ПУТИ РЕШЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОБЛЕМ
1. Энергетические потребности, ресурсы и возможности
Человек с момента своего появления нуждался в энергетических ресурсах. На раннем этапе развития он удовлетворял эту потребность через пищу. Но с развитием человечества росли его энергетические потребности и расширялись возможности их удовлетворения. На первых этапах развития цивилизации использовались первичные природные энергетические ресурсы - древесина, затем ископаемый уголь. Постепенно начинает использоваться энергия ветра и воды. Примитивные ветряные двигатели (ветряные мельницы) появились еще 2 тысячи лет назад. Природный битум начал использоваться 1 тысячу лет назад. Первые нефтяные скважины появились в XVII веке, а в середине XIX века началась промышленная добыча нефти и газа. В эпоху индустриализации потребность в энергетических ресурсах резко увеличивается, но расширяются и возможности человечества: началось производство электроэнергии с использованием гидроресурсов, энергии Солнца и атомной энергии. Использование энергетических ресурсов во все времена ограничивалось запасами природных энергоресурсов, возможностями человека извлекать энергию из этих энергоресурсов и последствиями их извлечения и использования.
2. Глобальные экологические проблемы энергетики
Энергетика — это основа промышленности всего мирового хозяйства. Поэтому последствия влияния энергетики на экологию Земли носит глобальный характер. Воздействие энергетики на окружающую среду разнообразно и определяется видом энергоресурсов и типом энергоустановок. Приблизительно 1/4 всех потребляемых энергоресурсов приходится на долю электроэнергетики. Остальные 3/4 приходятся на промышленное и бытовое тепло, на транспорт, металлургические и химические процессы. Ежегодное потребление энергии в мире приближается к 10 млрд. т условного топлива, а к 2000 году оно достигнет, по прогнозам экспертов, 18-23 млрд. т. Теплоэнергетика в основном твердое топливо. Самое распространенное твердое топливо нашей планеты — уголь. И с экологической и с экономической точки зрения метод прямого сжигания угля для получения электроэнергии не лучший способ использования твердого топлива. При сжигании жидкого топлива с дымовыми газами в атмосферу воздуха поступают: сернистые ангидриды, оксиды азота, окись и двуокись углерода, газообразные и твердые продукты неполного сгорания топлива, соединения ванадия, соли натрия, и др. С точки зрения экологии жидкое топливо менее вредно, чем уголь. Если уровень загрязнения атмосферы при использовании угля принять за 1, то сжигание мазута даст 0,6, а использование природного газа снижает эту величину до 0,2.
Парниковый эффект. Повышение концентрации углекислого газа в атмосфере вызывает так называемый парниковый эффект, который получил название по аналогии с перегревом растений в парнике. Роль пленки в атмосфере выполняет углекислый газ. В последние годы стала известна подобная роль и некоторых других газов (СН4 и N2О). Количество метана увеличивается ежегодно на 1%, углекислого газа - на 0,4%, закиси азота - на 0,2%. Считается, что углекислый газ ответственен за половину парникового эффекта.
Загрязнение атмосферы. Негативное влияние энергетики на атмосферу сказывается в виде твердых частиц, аэрозолей и химических загрязнений. Особое значение имеют химические загрязнения. Главным из них считается сернистый газ, выделяющийся при сжигании угля, сланцев, нефти, в которых содержатся примеси серы. Некоторые виды угля с высоким содержанием серы дают до 1 т сернистого газа на 10 т сгоревшего угля. Сейчас вся атмосфера земного шара загрязнена сернистым газом. Идет окисление до серного ангидрида, а последний вместе с дождем выпадает на землю в виде серной кислоты. Эти осадки называют — кислотными дождями. То же самое происходит и после поглощения дождем диоксида азота — образуется азотная кислота.
Озоновые "дыры". Впервые уменьшение толщины озонового слоя было обнаружено над Антарктидой. Этот эффект — результат антропогенного воздействия. Сейчас обнаружены и другие озоновые дыры. В настоящее время заметно уменьшение количества озона в атмосфере над всей планетой. Оно составляет 5-6% за десятилетие в зимнее время и 2-3% — в летнее время. Некоторые ученые считают, что это проявление действия фреонов (хлорфторметанов), но озон разрушается также оксидом азота, которые выбрасываются предприятиями энергетики.
Отрицательное влияние атомных электростанций сказывается прежде всего на атмосфере. Правда, при нормальной работе АЭС вероятность радиоактивного загрязнения невелика. Но в случае аварии воздействие радиоактивных выбросов носит глобальный характер.
3. Различные источники энергии, их состояние, экологичность, перспективы развития
| Источник энергии | Состояние и экологичность | Перспективы использования |
| уголь | твердое | |
| химическое загрязнение атмосферы условно принятое за 1 | потенциальные запасы 10125 млрд. т, перспективен не менее чем на 100 лет | |
| нефть | жидкое | |
| химическое загрязнение атмосферы 0,6 условных единиц | потенциальный запас 270-290 млрд. т, перспективен не менее чем на 30 лет | |
| газ | газообразное | |
| химическое загрязнение атмосферы 0,2 условных единиц | потенциальный запас 270 млрд. т, перспективен на 30-50 лет | |
| сланцы | твердое | |
| значительное количество отходов и трудно устраняемые выбросы | запасы более 38400 млрд. т, малоперспективен из-за загрязнений | |
| торф | твердое | |
| высокая зольность и экологические нарушения в местах добычи | запасы значительны: 150 млрд. т, малоперспективен из-за высокой зольности и экологических нарушений в местах выработки | |
| гидроэнергия | жидкое | |
| нарушение экологического баланса | запасы 890 млн. т нефтяного эквивалента | |
| геотермальная | жидкое | |
| энергия | химическое загрязнение | неисчерпаемы, перспективен |
| солнечная энергия | практически неисчерпаем, перспективен | |
| энергия приливов | жидкое | |
| тепловое загрязнение | практически неисчерпаем | |
| энергия атомного распада | твердое | запасы физически неисчерпаемы, экологически опасен |
4. Энергетические ресурсы и структура использования
| Энергетические ресурсы | |||||||||||||||
| ¯ | ¯ | ||||||||||||||
| исчерпаемые | неисчерпаемые | ||||||||||||||
| ¯ | ¯ | ¯ | ¯ | ¯ | |||||||||||
| возобновляемые | невозобновляемые | энергия солнца, | энергия | энергия | |||||||||||
| ¯ | ¯ | морские приливы | рек | ветра | |||||||||||
| биоэнергия | минеральные ресурсы | ||||||||||||||
Соотношение используемых энергетических ресурсов в истории человечества менялось с развитием цивилизации в зависимости от истощения исчерпаемых энергоресурсов, возможности использования и экологических последствий. За последние 200 лет можно выделить три этапа:
· угольный этап охватывающий весь XIX век и первую половину XX века, в это время преобладает потребление угольного топлива;
· нефтегазовый этап со второй половины XX века до 80-х годов, на смену углю приходит газ и нефть как более эффективные энергоносители чем твердые;
· начиная с 80-х годов начинается постепенный переход от использования минеральных исчерпаемых ресурсов к неисчерпаемым (энергии Солнца, воды, ветра, приливов и т.д.).
Особо следует сказать о ядерной энергетике. С начала мирового энергетического кризиса роль атомной энергетики возросла. Но уже в начале 80-х годов рост потребления атомной энергии замедлился. В большинстве стран были пересмотрены планы сооружения АЭС. Это было последствием ряда экологических загрязнений при авариях, особенно в результате Чернобыльской катастрофы. Именно в этот период многие страны приняли решение о полном или постепенном отказе от развития атомной энергетики.