Энергетика является не только важнейшей отраслью мировой экономики, определяющей ее состояние и перспективы развития, но и тем видом человеческой деятельности, который, наряду с сельскохозяйственным производством, оказывает наибольшее влияние на локальное и глобальное изменение окружающей нас среды, на состояние всей биосферы. Ежегодно при добыче ископаемых энергоресурсов человечество извлекает на поверхность и перемещает десятки миллиардов тонн породы, а в процессе получения энергии выбрасывает в атмосферу десятки миллиардов тонн диоксида углерода и огромное количество других химических соединений, оказывая тем самым серьезное влияние на природные условия и климат нашей планеты. Экологические проблемы, связанные с использованием ископаемых топлив, стали одной из наиболее серьезных глобальных проблем, что в немалой степени способствовало росту интереса к альтернативным источникам энергии. Однако если большинство экологически проблемных выбросов, связанных с энергетикой, имеют скорее локальный характер, то есть влияют в основном на состояние близкорасположенных территорий, то неизбежное при использовании углеродных топлив образование диоксида углерода и других парниковых газов рассматривается сейчас как одна из глобальных экологических проблем.

Диоксид углерода является важнейшим парниковым газом, содержание которого в атмосфере наряду с метаном, парами воды и другими менее важными в этом отношении компонентами определяет среднюю температуру земной поверхности. Поскольку последствия глобальных климатических изменений могут иметь катастрофические последствия вплоть до полной гибели цивилизации, а в качестве одной из основных версий о причинах наблюдаемых изменений рассматривается антропогенная эмиссия диоксида углерода, метана и ряда других газов, этой проблеме сейчас уделяется очень большое внимание. Серьезность проблемы изменения климата побудила правительства подавляющего большинства стран мира подписать в 1997 г. Киотский протокол об ограничении и частичном снижении эмиссии парниковых газов. Основной упор был сделан на сокращение эмиссии диоксида углерода, подавляющая часть которого производится мировой энергетикой при сжигании ископаемого углеродного топлива.

С тех пор было проведено и продолжает проводиться огромное количество научных исследований и технологических разработок, посвященных проблемам сокращения выбросов СО₂ или их утилизации при производстве энергии. Однако простые оценки показывают практическую нереальность сбора и утилизации заметной части громадного объема диоксида углерода, эмитируемого энергетикой в атмосферу. Современная энергетика потребляет ежегодно уже более 10 млрд т (в нефтяном эквиваленте) углеродного топлива, то есть почти 10 млрд т углерода. Это приводит к ежегодному выбросу в атмосферу более 30 млрд т, или 30 трлн м³ углекислого газа. Если учесть, что подавляющая часть СО₂ выбрасывается в атмосферу в составе дымовых газов тепловых электростанций, где его концентрация менее 12 %, становится ясно, что существенное воздействие на уровень его эмиссии требует ежегодной переработки значительной части громадного потока в 250 трлн м³ дымовых газов.

Это экономически нереальная задача, т. к. при современном уровне технологии стоимость извлечения и удаления тонны диоксида углерода из разбавленных дымовых газов составляет от 100 до 300 долларов, что примерно в три раза превышает стоимость топлива, сжигаемого при образовании такого количества диоксида углерода. Объем необходимых для этого затрат сопоставим с ВВП, производимым всей мировой экономикой. А для энергетического обеспечения самого процесса извлечения СО₂ потребуется дополнительное количество энергетических ресурсов, вполне сопоставимое с их текущим потреблением. То есть практическая реализация технологий улавливания СО₂ на самом деле приведет к значительному росту его производства и заметному увеличению скорости истощения и без того дефицитных энергоресурсов. Поэтому единственно реальным и наиболее рациональным путем смягчения антропогенного влияния на климатические изменения является снижение удельной энергоемкости мировой экономики (рис. 9) и более рациональное использование природных энергетических ресурсов.

В настоящее время только в процессах нефте– и газодобычи ежегодно в мире на нескольких тысячах месторождений выбрасывается в атмосферу или сжигается в факелах 150–170 млрд м³ углеводородных газов, что составляет примерно 4–5 % объема их мировой добычи. Причем объем факельного сжигания попутных газов не снижается, несмотря на все предпринимаемые усилия. А подавляющая часть мирового производства электроэнергии до сих пор осуществляется на установках с КПД 30–40 %, в то время как уже разработаны энергоустановки на основе парогазового цикла, позволяющие поднять этот показатель до уровня выше 60 %, переход на которые позволил бы почти вдвое сократить расход топлива.

В качестве важнейшей меры снижения эмиссии диоксида углерода в последние годы, особенно после начала масштабной добычи сланцевого газа в США, рассматривается замена угольных электростанций на газовые ТЭЦ. С экологической точки зрения природный газ является наименее проблемным из всех ископаемых источников энергии. Он не содержит тяжелых металлов и перед подачей в магистральные трубопроводы подвергается очистке от серосодержащих соединений. Но самое главное, из-за более высокой доли в молекуле метана водорода, который при сгорании превращается в воду, при выработке такого же количества энергии из природного газа в атмосферу выбрасывается в три раза меньше диоксида углерода, чем при сжигании угля (рис. 66).

Рис. 66. Удельная эмиссия диоксида углерода при получении энергии из различных источников

Однако более низкий объем загрязнений, особенно диоксида углерода, производимый альтернативными источниками энергии (рис. 66), делает их особенно привлекательными в глазах не только экологов, но и населения, особенно промышленно развитых урбанизированных стран. К сожалению, по причинам, рассмотренным нами выше, мы не можем серьезно рассчитывать на значительный вклад атомной энергетики или возобновляемых источников в мировое производство энергии, а следовательно, на снижение выбросов СО₂ за счет их более широкого использования. Однако и сами вопросы о том, является ли именно энергетика и вообще антропогенная деятельность основной причиной наблюдаемых климатических процессов, и можно ли в принципе остановить эти процессы за счет экологического регулирования и перехода на альтернативные источники получения энергии, остаются открытыми. В следующей главе мы рассмотрим их более подробно.