Научный руководитель Института теплофизики им. С. С. Кутателадзе СО РАН академик Сергей Владимирович Алексеенко — о глобальных проблемах и вызовах, стоящих перед человечеством в стремительно меняющемся мире:

— Многие не любят и не верят в термин «глобальность», но здесь в него вкладывается следующее: наивно надеяться избежать участия в решении мировых проблем — они потому и глобальные, что затрагивают каждого. Даже если ты лично не виноват, скажем, в излишних выбросах парниковых газов, Земля — это общий дом, где всё взаимосвязано. Только общие усилия дадут положительный результат. Однако региональные особенности и задачи являются абсолютно разными даже в пределах одной страны, в этом главная проблема при принятии решений. В данный список глобальных проблем XXI века включены не вообще все мировые проблемы, а именно те, что действительно возникли весьма неожиданно и подлежат обязательному разрешению. С учетом разных мнений, вплоть до прямо противоположных, дадим ряд необходимых комментариев.

Изменение климата и разрушение озонового слоя Земли

Наибольшее влияние на развитие мировой экономики и вообще человеческого сообщества в XXI веке оказало изменение климата. Рост температуры поверхности Земли связывается с глобальным потеплением, основной причиной которого считаются выбросы парниковых газов, прежде всего CO2. Полагается, что антропогенная эмиссия CO2 играет ключевую роль. Надо сказать, что до сих пор не утихают споры по поводу механизмов изменения климата. Тем не менее специалисты уверены, что научные доказательства вполне убедительны, хотя даны на вероятностной основе. При сопоставлении глобальных численных моделей Земной системы (в том числе российских) методом исключения продемонстрировано: только учет антропогенных выбросов парниковых газов дает вклад в изменение температуры, хотя доля человека в сравнении с природой невелика — не более 5 %. Объяснения непростые, но понятные, и обусловлены они обратными связями. В частности, малый рост температуры за счет низких антропогенных выбросов парниковых газов приводит к заметному росту влажности. А вода — это сильный парниковый газ. Главным виновником антропогенных выбросов объявлена энергетика на органическом топливе, поскольку энергетический сектор дает 3/4 выбросов парниковых газов. При выполнении требований Парижского соглашения, конечная цель которого — не допустить повышения температуры на 2 °C до конца XXI столетия, структура мировой энергетики в ближайшие десятилетия должна претерпеть радикальные изменения: отказ от угля и газа в качестве топлива и переход к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ): предполагается, что к 2050 году 90 % электроэнергии будет производиться из ВИЭ, в том числе 70 % за счет ветра и солнца, что выглядит нереальным. Многие страны планируют достичь углеродной нейтральности уже к 2050 году. В России утверждена Климатическая доктрина Российской Федерации. Тем самым «проблема глобального изменения климата признается одним из приоритетов внутренней и внешней политики Российской Федерации», а также «определяются дополнительные меры по декарбонизации, позволяющие достичь не позднее 2060 года баланса между антропогенными выбросами парниковых газов и их поглощением». Хотя это тоже кажется малодостижимым. Помимо относительно монотонного повышения глобальной средней температуры Земли, особо следует обратить внимание на рост экстремальных погодных явлений регионального масштаба, таких как засухи, наводнения, ураганы, экстремально высокие и экстремально низкие температуры. Еще более опасные события могут быть связаны с необратимыми явлениями, например таяние ледниковых щитов Антарктики.

Касаясь вопроса изменения климата, невозможно обойти стороной разрушение озонового слоя Земли. Большинство людей считает: проблемы с озоновым слоем не существует и всё это было происками ряда химических концернов. Однако это глубокое заблуждение. Уже более десяти лет не меняются взгляды специалистов на проблему озонового слоя, идут лишь уточнения и принимаются новые поправки и международные соглашения. Исследования проводятся под эгидой Всемирной метеорологической организации, и результаты публикуются регулярно во внушительных отчетах, последний из которых вышел год назад: Scientific Assessment of Ozone Depletion, 2022// World Meteorological Organization. Ozone Research and Monitoring — GAW Report No. 278. 520 p. Основные выводы таковы. Показано, что антропогенные выбросы ОРВ (озоноразрушающих веществ) типа фреонов приводят к разрушению озонового слоя Земли и образованию озоновых дыр в Антарктике, впервые обнаруженных в 1985 году. Так, молекулы озона разрушаются хлором и бромом, причем эти реакции носят каталитический характер. Показано, что разрушение озонового слоя и изменение климата взаимосвязаны, поскольку ОРВ и их заменители являются парниковыми газами, как и озон. Вклад фреонов в глобальное потепление через радиационный эффект составляет весьма заметную величину — около 10 %. Снижение выбросов ОРВ, благодаря соблюдению Монреальского протокола (1987 г.), позволяет избежать глобального потепления примерно на 0,5—1 °C к 2050 году по сравнению с экстремальным сценарием с неконтролируемым увеличением ОРВ на 3—3,5 % в год. Соблюдение принятой в 2016 году поправки Кигали к Монреальскому протоколу, которая требует поэтапного сокращения производства и потребления некоторых гидрофторуглеродов (альтернативы ОРВ) в климатических целях, по оценкам, позволит избежать потепления на 0,3—0,5 °C к 2100 году. Обнаружен обратный эффект — парниковые газы сильно влияют на разрушение озонового слоя. Поэтому восстановление озона зависит от выбросов парниковых газов. Неожиданный результат: много выбросов CO2 — общий озон быстро восстановится (в 2030 г.), мало выбросов CO2 — общий озон вообще не восстановится к 2100 году! В этом проблема принятия решений по климату.

РАЗВИТИЕ ЭНЕРГЕТИКИ В НОВЫХ УСЛОВИЯХ И ЕЕ КЛЮЧЕВАЯ РОЛЬ В ТЕХНОГЕННОМ ОБЩЕСТВЕ

Отчетливо продемонстрировано, что преобладающий вклад в глобальное потепление вносит энергетика на органическом топливе. Значительный вклад она вносит и в разрушении озонового слоя, так как озоноразрушающими веществами являются преимущественно хлорсодержащие фреоны, которые являются основным рабочим телом таких энергетических установок, как тепловые насосы, холодильные машины, кондиционеры и другие. В связи с этим необходимо принимать радикальные решения по развитию энергетики и в первую очередь последовательно осуществлять декарбонизацию, однако со скоростями, не превосходящими экономические возможности страны. В сфере энергетики на органическом топливе прежде всего следует повышать эффективность производства энергии. Радикальным подходом является применение технологий с секвестированием CO2. И здесь наибольшая надежда на цикл Аллама, предусматривающий сжигание топлива в кислороде и использование сверхкритического CO2 в качестве рабочего тела. Альтернативными безуглеродными технологиями являются атомная энергетика и возобновляемые источники энергии. Непременным условием для успешного развития большинства видов ВИЭ является разработка эффективных способов хранения энергии, в том числе большой емкости и мощности. В числе наиболее перспективных ВИЭ видится геотермальная энергетика с переходом в будущем на глубинное (петротермальное) тепло, запасы которого неограниченны. Водородная энергетика, на которую у многих большие надежды, носит вторичный характер, поскольку для производства водорода требуется применение множества сложных технологий. То же касается электротранспорта. По оценкам МIT, при оптимальном развитии энергетических технологий органическое топливо может использоваться без особых ограничений вплоть до 2100 года с вкладом в электрогенерацию до 39 % (сегодня около 60 %), но при условии секвестирования СО2. В то время как солнце и ветер дадут вклад лишь 23 %.

Теперь о фреонах. Поскольку практически все основные рабочие тела типа фреонов в тепловых машинах являются либо озоноразрушающими, либо парниковыми (или и то и другое), следовательно, существует принципиальная проблема выбора рабочих веществ для холодильной техники, тепловых насосов, органического цикла Ренкина. По этой причине на переходный период рассматриваются озонобезопасные фреоны (но обладающие парниковым эффектом), а в будущем — фреоны нового поколения без парникового эффекта, пока чересчур дорогие. Наиболее подходящими рабочими телами (неводного типа) с точки зрения озонобезопасности и парникового эффекта являются давно известные природные агенты: углеводороды типа пропана и изобутана, углекислый газ, аммиак. У каждого свои особенности, в частности токсичность и горючесть. Аммиак выглядит особо перспективным, поскольку освоен в глобальных масштабах, кроме того, это лучший способ хранения водорода, и он является эффективным топливом для топливных элементов.

АДАПТАЦИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА К ИЗМЕНЕНИЮ КЛИМАТА

Признавая неизбежность изменения климата, следует сделать вывод, что попытки удержания и даже снижения температуры поверхности Земли приводят к колоссальным затратам. Более приемлемый путь состоит в разработке мер по адаптации человечества к изменению климата, не отказываясь от методов декарбонизации экономики и извлечения СО2 из атмосферы. Последствия изменения климата достаточно хорошо просчитаны и в деталях излагаются в Шестом оценочном докладе Межправительственной группы экспертов по изменению климата МГЭИК (2021 г.), в материалах Конференции ООН по изменению климата 2023 года в ОАЭ (COP28) и иных документах. Другой пример — упомянутые выше сценарии MIT (2021 г.): в них предлагается ограничиться уровнем повышения температуры в 2 °C к 2100 году в отличие от радикальных предложений ООН. На Общем собрании РАН в декабре 2023 года также даны предложения по разработке научно обоснованных мер по адаптации к изменениям климата.

БОРЬБА С ПАНДЕМИЯМИ КАК УСЛОВИЕ ВЫЖИВАНИЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА

2020-е годы ознаменовались не только всплеском климатических проблем, но и внезапно нагрянувшей пандемией коронавируса, к которой человечество оказалось полностью неготово. То, что раньше описывалось в фантастических романах, проявилось в реальной жизни. Сразу было заявлено, что человечество уже не будет таким, как раньше, что мы и наблюдаем. Потери мировой экономики с 2020-го по 2023 год составили рекордные $ 3,7 трлн, с наибольшими последствиями для стран с формирующейся рыночной экономикой и развивающихся. Но главное, что мировое сообщество не смогло сплотиться для решения внезапно возникших проблем. То же касается и России и непосредственно Российской академии наук. До сих пор неясно, как же надо лечиться и предохраняться. До сих пор не дана правовая оценка принятых мер профилактики и лечения. До сих пор непонятно, справимся ли мы с новыми масштабными нашествиями инфекций.

Переход к многополярному миру

Опять же на 2020-е годы пришелся и пик военных конфликтов с невероятным противостоянием, что с признанной всеми очевидностью должно привести к многополярному миру — впервые в современной истории. Конечно, в числе других веских причин — резкие изменения в экономической мощи ряда стран и образовании новых политических альянсов, что существенно меняет расстановку сил. В конкуренции крупнейших экономик мира гегемония США прерывается на глазах. К 2028 году Китай должен обойти США по номинальному ВВП, а если сравнивать ВВП на основе паритета покупательной способности (ППС), что некоторые экономисты считают более информативным, то уже сейчас Китай лидирует в мире и превосходит по этому показателю США в 1,2 раза. Да и Россия выглядит здесь не так уж слабо, занимая пятую строчку в рейтинге, уступая США в 5,4 раза. Принципиально возрастает роль БРИКС. С учетом пяти новых присоединившихся членов ее вклад в мировой ВВП (ППС) составляет 36 %, а по населению — 45 %! А ведь на очереди еще 30 стран — кандидатов в члены БРИКС. С точки зрения перечисленных выше глобальных проблем вопрос о способности стран договариваться, скажем, по проблемам изменения климата становится весьма труднопредсказуемым, а натянутые отношения и жесткие санкции вынуждают создавать новые коалиции и развивать экономики в невыгодных для них условиях.

РЕГУЛИРОВАНИЕ НАРОДОНАСЕЛЕНИЯ

Это еще одна растущая на глазах глобальная проблема. Тысячи лет население мира прибавлялось по одному и тому же гиперболическому закону, вплоть до 1970-х годов. Затем этот рост определялся линейным законом, но когда численность землян составила 8 миллиардов, этот закон стал нарушаться, сопровождаясь существенным сокращением темпов роста. По прогнозам ООН, к 2086 году население Земли достигнет пикового значения примерно в 10,46 млрд человек и далее начнет снижаться до 10,35 млрд в 2100-м. По другим данным, пик настанет в 2064 году и составит 9,73 млрд, а в 2100-м — 8,79 млрд. Конечно, маловероятно монотонное сокращение населения. Скорее всего, популяция человечества будет колебаться, как это описывается известной моделью Лотки — Вольтерры, — моделью взаимодействия двух видов типа «хищник — жертва». Численность населения крайне важна для прогноза энергопотребления. Но гораздо больше проблем возникнет расовых и национальных, а возможно, и просто из-за необходимости введения мер по ограничению рождаемости, когда будет затронуто основное право граждан — право на жизнь.

ИНФОРМАЦИОННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ И ЕЕ ПОСЛЕДСТВИЯ ДЛЯ РАЗВИТИЯ И СУЩЕСТВОВАНИЯ ВЫСОКОРАЗВИТОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ

Из всего перечня проблем эта тема является скорее исключением, поскольку затрагивает наивысшие достижения человечества. По оценкам, единственная настоящая технологическая революция XXI века ожидается именно в сфере IT, с очень широким спектром проявлений. Больше всего дискуссий идет по поводу искусственного интеллекта, но это далеко не всё. Подразумевается полная цифровизация всех мыслимых и немыслимых технологических и общественных процессов без какого-либо участия человека, то есть контроля с его стороны. На первый план выходят вопросы кибербезопасности. Вне желания человека будет известна вся информация о субъекте, включая местонахождение любой личности и ее внутреннее состояние в любое время. Человек перестанет быть индивидуумом и становится управляемым извне. Основные тенденции будут связаны с интеграцией живого и неживого, что приведет к непредсказуемым последствиям. С этим и связаны мрачные прогнозы ученых о самоуничтожении высокоразвитых цивилизаций, которые существуют весьма ограниченное время.

РЕГИОНАЛЬНЫЕ ПРОБЛЕМЫ И ОСОБЕННОСТИ РОССИИ

Перечисленные выше глобальные проблемы имеют региональные особенности, и они разительно могут различаться для разных стран. Нас интересует в первую очередь Россия со своими уникальными особенностями.

Во-первых, специфика развития энергетики в РФ обусловлена тем, что мы являемся страной с огромными запасами органического топлива, обширной территорией и холодным климатом. Глупо отказываться от дешевого углеводородного сырья в угоду ВИЭ, которые невыгодны для условий России. Но главная причина — у нас, в самой холодной стране мира, огромная доля энергии потребляется в виде тепла для обогрева (175 ГВт из 450 ГВт в мире, то есть почти 40 %!). Невозможно столько тепла производить из ВИЭ!

Во-вторых, специфика климатических изменений на территории России состоит в том, что рост температуры происходит в 2,5 раз быстрее, чем в среднем на планете. Поэтому существенно снижаются затраты на отопление (до 15%), повышается урожайность сельхозкультур, увеличиваются сроки навигации по Северному морскому пути. Обширные территории, покрытые лесом и другой зеленой растительностью, создают благоприятные условия для компенсации выбросов углекислого газа. Но есть и негативные последствия, прежде всего связанные с таянием вечной мерзлоты.

В-третьих, российская экономика развивается в беспрецедентных санкционных условиях, что требует крайне высоких затрат на импортозамещение, зачастую совершенно невыгодное. Необходимо искать новые рынки сбыта и новых партнеров, при этом учитывать возможность возобновления прерванных связей, скорее всего на ином уровне.

В-четвертых, осуществляется интенсивный переход от сырьевой экономики к инновационному развитию, что сопровождается разнообразными рисками и глубокой перестройкой, как отраслей промышленности, так и образа мышления.

В-пятых, необходимо реализовывать производство продукции с высокой добавленной стоимостью в добывающих регионах: в Сибири и на Дальнем Востоке, что является залогом опережающего развития, как этих территорий, так и всей России, но не следует забывать об экологических последствиях, которые обязательно возникнут при высокой концентрации промышленного производства.

В заключение можно сделать лишь один вывод — без привлечения научного и кадрового потенциала Российской академии наук и вузов немыслимо выполнение поставленных грандиозных задач научно-технологического развития России в условиях существующих глобальных изменений. А ориентиры должны быть самые высокие, как бы это фантастически не звучало: выход на уровень роста ВВП не менее 7—8 %. Однако чудес не бывает. Для реализации указанного потенциала необходимы соответствующие условия, а именно: обеспечение финансирования науки в размере не менее 2 % от ВВП РФ, с отдельной строкой на фундаментальные исследования; повышение заработной платы в сфере науки; формирование спроса на научный результат; подготовка, а главное, исполнение документов федерального уровня, регламентирующих инновационное развитие страны и роль науки в этом процессе. К сожалению, хотя ряд подобных документов уже существует, похвастать особо нечем. В Стратегии научно-технологического развития РФ (2016 г.) указано, что основным механизмом ее реализации является выполнение комплексных научно-технических программ и проектов (КНТП), включающих в себя все этапы инновационного цикла: от получения новых фундаментальных знаний до их практического использования, вплоть до их выхода на рынок. Здесь простор для науки! Увы, за семь прошедших лет не реализовано ни одного КНТП, и только год назад началось финансирование всего лишь нескольких проектов на всю страну. Дальше — больше. Недавно принята Концепция технологического развития на период до 2030 года, основанная на упомянутой стратегии и других документах, где уже в деталях описываются механизмы инновационного развития. При этом вводятся новые понятия: технологического суверенитета, а также критических и сквозных технологий, зато никак не упоминается базовое понятие КНТП. Приведенный перечень сквозных технологий (правда, отмечено, что он предварительный) не выдерживает никакой критики, поскольку в нем представлено больше технологий второстепенного значения либо предложений на уровне общих слов без каких-либо пояснений.

Наконец, как ни печально, необходимо искать пути ликвидации разрушительных последствий реформирования науки в 2013 году.