Кондиционер для Ближнего Востока

Проблема климатического кризиса, с которым Грета Тунберг нас призывает бороться, сводится к нахождению решения по прямому управлению климатом. С инженерной точки зрения, борьба с плохим климатом и действия, направленные на улучшение климата, означают одно и то же: «Воздействие на климатическую систему Земли с целью изменения ее параметров в желаемом направлении». Нужно управлять климатом на региональном и глобальном уровне. Уже озвучена цифра в 90 триллионов долларов, которые нужно инвестировать в климат до 2050 года. Если такие финансовые средства вложить не в малоперспективную декарбонизацию, а в строительство климатических машин, то реально можно получить более комфортный, более ровный и более стабильный климат. Естественная нестабильность земной климатической системы будет скомпенсирована управляющими воздействиями со стороны диспетчеров климатических машин.

В этом посте будет пример региональной климатической машины, позволяющая радикально улучшить климат восточного средиземноморья. Это колыбель европейской цивилизации. В этой зоне имеются разнообразные письменные свидетельства про климат прошлого.  Многие современные пустыни раньше были лесами, полями и пастбищами. Надо попытаться повернуть вспять процесс опустынивания, вернуть оптимальный климат времен Римской империи. Для этого, в районе Суэцкого канала, надо прорыть будущий Суэцкий пролив. Ориентировочные размеры: ширина – 10 километров, глубина – 100 метров ниже уровня моря, длина – 180-200 километров.

Будущий пролив соединит воды Средиземного и Красного морей. Куда потечет вода? Как Средиземное море, так и Красное море растянуты на тысячи километров и имеют слоистое строение, поэтому ветровой нагон воды имеет решающее значение. В зависимости от сезонных господствующих ветров вода может течь и на юг, и на север. На возникшее течение наложится  приливное течение.

Чтобы управляемо увеличить поток теплых южных вод в Средиземное море, можно использовать водяные насосы на электрической тяге. Одно из возможных размещений такой насосной станции – устье Суэцкого залива. Там, по обоим берегам, пустынные места, удобные для строительства солнечных и ветровых электростанций.  Дешевая зеленая электроэнергия позволит уменьшить эксплуатационные издержки этой климатической машины. Огромные первоначальные капитальные затраты при весьма умеренных эксплуатационных расходах. Ремонтные и текущие расходы будут сильно меньше чем дополнительные доходы и экономия от хорошего климата. Если какое-либо поколение людей осилит строительство такого объекта, то последующим поколениям хватит сил и желания делать себе хорошую погоду.

Перейдем к цифрам. Посчитаем объем земляных работ:

 10км × 100м × 200км = 200км³.

Это объем грунта, который сейчас находится ниже уровня моря. Удвоим это число, чтобы учесть рельеф местности, необходимые откосы берегов и т.д. Всего примерно 400 миллиардов кубических метров земляных работ. При хорошей организации, использовании специальной техники можно принять стоимость в $1 за кубический метр грунта. Тогда копка Суэцкого пролива обойдется в $400 миллиардов.

Считаем сколько электроэнергии надо потратить в год, при равномерной перекачке потока в один миллион кубических метров воды в секунду (31600 миллиардов кубических метров в год). Реальных параметров подобных водокачек мы не знаем, поэтому примем, что воду надо поднять на 2 метра при кпд насоса в 60%.

  31600•10^9м³ × 1000кг/м³ × 9,8м/с² × 2м / 0,6 = 10^18Дж = 290 млрд. кВт•ч (в год)

В доковидные времена уже анонсировалась цена, для новых солнечных и ветряных электростанций, в 4 американских цента за киловатт-час. Умножая 4 цента на 290 миллиардов  киловатт-часов, получаем $12 миллиарда (доковидных) за год. Это оценка расходов на эксплуатацию климатической машины в год. За лучший климат для одного миллиарда человек в регионе цена не кажется высокой. Какой климат станет вместо теперешнего? Будут более теплые, более дождливые и более короткие зимы. Вегетационный период станет длиннее. В некоторых местах станет возможным выращивание зимней культуры в открытом грунте. Будет большая экономия топлива на зимнем обогреве. Летняя температура будет, примерно, как сейчас или немного прохладнее, вследствие большей облачности и большей влажности почвы.

Насколько больше осадков? Из Красного моря будет поступать вода со среднегодовой температурой 25°C, из Средиземного моря будет выходить вода с температурой 14°C. При охлаждении на 11°C на месте будет рассеиваться

   31600•10^9м³ × 1000кг/м³ × 4,2кДж/(кг × °C)  × (25°C ˗ 14°C) = 1,5•10^21Дж  (в год)

Делим эту энергию на теплоту испарения воды 2,4МДж/кг

  1,5•10^21Дж / 2,4МДж/кг = 600 млрд. м³ (воды в год)

В само Красное море вода втекает из Индийского океана со среднегодовой температурой около 29°C, а вытекать в Суэцкий пролив будет с расчетной температурой 25°C.  Аналогичные расчеты для Красного моря дают дополнительное рассеяние 0,55•10^21Дж тепла в год и дополнительное испарение 220 млрд. м³ воды в год. В итоге Евразия и Африка получат дополнительные 820 км³ осадков, потратив на это 290 млрд. кВт•ч в год. При цене киловатт-часа $0,04 кубический метр дополнительных осадков (с доставкой ) обойдется в 1,5 цента. По такой цене можно даже мелеющие моря наполнять, такие как Мертвое море, Каспийское море, Аральское море.

Если этот дополнительный кубометр осадков выпадет на пшеничное поле, то урожай увеличится на 1кг зерна, а если в горах, то сначала оросит деревья в лесу, потом стечет в одно из многочисленных водохранилищ. Когда пройдет через лопатки турбины гидроэлектростанции, то кубометр даст 1 кВт•ч на каждые 400м падения уровня воды. Важное обстоятельство – гидроэлектростанции дают ток тогда, когда нужно потребителю, независимо от того, светит ли солнце, дует ли ветер. После гидроэлектростанции вода заполняет русло реки, откуда ее качают многочисленные потребители.

На этих двух примерах видно, что увеличение количества осадков предложенным способом чрезвычайно выгодно экономически. Эти территории настолько плотно заселены людьми, что дождику невозможно будет промахнуться и выпасть в «бесполезном» месте. Тратится одна треть киловатт-часа дешевой, нестабильной, «зеленой» электроэнергии на перекачку воды и увеличивается на кубический метр количество осадков в Евразии и в северной Африке.

Теперь рассмотрим этот проект в глобальном масштабе, в контексте глобального потепления. При изъятии из Индийского океана одного миллиона кубических метров воды в секунду со средней температурой 29°C, на ее место из глубины океана через апвеллинг поднимется вода с температурой 3°C.

Упрощенная схема циркуляции вод мирового океана

Из Индийского океана будет изыматься поток тепла равный:

 10^6м³/с × 1000кг/м³ × 4200Дж/(кг × °C) × (29°C ˗ 3°C) = 0,11•10^15Вт = 0,11 ПВт (петаватт)

С чем этот поток тепла можно сравнить? Современный энергетический дисбаланс Земли, который ведет к глобальному потеплению, является предметом поиска климатологов. Цифры называются разные, мне чаще попадалось значение 0,9Вт/м². В пересчете на всю планету – 0,5ПВт. Примем, что половина этого избыточного тепла приходится на полосу Земли между тропиками – 0,25ПВт. Так вот, из 0,25ПВт изымается 0,11ПВт, т.е. 44%. Почувствовали мощу в мышцах? Один триллион американских баксов, одна великая египетская стройка и 44% от проблемы перегретых тропиков решена. Тропические кораллы получат дополнительное время на перестройку метаболизма. Я люблю кораллы и хочу их спасения!

Как насчет избыточного тепла в умеренной зоне? Часть этого избыточного тепла будет погашено большей облачностью и испарением дополнительных осадков. В случае тропиков тепло изымается непосредственно, для умеренных широт будут работать вторичные и последующие звенья цепи событий. Можно ожидать, что охлаждающий эффект будет сравним по значимости с охлаждающим эффектом для тропиков. Но увеличение количества и качества осадков для нас важнее. Учитывая западный перенос, дополнительные осадки достигнут даже бассейн Каспийского моря. Те же леса будут расти бодрее, депонируя атмосферный СО2.

Везде в расчетах я использовал поток воды в один миллион кубических метров в секунду. При реализации это будет управляемый параметр, при помощи которого климатическая система будет поддерживаться в определенных рамках. Может оказаться, что Памир, Тибет и Гималаи хотят стать одним сплошным ледником или Каспийское море переполняется, поэтому нужно снизить количество осадков. Как-то придется гармонизировать противоречивые требования, которые люди предъявляют к погоде и климату.

01 декабря 2022      © Victor T. Balaban