Энергия и окружающая среда

Производство и потребление энергии, загрязнение

Окружающей среды

Человечество за все блага цивилизации (жилище, одежда, пища, средства передвижения, комфорт, развлечения и пр.) расплачивается по существу  энергией.

При производстве энергии энергетическое сырьё проходит через  ряд стадий от разведки и добычи до получения конечного продукта и отходов производства, образуя так называемый жизненный цикл первичного материала. На всех стадиях жизненного цикла происходят энергетические затраты, включая производство продукта (добыча), превращение, складирование, распределение до конечного потребления и переработки отходов. Образуется общая энергетическая цепь. В некоторых случаях расход энергии доходит до 35 % всех затрат на производство продукции, лишь утилизация отходов снижает эти затраты.

Каждому способу производства энергии соответствует своя энергетическая цепь, своя номенклатура  отходов, а значит, своя специфика загрязнения и воздействия на окружающую среду. Таким образом, существует прямая взаимосвязь между энергией и окружающей средой, т. е. между способом производства энергии и ущербом, наносимым окружающей среде из-за образования отходов.

Понятие энергии связано с её различными формами:

1 – лучистая - энергия Солнца;

2 – химическая – энергия полезных ископаемых;

3 – электрическая – энергия бегущих электронов;

4 – механическая – энергия ветровая, приливная, падающей воды;

5 – тепловая - внутреннее тепло земли;

 6 – ядерная – энергия вещества.

В соответствии с законами термодинамики один вид энергии переходит в другой. Все энергетические ресурсы планеты подразделяются на невозобновляемые и возобновляемые. Ниже приводится их энергетический баланс:

а) невозобновляемые:   1,006×10²⁰ кВт·ч     – 100,00 %

- термоядерная энергия                                 99,40 %;

- ядерная энергия деления                               0,54 %;

- химическая энергия (ископаемое топливо)        0,05 %;

- внутреннее тепло Земли                                 0,01 %.

б) возобновляемая: около 6,5×10¹⁷ кВт·ч    – 100,00 %

- энергия солнечных лучей                            88,99 %;

- энергия морских приливов                          10,74 %;

- энергия ветра                                                  0,268 %;

- энергия рек                                                     0,002 %.

Баланс потребляемой человеком энергии сегодня таков: 75 % тепловой, 24 % механической, 1 % электрической и световой.

Главный источник энергии сегодня - тепло при сгорании полезных ископаемых (уголь, нефть, газ, сланец, торф). Их химическая энергия обладает рядом преимуществ перед другими видами, т.к. её носители легко транспортируются, долго хранятся, легко преобразуются в другие виды энергии. Но расходуются эти энергоносители человеком варварски, хотя их запасы составляют доли процента всех запасов энергии на Земле.

Вот как выглядят эти запасы сегодня:

Уголь. Запасы угля составляют 317 млрд. т условного топлива (т  у. т.) и его должно хватить на 450 лет, а с учётом разведанных при том же потреблении – на 1000 лет. Свыше 60 % мировых запасов – в развивающихся странах, из них половина – в Китае, в США – 12 %, в России – 13 %. Уголь – сегодня основной источник энергии в большинстве стран. В Китае 73 % национальной экономики удовлетворяется за счёт энергии угля. На долю жилого сектора в Польше приходится 47 %, в Венгрии – 75 % всего потребляемого у них угля.

Газ. Запасы составляют 317 млрд. т  у. т., из которых 50 % приходится на развивающиеся страны, в России – 35 % мировых запасов газа. При сохранении нынешнего уровня потребления в развитых странах с учётом разведанных его хватит приблизительно на 230 лет.

Нефть. Мировые запасы нефти – 484 млрд. т у. т. Полагают, что её должно хватить примерно на 95 лет, если исходить из нынешнего уровня добычи с учётом разведанных. На долю развивающихся стран приходится 86% мировых запасов. Но эти запасы распределены очень неравномерно: у маленького Кувейта – 12,6 млрд. т, а у большой Индии – 0,125 млрд. т, в то время как у промышленно развитой Японии нефти практически нет. Последние расчёты показывают, что в РФ нефти хватит до 2045…2050 г.

На долю нефти в мире приходится 38 % вырабатываемой энергии, на уголь - 28 %, на газ - 21 %, на ГЭС – 7 %, на АЭС – 6 % (доклад Кертиса Мура в ООН).

Уран. Запасы урана составляют 380 млрд. т у. т., с учётом потребления и разведанных его хватит на 1000 лет.

Торф. Он является органическим топливом и относится к возобновляемым источникам энергии. Добыча нефти и газа со временем будет падать, поэтому использование местного биотоплива становится стратегически важной проблемой. В России находится 150 млн. га залежей из 400 млн. га мировых торфяных полей. В стране 220 российских предприятий добывали ранее 50 млн. тонн торфа, обеспечивая 29 электростанций топливом, сейчас на торфе работают только 12.

Россия при численности населения 2 % от населения планеты по запасам топлива является самой богатой страной в мире: в её недрах от мировых запасов – 15 % нефти, 30 % угля, 35 % газа, 55 % торфа, 15 % урана. Самым распространённым видом топлива в России является газ. К началу ХХI века разведанные запасы газа в стране составили 46,9 трлн. м³, а потенциальные ресурсы оцениваются в 236,1 трлн. м³.

Современная цивилизация требует для своего развития всё больших топливно-энергетических ресурсов. Потребление энергии увеличилось с 1900 по 2000 год почти в 15 раз, при увеличении численности населения в 3,8 раза, достигнув к его концу абсолютной величины около 9,5 млрд.  т нефтяного эквивалента. Сегодня на одного жителя планеты расходуется в среднем ежегодно 2,0…2,5 т у. т., т. е. потребление возросло за 100 лет в 4 раза, в промышленно развитых странах - 10…15 т (в РФ около 10 т у. т.). Наша страна тратит, к сожалению, на единицу производимой продукции в 2 раза больше энергии.

Объём вырабатываемой в мире энергии неуклонно растет. За последние 20 лет он вырос на 50 % в основном за счёт развивающихся стран. Но львиная доля потребляемой энергии расходуется промышленно развитыми странами, где расход её на душу населения примерно в 10 раз больше, чем в развивающихся странах.

С будущим энергетики тесно связаны три глобальные проблемы: рост численности населения, рост потребления и растущее загрязнение окружающей среды. Надвигающийся энергетический кризис заключается скорее не в недостатке энергии, а в том, что растущий антропогенный вклад энергетики в биосферу грозит её устойчивости.

Согласно расчётам производство добавочной энергии всего на 1 % к той, которую Земля получает от Солнца, приведёт к увеличению средней температуры атмосферы примерно на 1 ^оС, что угрожает живому населению планеты и может привести к серьёзным последствиям. Безопасный предел добавочной энергии не должен превышать 0,1 % от энергии Солнца, падающей на поверхность Земли или примерно 100 млрд.  кВт · ч. Для обеспечения преемлемого качества жизни на человека необходимо около 10 кВт. Сегодня в среднем приходится по 2 кВт/чел., отсюда число жителей Земли по энергетическому критерию не должно превышать 10 млрд. человек.

В настоящее время выработка энергии на ТЭС составляет 13 млрд.   кВт · ч,  из них на угольных ТЭС вырабатывается около 37 %, на жидком топливе - 10 % и более 14 % - на газе. Доля ГЭС в мировом производстве электроэнергии составляет около 19 %, АЭС - 18 %, нетрадиционных возобновляемых источников энергии - 1,3 %.