CC BY
120УДК 504.03:004 D0I10.34823/SGZ.2020.1.51316
М. Ю. КАРАПУЗОВ студент факультета прикладной математики и информационных технологий Финансового университета при Правительстве РФ*
Возможности применения новейших технологий как способа преодоления экологического кризиса
В данной статье рассматриваются вопросы, связанные с возможностями решения глобальных экологических проблем благодаря широкому внедрению новейших цифровых технологий. Целью работы является исследование перспектив разрешения экологического кризиса посредством использования новейших технологий.
Ключевые слова: экологический кризис, информационные технологии, экологические инновации, устойчивое развитие, «зелёная» экономика.
M.Y. KARAPUZOV Student Faculty of Applied Mathematics and Information Technology of the Financial University under the Government of the Russian Federation
Possibilities of applying the latest technologies as a method of overcoming the ecological crisis
This article discusses issues related to the possibilities of solving global environmental problems due to the widespread adoption of the latest digital technologies. The aim of the work is to study the prospects for resolving the environmental crisis by using of the latest technologies
Keywords: environmental crisis. information technology, environmental innovation, sustainable development, green economy.
' Карапузов Максим Юрьевич, e-mail: m.karapuzov@yandex.ru
Сегодня становится всё более очевидным тот факт, что человечество стоит перед лицом глобальной экологической катастрофы, которая ставит под вопрос саму возможность продолжения существования разумной жизни на Земле. Изменение климата, таяние ледников, тотальная вырубка лесных массивов, загрязнение воздуха и Мирового океана, разрушение озонового слоя, истощение природных ресурсов, перенаселение, нехватка питьевой воды, - всё это последствия деятельности человека.
Одни лишь публичные выступления политиков, конференции и декларации не способны решить экологические проблемы. За последние 40 лет дискуссий экологическая обстановка значительно ухудшилась: выбросы и связанное с этим таяние вечной мерзлоты уменьшили эмиссионный бюджет углекислого газа почти до нуля1, а по данным ООН в текущей ситуации средняя температура по планете повысится на 1-2°С по сравнению с уровнем 1990 г. и на 1,5-2,5°С по сравнению с доиндустриальной эпохой2. Уровень Мирового океана к 2065 г. повысится на 24-30 см, а к 2100 г. - на 40-63 см по сравнению с показателями конца прошлого столетия. Загрязнение планеты мусором трудно переоценить. По поверхности Мирового океана плавают миллионы тонн отходов, а площадь самого известного скопления мусора, Большого мусорного пятна, в два раза превышает площадь Германии. Если не принять меры сейчас, то через 15 лет темпы загрязнения Мирового океана могут возрасти втрое3. Уже сегодня по вине человека более миллиона видов животных находятся на грани исчезновения. За последние 50 лет население Земли выросло в два раза, при этом 1 млрд людей голодают и около 40% не имеют доступа к чистой питьевой воде. По данным ВОЗ, около четверти всех смертей от инсульта и сердечно-сосудистых заболеваний и 43% от
1 Gasser T., Kechiar M., Ciais P. et al. Path-dependent reductions in CO2 emission budgets caused by permafrost carbon release // Nature Geoscience, 2018, № 11, р. 830-835; doi:10.1038/s41561-018-0227-0
2 Изменение Климата // Организация Объединенных Наций. URL: www.un.org/ru/sections/issues-depth/climate-change/index.html (дата обращения: 19.11.2019)
3 Future of the Sea. Foresight. URL: assets.publishing.service.gov.uk/govern-ment/uploads/system/uploads/attachment_data/file/706956/foresight-future-of-the-sea-report.pdf (accessed: 20.11.2019).
болезней лёгких вызваны загрязнением воздуха1. Стремительный рост численности населения требует всё большего потребления невозобновляемых ресурсов, а также обеспечения продовольствием, что приводит к истощению почвы, израсходованию до 75% пресной воды, отравлению почвы и подземных вод нитратами и ядами. Согласно анализу снимков из космоса в 2016 г. планета потеряла 29,7 млн га леса, что превышает показатели начала века более чем в 2 раза. Это максимум за всё время наблюдений2. Последствия изменения климата будут разрушать окружающую среду ещё несколько столетий, даже если полностью прекратить все выбросы парниковых газов.
Таким образом, Земля находится в положении «климатической чрезвычайной ситуации»3. Человечество должно принять решение: срочно принять меры или погибнуть.
Единственно возможным выходом для человечества являются коренные преобразования во всех сферах общества. В первую очередь требуются гораздо более решительные действия правительств всех стран в сфере охраны окружающей среды. В этой ситуации информационные технологии могут послужить эффективным средством разрешения экологического кризиса.
В рамках сложившейся экологической обстановки становится неизбежным переход к новой модели экономики. За последние два десятилетия активно развивается концепция зелёной экономики, основанной на устойчивом развитии общества и создании благоприятных условий для жизни людей в гармонии с природой4. В рамках этого направления особую важность приобретают экологические инновации - новейшие технологии, способствующее экологической устойчивости. Экоинновациями являются любые технологии и способы организации, ведущие к сокращению негативного влияния человеческой деятельности на природу посредством разработки и внедрения новых систем и процессов с наименьшим ис-
1 Air pollution. World Health Organisation. URL: www.who.int/airpollution (accessed: 20.11.2019).
2 Forest change. Global Fore Watch. URL: www.globalforestwatch.org/dash-boards/global?category=forest-change (accessed: 21.11.2019).
3 J. Pipple W. et al. World Scientists' Warning of a Climate Emergency // BioScience, biz088, https://doi.org/10.1093/biosci/biz088
4 About green economy. UNEP-UN Environment Programme. URL: www.unenvironment.org/explore-topics/green-economy/about-green-economy (accessed: 23.11.2019).
пользованием природных ресурсов и минимальными выбросами в атмосферу, а также решения, способствующие сохранению и развитию окружающей среды. Кроме того, экологические инновации генерируют дополнительный долгосрочный эффект качественных улучшений за счёт создания замкнутого экономического цикла.
Можно выделить несколько направлений развития экологических инноваций и использования информационных технологий, классификация которых представлена в табл. 1.
Таблица 1
Классификация направлений развития новейших технологий в решении экологических проблем
Направление
Экологический мониторинг
Ресурсосберегаю щие технологии
Безотходные технологии
Индустрия 4.0
Используемые
технологии и методы
Создание глобальной информационной системы экологического контроля и мониторинга
Переход на использование возобновляемых ресурсов, альтернативная энергия,
Технологии снижения выбросов, технологии восстановления окружающей среды
Замкнутый цикл, переход к новым материалам
Интернет вещей, ¿D-печать, Big Data, дополненная и
Эффект
Выявление нерационального использования ресурсов, нарушений экологических норм, предупреждение негативных последствий
Сокращение эмиссии парниковых газов, повышение эффективности использования ресурсов, постепенное восстановление экосистемы
Минимизация негативного воздействия на окружающую среду, решение мусорной проблемы
Повышение эффективности использования ресурсов,
виртуальная реальность, искусственный интеллект
сокращение потерь и выбросов
Организация «умного» города,
Сокращение выбросов CO2, сохранение окружающей среды
Экоустойчивая развитие систем инфраструктура общественного
экологически чистого транспорта
Предоставление информации
е актуальной информации об экологической обстановке, агитация
Предоставлени
Рост экологической грамотности населения, бережное
отношение людей к природе, рациональное потребление
Большинство публичных дискуссий об изменении климата основываются только на глобальной температуре поверхности, которая не может являться универсальной мерой, охватывающей всю широту человеческой деятельности и реальные опасности, связанные с глобальным потеплением1. Политики и общественность в настоящее время срочно нуждаются в доступе к набору показателей, которые отражают влияние человеческой деятельности на выбросы парниковых газов и последующее воздействие на климат, окружающую среду и общество. Информационные технологии способны решить эту задачу, предоставляя контрольные данные в режиме реального времени и автоматически оповещая заинтересованные стороны о превышении допустимых норм. Это позволит заблаговременно принять проак-тивные меры, отследить нарушения и повысить эффективность использования ресурсов и энергии. Подобные проекты уже реализованы и успешно функционируют. Например, веб-сервис Global Forest Watch в режиме онлайн предоставляет карту лесного покрова Земли, используя спутниковые снимки2, а также дочерний проект организации GFW Fires,
1 Briggs S, Kennel CF, Victor DG. Planetary vital signs // Nature Climate Change, 2015, № 5, p. 969.
2 About GFW. Global Forest Watch. URL: www.globalforestwatch.org/about (accessed: 25.11.2019).
помимо предоставления интерактивной карты лесных возгораний, отслеживает показатели температуры и качества
1
воздуха для предупреждения новых пожаров .
Широкое внедрение ресурсосберегающих технологий, включая переход к возобновляемым ресурсам и альтернативным источникам энергии, позволит существенно снизить выбросы парниковых газов в атмосферу и избежать ресурсного коллапса. В рамках ресурсосберегающих технологий можно выделить такие области, как альтернативная энергия, технологии снижения выбросов, бережливое производство и инновационные подходы, а также технологии восстановления окружающей среды. Изменения в первую очередь должны затрагивать промышленность и сельское хозяйство, так как именно эти отрасли вносят наибольший вклад в потребление ресурсов и выбросы парниковых газов.
Мировые запасы традиционных невозобновляемых ресурсов стремительно сокращаются. Переход к «зелёной» энергетике остаётся лишь вопросом времени. По прогнозам учёных, к 2040 г. до половины всего мирового производства электроэнергии и до четверти всего энергопотребления будет приходиться на долю возобновляемых источников энергии2. Помимо традиционных экологически чистых источников энергии, таких как солнечная энергия, энергия ветра, гидроэнергия, биоэнергетика, набирают популярность инновационные. Например, использование неисчерпаемых источников энергии: волн океана, геотермальной энергии, энергии фотосинтеза. Так, в США была построена первая в мире газовая электростанция с нулевыми выбросами углекислого газа. Технология основана на использовании Со2 вместо традиционных горючих газов для преобразования тепла в электричество3.
Технологии очистки и контроля выбросов позволяют значительно снизить негативное влияние заводов и фабрик на экосистему планеты. Здесь важную роль играют еп^о! р1ре технологии, позволяющие производить сепарацию
1 GFW Fires. Global Forest Watch Fires. URL: fires.globalforest-watch.org/map/ (accessed: 27.11.2019).
2 Прогноз развития энергетики мира и России 2019 // Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО. URL: energy.skolkovo.ru/down-loads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_Forecast_2019_Rus.pd f (дата обращения: 23.11.2019).
3 Первая в мире газовая электростанция с нулевыми выбросами СО2 построена в Техасе // ТАСС. URL: tass.ru/plus-one/4794046 (дата обращения: 24.11.2019).
углекислого газа и осуществляющие контроль уровня концентрации вредных веществ1. Достичь нулевой эмиссии благодаря сепарации углекислого газа позволяют технологии улавливания и хранения СО2 (CO2 capture and storage, CCS), позволяющие проводить адсорбцию, транспортировку, хранение в подземных резервуарах.
Даже полное сокращение выброса парниковых газов не решит проблему изменения климата целиком, так как концентрация СО2 в атмосфере слишком велика. Необходимо также восстанавливать естественное состояние окружающей среды и бороться с уже существующими последствиями, не ограничиваясь предотвращением новых. Помочь в этом могут синтетические деревья и новейшие материалы, способные улавливать углекислый газ и перерабатывать его в полезные органические соединения2. Искусственные деревья способны функционировать в непригодных для произрастания естественных деревьев местах и перерабатывать до 1 т углекислого газа в день, что в 1000 раз больше, чем обычное дерево3.
Существенную экономию природных ресурсов позволяет достичь концепция бережливого производства, суть которой заключается к минимизации всех возможных потерь и комплексном использовании сырья. При этом основной задачей предприятий является эффективный менеджмент ресурсов. Современные ERP-системы позволяют планировать потребности в ресурсах и производства в режиме on-demand. Совместно с технологией интернета вещей (IoT), 3D-печати, дополненной и виртуальной реальности они формируют цифровое предприятие, что знаменует собой переход к стадии четвёртой промышленной революции, получившей название Индустрия 4.04.
Переход к экономике замкнутого цикла не только позволит избежать «мусорного» апокалипсиса, но и сэкономить на повторном использовании ресурсов. Целью внедрения безотход-
1 Mulder K Technology for Environmental Problems // In: Boersema J.J., Reijnders L. (eds) Principles of Environmental Sciences. Springer, Dordrecht, 2009.
2 Nield David. Scientists Create a Material That Captures CO2 And Turns It Into Organic Matter. Science Alert. URL: www.sciencealert.com/scientists-create-a-material-that-converts-co2-into-useful-organic-matter (accessed: 28.11.2019).
3 Vince Gaia. Sucking CO2 from the Skies with Artificial Trees. BBC Future. URL: www.bbc.com/future/article/20121004-fake-trees-to-clean-the-skies (accessed: 01.12.2019).
4 Popkova Elena et al. Industry 4.0: Industrial Revolution of the 21st Century. Springer International Publishing AG, 2018.
ных технологий является достижение состояния нулевого выброса (Zero Waste), при котором все имеющиеся материалы будут использованы практически на 100%, а после повторно переработаны во вторичное сырьё. Примером наиболее успешной реализации такого подхода является Швеция. По данным организации Avfall Sverige, в этой стране утилизируется более 99% отходов. Более половины отходов перерабатывается и используется в качестве сырья, циклы такой переработки могут доходить до 7. Те отходы, которые не подвергаются переработке, отправляются на мусоросжигательные заводы, работающие по технологии Waste to Energy. Они позволяют производить из мусора порядка 17 ТВтч энергии, которой хватает на отопление значительной территории Швеции. При этом все вредные вещества уничтожаются. Таким образом, только 0,5% мусора отправляется на полигоны. Для сравнения, в России ситуация зеркально противоположная: перерабатывается лишь 4-5% отходов1.
Невозможно полностью реализовать Zero Waste общество без создания экологически устойчивой инфраструктуры. Она подразумевает сохранение окружающей среды в сочетании с гармоничным развитием людей, способность сдерживать негативное влияние внешних факторов. В рамках концепции «умного» города применение современных цифровых технологий, в первую очередь искусственного интеллекта, интернета вещей и больших данных, позволит решить задачи экологического мониторинга, развития систем противопожарной безопасности, систем беспилотного экологически чистого общественного транспорта, контроля и принятия решений. Информационные технологии позволяют повысить эффективность управления транспортной сетью, более рационально использовать ресурсы, вести инновационное сельское хозяйство и утилизировать отходы2. Например, в некоторых городах Швеции для транспортировки мусора используются подземные воздуховоды, доставляющие отходы в центральную станцию приёма автоматически.
Наконец, с помощью информационных технологий можно обеспечить гарантию соблюдения экологических прав граждан, предоставляя актуальную и полную информацию о сос-
1 Mulder К. Technology for Environmental Problems // In: Boersema J.J., Reijnders L. (eds) Principles of Environmental Sciences. Springer, Dordrecht, 2009.
2 Безопасность и экология // Направления развития Умного города Москвы. URL: www.mos.ru/2030/n/n5 (дата обращения: 06.12.2019).
тоянии окружающей среды с помощью цифровых сервисов в режиме реального времени. Корме того, интеграция экологической инфраструктуры городов с электронными устройствами, создание информационных ресурсов и агитация позволят популяризировать использование зелёных технологий и приведут к повышению уровны экологической культуры.
Таким образом, комплексное применение новейших информационных технологий может решить множество экологических проблем, включая мусорный кризис, выбросы парниковых газов и ресурсный коллапс. Системы экологического мониторинга собирают показатели в режиме реального времени и позволяют вовремя принять проактивные меры для улучшения экологической ситуации и предотвращения катастроф. Широкое внедрение ресурсосберегающих и безотходных технологий в эпоху Индустрии 4.0 приведёт к значительным сдвигам в области достижения направления устойчивого развития человечества в гармонии с природой: сокращению эмиссии парниковых газов, решению "мусорной" проблемы, рациональному и эффективному использованию ресурсов, росту экологического самосознания людей. Наши цели должны сместиться с роста ВВП и стремления к изобилию в пользу сохранения экосистем и улучшения благосостояния людей. Только тогда системный экологический кризис будет преодолён, а природа восстановится до своего нормального состояния.
