Зеленый перекос. Всегда ли экологичные технологии работают на благо планеты?

Экологически чистые технологии обещают уменьшить выбросы углекислого газа, сократить количество отходов и замедлить изменение климата. Можно ли безоговорочно верить в безвредность зеленых инноваций и что делают ученые и компании, чтобы снизить риски для природы?

К 2030 году солнечные батареи — крупные фермы и установки на крышах домов — будут давать до 25% мировой электроэнергии, а ветрогенераторы — до 20%. Эти технологии часто считаются одними из самых экологически чистых. Однако процесс их производства и утилизации всё еще оказывает значительное давление на окружающую среду.
Проблемы
Для изготовления солнечных панелей требуется кварцевый песок (для создания кремниевых солнечных элементов), серебро, а также редкоземельные металлы индий и теллур. Добыча этих материалов часто сопровождается значительным воздействием на экосистемы, разрушением земель и загрязнением водоемов.
На производство идет много энергии, часто из невозобновляемых источников. Солнечная батарея компенсируют выбросы углекислого газа, которые связаны с ее производством, за 1–3 года эксплуатации.
Ветряные турбины также состоят из множества компонентов, включая стальные и бетонные опоры, лопасти из стекловолокна, углеродного волокна, эпоксидных смол, а для некоторого типа генераторов нужны редкоземельные элементы неодим и диспрозий. 
Ветряки также могут представлять опасность для птиц: лопасти турбин вращаются на высоких скоростях, и птицы часто не успевают их заметить.
Срок службы солнечных панелей — 20–25 лет, и в ближайшие годы многие из них выйдут из строя. Аналогичная ситуация и с ветрогенераторами: ежегодно выходит из строя около 25 тыс. тонн лопастей ветряных турбин, большинство из которых отправляется на свалку.
Решения
Китай недавно объявил о создании стандартов и системы для переработки устаревшего оборудования ветряных турбин и солнечных панелей и к 2030 году намерен создать полную систему их утилизации. Аналогичные проекты развиваются в США и Европе.
Производители работают над созданием замкнутого цикла переработки. Например, First Solar, американская компания, специализирующаяся на производстве тонкопленочных солнечных панелей, разработала замкнутую систему, которая позволяет извлекать до 90% полупроводниковых материалов и стекла из устаревших панелей, чтобы использовать их повторно. Siemens Gamesa, один из крупнейших мировых производителей ветряных турбин, разработал полностью перерабатываемую лопасть для ветряков и планирует использовать технологию для всей линейки своих турбин.
Компании также ведут исследования по созданию солнечных панелей с более длительным сроком эксплуатации и более легким процессом утилизации. В производстве ветряков биополимеры, в том числе целлюлозные полимеры, и переработанный пластик могут заменить стекловолокно и углеродное волокно, что сделает лопасти более пригодными для переработки.
Для уменьшения гибели птиц турбины ставят вдали от ключевых миграционных путей и мест обитания птиц. Также лопасти окрашивают в контрастные цвета и применяют звуковые отпугивающие системы, чтобы птицы могли вовремя заметить опасность и изменить маршрут.

Как и ветрогенераторы, электромобили считаются прорывом в деле сокращения выбросов углекислого газа. Их производство и эксплуатация также сопряжены с экологическими издержками.
Проблемы
Для производства литий-ионных батарей нужны литий, кобальт и никель. Их добывают в Чили, Аргентине, Боливии, Конго, и часто это приводит к разрушению экосистем. Так, процесс добычи методом испарения требует создания крупных бассейнов на больших площадях.
В производстве двигателей для электромобилей используются редкоземельные металлы неодим, празеодим и диспрозий. Постоянные магниты на основе этих элементов — мощные и компактные, что позволяет уменьшить размер и вес двигателей. Однако для добычи этих металлов требуются сложные химические процессы с использованием большого количества реагентов и энергии.
По окончании срока службы литий-ионные батареи трудно переработать из-за их сложного химического состава. Это приводит к накоплению опасных отходов, которые могут загрязнять почву и водоемы.
Решения
Для минимизации экологических последствий разрабатываются новые методы добычи лития, например из геотермальных источников. Это создает возможность комбинированного производства энергии и добычи лития с минимальным воздействием на окружающую среду. Геотермальные литиевые установки уже работают в США и Великобритании.
Современные исследования также направлены на разработку электродвигателей, которые используют меньше редкоземельных металлов или вовсе обходятся без них. Над этим работают Tesla, BMW, Renault, Nissan, Rivian и другие производители. Так, индукционные двигатели, которые уже применяются в некоторых моделях, не требуют постоянных магнитов и не нуждаются в редкоземельных металлах.
В последние годы компании активно инвестируют в новые технологии, позволяющие перерабатывать до 95% материалов батареи, что значительно снизит нагрузку на окружающую среду. В Германии и Франции уже действует несколько пилотных проектов по полной переработке литий-ионных батарей. 
Аккумуляторы электромобилей можно повторно использовать в системах накопления энергии. Так, BMW и Off Grid Energy реализуют проект Second Life Battery Storage: отслужившие свой век батареи используются для создания мобильных систем хранения энергии.

Органическое сельское хозяйство кажется идеальным — ну какой от него вред? Но и у него есть серьезные минусы. 
Проблемы
Исследования показывают, что урожайность органических культур может быть на 20–40% ниже, чем у традиционных методов. Это приводит к необходимости расширения площадей под сельское хозяйство. Если это небольшие участки, например огород, то последствия минимальны. Но огромные посадки пшеницы или кукурузы могут оказать значительное отрицательное влияние на природу.
В органическом земледелии применяется больше механических операций (например рыхление почвы), что увеличивает использование тракторов и другой техники. Это повышает уровень выбросов углекислого газа, что частично нивелирует экологические преимущества органических методов.
Некоторые органические методы требуют больше воды, так как органические удобрения менее концентрированы и медленнее растворяются. Это усугубляет проблему в засушливых регионах, где этот ресурс и так в дефиците.
Решения
Ученые и производители разрабатывают нанотехнологии для повышения устойчивости органического сельского хозяйства и снижения его воздействия на окружающую среду. Над этим работают Bayer AG, Syngenta, BASF, ICL Group и другие компании.
Наноудобрения с медленным высвобождением обеспечивают стабильное и постепенное поступление питательных веществ к растениям. Потери на пути к корням при этом снижаются, а эффективность растет. Например, фосфорные наноудобрения могут повысить урожайность пшеницы на 20–30%.
Нанобиопестициды позволяют точечно воздействовать на вредителей. Наночастицы серебра и оксида цинка, например, используются для борьбы с патогенами и болезнями растений. Некоторые разработки направлены на улучшение поглощения воды растениями, что особенно полезно в засушливых регионах. Гидрогелевые наночастицы могут удерживать воду в почве и медленно высвобождать ее в корневую зону, снижая потребность в частом поливе.

Биоупаковка изготовляется из кукурузного крахмала, сахарного тростника и, по идее, разлагается на безопасные компоненты. В чем подвох?
Проблемы
Большинству таких материалов для разложения нужны высокие температуры и специфические микроорганизмы, которые присутствуют только в промышленных компостных установках. В обычных условиях на свалках или в окружающей среде процесс может занять годы или десятилетия, как и в случае традиционных пластиков.
Такая упаковка создает ложное чувство безопасности у потребителей. Люди не экономят ее, полагаясь на то, что она распадется без следа. Это усугубляет проблему загрязнения планеты.
Некоторые биоразлагаемые материалы при разложении оставляют микропластик или токсичные остатки. Это особенно актуально для упаковок, которые не проходят полный цикл разложения.
Решения
Исследования направлены на создание материалов, которые разлагаются даже в домашних условиях, где нет высоких температур. Это уменьшит зависимость от промышленных компостных установок.
Так, NatureWorks, один из крупнейших производителей биополимера из кукурузного крахмала, разрабатывает материалы, которые быстро разлагаются в любых условиях. Над аналогичными проектами работают в итальянской Novamont, британской Biome Bioplastics и др.
Ученые также создают гибридные материалы, которые можно перерабатывать вместе с традиционными пластиками — в перерабатывающих установках они превращаются в новые продукты. Это снижает необходимость в производстве новых пластмасс и сокращает количество отходов.

Строительство гидроэлектростанций активно ведется в Китае, Индии, Бразилии, странах Африки, и ученых всё больше беспокоит их влияние на реки и экосистемы.
Проблемы
Строительство плотин изменяет течение рек, нарушая естественные процессы. Это может влиять на миграцию рыб, их размножение и доступ к традиционным местам обитания. Турбины также травмируют и убивают рыбу, что особенно опасно для лосося и других мигрирующих видов.
Водохранилища, создаваемые для гидроэлектростанций, затапливают огромные территории, что приводит к уничтожению лесов, дикой природы, сельскохозяйственных земель и даже поселений.
Органические материалы, затопленные водохранилищами, разлагаются в условиях нехватки кислорода (анаэробно), что приводит к выделению метана — парникового газа, который по своему воздействию на климат в 25 раз мощнее углекислого газа. Это создает скрытые экологические издержки гидроэлектростанций.
Решения
Установка рыбопропускных устройств позволяет рыбам обходить плотины во время миграции. Это помогает поддерживать популяции рыб и сохранять экосистемы рек, минимизируя вред от гидроэлектростанций. В США, Норвегии, Канаде такие устройства являются обязательными при строительстве новых гидроэлектростанций.
Малые гидроэлектростанции оказывают меньшее воздействие на окружающую среду, так как обычно не требуют создания крупных водохранилищ. Такие ГЭС активно строят в России, Швейцарии, Норвегии, Китае и Бразилии. Эти установки используются на малых реках и каналах, где нет необходимости затапливать большие территории, что помогает минимизировать разрушение экосистем и поддерживать биоразнообразие.
Современные технологии управления водными ресурсами помогают контролировать уровень воды и аэрацию в водохранилищах, что позволяет минимизировать выбросы метана и уменьшить негативное влияние на экосистемы. Такие технологии внедряются на крупных ГЭС в США, Бразилии, Канаде и Норвегии.