Угольная промышленность наносит значительный ущерб окружающей среде и является одним из наиболее опасных видов деятельности человека. К основным негативным последствиям для природы относят выбросы метана при разработке угольных пластов и диоксида углерода при сжигании топлива, загрязнение атмосферы угольной пылью, кислотные дожди, разрушение почв, подземные пожары и обвалы горных пород, накопление токсичных отходов[1][2][3]. Тем не менее из-за своей дешевизны уголь остаётся самым распространённым топливом в мире: на нём вырабатывается до 40 % всей электроэнергии. И несмотря на попытки ограничить его использование, власти таких стран, как Россия, Индия и Китай активно наращивают разработку, использование и экспорт угля[4][5].
Угольные шахты, отвалы и разрезы нарушают естественный профиль почвы, уничтожают рельеф и растительный покров, сокращают площади сельскохозяйственных и лесных угодий[6]. Оба способа добычи — открытый и закрытый — нарушают геологическое строение недр, что приводит к обвалам, оползням и селям. Во время угледобычи шахтёры либо удаляют поверхностные слои почв, либо роют глубокие карьеры. Отработанные породы рекультивируются редко, преимущественно их просто вывозят на специальные отвалы. Они состоят из угля низкого качества и земли, легко выветриваются, становясь источниками пылевого загрязнения, способны самовозгораться[7][8][9]. Кроме того, разработка угля влияет на уровень подземных вод, утечки на предприятиях приводят к загрязнению поверхностных водоёмов и уничтожению популяции рыб и других обитателей[10][11].
Мощнейшими загрязнителями планеты считаются угольные ТЭС[12]. При сжигании угля в атмосферу выбрасываются токсичные вещества и летучая зола, которые усугубляют проблемы загрязнения воздуха в густонаселённых районах, где обычно расположены ТЭС. Продукты горения угля, такие как диоксид серы (SO2) и оксиды азота (NOx), вызывают кислотные дожди, ртуть и другие тяжёлые металлы загрязняют водоёмы и поверхностные слои почвы, делая территории малопригодными для жизни и хозяйственной деятельности[11]. Размер частичек золы может достигать 0,1 мкм — при таком размере они способны проникать в организм даже через кожный покров. Более крупные выбросы (PM2.5 или PM10[англ.]) попадают в организм человека через дыхательные каналы, постепенно приводя к развитию респираторных и онкологических заболеваний[13][14]. В результате уже на 2017-й выбросы от сжигания угля были причиной минимум полумиллиона смертей в год[15].
Не существует технологий, позволяющих производить, транспортировать и сжигать уголь без значительного ущерба окружающей среде[16]. Даже системы улавливания газов угольных электростанций не обеспечивают полноценную очистку выбросов. Международное энергетическое агентство не признаёт, что существующие «зелёные» технологии улавливания и захоронения углекислого газа на угольных ТЭС делает их экологичными[17][18][19].
Добыча угля осуществляется открытым и закрытым способом: первый подходит для пластов, залегающих неглубоко и расположенных горизонтально, второй — для глубинных запасов. Наиболее опасны для почвы и геологического строения открытые рудники, так как при их разработке на огромных площадях снимаются поверхностные слои грунта, под которыми лежит угольный пласт. Для масштаба: за 60 лет добычи лигнита на четырёх открытых рудниках в Греции было извлечено всего 1,7 млрд тонн угля и более 8,5 млрд кубометров породы[1][20][21]. Обычно такие «пустые», ненужные породы складируют в кучи (отвалы) вблизи от места разработки. Они занимают огромные площади и разрушают природные ландшафты. Только в Китае ежегодно образуется около 7 миллиардов тонн пустой угольной породы, на 2019 год в стране насчитывалось 1600 отвалов вблизи действующих шахт[22][23].
Угольные производства являются одним из крупнейших источников твёрдых промышленных отходов, которые наносят непоправимый ущерб природе регионов. Оценка 3500 крупных горнодобывающих предприятий в мире показала, что ежегодно они производят более 100 миллиардов тонн твёрдых отходов[24]. Сваленную в отвальные горы смесь грунта и угля низкого качества легко развевает ветер, осадки вымывают из массы отходов токсические вещества и переносят их в окружающий грунт[1][2][23]. Деградация окружающей среды приводит к обеднению флоры и фауны регионов[7][25].
Для открытой разработки власти часто изымают сельскохозяйственные земли, а плодородность оставшихся угодий заметно снижается. Например, в Кемеровской области, где развита угольная промышленность, реальное производство практически всех видов сельскохозяйственной продукции отстаёт от национальных показателей[21][26]. Это связано с тем, что почва в районах добычи угля подвержены загрязнению опасными элементами (в основном — Cr, Ni, Cu, Zn, Cd и Pb). В районах добычи полезных ископаемых в Китае уровень загрязнения сельскохозяйственных угодий в среднем на 34,3 % выше допустимых норм[27].
Угледобыча разрушает существующие растительные системы и снижает плодородие почвы. Отработанный грунт перенасыщен токсинами и не держит влагу (ускоренный сток), поэтому в нём не приживаются растения. Некоторые отвалы содержат большое количество рыхлых сланцев, которые быстро разрушаются, образуя глины. Они препятствуют проникновению воды, что ведёт к заболачиванию и отмиранию почвенной микробиоты[28][29]. Законодательство большинства стран требует обязательно рекультивировать землю отработанных карьеров, однако многие недропользователи стараются уклониться от этих работ из-за их дороговизны. Например, в России восстановление одного гектара стоит до 270 тыс. рублей. За 2012—2018 годы ежегодные масштабы рекультивации в стране сократились в 1,7 раза (с более 1000 га до 589 га), хотя площадь ежегодно нарушаемых из-за добычи угля земель выросла больше чем в 2 раза[30][31][32][33][34]. В результате к 2020-му ориентированные на угледобычу районы Сибирского федерального округа лидировали по масштабу загрязнения окружающей среды в стране[35][36][37][31]. Но даже в развитых странах Запада количество заброшенных и требующих рекультивации угольных регионов так велико, что, например, в 2022 году власти США были вынуждены направить 725 млн долларов из федерального бюджета на их очистку[38]. Зачастую земли разрушены настолько, что даже после проведения одобренных государственными органами мероприятий исходный уровень плодородности вернуть не получается. Как результат, большинство рекультивированных угледобывающих регионов превращаются в малоценные пастбища[39].
Так как угольная разработка требует значительных земельных и водных ресурсов, она может препятствовать развитию агропромышленного комплекса. Это особенно заметно на примере таких углезависимых стран, как Южная Африка, где около 90 % электроэнергии обеспечивает дешёвое ископаемое топливо. Только 3 % территории страны считаются пахотными землями, из них практически половина расположена в угледобывающих регионах. В результате угольная промышленность становится прямой угрозой продовольственной безопасности страны[40]. Кроме того, она наносит урон археологическим памятникам и малым народам: разработка повреждает древние кладбища и исторические памятники, изымает священные земли и охотничьи угодья. Многие горнодобывающие компании ведут работы на территории объектов всемирного наследия или в других охраняемых районах. Например, в 2020-м сербские шахтёры разрушили останки римских кораблей, захороненных вблизи древнего города Виминациум — одного из важнейших археологических памятников Сербии[41]. В том же году компания Rio Tinto разрушила ущелье Джуукан[англ.] в Австралии, которое было населено древними племенами во время последнего ледникового периода и сохранило следы их пребывания[42]. В странах с высоким уровнем коррупции угольные предприятия могут притеснять местных жителей. Например, в России в 2013—2014 годах владельцы разреза «Береговой» в Кемеровской области выкупили часть земли шорского поселения, дома отказавшихся продать владения — сгорели при невыясненных обстоятельствах[43].
В горнодобывающих районах на почву и близлежащие постройки воздействуют вибрации от взрывных работ, бурения, строительства вспомогательных сооружений, движения автотранспорта. Сами угольные разрезы могут разрастаться до обширных размеров, вызывая сдвиги окрестных грунтов и разрушая инфраструктуру. Например, в Китае — одном из крупнейших производителей угля в мире — к 2016-му 600 000 га земель подверглись проседанию. Поскольку районы добычи полезных ископаемых обычно располагались вблизи пригородов или деревень, большая часть обрушившихся земель обрабатывалась как сельскохозяйственные[22]. В России из-за работ в Коркинском угольном разрезе, самом глубоком в Евразии и достигающим глубины в 510 метров, здания окрестных поселений пришли в аварийное состояние. Добиться приостановки добычи местные жители смогли только через массовые протесты[44][45][46][47]. Закрытая разработка угля тоже может провоцировать сели и обвалы. Например, в 2008 году активная добыча в немецком регионе Саар спровоцировала обвал верхних слоёв грунта такого масштаба, что он предположительно стал причиной локального 4-балльного землетрясения[7][48].
Кроме скоплений пустой породы, которые производят угледобытчики, на состояние почвы влияет захоронение золы угольных ТЭС. Существует два способа утилизации таких отходов — в прудах-отстойниках или в сухом виде на свалках. Из зольных жидких отстойников в почву могут просачиваться токсины, создавая угрозу для окружающей среды и людей, живущих рядом с хранилищами. Например, в 2000 году Агентство по охране окружающей среды США выявило в стране не менее 600 таких прудов-отстойников, из которых более 180 не были оборудованы должным образом. Сухое складирование золы опасно тем, что ветер развеивает её частицы на большие расстояния, а осадки вымывают вредные вещества в подземные воды, если дно свалок не было подготовлено специальным образом. Так, в 2006 году на 45 % свалок США было зафиксировано выщелачивание в грунтовые воды металлов, вызывающих онкологию. Существуют страны, где отходы сжигания угля используют в промышленных целях. Например, в таких странах, как Италия, Дания и Нидерланды, в которых на 2005-й ежегодно производили только 2 мегатонны угольной золы. Но другие зависимые от угля государства утилизируют большую часть уловленных выбросов электростанций: Соединённые Штаты и Германия, производящие более 10—75 мегатонн летучей золы в год, используют всего 42—85 %; в Индии (112 метрических тонн в год) — 38 %; в Китае (150 метрических тонн в год) — 65 %[49][50][51].
Одним из распространённых вариантов вторичного потребления угольной золы является производство удобрений. Содержащиеся в золе тяжёлые металлы, такие как железо, марганец, медь, свинец, кадмий, хром, кобальт и другие, необходимы для роста растений. Однако почти все они становятся фитотоксичными при высоких концентрациях. Тем не менее, существуют технологии, позволяющие использовать угольную золу в приготовлении удобрений для сельскохозяйственных культур. Особенно эта практика распространена на Среднем Западе и Юго-Востоке США, где её используют для подкормки овощей, арахиса и других культур. Золу нагревают, чтобы уничтожить бактерии, и смешивают с биологически активными веществами. Такие удобрения замедляют деградацию почвы и обладают большой абсорбирующей способностью[49][51]. Хотя практика их применения насчитывает десятилетия, её безопасность вызывает сомнения у активистов. Поскольку Агентство по охране окружающей среды не относит золу к опасным на федеральном уровне веществам, государственный надзор за её использованием и дозами удобрений в сельском хозяйстве отсутствует. В результате при переудобрении овощи поглощают из почвы избыточные дозы мышьяка и других токсинов. Однако серьёзных исследований на этот счёт не проводилось[50].
Подземные пожары
Рудничный пожар Китай, 2012 годПочва, растрескавшаяся от подземного пожара, 2005 год
Заброшенные угольные шахты и карьеры пожароопасны, так как любые виды ископаемых углей могут самовозгораться. Подобный процесс обычно происходит внутри слоёв породы и до конца не изучен, но основными причинами считают неосторожное поведение угледобытчиков и окисление угля. Выделяющееся тепло поддерживает процесс горения и приводит к многолетним пожарам, которые практически невозможно потушить. Например, большая часть ландшафтов Запада США является результатом обширных древних угольных пожаров: обожженные породы (клинкер) образовали столовые горы и откосы. Некоторые из таких старых пожарищ продолжают гореть — возраст одного из угольных возгораний в Австралии оценивается в 6 тысяч лет[52][53].
Низкосортные мягкие угли с небольшим содержанием углерода могут самовозгораться уже при температуре в 40 °C. Угольные или рудничные пожары могут быть как наземными, так и подземными[52][54]. Вторые наиболее опасны, так как из-за большой глубины могут быть почти незаметны внешне. Например, угольные пожары Вайоминга площадью минимум в 22 акра (89 тыс. м²) заметны издалека только по столбам дыма, выходящим из земли[55]. В некоторых районах температуры почвы и коренных пород могут достигать 100 °C и даже 1000 °C, соответственно, из трещин в земле выделяются токсичные газы. Таким образом, доступ к местам возгораний труднодоступен и опасность сохраняется десятилетиями. Такие пожары зарегистрированы в Китае, Индии, США, Австралии, Индонезии, Южной Африке, Венесуэле, Восточной Европе и многих других регионах[53]. Геологи заявляют, что в каждом угольном бассейне мира существует минимум один пожар, выбрасывающий вредные вещества. Так, например, только в 2005-м в Колорадо, Кентукки, Пенсильвании, Юте и Западной Вирджинии власти локализовали 100 возгораний[55].
При возгорании угольных пластов в атмосферу выбрасываются парниковые (диоксид углерода, метан) и токсичные газы (CO, N2O, SO2, NOx), которые представляют угрозу для климата и здоровья человека. Только в Китае в 1990-х годах горящие залежи угля добавляли около 360 млн метрических тонн к общенациональным эмиссиям CO2. Для сравнения, в США столько выбрасывали все легковые и грузовые автомобили вместе взятые, в Нидерландах — все виды промышленности и хозяйства. Известно, что горение угля сопряжено с выбросами мышьяка, фтора и селена. Тем не менее, количество и содержание выбросов зависят от состава угля, геологии региона и глубиной залегания пластов[56][57]. Например, в кемеровском городе Киселёвск активная угледобыча и подземные пожары в недрах стали причиной 7—11-кратных превышений вредных веществ вблизи с детскими и лечебными учреждениями. В 2019 году после очередного возгорания жители обратились за помощью к премьеруДжастину Трюдо, прося убежища в Канаде из-за невыносимых условий жизни[58][57][59][60][61][62].
Ко внешним воспламеняющим факторам относят как природные явления (удар молнии, лесные пожары), так и неосторожную деятельность человека. Например, в конце XX столетия в Индонезии всего за пять лет массовое выжигание тропических лесов под сельскохозяйственные угодья привело к возникновению более 3 тыс. угольных пожаров[52][54]. Подобные очаги не поддаются контролю и могут распространяться на большие расстояния: например, в Китае затронутая пожарами площадь превышает 250 тыс. км². Таким образом пожары угрожают инфраструктуре — пролегающим вблизи железным дорогам и линиям электропередач, населённым пунктам и фермерским угодьям[53][57][63]. Выгоревшие угольные пласты вызывают просадки, оползни и камнепады, так как на их месте в недрах земли формируются пустоты. Например, в пожарах Китая ежегодно теряется от 100 до 200 млн тонн угля[64]. Проникающий во время обрушений воздух усиливает возгорание, благодаря чему пожар может продолжаться годами и даже десятилетиями[52].
Тушение таких возгораний трудоёмко и дорогостояще: горняки извлекают горящую субстанцию и вывозят в отдалённые пустынные районы или изолируют её специальными полыми траншеями от оставшейся части угольного пласта. Дополнительно, рабочие засыпают поверхность над возгоранием сыпучими материалами в надежде перекрыть доступ кислорода. Один из методов, предусматривающий накачивание земли коллоидной пеной — смесью воды, золы и химикатов, снижающих содержание кислорода. Но существующие стратегии дорогостоящи и малоэффективны, так как угольные пласты могут вскоре загореться снова[30][53][31]. Например, на безрезультатные попытки остановить одно из таких пожарищ в Пенсильвании власти за 48 лет потратили в общей сумме более миллиарда долларов и в итоге были вынуждены расселить близлежащие города[55][56].
Вред водной системе
Горные работы нарушают водный баланс регионов — угольные слои служат водоносными горизонтами, истощение которых нарушает подпитку местных водоёмов и приводит к пересыханию колодцев. Например, добыча угля у польско-чешской границы привела в 2021-м к понижению уровня воды на прилегающих территориях. Жители окрестных деревень остались без источников питьевой воды и были вынуждены начать судебные разбирательства на международном уровне. Ушедшая ниже уровня добычи вода оказалась под угрозой загрязнения из-за просачивания вредоносных отстойных вод шламохранилищ. Подобные площадки для захоронения пустой породы или отходов производства обычно располагают как можно ближе к рудникам, что сводит к минимуму затраты на транспортировку. В развитых странах отстойники часто размещают рядом с неблагополучными районами и гетто. Построенные некачественно, такие отстойники могут давать течи, позволяя опасным химикатам постепенно просачиваются в нижние слои почвы. Из-за своего токсичного состава «хвосты» способны растворять из окружающей породы металлы, такие как медь, алюминий, кадмий и свинец[10][65]. По оценкам Гринпис, на каждую тонну добытого угля загрязняется от 1 до 2,5 кубометров подземных вод[66].
Один из других негативных эффектов угольной промышленности — кислотные дожди. Последние образуются из-за выбросов диоксида серы и азота во время сжигания угля на теплоэлектростанциях. Попадая в атмосферу и смешиваясь с водой в облаках, они формируют опасные кислоты[1][16][67]. Подобные осадки меняют ph-баланс вод озёр и рек, что разрушает существующие экосистемы[68]. Они опасны ещё и тем, что размягчают некоторые типы горных пород, из-за чего могут происходить оползни и сели. Например, в 2009 году в Китае от такого обвала погибло 70 человек[69].
Работа угольных предприятий не только повышает кислотность осадков, но также смягчает воду рек. Оксид кальция (CaO) в золе ТЭС легко растворяется в сточных промышленных водах с образованием гашёной извести (Ca(OH)2), которая свободно выносится дождевой водой с территорий золоотвалов в реки. Из-за добавления извести в водотоках оседают ионы кальция и магния, а также образуется карбонат натрия. Вода с таким составом непригодна для сельскохозяйственной деятельности, так как её использование для орошения переводит плодородные почвы в солонцеватые[70].
Сбрасывая отходы, угольные предприятия загрязняют поверхностные воды тяжёлыми металлами и опасными соединениями. Из-за выбросов угольной промышленности в реках и озёрах превышены нормы содержания железа, марганца, мышьяка, лития, бария, фенолов, соединений аммонийной группы. При большом содержании металлы, особенно железо, покрывают дно водотоков слизью оранжево-красного цвета. Рыба и другие водные обитатели не могут жить в таких условиях: например, в США в затронутых угольной промышленностью водных потоках численность обитателей снижена на 53 %[71]. Так, даже минимальная (следовая) примесь растворённой меди воздействует на нервную систему водоплавающих и может привести к поражению жабр. Ртуть, выделяющаяся при сжигании угля и попадающая с золой или сточными водами в реки, может повредить мозг и нервную систему как рыб, так и употребивших её в пищу людей. Вещество накапливается по пищевой цепочке, и чем крупнее рыба, тем выше в ней содержание токсина[72][73].
При большом количестве отходов угольных производств озёра, в которые попадают отходы, фактически превращаются в шламоотстойники[74][58][62][65]. Если в развитых странах такие ситуации предотвращает жёсткое регулирование выбросов угольной промышленности, то в развивающихся компании зачастую экономят на экологических мероприятиях в отсутствии чётких законодательных норм. Очистные сооружения на таких предприятиях либо отсутствуют вовсе, либо сильно устарели. Без должного надзора за объёмами загрязнения и местами сброса угледобыча может уничтожить заповедные земли. Например, в России в 2016 году 76 % сточных вод с шахт, отвалов и ГОК либо были не очищены совсем, либо обработаны недостаточно[6][35][75].
Аварии на угольных предприятиях представляют особую опасность для экологии водных систем. Например, только в США за первые пятнадцать лет XXI века произошло минимум четыре экологические катастрофы. В 2000 году в Кентукки и Западной Вирджинии техногенная авария на территории Martin County Coal Corp[англ.] привела к разливу 1,13 млрд литров угольной суспензии (смеси угольного шлака и жидкостей, содержащей тяжёлые металлы и радиоактивные элементы)[76]. В 2008 году на заводе TVA[англ.] в Кингстоне из-за разрушения дамбы в реки Эмори и Клинч высыпалось более 4,1 млн м³ угольной золы и токсичного шлама. Для сравнения, объёмы загрязнения превышали разлив нефти в результате аварии на платформе Deepwater Horizon в Мексиканском заливе[77]. В 2014-м в реку Элк[англ.] в Западной Вирджинии вытекло[англ.] более 45 тыс. литров промышленной жидкости для переработки угля. Так как водоток поставлял питьевую воду в города центра штата, 300 тысяч человек в регионе получили рекомендации не пить водопроводную воду[78]. В том же году компания Duke Energy сбросила почти 140 000 тонн токсичных отходов и сточных вод в реку Дэн[англ.] недалеко от Идена[англ.][79].
В моря угольная пыль может попадать как при погрузке угля в портах, так и со стоком рек. Это оказывает токсическое воздействие на морских обитателей и приводит к помутнению воды, от чего уменьшаются популяции водорослей, ухудшается видимость для хищников, а у донных обитателей забиваются дыхательные пути, в результате, остальные виды вынуждены менять ареалы. Однако полноценных исследований на эту тему недостаточно[80].
На добычу каждой тонны угля шахтёры тратят около 250 литров пресной воды, а для его сжигания на типичной угольной электростанции мощностью 1000 МВт ежеминутно расходуется около 3800 литров. Угледобытчики используют воду при бурении пород и для улавливания частиц угля, а работники ТЭС — для вращения генератора паром или для охлаждения систем, забирая её из водохранилищ, озёр и рек[12]. Таким образом добыча угля и строительство ТЭС невыгодно в районах с нехваткой воды. Но даже в богатых водой регионах угольная промышленность способна нарушить режим стока рек, что влияет на судоходство, рыболовство и земледелие[3][81][82].
Загрязнение атмосферы
В атмосферу попадает бо́льшая доля загрязнений от использования и добычи угля: во время разработки, транспортировки и перевалки ископаемого по воздуху рассеивается угольная пыль, а при сжигании — продукты сгорания. Угольные ТЭС выбрасывают в атмосферу большое количество диоксида серы, оксида азота и двуокиси углерода, тяжёлых металлов, в том числе ртути, и твёрдых частиц[4][83][84]. Почти все побочные продукты угольных электростанций вредят окружающей среде и здоровью человека[12]. Так, только в Европе угольные электростанции ответственны за более 10 гигатонн выбросов CO2 в год или около 40 % от всех выбросов CO2 от ископаемого топлива. Тем не менее, и-за своей дешевизны уголь остаётся самым распространённым топливом в мире: на нём вырабатывается до 40 % всей электроэнергии[4][5].
Метан
Во время горных работ высвобождается метан угольных пластов. В контексте глобального потепления эмиссии этого парникового газа опаснее, чем выбросы CO2: в 20-летней перспективе их эффект на глобальное потепление в 80 раз выше, и в 30 раз выше — на горизонте 100 лет[85]. Поэтому эксперты называют газ «CO2 на стероидах»[86]. Учитывая, что годовые выбросы метана во всём мире могут достигать 42 млн т, он оказывает бо́льшее влияние на изменение климата, чем судоходство и авиация вместе взятые[87].
На угледобычу приходится значительная доля эмиссий метана: в 2021 году действующие шахты выбросили 52,3 млн т этого газа. Тогда как при добыче ископаемого газа за этот же период было потеряно только 45 млн т, при добыче нефти — 39 млн т. Предположительно, введение в эксплуатацию 465 новых рудников и разрезов, проектируемых в 2022-м, должны увеличить общемировые выбросы метана на 11,3 млн т в год. Одновременно в США угледобывающая отрасль была ответственна за 10 % от общенациональных выбросов этого газа. Однако наиболее опасна для мировой экологии добыча в Китае, где зарегистрировано 9 из 10 компаний, шахты которых выбрасывают наибольшее количество метана в год (от 22 до 88 млн т эквивалента CO2)[3][88]. В России основная доля выбросов метана от угольных пластов приходится на Кузнецкий бассейн, шахты которого дают около 70 % годового показателя[89][90][91]. Именно в Кемеровской области канадские спутники зафиксировали крупнейшую в мире утечку газа — действующая шахта Распадская ежечасно выбрасывает почти 90 тонн метана (764 тыс. т в год)[92].
Объёмы эмиссий конкретных шахт зависят от геологического строения и глубины разработки. Например, шахты Польши выбрасывают столько же метана, как и относительно поверхностные индонезийские рудники, хотя выработка угля на них в пять раз меньше. По данным Global Energy Monitor[англ.], самые газоносные угольные шахты в мире могут выбрасывать в 67 раз больше метана, чем шахты с аналогичной производительностью. Таким образом, ликвидация хотя бы четверти угольных шахт с наихудшими показателями может сократить выбросы метана более чем на 20 млн тонн[88]. Однако газ выделяется не только во время разработки месторождений, опасность представляют даже закрытые шахты. Только в США за 2019 год заброшенные рудники производили 8 % от общего объёма выбросов метана в стране или около 1 % от общего количества парниковых газов[84].
Ограничение утечек шахтного метана — один из наиболее эффективных способов борьбы с изменением климата[88]. Поэтому разные страны разрабатывают технологии его улавливанию и хранению. Однако несмотря на то, что метан шахтных пластов сам является полезным ресурсом, угледобывающие компании сравнительно редко внедряют такие системы. Компании предпочитают выпускать газ, так как он взрывоопасен и представляет угрозу для шахтёров. Технология его улавливания дороги и по-своему вредны для окружающей среды. Добыча метана угольных пластов приводит к падению уровня грунтовых вод. Чтобы извлечь газ, компании обязаны откачивать заметные объёмы грунтовых вод для сброса давления воды, удерживающей газ в угольном пласте. Так, подсчёты для австралийских предприятий варьируются от 126 до более 300 гигалитров в год. Негативные последствия от такой деятельности проявляются медленно и могут стать заметны только через десятилетия, а восстановление уровня вод может занимать до 20 лет[86][93][94].
Вода, откачиваемая в процессе «обезвоживания» угольных пластов для добычи метана, содержит ряд токсичных химических веществ, иногда — тяжёлые металлы и радионуклиды. Такую воду практически нельзя использовать в сельском хозяйстве: со временем токсины накапливаются в почве до концентраций, которые сокращают рост растений. Большое содержание натрия в извлечённой жидкости вызывает образование налёта и ухудшает гидравлическую проводимость почвы, отрицательно влияя на доступность воды и аэрацию. Сброс таких вод в реки или озёра представляет риск для здоровья людей и состояния местных экосистем. Компании откачивают сточные воды в специальные резервуары, только после чего возможны очистка и обессоливание. В среднем за 30 лет в отстойниках одной компании может накопиться до 21-31 млн т отработанных солей, которые не имеют применения[86][93][95].
Углекислый газ
Выбросы CO2 от разных видов топлива в мире, 2022 год Выбросы CO2 от сжигания угля на душу населения, 2022 годВыбросы углекислого газа по источникам с 1880-го, 2020 год
Выбросы CO2 — один из основных факторов глобального потепления. С химической точки зрения уголь представляет собой углерод, вступающий в реакцию с кислородом воздуха при сжигании. Образующийся в результате CO2 удерживает тепло и способствует изменению климата[3]. Международное энергетическое агентство признаёт угольные ТЭС самым главным источником загрязнения углекислым газом. Они ответственны за более 10 гигатонн эмиссий CO2 в год или, по разным оценкам, от 30 до 40 % выбросов от сжигания всего ископаемого топлива. Если среднестатистическая газовая электростанция выбрасывает в атмосферу около 400 кг CO2 на МВт⋅ч, то угольная — 988 кг CO2 на МВт⋅ч[96]. ТЭС, сжигающие самый дешёвый вид угля — бурый, — могут выбрасывать в атмосферу до 1200 кг CO2 на один МВт⋅ч[18][97][19][98]. Тем не менее этот вид топлива остаётся самым распространённым: на угле вырабатывается до 40 % электроэнергии в мире[4][5][12].
По удельной теплоте сгорания уголь уступает всем добываемым нефте- и газопродуктам. Из-за высокого содержания углерода при сгорании уголь выделяет больше диоксида углерода на единицу тепла, чем любое другое распространённое ископаемое топливо. В зависимости от типа уголь может содержать 60-80 % углерода, на каждый грамм сжигания которого образуется около 4 граммов СО2[3][99][100]. Таким образом, коэффициент выбросов отличается в зависимости от качества топлива, например, для европейского угля он варьируется в диапазоне от 96 т CO2/ТДж в Румынии до примерно 129 т CO2/ТДж в Греции. На мировом рынке самым «грязным» считается индонезийский, а наиболее «чистым» — австралийский уголь. Последний также содержат сравнительно небольшое количество серы, золы и радиоактивных элементов, что делает его одним из наиболее дорогих на мировом рынке[101][102].
В целом на 2017 год сожжённый в Европейском союзе уголь добавлял 15,2 % к общему объёму выбросов парниковых газов региона. Показатель может увеличиваться с наращиванием производства, увеличения транспортных потоков или в холодные зимы. Например, за 2020—2021 годы, во время восстановления экономики ЕС после пандемии COVID-19 и остановки многих производств, наблюдался резкий скачок эмиссии CO2 на 17 % (до 433 млн т)[4][5][103]. В целом по миру прирост эмиссии от энергетической сферы составил 6 % (до 36,3 млрд т), что стало рекордом за всю историю наблюдений. Из них угольные электростанции ответственны за 15,3 млрд т. Скачок спроса на энергию в 2021 году стал следствием не только подъёма производства в период пост-пандемии, но также и неблагоприятных погодных условий и роста цен на природный газ, что привело к увеличению доли угля в энергетическом балансе. Так, на протяжении большей части 2021 года затраты на эксплуатацию угольных электростанций в США и многих странах ЕС были значительно ниже, чем у газовых. Этот краткосрочный отказ от газа в пользу угля увеличил глобальные выбросы диоксида углерода от производства электроэнергии более чем на 100 млн т[104].
В Австралии производство электроэнергии является основной причиной углеродного загрязнения, поскольку 73 % в её энергетическом балансе обеспечивает сжигание угля[105]. В результате страна лидирует по количеству выбросов от угля на душу населения в G20 и в мире — 5,34 т CO2 в год. Для сравнения показатель для второй в рейтинге стране из G20 — Южной Кореи — не превышает 3,81 т в год на человека. Средний австралиец вырабатывает в 5 раз больше диоксида углерода от угольной энергетики, чем средний человек в мире, и почти в 2 раза больше, чем китаец. Хотя Китай является крупнейшим в мире потребителем угольной энергии, но всё ещё остаётся пятым в мире по количеству выбросов на человека — 2,71 т в год. В США на долю угольной генерации приходится 83 % выбросов парниковых газов в энергетическом секторе[106], а угольные электростанции страны занимают четвертое место в G20 по выбросам углекислого газа на душу населения — 3,08 т в год. Таким образом, этот показатель в стране в 3 раза выше среднемирового[107].
Количество выбросов угольных ТЭС напрямую зависит от энергоэффективности: чем она выше, тем меньше на единицу энергии оно сжигает топлива и производит эмиссий[108]. С износом оборудования угольные электростанции становятся всё более опасными для окружающей среды. Например, в России, где около 30 % мощностей старше 50 лет (при европейском стандарте в 40-48 лет), средняя ТЭС выбрасывает в атмосферу больше вредных веществ, чем китайская. Ежегодные выбросы СО2 на подобных предприятиях в России составляют 190 млн т[17][18][97][19]. В целом в России к 2020 году выбросы от сжигания угля для любых нужд достигли 356,95 млн т из 1,58 млрд т годовой эмиссии СО2[109].
Опасность угольных ТЭС стимулирует развитие технологий по улавливанию углерода (CCS). Представители отрасли часто преподносят такие системы как решения, способные обеспечить «экологически чистую» угольную энергию. Технология предусматривает вывоз и захоронение эмиссий CO2 в специальных геологических хранилищах. Однако даже при введении так называемой технологии «чистого угля» выбросы электростанций достигают 800 т СО2 на один ГВт. Международное энергетическое агентство не признаёт, что существующие технологии улавливания и захоронения углекислого газа на угольных ТЭС делает их экологичными[17][18][19]. Кроме того, безопасность системы захоронения отходов, которые предлагают угольные промышленники, не проверена до конца. CCS-системы не уменьшат количество других эмиссий ТЭС, а эффект от сокращения выбросов углекислого газа будет заметен только при повсеместном их внедрении. Но даже в таком случае, они дорогостоящи и менее выгодны, чем прямой переход на использование возобновимых источников энергии[3][101][110].
Власти разных стран сокращают вред от угольных ТЭС, увеличивая инвестиции в возобновляемые источники энергии и вводя ограничения на количество выбросов в атмосферу. Так, в ЕС действуют квоты[англ.], которые электростанции обязаны выкупать в зависимости от объёмов загрязнения. Принятое в 2015-м Парижское соглашение направлено на то, чтобы удерживать повышение температуры в мире «намного ниже 2 °C» к 2050-му. После его вступления в силу страны европейского блока начали активно сокращать инвестиции в проекты угольной генерации. За 2015—2020 годы средний объём инвестиций в такие разработки снизился на треть (в среднем на 7,8 % ежегодно). Тем не менее, Международное энергетическое агентство сообщало в 2021 году, что для достижения нулевого уровня выбросов к 2050 году необходимо прекратить строительство любых новых угольных электростанций и закрыть все существующие к 2040-му[111][112][113]. Одновременно более сорока стран обязались отказаться от угольной генерации к установленным срокам, среди них — основные страны-потребители угля, включая Польшу, Вьетнам и Чили[114][115][116]. Однако российское вторжение на Украину заставило экологов опасаться возможного роста угольной генерации. Рост цен на ископаемый газ и введение санкций на российские энергоносители заставил некоторые страны рассмотреть возврат к массовому использованию угля: о таких планах заявили правительства Германии, Нидерландов, Франции и Австрии. Предположительно, такие меры приведут к увеличению выбросов CO2 примерно на 30 млн т или на 4 % от выбросов энергетического сектора ЕС в 2021 году[117].
Радиационные выбросы
Суммарные выбросы радионуклидов некоторых угольных ТЭС выше, чем у АЭС сравнимых мощностей[18], а по мнению некоторых учёных, их радиационный фон даже выше любой атомной станции[118]. Если в подземных угольных залежах радионуклиды не представляют опасности, то при добыче и сжигании они поступают в атмосферу и воздействуют на людей, животных и растения. При добыче основную угрозу для шахтёров составляют аэрозоли продуктов распада урана, тория (радон и радон-220, соответственно), которые попадают в воздух при разработке пластов. В непроветриваемых участках шахт их концентрация часто превышает допустимые нормы. Повышенная доза облучения горнорабочих приводит к увеличению примерно на 15 % общего риска смерти[119][120][121].
Попадая в воздух из дымовых труб, радиационные выбросы рассеиваются и образуют сложное объёмное поле. Радиоактивность выбросов и сбросов ТЭС зависит от характеристик самого топлива и особенностей его сжигания. Предположительно, угольные электростанции во всём мире ежегодно выбрасывают до 37,3 тыс. т. урана и тория[119]. Таким образом радиоактивность почв и воздуха на территориях, прилегающих к ТЭС, могут в несколько раз превышать предельно допустимые значения. Кроме того, из-за своей структуры радиоактивный элемент, конденсирующийся на аэрозольных частицах, зачастую не улавливается электрофильтрами[120]. Попадая в организм человека или животного, такие летучие компоненты легко проникают в ткани и накапливаются в костях, вызывая серьёзные заболевания. Радиационное облучение способствует развитию болезней лёгких и онкологических заболеваний, а также влияет на организм человека на генетическом уровне[121][122].
Уголь всегда содержит в своём составе радиоактивные вещества уран-238, торий-232, радий-226, радон, радон-220, калий-40. Так, на начальных этапах развития атомной энергетики в СССР именно уголь служил сырьём для получения урана. Однако концентрация радионуклидов в разных угольных пластах различается в сотни и тысячи раз. Среднее содержание урана в породе составляет 3,6 г/т, однако этот показатель гораздо выше для отдельных рудников России, Киргизии, Турции, Франции, США и других стран. Например, в Северной и Южной Дакоте встречаются залежи со средним содержанием урана 80 г/т. Очень высокое содержание урана отмечено для лигнитов Испании — до 298 г/т. В России в породах Канско-Ачинского бассейна содержание урана достигает более 100 грамм на 1 т угля. Соответственно, такое топливо нельзя сжигать без специальной предварительной обработки. Некоторые угли севера Кемеровской области содержат 139 г урана на т, а их зола и шлаки, образующиеся при сжигании, — 902,6 г/т[120]. Однако в России угли с аномальным содержанием урана обычно разрабатываются без всякого радиационно-гигиенического контроля, уголь используется на ТЭС, в котельных и в частных домах[119][121][123].
Кроме того, уголь часто содержит радиоактивный торий, концентрация которого также варьируется в зависимости от места добычи. Высокие содержания элемента зафиксированы в бурых углях Австралии — 17 г/т и в каменных углях Канады — 11 г/т. Средняя оценка содержания тория для углей Сибири составляет 2,4 г/т. Таким образом, добытые в 2015-м в Кузнецком бассейне 215,8 млн т угля содержат минимум 734 т тория. И хотя содержание этого элемента в угле меньше, он может представлять большую угрозу для людей, чем уран. Период его биологического полувыведения составляет десятки лет. Кроме того, дополнительное облучение персонала угледобывающих предприятий и населения могут вызывать золошлаковые отходы. Окисленный уголь отстойников может содержать радий, а из недр при добыче выделяется радиоактивный газ радон, которые усиливают воздействие радиации на шахтёров[121][122].
Помимо прочего, угольные ТЭС выбрасывают в воздух ряд токсинов: оксиды азота, оксид серы, серный ангидрид, диоксид азота и бензапирен. Они легко разносятся с ветром на большие расстояния. Последствия такого загрязнения для населения могут варьироваться от астмы и затруднённого дыхания до повреждений головного мозга, проблем с сердцем, онкологии, неврологических расстройств и преждевременной смерти[3][124][125]. Кроме того, диоксид серы вызывает кислотные дожди, которые опасны для растений и животных, обитающих в воде. Оксиды азота участвуют в образовании тропосферного озона, токсичного в больших количествах и усиливающего изменение климата[12][99].
Производители обязаны контролировать содержание вредных веществ в промышленных выбросах, но ограничения разнятся от страны к стране и зачастую недостаточно строги. Даже в Европе энергетический сектор является одним из основных источников загрязнения воздуха: в 2018 году на него приходилось 44 % от общих выбросов SO2 и 14 % от общего объёма выбросов NOх в регионе. Для стран-членов Европейского агентства по окружающей среде этот показатель даже немного выше: на производство тепла приходилось 54 % выбросов SO2 и 16 % выбросов NOх. По масштабам загрязнения оксидами азота лидируют электростанции Польши и Германии, которые являются главными их источниками в ЕС. 44 % от общего объёма выбросов диоксида серы (SO2) угольных электростанций в Европе обеспечивают всего 10 заводов в Турции, Сербии, Украине, Северной Македонии, Боснии и Герцеговине[124][125][126][127][128]. Помимо этого, европейские станции ежегодно выбрасывают до 16 т ртути и являются главным промышленным источником этого токсичного металла в регионе[4][83][9][87]. По данным экспертов Программы ООН по окружающей среде, на сжигание угля для производства электроэнергии приходится 21 % из 2220 тонн антропогенных источников выбросов ртути в атмосферу ежегодно[112].
В США на 2014 год выбросы угольных электростанций включали: 41,2 т свинца, более 22 т летучих органических соединений, 34,9 т мышьяка, 4,2 т кадмия и других токсичных тяжёлых металлов. Предприятия были также ответственны за 42 % выбросов ртути в стране[99]. Предположительно, переход всех угольных электростанций в США на газовое топливо сократит выбросы двуокиси серы более чем на 90 %, а выбросы оксидов азота — более чем на 60 %. Это, в свою очередь, поможет сократить стоимость ежегодных расходов на здравоохранение на 20-50 миллиардов долларов[125].
Если в развитых странах власти строго следят за объёмами выбросов ТЭС, то в развивающихся показатели не всегда доступны и на практике могут быть выше ожидаемых[5][129]. Например, буроугольные заводы Турции, введённые в эксплуатацию без какой-либо сероочистки, на 2019-й продолжали работать. Предприятия не предоставляли правительству отчёты о выбросах, так как они считаются конфиденциальной коммерческой информацией. Известно, что на многих угольных электростанциях в стране отсутствуют надлежащие системы десульфурации дымовых газов. По существующим оценкам, концентрации выбросов SO2 старых турецких угольных электростанций в 25—60 раз превышают европейские стандарты. В 2018 году на Турцию приходилось 33 % ежегодных выбросов SO2 в энергетическом секторе среди стран ОЭСР[130].
Такие страны как Турция, Украина и государства Западных Балкан прямо или косвенно продолжают субсидировать свои ТЭС, пренебрегая стандартами выбросов. Большинство электростанций в регионах старше 30 лет и модернизация их мощностей была бы очень дорогой. Уже в 2013-м необходимые инвестиции в предприятия стран Европейского Энергетического сообщества[англ.] для соблюдения стандартов выбросов оценивались в 7,85 млрд евро. Страны потратили 2 миллиарда евро в период с 2015 по 2019 год на субсидирование угольной энергетики, хотя оцениваемые природные ресурсы делали инвестиции в ветряную и солнечную энергетику в долголетней перспективе более выгодными[130]. Китай как одина из крупнейших стран-производителей угля продолжал спонсировать строительство угольных угольных станций зарубежом вплоть до 2021 года[131].
Твёрдые загрязнения
Задымление над угольной шахтой, 2007 год
Значительная доля загрязнений попадает в атмосферу во время открытой добычи, транспортировки и перевалки угля: мельчайшие твёрдые частицы рассеиваются, попадают в атмосферу, становясь причиной задымления и ухудшения видимости. Другой значимый источник — угольные электростанции, которые загрязняют атмосферу продуктами горения топлива. Ртуть и тяжёлые металлы в выбросах ТЭС формируют летучую золу, которая представляет собой взвешенные частицы, оседающие на растения и почву, в реки или водоёмы[3][125]. Количество твёрдых остатков, образующихся при сжигании угля, зависит от его качества: если зольность низкокачественного топлива может достигать 40—70 %, то качественного — 10—12 % и ниже. Серность угольной золы может варьироваться в диапазоне от 1 до 4 %[99][101].
Для сокращения выбросов предприятия внедряют специальные устройства, контролирующие уровень загрязнения. Но несмотря на это, только в США угольные электростанции ежегодно производят более 100 млн т угольной золы. В 2014-м этот показатель достиг 197 тыс. тонн мелких частиц (диаметром 10 микрометров или менее)[3][132]. Масштабные загрязнения воздуха приводит к развитию у населения хронического бронхита и астмы, сердечно-сосудистых заболеваний и даже к преждевременной смерти[3]. Оценки количества людей, которые ежегодно гибнут от воздействия угольной пыли ТЭС, отличаются для разных регионов. Например, в США количество достигает 52 тыс. человек (для сравнения за 2016-й в автокатастрофах погибло 40 тыс. американцев)[99][125].
Среди европейских стран лидером по объёму загрязнения мелкими частицами (PM10 и PM2,5), а также бенз(а)пиреном, которые обычно выделяются в результате сжигания угля, является Польша. Исторически качество воздуха в этой стране одно из самых низких в Европе, в частности из-за массового использования низкокачественного угля для обогрева домов и большой доли угольной генерации на государственном уровне. В 2018-м концентрация PM10 в угольных районах страны превышала суточное предельное значение в ЕС более чем на 50 %. Загрязнения в воздухе стали причиной преждевременной смерти почти 50 тысяч человек, из них 46,3 тысяч погибло от воздействия PM2,5. Для сравнения всего в ЕС от этого типа эмиссий погибло 379 тысяч человек, в Германии — 63,1 тысяч человек, Италии — 52,3 тысяч человек[133].
Чтобы смягчить негативное воздействие, власти разных стран в той или иной степени вводят лимиты выбросов. Однако на 2019 год большинство стран Энергетического сообщества[англ.] не соблюдали национально допустимые объёмы эмиссий. В европейском регионе угольные электростанции Украины, Западных Балкан, Турции, Польши и Германии являются одними из основных источников загрязнения воздуха[124]. В России из 22 млн т собранных золошлаковых отходов угольных ТЭС утилизации подвергалось только 10—15 %, против 64 % в США и 97 % в Японии[126][127][128].
При высокой концентрации угольной пыли власти вводят экстренный режим «чёрного неба». Так называют периоды, когда количество взвесей в воздухе настолько велико, что они образуют «чёрные облака». Например, в России с таким явлением регулярно сталкиваются жители портовых городов Владивосток и Находка[3][134][135]. Последний в 2018-м стал лидером по уровню атмосферного загрязнения в стране[60][136].
Влияние на здоровье
Угольная промышленность наносит непоправимый ущерб здоровью жителей регионов добычи, шахтёров и работников угольных предприятий. Основную опасность для них представляет угольная пыль, мелкие частички которой легко развеиваются по воздуху. Попадая в организм, они проникают в ткани дыхательной системы и с кровью разносятся по организму. Мелкодисперсные твёрдые частицы приводят к образованию избыточных свободных радикалов, что связано с развитием хронических патологий органов дыхания. В результате развиваются пневмокониозы, бронхиты и другие заболевания дыхательной системы. Пылевые патологии также провоцируют сердечно-сосудистых заболевания, деформацию сердечных желудочков[137]. В ориентированных на угледобычу регионах у женщин чаще отмечаются преждевременные роды и случаи мертворождения, встречаются аномалии развития новорождённых и выше уровень заболеваемости детей первого года жизни. Кроме того, в таких областях как, например, Кемеровская отмечается рост заболеваемости злокачественными новообразованиями (в 2010—2013 годах — на 9,7 % у всего населения).
Профессия шахтёра связана с одним из самых высоких уровней профессиональной заболеваемости. У работников отдельных месторождений рак лёгких развивается в 10 раз чаще, чем у рабочих не связанных с угольной отраслью. Другими распространёнными болезнями у шахтёров являются пневмокониозы и бронхит, ишемическая болезнь сердца, артериальная гипертензия и другие сердечно-сосудистые заболевания[138][139][140][141]. Кроме того, работа в отрасли сопряжена с повышенным травматизмом и авариями на производстве (обвалы породы, взрывы, выбросы газов). Так, в США смертность в результате аварий составляет 10 человек в год, в России — 50[142][143]. Опасность возникает как по неосторожности, так и из-за халатности руководства шахт — экономии на средствах защиты, недостаточных инвестиций в системы безопасности, отсутствие обязательного инструктажа, низкая производственная дисциплина, наращивание добычи в погоне за выгодой и другое[30][143][144].
Угольная добыча угрожает здоровью и других жителей регионов, так как пыль легко распространяется на большие расстояния. Загрязнения ухудшают экологическую обстановку и приводят к онкологическим и другим заболеваниям. Наиболее распространены в регионах добычи рак лёгкого, трахеи и бронхов[74][74]. В результате продолжительность жизни в таких районах гораздо ниже общенациональных показателей, например, кемеровчанин в среднем живёт на 3—4 года меньше, чем среднестатистический россиянин[145].
Работа ТЭС также наносит непоправимый ущерб здоровью населения, так как при сжигании угля они выбрасывают особо опасные летучие соединения ртути, мышьяка, селена, свинца, кадмия, цинка и другие. Попадая в организм человека, они накапливаются в органах, приводя к развитию злокачественных опухолей и мутагенных эффектов, понижая сопротивляемость к инфекциям. Наиболее мелкие частицы диаметром до 0,1 мкм могут проникать в капилляры даже через кожный покров. Расстояние, на которые разносятся частицы золы и их осаждение на землю вместе с атмосферными осадками, зависят от физических свойств золы и погодных условий. Наибольшему влиянию подвержены люди, проживающие на расстоянии от 1-2 км от ТЭС[13][14].
На 2017-й более миллиона смертей были связаны со сжиганием ископаемого топлива, из них более половины — с углём[15]. По оценкам 2021 года, только в Европе отказ от угля сохранит до 100 тыс. жизней ежегодно[146]. В таких зависимых от угольной генерации странах как, например, Индия, количество ежегодных смертей от действующих и планируемых угольных станций ежегодно достигает 112 000. Отказ от строительства намеченных на 2021-й заводов позволит избежать как минимум 844 000 преждевременных смертей в течение всего срока службы этих заводов[147].
↑ 12Calvin W. Rose,Bofu Yu,Douglas P. Ward,Nina E. Saxton,Jon M. Olley,Errol K. Tews.The erosive growth of hillside gullies (англ.) // Earth Surface Processes and Landforms. — 2014. Архивировано 20 сентября 2022 года.
.jpg)
