льдом. Вода присутствует на Земле в трех фазовых состояниях. Переход из одного состояния в другое сопровождается процессами выделения или поглощения тепла. Таким образом, роль воды, льда и водяного пара в природной системе Земли (с учетом известного гидрологического цикла – круговорот воды в природе), в процессах теплообмена и климатообразования несопоставима с ролью СО2, образующегося в результате деятельности человека. Содержание других парниковых газов (метан и пр.) еще на три порядка меньше, чем содержание двуокиси углерода (суммарно естественного и антропогенного происхождения). Климат – это обобщенная характеристика состояния природной среды. Он тесно связан с присутствием и круговоротом в природе воды [8, 10].
При отсутствии солнечного излучения температура на Земле была бы близка к температуре окружающего ее пространства – к абсолютному нулю или -273 °C. В настоящее время среднегодовая приповерхностная температура воздуха (ПТВ) на Земле составляет около +15 °C. В случае отсутствия у нашей планеты атмосферы (при существующем притоке лучистой энергии) ее температура была бы ниже существующей приблизительно на 39° [5, 10] и составила бы -24 °C.
Таким образом, температурный режим Земли, в основном, определяется двумя природными факторами: приходящей от Солнца радиацией и парниковым эффектом планеты (при этом главным парниковым газом является водяной пар). Учитывая, что температура окружающего Землю пространства составляет -273 °C и среднегодовая приповерхностная температура воздуха около +15 °C, приходящей от Солнца радиацией определяется приблизительно 86 % тепла (249°), а парниковым эффектом планеты – 14 % (39°). Можно предположить, что глобальное потепление климата вызвано, прежде всего, изменением таких факторов, как солнечная радиация и парниковый эффект, который связан с содержанием водяного пара в атмосфере.
Определено, что повышение температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха определяются уменьшением наклона оси вращения Земли [9, 10]. При уменьшении наклона оси вращения увеличивается поступление солнечной радиации в экваториальную область и сокращается ее поступление в полярные районы [4]. Это приводит к увеличению меридионального градиента инсоляции, которым регулируется меридиональный перенос радиационного тепла из экваториальной области в полярные районы [9, 10].
Ранее, на основе высокоточных астрономических эфемерид выполнены расчеты инсоляции Земли с большим пространственным и временным разрешением [10]. Дальнейший анализ показал, что многолетние изменения температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха характеризуются тесными положительными корреляционными связями с многолетними изменениями инсоляционной контрастности и отрицательными с многолетними изменениями угла наклона оси. Инсоляционная контрастность полушарий рассчитывается как разность инсоляции области источника тепла (0–45°) и инсоляции области его стока (45–90°). Инсоляционная контрастность, таким образом, обобщенно по областям источника и стока радиационного тепла отражает изменения меридионального градиента инсоляции.
Угол наклона оси вращения за период с 1900 по 2016 гг. уменьшился на 0,015°. Инсоляционная контрастность за этот период увеличилась на 0,7 Вт/м2. Увеличение температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха составило приблизительно на 1 и 0,9 °C соответственно. Выполненные по уравнению регрессии (по ансамблю линейных и полиномиальных решений) расчеты показали, что многолетние изменения температур в основном связаны с многолетними изменениями годовой инсоляционной контрастности (таблица 1).

Также многолетними изменениями инсоляционной контрастности в регрессионной модели объясняется:
– более 90 % многолетних изменений уровня Мирового океана [10];
– 76 % изменения среднегодовой площади морских льдов в Северном полушарии, 76 % минимальной площади морских льдов и 74,2 % сезонной амплитуды их площади [10];
– 95,1 % многолетних изменений среднегодовой площади морских льдов, 93,2 % максимальной площади и 89,2 % минимальной площади морских льдов в Северном Ледовитом океане [10];
– в среднем 95,9 % многолетних изменений суммарного баланса массы льда в ледниковых районах Северного полушария [7];
– 96,7 % многолетних изменений содержания двуокиси углерода в атмосфере.
Таким образом, определяются естественные причины тенденций изменения современного глобального климата. Основной из них является изменение наклона оси вращения Земли, регулирующее распределение приходящей к нашей планете солнечной радиации по широтам и сезонам, а также интенсивность меридионального теплообмена (работы «тепловой машины первого рода») [11]. Однако, в Климатической доктрине в качестве основной и единственной причины изменения климата указан антропогенный фактор, влияние которого в действительности на климат многократно уступает влиянию естественных факторов [2].
Физический механизм найденной тесной связи многолетних изменений температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха, содержания СО2 в атмосфере, площади морских льдов в Северном полушарии и суммарного баланса массы горных ледников в ледниковых районах с инсоляционной контрастностью, в обобщенном виде, сводится к следующему: связанное с уменьшением угла наклона увеличение инсоляционной контрастности, управляющее меридиональным переносом радиационного тепла или интенсивностью работы «тепловой машины первого рода», приводит к увеличению переноса тепла (циркуляционными процессами в атмосфере и вихревыми образованиями) из низких широт в высокие.
Следует учесть, что площади областей стока тепла в полушариях приблизительно в 2,7 раза меньше площади областей его источников. Поэтому, переносимое из низких широт в высокие широты радиационное тепло распределяется по меньшей площади, и его удельные характеристики возрастают. В результате меридионального переноса в областях стока тепло увеличиваются (явное тепло). Это приводит к увеличению испарения, повышению содержания водяного пара в атмосфере и усилению парникового эффекта. В результате происходит дополнительный рост температуры (по спирали). Этот процесс, постоянно повторяясь, усиливает потепление климата в Северном полушарии и приводит к сокращению площади морских льдов, горных ледников и деградации мерзлоты. Кроме того, в результате конденсации из-за адвекции теплых воздушных масс в высокие широты выделяется скрытое тепло, которое вносит дополнительный вклад в схему радиационного теплообмена в атмосфере (рис. 2).

Три нижних блока в схеме отражают механизм усиления процесса глобального потепления климата. Также следует учитывать положительные обратные связи – уменьшение альбедо из-за многолетнего сокращения площади морских льдов, горных ледников и усиление парникового эффекта из-за дегазации многолетнемерзлых пород в связи с потеплением климата.
Этим механизмом определяется повышение глобальной температуры, сокращение горных ледников и площади распространения морских льдов, деградация мерзлоты, повышение уровня Мирового океана, увеличение аридных площадей и засушливых периодов, увеличение содержания двуокиси углерода в атмосфере.
Следует отметить, что из-за различий в полушариях (Северное полушарие более континентальное, Южное полушарие – более океаническое) эволюция климата в них несколько отличается. Во-первых, вихревых образований (тропических и внетропических циклонов основных агентов меридионального переноса радиационного тепла) в Северном полушарии значительно больше, чем в Южном полушарии, в котором подстилающая поверхность более однородна. В Северном полушарии ежегодно регистрируется 60–80, в Южном полушарии 6–10 тропических циклонов. Энергия среднего тропического циклона оценивается в 1015 Вт (ПВт). Во-вторых, в Южном полушарии меридиональный перенос тепла заметно блокируется зональной циркуляцией («ревущие сороковые») в атмосфере и циркумантарктическим течением в Южном океане. Поэтому процессы потепления более заметно проявляются в Северном полушарии. Изложенная аргументация естественных причин изменения глобального климата составляет содержание, разработанной на географическом факультете МГУ имени М. В. Ломоносова солярной теории изменения климата [10]. Увеличение содержания СО2 а атмосфере является не причиной, а следствием потепления климата [3, 5, 10]. С увеличением температуры поверхности океана (которое определяется уменьшением наклона оси и усилением меридионального переноса радиационного тепла) растворимость двуокиси углерода в воде уменьшается и его содержание в атмосфере увеличивается.
Корреляционный анализ многолетней изменчивости содержания СО2, инсоляционной контрастности и угла наклона оси вращения показывает, что связь между этими переменными близка к линейной. Значение коэффициента корреляции содержания СО2 в атмосфере и инсоляционной контрастности составляет 0,988, содержания СО2 в атмосфере и угла наклона -0,989. Выполненные по уравнению регрессии (по ансамблю линейных и полиномиальных решений) расчеты показали, что 97,6 % многолетних изменений содержания двуокиси углерода в атмосфере определяются многолетними изменениями годовой инсоляционной контрастности. По рассчитанному прогнозу содержание СО2 в 2050 году составит 466 ppm. Содержание СО2 в атмосфере относительно 2015 года по естественным причинам увеличится на 65,5 ppm. Таким образом, ожидаемое увеличение содержания СО2 составит около 16,3 % независимо от финансовых и иных усилий по реализации концепции перехода на безуглеродную энергетику (рис. 3).

Это определяется тем, что только около 1 % СО2 в атмосфере имеет антропогенное происхождение, в то время как многолетняя изменчивость почти 99 % содержащегося в атмосфере СО2 на 97,6 % связана с многолетней изменчивостью инсоляционной контрастности. В случае реализации проекта энергетического перехода содержание СО2 в атмосфере к 2050 году можно сократить с прогнозируемых 466 ppm до 465,3 ppm, так как в увеличении на 65,5 ppm антропогенный вклад определяется величиной 0,655 ppm (1 %). При этом расходы на реализацию проекта «зеленого» энергоперехода, по разным данным будут составлять от 100 до 150 триллионов долларов США. Это стоимость доступного человечеству сокращения содержания СО2 в атмосфере на 0,655 ppm или миллионных долей в единице объема воздуха. Напомним, что ppm (parts per million) – это единица концентрации в миллионных долях по объему.
Таким образом, изменения глобального климата определяются естественными причинами и проект «зеленого» энергоперехода не окажет никакого влияния на естественный ход его эволюции. Для Земли в целом к 2100 г. ожидается рост аномалии приповерхностной температуры воздуха (относительно 2020 г.) на 1,03 °C, для Северного полушария – на 1,31 °C, для Южного – на 0,74 °C. Соответствующие абсолютные значения аномалии (относительно среднего за период с 1961 по 1990 гг.) в 2100 г. составят 1,63, 2,06 и 1,20 °C. Таким образом, аномалия приповерхностной температуры Земли в целом увеличится к 2100 г. относительно 2020 г. в 2,71 раза, в Северном полушарии – в 2,76, в Южном – в 2,42. Следствием повышения температуры поверхности океана и приповерхностной температуры воздуха, как отмечалось выше, является повышение содержания двуокиси углерода в атмосфере. Таким образом, концепция перехода на безуглеродную энергетику не имеет климатического смысла и экономически не оправдана. Уменьшение содержания двуокиси углерода объединенными усилиями стран-­участниц Парижского соглашения по климату возможно приблизительно на 0,0004 % от общего объемного содержания его в атмосфере, что может оказать некоторое положительное влияние только на экологию крупных городов, в которых сосредоточены производственные объекты. Вероятно, можно найти экономически более эффективные технические решения экологических проблем загрязнения атмосферы мегаполисов. Кроме того, «зеленый» энергопереход не подразумевает экологического смысла относительно таких компонентов окружающей природной среды как гидросфера, литосфера и криосфера (водные и земельные ресурсы), экологические проблемы в которых являются очевидными (например, загрязнение рек, озер, морей и океанов).

Экономические основы концепции «зеленого» энергоперехода

Основу политических заявлений, проектов и решений, как правило, составляет экономическая целесообразность. Реальная цель «зеленого» энергоперехода не борьба с глобальным потеплением. Фактически этот проект является фрагментом западной политики, направленной на сдерживание использования энергоресурсов России и, тем самым, противодействие ее экономическому развитию. Известно, что Россия обладает значительными запасами ископаемых энергоресурсов (нефти, газа, угля). В то же время, европейские страны имеют весьма ограниченные разведанные запасы ископаемых энергоресурсов, которые являются необходимым условием для экономического развития (таблица 2).
Значительными запасами нефти и газа в Европе обладает только Россия. В европейских странах (Германия, Украина и Польша) сосредоточены только запасы каменного угля. Предусмотренная проектом «зеленого» энергоперехода диверсификация в энергетической генерации экономически выгодна странам Запада, поскольку она создает с одной стороны возможности для определенной энергетической независимости западных стран, во‑вторых, сдерживает развитие потенциала энергетических ископаемых ресурсов России и ее экономики. Тем не менее, начавшаяся в Европе фаза перехода на альтернативные источники энергии из-за отсутствия собственных резервов ископаемых энергоресурсов (таблица 2) стала причиной наблюдаемого энергетического кризиса в Европе.

В настоящее время национальная политика в области климата основана на принятии на веру западных представлений, сформулированных в Парижском соглашении по климату и концепции «зеленого» энергоперехода. Это, вероятно, связано, в том числе с намерениями извлечения экономической выгоды Россией в международной торговле углеродными квотами. Эти высказывания основаны на объективном предположении высокой поглощаемости двуокиси углерода лесными массивами (запасы леса в России составляют 815 млн гектар, это 20 % мировых запасов и первое место среди стран мира), болотами (1 млн км2, это 37 % площади болот мира и 5,9 % территории страны), Северным Ледовитым океаном. Однако, не считая того, что антропогенный СО2 является не причиной, а следствием изменения климата, отечественные оценки поглощения вряд ли будут приняты.
Человечество не может повлиять на изменение глобального климата переходом на безуглеродную энергетику, поскольку эти изменения определяются естественными причинами и находятся за пределами энергетических возможностей человечества. К естественным изменениям климата экономически и социально следует адаптироваться заблаговременно, что возможно только на основе прогнозов, базирующихся на реальных естественных факторах этих изменений. Экологические проблемы можно и нужно решать. При этом, связанные с деятельностью человека проблемы загрязнения атмосферы, водных и земельных ресурсов можно решать более эффективно, если отделить вопросы изменения глобального климата, не связанные с деятельностью человека, от экологических проблем, являющихся следствием антропогенного фактора.
Рекомендуемые МГЭИК сценарные прогнозы, ориентированные в соответствие с представлениями Запада на содержание СО2 (увеличение содержание которого является не причиной, а следствием изменения климата) в атмосфере, приводят к неопределенности. Тем не менее, реальные, определенные и аргументированные прогнозы изменения состояния природной среды крайне необходимы для разработки стратегических планов социально-­экономического развития нашей страны.

Заключение

Проект «зеленого» перехода направлен против энергетических преимуществ нашей страны, под предлогом борьбы с глобальным потеплением климата. Изменения климата и увеличение содержания двуокиси углерода в атмосфере объясняются естественными причинами. Экологические проблемы, связанные с изменением климата и с деятельностью человека следует решать в рамках национальных экологических программ в соответствие с экономическими возможностями стран (с международной координацией) применительно ко всем компонентам природной среды. Прогнозирование изменений климата и связанных с ними последствий должно базироваться на естественных факторах, основным из которых в настоящее время является уменьшение наклона оси вращения Земли, из-за которого происходит усиление интенсивности меридионального переноса радиационного тепла.
Учитывая полученные в нашей стране новые доказательства естественных причин изменения климата, представляется важным внесение соответствующих изменений в Климатическую доктрину РФ (в которой ведущим фактором признается усиление парникового эффекта из-за увеличения эмиссии СО2, связанного с деятельностью человека). Это будет способствовать укреплению независимости и суверенитета Российской Федерации.

Работа выполнена в соответствии с госбюджетной темой «Эволюция, современное состояние и прогноз развития береговой зоны Российской Арктики» (121051100167-1).