Энергетика
Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – стержень текущей глобальной повестки. И это не просто слова: в 2020 году на долю ВИЭ пришлось около 90% прироста всех генерирующих мощностей в мире. В мировой истории уже случались энергетические переходы. Так, с 1840 по 1900 гг. произошел переход от биомассы к углю, и уголь стал основным источником энергии в индустриальном мире. Второй энергопереход связан с распространением нефти (с 1915 по 1975 г.). Третий привел к широкому использованию природного газа за счет частичного вытеснения угля и нефти (с 1930 года). Сейчас происходит четвертый энергопереход - от ископаемых ресурсов к ВИЭ. Однако вместо одной технологической революции, как это было в случае с углем и паром, сейчас происходит целый комплекс технологических прорывов в энергоэффективности и декарбонизации, децентрализации и цифровизации энергетических ресурсов.

Главное в новом энергопереходе – представление, что удовлетворение потребностей человечества должно осуществляться без ущерба для экологии.

В Энергетической Лаборатории Архипелага 2021 мы прогнозировали пути развития России на глобальном энергетическом рынке, анализировали, как может произойти 'зеленый' энергопереход в нашей стране.

Определение терминов, которые встречаются в данной статье, даны в Карте понятий.
Декарбонизация — уничтожение, поглощение парниковых газов, которые уже находятся в атмосфере.
Методология составления карты сценариев будущего
Основным методом прогнозирования путей развития страны стал метод составления сценариев. Для того, чтобы посмотреть на развивающиеся энергетические и экологические тенденции во всем мире с разных точек зрения, мы проанализировали позиции лидеров мнений, владельцев крупных технологических корпораций и ученых. После чего были разработаны дорожные карты развития энергетики: для каждого возможного варианта развертывания будущего к 2050 году был написан оптимистичный сценарий, при котором предсказанное будущее достигается. Таким образом, мы шли с конца, развертывая сценарии будущего, исходя из представления об идеальном развитии событий в 2050 году.

При продумывании каждого шага мы отвечали на вопрос "Что должно произойти, чтобы осуществилось то или иное событие?" Кроме того, в ходе работы мы часто ставили под вопрос реалистичность достижения заявленного будущего к 2050 году. Каким образом, например, Россия может занять 20% рынка водородного топлива? Или как можно сократить количество выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу на 80% к 2030 году? Для ответов на эти вопросы были проанализированы технологические решения в разных странах мира, планы развития водородного топлива и ВИЭ. Мы узнали, какие тенденции наблюдаются на данный момент, в чем заинтересованы государства, компании и отдельные люди. Кроме того, мы постарались учесть возможность маловероятных событий, которые также могут повлиять на сценарий будущего. Для этого мы использовали метод Wild Cards.

В рамках работы мы выделили 3 наиболее популярных взгляда на будущее энергетики в России и в мире, которые мы назвали «Самоограничение», «Извлечение выгоды» и «Терраформация». Яркими представителями каждой позиции являются экоактивистка Грета Тунберг (позиция «Самоограничение»), глава «Роснано» Анатолий Чубайс (позиция «Извлечение выгоды») и философ и геополитик Бенджамин Браттон (позиция «Терраформация»). Каждый из них по-своему видит будущее энергетики в разных аспектах. Например, для Греты Тунберг будущее - это полный отказ от ископаемых источников энергии и переход на ВИЭ (самоограничение). А.Чубайс говорит о первенстве России на рынке водородного топлива (извлечение выгоды). А Б.Браттона больше всего интересует декарбонизация атмосферы, поглощение существующих парниковых газов в атмосфере и снижение количества их выбросов, то есть терраформирование Земли.

Карта сценариев будущего построена следующим образом: сначала идет ключевое событие - триггер, запускающий цепочку дальнейших событий. В конце представлено событие, которое случится из-за этих логических цепочек.

Далее, анализируя ситуацию по тому или иному направлению, например, изучая изменения в экологической обстановке в позиции "Самоограничение", мы выстраиваем "цепочку", а именно: расписываем те события, что уже происходят; ищем события, которые должны произойти в ближайшем будущем (проекты на стадии идеи тоже считаются). А вот события после 2035 года мы создаем иначе: рассматривая уже произошедшие события, мы отвечаем на вопрос, что нужно сделать для того, чтобы улучшить/удешевить технологию, и отталкиваясь от этого, выстраиваем "видение будущего".

Для развертывания карты мы взяли временной отрезок 2020-2050 гг.
2020-2035 гг. _- это то, что уже происходит и процесс чего не остановить. Нам остается только следить за развитием или отмиранием уже созданных технологий.
2035+ гг. — это ближайшее будущее, которое можно предсказать, анализируя события настоящего.
Терраформация - антропогенное изменение климатических условий планеты в целях улучшения экологии
Взгляд на будущее
Самоограничение

Известная во всем мире экоактивистка Грета Тунберг еще в 2018 стала призывать к незамедлительным действиям в борьбе с экологическими проблемами. Она заявляла, что миру необходимо сократить количество выбросов углекислого газа (СО2) в атмосферу на 80% к 2030 году. Таким образом, к 2050 году мы сможем ожидать полный отказ от ископаемых источников энергии и переход на ВИЭ, а также замену неэкологичного транспорта на электромобили. Однако, если мы проанализируем, что изменилось с 2018 года, мы увидим, что цель Греты Тунберг труднодостижима в короткие сроки.
Выстраивая сценарий будущего по этой позиции, мы выделили в качестве триггерного некое масштабное событие, которое резко привлечет внимание различных сообществ и сподвигнет ряд стран объединить усилия для совместной борьбы с глобальным потеплением и другими климатическими проблемами. В данном сценарии очень важна роль не только общественных движений, занимающихся популяризацией плана самоограничения среди обычных граждан, но и объединений на уровне государств. Одним из наиболее важных событий в развитии этого сценария является победа на выборах представителей партии "зеленых", за которой последуют преобразования на государственном уровне. Фактически, достижение поставленной цели в срок до 2050 года подразумевает осуществление полного энергетического перехода в кратчайшие сроки за счет принятия определенных мер в геополитике, проводящегося параллельно с общественной агитацией.
Извлечение выгоды

Сценарий будущего "Извлечение выгоды" основан на позиции Анатолия Чубайса - руководителя "Роснано", представителя президента по связям с международными организациями для достижения целей устойчивого развития. Суть выступлений А.Чубайса сводится к развитию водородной энергетической промышленности. В рамках данного прогноза на первом месте стоит экономика, тогда как экология вторична.
А для чего вообще необходимо развивать водородную энергетику? Согласно Чубайсу, Россия сейчас занимает главенствующее место в мировой энергетике за счет углеводородов. Но что будет, когда углеводород закончится? Уже сейчас в качестве источников энергии используются солнце, вода и ветер. Водород же может оказаться преимуществом на мировом рынке, когда запасы нефти и газа подойдут к концу. Итогом развития России по этому сценарию является то, что страна станет энергетической державой, заняв 20% рынка водородной энергетики. Более того, объем экспортной выручки от водородной энергетики превысит прибыль нефтяной промышленности.
Терраформация

Позиция Терраформации - антропогенного изменения климатических условий планеты в целях улучшения экологии - основана на взглядах на развитие энергетики американского философа и писателя Бенджамина Браттона. Если А.Чубайс рассматривает энергетическую отрасль и переход на ВИЭ с экономической и практической точек зрения, Б. Браттон подходит к вопросу философски. Он анализирует текущую ситуацию, в которой находится энергетика и экология, и пытается найти решение существующих проблем. Для него не важно, как именно будет осуществлен переход на новый тип энергии - главное, чтобы этот переход осуществился.

Одна из самых интересных идей в книге Б. Браттона «The Terraforming» - это мысль о том, что нужно использовать не только классический способ декарбонизации, то есть уменьшать количество выбросов углекислого газа в процессе производства, но очищать тропосферу от того газа, который скапливался там годами. Изменение же уровня загрязнения атмосферы можно описать с применением модели Даннинга-Крюгера.

Эффект Даннинга-Крюгера означает развитие чего-либо, происходящее не линейно, а своеобразными «наплывами», «волнами». Примером из нашей жизни является пандемия новой коронавирусной инфекции. Новая волна начинается каждый раз, когда люди становятся практически уверенными, что пандемия закончилась. В энергетике будущего экологическая проблематика имеет схожие тенденции развития. Вероятно, многие люди станут полагать, что «серебряная пуля» для управления состоянием атмосферы (технологии терраформирования) спасут экологическую обстановку. А это, в свою очередь, может привести к тому, что многие перестанут относиться к загрязнению атмосферы серьезно, так как будут считать, что каждый из них более не несет ответственности за климат. Следствием такого отношения станет рост количества парниковых газов в верхних слоях протосферы. Изменение же состояния воздуха займет не один десяток лет.
Водородная энергетика
Сценарии развития будущего отличаются друг от друга радикальностью принимаемых мер, скоростью энергетического перехода и применяемыми технологиями. В настоящее время сложно сказать с определенностью, какой путь развития наиболее верный. Однако мы точно можем говорить о необходимости развития такой отрасли, как водородная энергетика, поскольку водород является одним из центральных элементов в каждом из сценариев.

Водород обладает рядом преимуществ перед другими источниками энергии в производстве, транспортировке, хранении, а также является безвредным для окружающей среды. Уже сейчас начинает формироваться водородная экономика, то есть образ будущего в глобальной экономике, в которой водород становится новым глобальным энергоносителем и играет роль, сопоставимую с той, которую на данный момент играют уголь, нефть и газ.

Как работает водородная энергетика? Сейчас есть несколько способов получить водород. Первый — переработать природный газ или уголь. Это энергоемкий процесс, при котором выделяется значительное количество углекислого газа — основного парникового газа, вызывающего изменение климата. Полученный таким методом водород нельзя считать экологичным, поэтому его называют «серым».

Есть «зеленый» водород — его получают электролизом воды - разложением вещества на составные части под воздействием тока. Если электричество для этого процесса вырабатывают из возобновляемых источников, такое производство считается безвредным для природы. Когда говорят о водороде как о топливе будущего, имеют в виду именно «зеленый» водород.

Промежуточным вариантом между «серым» и «зеленым» водородом является «голубой» водород, когда при производстве «серого» водорода улавливают, а после захороняют углекислый газ.

Существуют также «желтый», «коричневый» и «бирюзовый» водород.

«Желтый», как и «зеленый» водород, получают путем электролиза. Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС). Выбросы углекислого газа при таком производстве отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным.

«Бирюзовый» водород получают через разложение метана на водород и твердый углерод путем пиролиза. Производство этого водорода дает относительно низкий уровень выброса углерода, который может быть либо захоронен, либо использован в промышленности, например, в производстве стали или батарей. Таким образом, углекислый газ не попадает в атмосферу.

Для получения «коричневого» водорода в качестве исходного сырья используется бурый уголь. Далее, с помощью газификации бурого угля образуется синтез-газ (сингаз): смесь углекислого газа (CO2), окиси углерода (CO), водорода, метана и этилена, а также небольшое количество других газов. Углекислый газ и окись углерода бесполезны в производстве электроэнергии. Это делает процесс получения «коричневого» водорода крайне неэкологичным по сравнению с другими методами.

Водород в энергетике будущего приоритетно рассматривается в качестве средства для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления энергии - сначала мы получаем его с помощью электролиза воды, после чего мы можем транспортировать водород куда и как угодно: по газопроводам, или же в галлонах. После того, как водород дошел до потребителя, мы воспроизводим обратный электролизу процесс - пропускаем водород через топливные ячейки, в которых он отдает электроны после реакции с кислородом. То есть, происходит превращение водорода обратно в электричество, которые можно использовать для различных нужд.
Пиролиз метана - это процесс, осуществляемый при температуре 1200-1500°С с последующим быстрым охлаждением продуктов реакции.
Заключение
XXI век является переходным во многих аспектах. Для того, чтобы не произошло отставание технологической отрасли от проектов, задуманных человечеством, необходимо анализировать текущую ситуацию и составлять прогнозы на будущее.

Карта сценариев будущего развития энергетической отрасли создавалась группой людей - школьников и взрослых - которые пытались посмотреть на энергетику комплексно.

Благодаря карте сценариев, у нас есть конкретный и пошаговый анализ развития энергетической отрасли в России. С его помощью можно не только познакомится с основными событиями в энергетике (открытиями, людьми, новыми установками), но и выстроить собственную позицию в отношении развития этой отрасли науки и технологии.

Карта сценариев будущего - это плод воображения, в который мы постарались вдохнуть жизнь и логику.
Карта понятий
Водородная энергетика – отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для аккумулирования, транспортировки, производства и потребления энергии.

Водородное топливо / Водород (H₂) - альтернативное топливо, которое получают из углеводородов, биомассы, мусора.

Возобновляемая («зеленая») энергия – энергия на основе ресурсов, являющихся неисчерпаемыми по человеческим меркам.

Возобновляемые источники энергии (ВИЭ) – энергоресурсы природных процессов на планете, а также продуктов жизнедеятельности биоценозов растительного и животного происхождения. Примеры ВИЭ: ветер, солнечная энергия, геотермальная энергия и так далее.

Декарбонизация – снижение количества выбросов в атмосферу.

Партии «зеленых» (ЗЕЛЕНЫЕ) - политические партии и объединения, выступающие за защиту окружающей среды, за развитие гражданских прав, разоружение, проведение политики мира и так далее.

Терраформация (терраформирование) – антропогенное изменение климатических условий планеты в целях улучшения экологии. Мы заложили это понятие в основу одного из составленных сценариев, подразумевая определение, данное Бенджамином Браттоном в его книге «The Terraforming».

Экоактивист - человек, занимающий активную позицию по отношению к охране окружающей среды.

Электромобиль – автомобиль, приводимый в движение одним или несколькими электродвигателями с питанием от независимого источника электроэнергии (аккумуляторов, конденсаторов и т.п.), а не двигателем внутреннего сгорания

Электролиз воды – физико-химический процесс, при котором под действием постоянного электрического тока вода разлагается на кислород и водород. Является одним из наиболее экологичных способов получения водорода как источника энергии.

Энергетическая сверхдержава - государство, обладающее большими разведанными запасами нефти, природного газа, угля, урана или возможностями использования возобновляемой энергии и являющееся крупнейшим экспортером энергоносителей хотя бы одного вида носителя энергии.

Энергетический переход (энергопереход) – значительное структурное изменение в энергетической системе. В истории выделяется 4 энергоперехода:
  • Первый – от биомассы к углю. С 1840 по 1900 г.; уголь стал основным источником энергии индустриального мира.
  • Второй связан с распространением нефти (с 1915 по 1975 г.).
  • Третий привел к широкому использованию природного газа (с 1930 года по настоящее время) за счет частичного вытеснения угля и нефти.
  • В настоящее время начинается четвертый энергетический переход: от ископаемых ресурсов к возобновляемым источникам энергии.

Материалы работы лаборатории
Вы можете рассмотреть схемы и карты сценариев, разработанные участниками лаборатории, скачав их в pdf-формате.
Авторы
Виктория Елчева
Участница лаборатории "Энергетика"
Александр Рассказчиков
Участник лаборатории "Энергетика"
Мария Самбурова
Участница лаборатории "Энергетика"
Руководитель лаборатории
Игорь Чаусов
руководитель аналитического направления Инфраструктурного центра "Энерджинет"
Участники лаборатории
Дарья Карасева