Отопление: повысим эффективность

Если наши климатические модели верны и если мы действительно должны ограничить глобальное потепление до 2 ℃ (а лучше до 1,5 ℃), чтобы избежать серьезных последствий из-за повышения температуры на планете, нам придется предпринять ряд беспрецедентных шагов для сокращения выбросов веществ, содержащих углерод. Обычно всех привлекают новые технологии, которые обеспечивают большую эффективность (светодиоды) или предлагают абсолютно новые методы преобразования энергии (электромобили). В принципе, более практичным было бы сохранять энергию, но, к сожалению, нам доступно не так много способов (за исключением, как мы видели, тройного стеклопакета) распространить эту политику на сферу, которая всегда была самой энергозатратной в холодном климате: отопление домов.

Примерно 1,2 млрд человек вынуждены отапливать свои дома: около 400 млн в ЕС, Украине и России, еще 400 млн в Северной Америке (за пределами юга и юго-востока США) и 400 млн в северо-восточных, северных и западных провинциях Китая. И везде наилучшие способы обогрева уже настолько эффективны, насколько это возможно на практике.

Эффективные отопительные системы распространялись на удивление быстро. В 1950-х гг. моя семья – мы жили у чешско-немецкой границы – отапливала дом дровами, сжигая их в чугунных печах. Эффективность этого процесса не превышает 35 %; остальное тепло уходит через дымоход. Когда я учился в Праге в начале 1960-х гг., в городе топили бурым углем – низкокачественным лигнитом, – и печь, в которой я поддерживал огонь, имела эффективность от 45 до 50 %. В конце 1960-х гг. мы жили в Пенсильвании на верхнем этаже маленького дома в пригороде, где была старая печь, сжигавшая нефть с эффективностью 55–60 %. В 1973 г. наш первый дом в Канаде отапливался газом с эффективностью 65 %, а 17 лет спустя в новом, суперэффективном доме я установил печь с КПД 94 %, а затем заменил ее на новую модель, эффективность которой составляет 97 %.

Устройство бытовой газовой печи

И пройденный мной путь, со сменой топлива и повышением эффективности, повторили десятки миллионов людей в Северном полушарии. Благодаря дешевому североамериканскому природному газу и поставляемому в Европу (более дорогому, но все равно доступному) газу из Нидерландов, Северного моря и России, именно это самое чистое ископаемое топливо заменило жителям стран с холодным климатом дерево, уголь и мазут. В Канаде производство печей со средней эффективностью (78–84 %) прекратилось в 2009 г., и в настоящее время во всех новых домах обязаны устанавливать печи с высоким КПД (не менее 90 %). Такие же нормы в скором времени введут во всех странах Запада, а растущий импорт газа уже заставляет Китай переводить отопление с угля на газ.

Таким образом, этот источник повышения эффективности отопления практически исчерпан. Очевидный следующий шаг – улучшение теплоизоляции наружных поверхностей домов (особенно окон), пусть даже это, возможно, и дорого. Во многих регионах популярны тепловые насосы (источником тепла им служит наружный воздух, а само тепло они передают через теплообменник), но они эффективны до тех пор, пока температура не падает ниже нуля; в холодном климате нужны резервные источники тепла. Можно нагревать дом с помощью солнечного тепла, но этот способ непригоден там, где он нужен больше всего: в очень холодном климате с долгими периодами пасмурной погоды, во время снежных бурь или в те дни, когда солнечные модули покрыты толстым слоем снега.

Если говорить о планах на долгий срок, то приведет ли необходимость ограничить глобальное потепление к каким-то неожиданным решениям, которые теперь кажутся немыслимыми? Я имею в виду самый разумный с точки зрения экономики способ, способный внести огромный и самый долговременный вклад в снижение углеродного следа от отопления: ограничить размер домов. В Северной Америке мы можем избавиться от так называемых McMansions – массово возводимых огромных особняков. Отказ от похожих домов в тропиках сократит затраты энергии на противоположный процесс – кондиционирование воздуха. Кто «за»?

Углерод: камень преткновения

В 1896 г. шведский ученый Сванте Аррениус впервые в мире выдвинул гипотезу о влиянии углекислого газа, выделяемого в результате деятельности человека, на температуру на нашей планете. Он вычислил, что удвоение содержания CO₂ в атмосфере по сравнению с текущим уровнем повысит среднюю температуру на 5–6 ℃. Эта оценка не слишком отличается от современной, полученной с помощью компьютерных моделей, состоящих более чем из 200 000 строчек кода.

Рамочная конвенция ООН об изменении климата была принята в 1992 г., а за ней последовали ряд встреч и соглашений по климату. Но глобальные выбросы углекислого газа продолжали расти.

В начале XIX в., когда массовую добычу угля вела только Великобритания, глобальные выбросы углекислого газа от сжигания ископаемого топлива были незначительными, менее 10 млн тонн в год (чтобы перевести в массу углекислого газа, просто умножьте это число на 3,66). К концу столетия углеродные выбросы превысили 500 млн тонн, а в 1950 г. достигли 1,5 млрд тонн. Послевоенный рост экономики в Европе, Северной Америке, СССР и Японии – а также экономики Китая после 1980-х гг. – привел к последующему четырехкратному увеличению выбросов, приблизительно до 7 млрд тонн в 2000 г. За два столетия, с 1800 по 2000 г., перенос углерода из ископаемого топлива в атмосферу возрос в 650 раз, а население планеты – только в шесть!

В новом столетии наблюдаются разнонаправленные тенденции. К 2017 г. в Европейском союзе углеродные выбросы уменьшились приблизительно на 15 % из-за замедления экономического роста и старения населения; тот же процесс отмечался и в Соединенных Штатах, – здесь причиной стало то, что вместо угля все чаще использовался природный газ. Но все эти выгоды свелись на нет из-за углеродных выбросов в Китае, которые увеличились с 1 млрд тонн примерно до 3 млрд тонн – одно это увеличило глобальные выбросы почти на 45 %, до 10,1 млрд тонн.

Сжигая огромные запасы углерода, накопленные в окаменелостях на протяжении минувших геологических эпох, люди повысили концентрацию углекислого газа в атмосфере до уровня, которого не было уже три миллиона лет. Глубокое бурение ледников в Антарктиде и Гренландии позволяет нам извлекать тонкие трубки льда с крошечными пузырьками воздуха, и чем больше глубина, с которой берется образец, тем старше лед. Анализируя воздух из этих крошечных пузырьков, мы можем восстановить историю содержания CO₂ в атмосфере – начиная с периода, отстоящего от нашей эры на 800 000 лет. В то время концентрация углекислого газа колебалась от 180 до 280 миллионных долей (ppm), то есть составляла 0,018–0,028 %. В последнем тысячелетии она оставалась относительно постоянной, от 275 ppm в 1600 г. до 285 в конце XIX в. Регулярные измерения содержания углекислого газа в атмосфере стали проводить в 1958 г. на вершине вулкана Мауна-Лоа (Гавайи); в 1959 г. средняя величина составляла 316 ppm, в 2015 г. – 400, а в мае 2019 г. был зарегистрирован рекорд, 415 ppm.

В богатых странах выбросы будут сокращаться, а темп их роста в Китае постепенно замедляется. Однако он ускоряется в Индии и Африке, и поэтому вряд ли мы в ближайшем будущем увидим существенное глобальное снижение.

Парижское соглашение по климату 2015 г. восхвалялось как первый договор, в котором государства приняли конкретные обязательства по снижению выбросов в будущем. Но в реальности таких стран было немного, а механизм принуждения отсутствовал, и, даже если бы к 2030 г. удалось достичь заявленных целей, углеродсодержащие выбросы все равно бы возросли почти на 50 % в сравнении с уровнем 2017 г. По данным исследования, проведенного в 2018 г. Межправительственной группой экспертов по изменению климата, единственный способ ограничить повышение температуры в пределах 1,5 ℃ – без промедления начать резкое сокращение углеродного следа, сведя его к нулю в 2050 г.

Это возможно – но маловероятно. Достижение этой цели потребует фундаментальной трансформации мировой экономики в масштабе и со скоростью, которые беспрецедентны в истории человечества, и решить эту задачу будет невозможно без серьезных экономических и социальных потрясений. Самая большая трудность – избавить миллиарды людей от бедности, не обращаясь к ископаемому топливу. Богатые страны использовали сотни миллиардов тонн угля, нефти и стали, чтобы добиться высокого уровня жизни. Но в настоящее время у нас нет доступных безуглеродных альтернатив, пригодных для быстрого и массового внедрения в производство огромных количеств «четырех столпов» современной цивилизации – аммиака, стали, цемента и пластмасс, – которые в ближайшие десятилетия потребуются в Африке и в Азии. И контраст между серьезной обеспокоенностью глобальным потеплением, постоянными выбросами рекордных объемов углекислого газа и нашими возможностями переломить эту ситуацию вряд ли мог оказаться еще разительнее.