4.2. ПРОБЛЕМЫ И ПРАВИЛА СУММИРОВАНИЯ РЕСУРСОВ

Наша основная позиция основана на том, что при выборе решения, касающегося любого социально-экономического мероприятия, то действие оправданно, которое потребует минимального суммарного расхода ресурсов. Условно выделим три основные группы ресурсов: энергетические, материальные и социальные. Примем априорно правильным ранее высказанное нами положение о том, что минимальный экологический вред соответствует минимальной сумме расходуемых ресурсов. Эта позиция имеет тот недостаток, что она не может учесть все возможные варианты. Например, для совершенствования производства необходима дополнительная территория, освоение которой может оказать воздействие на неустойчивость экосистем. Или: для ликвидации безработицы необходимо создать поле трудовой деятельности, что требует, например, вырубки леса. Можно привести и другие примеры. Однако предлагаемый нами подход является универсальным, принципиально поддающимся расчету, и поэтому при отсутствии опыта прогнозного определения последствий принимаемых решений, на наш взгляд, он не должен вызвать негативных откликов.

Следовательно, следующим шагом в разработке методических основ подготовки прогнозов должно быть принятие некоторых правил суммирования различных ресурсов.

Прежде всего речь должна идти о размерностях. В табл. 4.2 приведены кратные единицы величин. Вопрос о размерности суммы расходуемых ресурсов (интегрального ресурса) для обеспечения определенного технического или социально-экономического мероприятия является исключительно важным.

Расход энергетических ресурсов выражается в единицах, приведенных в табл. 4.3, расход материальных ресурсов может быть отражен в единицах массы, объема или в стоимостном выражении. Наиболее сложно выразить расход социальных ресурсов.

Анализ этих слабо изученных проблем приводит к важному выводу: общей единицей для расчетов расхода различных ресурсов может служить энергетическая единица. Моделью этого подхода могут служить построения Цветковой и др. (1999 г.). Несмотря на их очевидность и даже некоторую банальность, они позволяют создать основы методики расчетов.

"Деньги - это мера стоимости различных видов товаров... Приравненные к деньгам стоимости всех товаров приобретают одинаковое выражение и становятся сравнимыми между собой".

Аналогичный эквивалент было бы целесообразно использовать для количественной оценки различных ресурсов. Потоки денег и энергии тесно взаимосвязаны: поток денег противоположен потоку энергии. Придадим 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: удобрения - в килограммах, осадки - в миллиметрах, солнечный свет - в килокалориях. 1·см^-2, стоимость машин - в рублях или долларах, продукцию – в килограммах и т. п. Использование общей единицы (ккал·сут.^-l) позволяет сравнивать разные энергетические потоки. Деньги можно приблизительно выразить в единицах энергии, и наоборот. Соотношение энергии и денег определяется количеством энергии, вложенной в каждый обращающийся рубль. Чем больше энергии затрачено, тем выше реальная стоимость рубля.

В каждый момент времени существует некое среднее отношение суммы обращающихся денег к энергетическому потоку. Например, если в стране количество расходуемых денег ежегодно составляет около 1,4 трлн (10¹²) долл. и используется за год 35·10¹⁵ ккал энергии, то на 1 долл. приходится 25 000 ккал. Естественно, что соотношение неодинаково в различных частях энергетической системы, но можно оценить его для системы в целом.

Предположим, что некто зарабатывает и тратит 10 000 долл. в год, т.е. на поддержание жизнедеятельности этого человека затрачивается труд, эквивалентный 250 млн ккал·год^-1. Его личный годовой бюджет, затрачиваемый на продукты питания, составит около 1 млн ккал. Разность между этими величинами (249 млн ккал) характеризует работу сельскохозяйственных машин, электростанций, промышленности, транспорта, природы, людей и т.д. Совокупная энергия, затрачиваемая на поддержание жизнедеятельности человека, очень велика. Но, поскольку значительная часть этой энергии невидима для человека, он не представляет себе ее в полной мере.

Представленная схема, на наш взгляд, вполне работоспособна. Через подобные соотношения можно выразить большинство ресурсов (составляющих интегральный ресурс) в энергетическом эквиваленте.

4.3. Природные и техногенные ресурсы

Минимальное суммарное потребление ресурсов в определенной мере основано на возможно большем использовании техногенных ресурсов: вторичных энергоресурсов (ВЭР), производственных отходов, изменений в динамических свойствах систем и т.д. С точки зрения максимальной замены природных ресурсов техногенными выгоден максимальный выход техногенных ресурсов при функционировании любых производственных процессов. Этот максимальный выход, в свою очередь, возможен в условиях максимального расхода природных ресурсов и низкой эффективности производственного процесса, что определяет и наиболее неблагоприятное воздействие на окружающую среду.

Итак, между использованием природных и техногенных ресурсов лежат сложные взаимосвязи, а стопроцентное использование этих ресурсов одинаково невыгодно и, видимо, невозможно.

Определение соотношения "природные ресурсы - техногенные ресурсы" сложно анализировать без учета всеобщих связей в модели "общество-природа". Может быть, по этой причине серьезных исследований на эту тему проводится недостаточно. Одно из наиболее глубоких исследований принадлежит Д.И. Люри (1997 г.). «В основу предлагаемой концепции, - пишет Д.И. Люри, - положена с некоторыми изменениями идея ресурсных циклов, выдвинутая И.В. Комаром. Под ними здесь понимаются квазизамкнутые круговороты используемых человеком материалов по типу "ресурс-отход-ресурс". В результате добычи и последующей эксплуатации все ресурсы рано или поздно превращаются в отходы, которые полностью или частично восстанавливаются обратно в ресурсы посредством природных или антропогенных механизмов».

По принципиальной возможности и способу восстановления выделяют три типа ресурсов.

Прuродно-возобновuмые ресурсы (ПВР). Эти ресурсы после использования могут быть восстановлены до исходного состояния с помощью природных механизмов. Именно на этой основе возник и развивался человек как биологический вид, а затем общество долгое время пользовал ось только ПВР. И ныне они составляют около 99% всей массы потребляемых людьми ресурсов (табл.А.4).

Это главным образом вода (потребляемая для коммунальных нужд, орошения, охлаждения технических устройств и как среда для разбавления загрязнений и т.д.), воздух (для дыхания, окисления энергоресурсов, разбавления промышленных выбросов, охлаждения технических устройств и т.д.), биомасса растительная и животная, используемая в пищевых и непищевых целях (продукты сельского хозяйства, охотничьего и рыбного промыслов, древесина, природный каучук и пр.).

Регенерацию этих ресурсов обеспечивают известные биопродукционные, климатические и гидрологические процессы, включающие как собственно механизмы восстановления, так и транспортировку отходов от мест использования к местам восстановления, а ресурсов - в обратном направлении. Функционирование этих процессов осуществляется за счет бесплатной для человека солнечной и гравитационной энергии. Однако производительность этих естественных процессов небеспредельна. Имеется предел, ограничивающий количество ресурсов, которое природа способна восстановить без посторонней помощи. Люди могут и должны вкладывать средства в интенсификацию природных процессов, но тогда право повторной эксплуатации уже не дается даром. Это направление обычно называют "охраной окружающей среды".

Антропогенно-возобновuмые 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 неметаллические сырьевые материалы (сера, калийные соли, фосфаты, стройматериалы и пр.). Регенерацию отходов этих ресурсов может проводить только само общество за счет материалов и энергии, имеющихся в его распоряжении. При этом человек должен обеспечить не только работу самих по себе процессов восстановления, но и сбор, хранение и транспортировку отходов. Это направление называют "обращение с отходами".

Невозобновuмые ресурсы (НВР). Эти ресурсы не могут быть восстановлены для повторного использования. К ним относятся различные энергоресурсы, как наиболее распространенные углеводородные, так и перспективные - уран и другие радиоактивные материалы.

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

Итак, большинство используемых человеком ресурсов являются возобновимыми 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 цикла. Часть регенерационных вложений берет на себя природа, бесплатно для человека восстанавливая определенную долю потребляемого им сырья. Однако, как уже было замечено, интенсивность этих естественных механизмов ограничена. Поэтому по мере увеличения объемов ресурсопользования общество само должно начать вкладывать энергию, материалы и т.п. в возобновление ресурсов, с регенерацией которых природа не справляется. Итак, рост объемов ресурсопользования сопровождается появлением и ростом антропогенных регенерационных затрат (инвестиции в охрану окружающей среды), за счет чего достигается искусственная интенсификация ресурсных циклов.

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

"Прuрода-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 добычу 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 использование ресурсов требовало затрат только на их добычу (выслеживание зверей или поиски съедобных растений). Однако именно с этого начинается использование любого ресурса, когда бы он не начал использоваться человечеством. Так, развитие животноводства начинается с отгонных технологий, когда возобновление кормовых ресурсов осуществляется только за счет природных механизмов. Потребление любых видов минерального сырья идет исключительно за счет разработки их запасов, без антропогенного 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 процесс осуществлялся природными механизмами. После достижения пределов интенсивности этих механизмов технологии типа "природа-мать" не способны 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 биомассе животных, которые могут быть объектом промысла, продуктивность охоты оценивается в среднем в 0,1-50 кг/га (в отдельных регионах, например, в тропической саванне Африки - 250 кг/га). Таким образом, собирательство 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.

"Прuрода-соратник", или "природа эластична". Возобновление ресурсов идет как за счет естественных, гак и за счет антропогенных механизмов, что дает возможность увеличивать количество используемых ресурсов и поддерживать 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 возникновением земледелия, когда первый крестьянин вернул земле часть полученного урожая для возобновления растительного сообщества. По мере повышения объемов ресурсопользования человек все в большей мере ориентируется 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 1 000·10³ 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 ресурсопользование увеличилась до 70%. В настоящее время таким способом, естественно еще не в полной мере, осуществляется цикл природно-возобновимых ресурсов. Так, увеличение использования ресурсов растительной биомассы определяется все возрастающим участием человека в процессах ее ежегодного восстановления. В этом же направлении идут и процессы использования 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 "природа-соратник" позволил поставить рост ресурсопользования в прямую зависимость только от увеличения затрат общества на восстановление ресурсов. 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. Только на территории Российской Федерации объем производственных отходов, выпавших из цикла "ресурс-отход-ресурс", составляет около 90 млрд. т. Этот объем и есть одна из характеристик долга общества природе. Именно потому мы находимся на стадии перехода к третьему варианту стратегии ресурсопользования.

"Природа-эксnонат", или "природа не nрощает". Возобновление ресурсов идет полностью за счет общества, оно обеспечивает все ресурсные циклы, в первую очередь за счет необратимой диссипации невозобновляемых энергоресурсов. Природа играет в этом случае, по Люри, роль "музейного экспоната".

Наиболее логичен этот путь для АВР. Уже ныне доля вторичных материалов 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 сырья. Таким образом, проблема создания искусственных круговоpomoв АВР давно вышла из области фантастики.

Логично ожидать, что наиболее ярко процесс создания искусственных ресурсных циклов (ИРЦ) должен проявляться для тех ресурсов, потребности в которых велики, а природные ресурсы малы. Таким материалом, например, является каучук. Вначале он добывался с дикорастущих деревьев (технология "природа-мать"), низкие "производственнье мощности" и ограниченный ареал распространения которых ограничивали возможности его добычи. Увеличение использования каучука пошло вначале по пути создания плантации каучуконосов ("природа-соратник"), а затем, по мере дальнейшего 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 течение миллионов лет эксплуатировать имеющийся в ее распоряжении ограниченный 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. Рассмотрим ситуацию с производством металлов.

Рециклирование отходов цветных металлов имеет давнюю историю. Постоянное повышение доли вторичного сырья по мере роста потребления металлов в ХХ в. превратилось в устойчивую тенденцию. Ныне около 1/3 всего мирового потребления свинца и алюминия приходится на долю техногенного сырья, а в некоторых странах эта доля значительно выше (доля потребления вторичного свинца в Англии - 65%, вторичного алюминия в ФРГ - 40%). Таким образом, при увеличении производства цветных металлов человек все в большей мере ориентируется на интенсификацию их искусственного восстановления из отходов, а не на наращивание добычи первичного сырья.

Однако практика показала, что такой путь требует значительных затрат на сбор, хранение, транспортировку и переработку отходов. Поэтому, чем больше объем ресурсопользованuя, тем обременительнее поддерживать и увеличивать его за счет рециклига ресурсов. Недаром по мере роста потребления металлов увеличение вклада техногенного сырья сначала постоянно замедляется, а затем прекращается.

Аналогичные тенденции проявляются и при производстве железа. Так, с 1973 по 1980 г. доля железа, полученного из металлолома, выросла с 28,4 до 33%, однако затем эта величина стабилизировалась.

Стремление избежать увеличения рециклирования металлов вполне объяснимо дороговизной этого процесса. Лишь определенная часть металлолома находится в таком состоянии, при котором вложения в его подготовку и сбор невелики. Это в первую очередь отходы собственно металлургического производства, затраты на рециклирование которых значительно ниже, чем на получение металлов из руды. Назовем их отходами 1-й степени. Другие - отходы промышленности (кабели, агрегаты и пр.) и общественного потребления (банки, другая посуда и пр.) - гораздо менее сконцентрированы в пространстве и для переработки требуют больших затрат на сбор и подготовку (отходы 2-й и 3-й степени). Наконец, часть металлов в процессе потребления сильно рассеивается в пространстве и изменяет свой химический состав, что приводит к росту усилий и затрат на их восстановление.

Поэтому чем большую часть отходов мы хотим восстановить, тем выше удельные затраты регенерации. Восстановить первые 10% отходов гораздо дешевле, чем вторые, а цена последних 10% может оказаться астрономической (рис. 4.4). По мере истощения природных ресурсов удельные затраты на их добычу также растут нелинейно. В результате этого доля отходов, восстанавливать которую оказывается не дороже, чем добывать первичные ресурсы, постепенно растет.

По Люри, вклад техногенного сырья в получение продукции описывается зависимостью

S = а· lnR + b, (4.1)

где S - доля искусственно восстановленных ресурсов в общем объеме ресурсопользования, %; R - общий объем ресурсопользования; а и b - коэффициенты.

Величина коэффициента а линейной регрессии показывает, насколько интенсивно происходит повышение антропогенной регенерации ресурсов по мере увеличения их потребления. Для некоторых материалов а равен:

цинк - 10,0; свинец - 8,4; бумага - 4,0; алюминий - 3,1; медь - 3,1; железо - 0,5.

Наиболее высокие значения интенсивности (а = 8-10) характерны для тех видов ресурсов, мировой уровень обеспеченности которыми очень низок. Так, обеспеченность цинком и свинцом равна 40 годам. Наиболее же низкие значения интенсивности относятся к ресурсам, дефицита в которых человечество пока не испытывает (обеспеченность запасами железа превышает 250 лет).

Рассмотрим схему Д.И. Люри более подробно. В схеме используется понятие эффективность ресурсопользования, под которым понимается отношение объемов ресурсопользования (т.е. всего количества используемых обществом ресурсов - природных и техногенных) к общим затратам (на добычу и регенерацию). Чем выше эффективность, тем дешевле достается обществу каждая единица ресурса, тем больше остается людям для личного и общественного потребления.

Когда ограниченные регенерационные возможности природы перестают удовлетворять растущие аппетиты человека, он продолжает наращивать объемы ресурсопользования за счет повышения антропогенных вложений в возобновление ресурсов. В результате доля ресурсов, бесплатно восстанавливаемых природой, падает, а их часть, которая нуждается в искусственном возобновлении, растет. Поэтому при переходе к технологиям типа "природа-соратник" затраты на регенерацию ресурсов растут более быстрыми темпами, чем объемы ресурсопользования. Следствием этого становится неприятный сюрприз: антропогенная интенсификация возобновления ресурсов хотя и обеспечивает увеличение объема ресурсопользования, но сопровождается снижением его эффективности, т.е. каждая единица ресурса обходится человеку все дороже. Об этом мы упоминали ранее (см. 4.1.5).

Приведем в общем виде описание этого процесса. Прежде всего введем некоторые обозначения:

R - объем ресурсопользования: количество всех ресурсов - возобновимых и невозобновимых, первичных и вторичных, используемых обществом в единицу времени:

R = R_ПВ + R_АВ + R_HB, где R_ПВ, R_АВ, R_НВ - объем ресурсопользования природно-возобновимых, антропогенно-возобновимых и невозобновимых ресурсов соответственно;

Q - запасы всех ресурсов в природе;

D=k₁R - средние удельные затраты на добычу: количество вещества и энергии, затрачиваемое на добычу единицы ресурса;

D = k1R - общие затраты на добычу ресурсов: суммарное количество вещества и энергии, затрачиваемое на добычу ресурсов R. Причем, поскольку на это тратится определенная доля всех полученных обществом ресурсов, то D - часть R;

k₂ - средние удельные затраты на регенерацию: количество вещества и энергии, затрачиваемое на регенерацию единицы ресурса и отходов;

V - общие затраты на регенерацию ресурсов: суммарное количество вещества и энергии, затрачиваемое обществом на регенерацию отходов в ресурсы. Причем, поскольку на эти цели тратится определенная доля всех полученных ресурсов, то V - часть R;

Z = D + V - общие затраты на обеспечение ресурсного цикла, включающие затраты на добычу (D) и регенерацию (V) ресурсов. При этом Z - часть R;

А = R - Z - объем потребления: то, что человек может потратить для личных и общественных нужд после внесения затрат на обеспечение ресурсного цикла. Объем потребления включает: j - чистое потребление, т.е. те ресурсы, которые общество действительно потребляет. Оно складывается из прямого потребления (например, хлеб) и косвенного (ресурсы для его выпечки, продажи и т.д.); i - непродуктивные потери, т.е. те ресурсы, которые превращаются в отходы, минуя стадию потребления. Разнообразные усовершенствования технологий - это главным образом попытки изменить соотношение между i и j, увеличив чистое потребление за счет потерь. Таким образом, А = j + i;

Е = R/Z - эффективность ресурсопользования*, меняющаяся от 1 (при А = О) до бесконечности (объемы потребления приближаются к объемам ресурсопользования А = R).

* д.и. Люри отмечает, что по аналогии с физикой отношение A/R соответствует смыслу КПД, а по аналогии с экономикой выстраивается показатель Е = R/Z - отношение всех до­ходов к понесенным затратам, т.е. эффективность. В этом случае можно говорить и о рентабельности, как отношении прибыли от реализации продукции к полной ее себестоимости, приобретающей вид A/Z. Таким образом, для описания функционирования ресурсных циклов можно использовать: R/Z - эффективность ресурсопользования - отношение количества всех получаемых обществом ресурсов к затратам на обеспечение ресурсных циклов (добычу и регенерацию); A/R - КПД ресурсопользования - доля ресурсов, идущих. на потребление в общем объеме антропогенного ресурсопользования; A/Z – рентабельность ресурсопользования - отношение количества ресурсов, идущих на потребление, к затратам на ресурсопользование.