Материал: Промышленность и окружающая среда.

Работа, совершаемая растениями, природными ресурсами и человеком

Рис. 4.1. Потоки энергии, обеспечивающие работу фермы (по Г. Одуму, Е. Одуму, 1978 г.)

Работа по производству продуктов питания

Рис. 4.2. Потоки энергии и денег на ферме (по Г. Одуму, Е. Одуму, 1978 г.)

численные значения потокам энергии, поступающим на ферму (рис. 4.1). Когда продукты питания избыточны, они превращаются в товар. После продажи товара в обратном направлении движется поток денег (рис. 4.2). Числами показано количество единиц энергии, поступающей и выходящей за день в процессе работы фермы.

Каждый поток можно было бы выразить в определенных единицах: удо­ брения - в килограммах, осадки - в миллиметрах, солнечный свет - в кило­ калориях 1 см-2, стоимость машин - в рублях или долларах, продукцию - в килограммах и т.п. Использование общей единицы (ккал сут.-1) позволяет сравнивать разные энергетические потоки.

венно механизмы восстановления, так и транспортировку отходов от мест использования к местам восстановления, а ресурсов —в обратном направле­ нии. Функционирование этих процессов осуществляется за счет бесплатной для человека солнечной и гравитационной энергии. Однако производитель­ ность этих естественных процессов небеспредельна. Имеется предел, огра­ ничивающий количество ресурсов, которое природа способна восстановить без посторонней помощи. Люди могут и должны вкладывать средства в ин­ тенсификацию природных процессов, но тогда право повторной эксплуата­ ции уже не дается даром. Это направление обычно называют “охраной ок­

ружающей среды”.

Антропогенно-возобновимые ресурсы (АВР). Эти ресурсы в принципе могут быть восстановлены для повторного использования, но естественные механизмы либо недостаточны, либо полностью отсутствуют. Это главным образом - полезные ископаемые (черные, цветные и прочие металлы) и не­ металлические сырьевые материалы (сера, калийные соли, фосфаты, стройматериалы и пр.). Регенерацию отходов этих ресурсов может прово­ дить только само общество за счет материалов и энергии, имеющихся в его распоряжении. При этом человек должен обеспечить не только работу са­ мих по себе процессов восстановления, но и сбор, хранение и транспорти­ ровку отходов. Это направление называют “обращение с отходами”.

Невозобновимые ресурсы (НВР). Эти ресурсы не могут быть восстанов­ лены для повторного использования. К ним относятся различные энергоре­ сурсы, как наиболее распространенные углеводородные, так и перспектив­ ные - уран и другие радиоактивные материалы.

Хотя в сумме они составляют менее 1% (см. табл. 4.4), за счет их необ­ ратимой диссипации человек получает возможность интенсифицировать природные процессы возобновления и формировать антропогенные ресурс­ ные круговороты. Как безвозвратное рассеивание солнечной и гравитаци­ онной энергии поддерживает функционирование естественных регенераци­ онных механизмов, так и необратимое разрушение других энергоносителей позволяет обществу субсидировать природные и создавать искусственные циклы ресурсов.

Итак, большинство используемых человеком ресурсов являются возоб­ новимыми и могут быть вовлечены в круговороты “ресурс—отход-ресурс” посредством природных и антропогенных механизмов.

Для функционирования ресурсных циклов требуются затраты на добычу и возобновление ресурсов, которые образуют общие затраты ресурсного ци­ кла. Часть регенерационных вложений берет на себя природа, бесплатно для человека восстанавливая определенную долю потребляемого им сырья. Од­ нако, как уже было замечено, интенсивность этих естественных механизмов ограничена. Поэтому по мере увеличения объемов ресурсопользования об­ щество само должно начать вкладывать энергию, материалы и т.п. в возобно­ вление ресурсов, с регенерацией которых природа не справляется. Итак, рост объемов ресурсопользования сопровождается появлением и ростом антропо­ генных регенерационных затрат (инвестиции в охрану окружающей среды), за счет чего достигается искусственная интенсификация ресурсных циклов.

Известны три способа взаимодействия природы и общества, закономер­ но сменяющие друг друга по мере повышения материальных потребностей цивилизации.

«ПРИРОДА - МАТЬ»

Отходы

Рис. 4.3. Взаимодействие общества и природы в процессе ресурсопользования при техноло­ гиях типа “природа-мать”, “природа-соратник” и “природа-экспонат”

“Природа-мать” В экологии этот механизм известен под названием “природа не прощает” Возобновление ресурсов осуществляется только за счет природных механизмов (рис. 4.3). Общество несет затраты лишь на до­ бычу ресурсов и не несет никаких расходов на их восстановление.

Исторически это самый первый тип ресурсопользования, в чистом виде реализованный в первобытную эпоху охоты и собирательства, когда ис­ пользование ресурсов требовало затрат только на их добычу (выслежива­ ние зверей или поиски съедобных растений). Однако именно с этого начи­ нается использование любого ресурса, когда бы он не начал использоваться человечеством. Так, развитие животноводства начинается с отгонных тех­ нологий, когда возобновление кормовых ресурсов осуществляется только за счет природных механизмов. Потребление любых видов минерального сырья идет исключительно за счет разработки их запасов, без антропоген­ ного восстановления отходов и вовлечения их в повторное использование.

Такая же схема до недавних пор доминировала в процессе индустриального водо- и воздухопотребления, при котором использование этих ресурсов не сопровождалось никакими затратами на их восстановление. Данный про­ цесс осуществлялся природными механизмами. После достижения пределов интенсивности этих механизмов технологии типа “природа-мать” не способ­ ны обеспечить возрастающие потребности общества.

По имеющимся данным, собирательство обеспечивало в год от 0,4 до 20 кг продуктов питания на 1 га площади. С использованием данных о био­ массе животных, которые могут быть объектом промысла, продуктивность охоты оценивается в среднем в 0,1-50 кг/га (в отдельных регионах, напри­ мер, в тропической саванне Африки - 250 кг/га). Таким образом, собира­ тельство и охота были способны дать людям с продуктами питания (0,2-200) • 103 ккал/га в год. При этом затраты на охоту и собирательство не превышали 10-20% той энергии, которую человек получал с пищей.

“Природа-соратник”, или “природа эластична”. Возобновление ресур­ сов идет как за счет естественных, так и за счет антропогенных механизмов, что дает возможность увеличивать количество используемых ресурсов и под­ держивать интенсивность их циклов на уровне, недоступном только природе. Человек несет расходы на добычу и частично на возобновление ресурсов, тратя на это часть материалов и энергии, имеющихся в его распоряжении.

Начало этого этапа взаимодействия природы и общества связано с воз­ никновением земледелия, когда первый крестьянин вернул земле часть по­ лученного урожая для возобновления растительного сообщества. По мере повышения объемов ресурсопользования человек все в большей мере ори­ ентируется на этот способ, а современная цивилизация реализует такую стратегию уже почти в отношении ко всем видам ресурсов.

Количество продуктов, получаемых в год с 1 га, выросло с (0,2-200) 103 ккал при собирательстве до 1000 103 ккал при залежном зерновом земледелии (Черноземная полоса России), до 7000 103 ккал при подсечно-огневом земледелии (выращивание кукурузы в Мексике) и до 10 000 • 103 ккал при выращивании овощей в Новой Гвинее.

Доля вложений в восстановление ресурсов в общих затратах на ресурсо­ пользование увеличилась до 70%. В настоящее время таким способом, есте­ ственно еще не в полной мере, осуществляется цикл природно-возобнови­ мых ресурсов. Так, увеличение использования ресурсов растительной био­ массы определяется все возрастающим участием человека в процессах ее ежегодного восстановления. В этом же направлении идут и процессы ис­ пользования ресурсов животной биомассы.

Во много раз увеличились затраты на восстановление воды и воздуха. Это же относится и к использованию вторичного металлического сырья.

Итак, переход от стратегии типа “природа-мать” к стратегии типа “при­ рода-соратник” позволил поставить рост ресурсопользования в прямую за­ висимость только от увеличения затрат общества на восстановление ресур­ сов. На определенном этапе это приводит к тому, что по мере увеличения объемов ресурсопользования участие естественных природных процессов возобновления в функционировании ресурсного цикла начинает снижаться, т.е. человеку приходится отказываться от регенерационных услуг природы. Это вызвано тем, что за долгие годы ресурсопользования, когда общество брало у природы услуги в долг, этот долг накопился до огромных размеров.

Эволюция производства каучука, или т в год 1%

Только на территории Российской Федерации объем производственных от­ ходов, выпавших из цикла “ресурс-отход-ресурс”, составляет около 90 млрд т. Этот объем и есть одна из характеристик долга общества приро­ де. Именно потому мы находимся на стадии перехода к третьему варианту стратегии ресурсопользования.

“Природа-экспонат”, или “природа не прощает". Возобновление ресурсов идет полностью за счет общества, оно обеспечивает все ресурсные циклы, в первую очередь за счет необратимой диссипации невозобновляемых энергоре­ сурсов. Природа играет в этом случае, по Люри, роль “музейного экспоната”.

Наиболее логичен этот путь для АВР. Уже ныне доля вторичных мате­ риалов в общем объеме их производства для разных элементов составляет 30-50% и более, а отходы редких металлов восстанавливаются практически полностью, хотя их циклы и подпитываются за счет добычи первичного сы­ рья. Таким образом, проблема создания искусственных круговоротов АВР давно вышла из области фантастики.

Логично ожидать, что наиболее ярко процесс создания искусственных ресурсных циклов (ИРЦ) должен проявляться для тех ресурсов, потребно­ сти в которых велики, а природные ресурсы малы. Таким материалом, на­ пример, является каучук. Вначале он добывался с дикорастущих деревьев (технология “природа-мать”), низкие “производственные мощности” и огра­ ниченный ареал распространения которых ограничивали возможности его добычи. Увеличение использования каучука пошло вначале по пути созда­ ния плантации каучуконосов (“природа-соратник”), а затем, по мере даль­ нейшего роста потребностей в нем, за счет искусственного получения этого продукта (табл. 4.5).

Таким же путем создания ИРЦ общество, безусловно, будет стремиться двигаться в отношении большинства других дефицитных ресурсов.

Ресурсные циклы —отнюдь не изобретение человека. Именно создание квазизамкнутых круговоротов различных веществ, функционирующих за счет невозобновимых источников энергии, позволило живой природе в те­ чение миллионов лет эксплуатировать имеющийся в ее распоряжении огра­ ниченный запас минерального сырья. Ресурсные проблемы общества в принципе аналогичны, и нет ничего удивительного в том, что человек, того не осознавая, воспользовался чужим открытием.

Однако здесь мы снова возвращаемся к исходному главному вопросу о соотношении в использовании природных и техногенных ресурсов. Рассмо­ трим ситуацию с производством металлов.