Энергетическая и сырьевая проблемы. Энергетическая проблема человечества и пути ее решения
1. Попытайтесь определить наиболее оптимальные, с вашей точки зрения, территории и акватории планеты для сооружения электростанций, работающих на альтернативных источниках энергии.
Россия обладает колоссальным суммарным потенциалом энергии ветра. Вдоль берегов Северного Ледовитого океана на протяжении 12 тыс. км господствуют ветры со среднегодовой скоростью свыше 5-7 м/с. (Считается, что ветроустановки эффективны при среднегодовых скоростях ветра выше 4-5 м/с.) Приливные станции - самые дорогие сооружения. Районами их строительства могут стать заливы и устья рек с очень высоким уровнем приливов. В заливе Фанди (Канада) он достигает 18 м, в устье р. Северн (Великобритания) - 14,5 м, в порту Гранвилъ (Франция) - 14,7 м. Потенциальных районов для строительства крупных ПЭС в России несколько: Мезенская губа, Тугурский залив Охотского моря. Станция в Мезенской губе могла бы иметь мощность 15 000 МВт, в Тугурском заливе - 10 300. В отношении геотермальной энергии перспективными являются Камчатка и Курильские острова. Для использования солнечной энергии оптимален экваториальный пояс планеты в силу его наибольшей освещенности.
2. Широкое осознание ресурсной проблемы произошло лишь в конце прошлого столетия. Как вы думаете, с чем это связано?
Это связано с тем, что главные причины усиливающегося антропогенного воздействия на окружающую среду, такие как рост населения и возрастание масштабов потребления природных ресурсов, наиболее явно проявились именно во второй половине ХХ в. Широкому осознанию проблемы также способствовало ее научное изучение и освещение в СМИ.
3. Почему энергетическая и сырьевая проблемы, не являющиеся острыми для отдельных стран, имеют тем не менее глобальный характер?
То, что энергетическая и сырьевая проблемы не являются острыми для отдельных стран - это всего лишь вопрос времени, так как ресурсы планеты ограничены. К тому же ошибочно считать, что глобальная проблема должна проявляться везде, куда «попадет указка на глобусе». Так, жителям многих процветающих государств неведомы голод и недоедание, но эта проблема все равно остается глобальной, так как глобальность любой проблемы определяется ее значением для судеб всего человечества.
4. В чем преимущества и недостатки альтернативных источников энергии?
Один из путей решения энергетической проблемы многие ученые и специалисты видят в масштабном использовании возобновляемых альтернативных источников энергии. Так, гелиоэнергетика, безусловно, может сыграть очень важную роль в решении локальных проблем некоторых пустынных районов и, возможно, даже некоторых южных стран в целом. Но решить проблему полной замены ныне действующих способов получения энергии она не в состоянии: сказывается рассеянность солнечной энергии и необходимость сооружения колоссальных по площади и расходу материалов энергетических установок.
Энергия ветра все более приближается по стоимости к ископаемому топливу (Дания, Нидерланды, США, КНР и др.). За последние 30 лет она упала с 30 до 4-5 центов за 1 кВт>ч на лучших ветряных электростанциях. По имеющимся прогнозам, уже в 2060 г. энергия ветра и Солнца будет покрывать половину мирового спроса на энергию. Негативные стороны ветряной энергетики - мощный гул, издаваемый такими установками, гибель пернатых, а также непостоянство ветровых потоков (нет ветра - нет энергии). Кроме того, при широкомасштабном применении ветровой энергии будет происходить нарушение теплового баланса вследствие изменения условий переноса тепла вдоль земной поверхности.
Роль энергии приливов и геотермальных вод в отдаленном будущем еще недостаточно ясна. Сравнительно высокие капитальные затраты на сооружение электростанций, использующих эти виды энергии, их жесткая географическая привязка не оставляют больших надежд на повышение их доли в суммарном производстве энергии в мире. Действительно, можно сосчитать по пальцам страны, обладающие широкими возможностями освоения энергии приливов и геотермальных вод (Франция, Россия, Канада, США и др.)
5. Известно выражение «безотходное производство». Однако лишь величину более 90% считают соответствующей такому производству. Почему?
Понятие безотходное производство не следует воспринимать абсолютно, т.е. было бы ошибочным полагать, что может быть производство без отходов. Представить себе полностью безотходное производство просто невозможно, ибо такого нет и в природе.
6. Как вы понимаете выражение «комплексное использование сырья»?
Комплексное использования сырья - наиболее полное, экономически оправданное использованиевсех полезных компонентов, содержащихся в сырье, а также в отходах производства. Почти все виды сырья минерального и органического происхождения содержат ряд ценных компонентов. Полнота их извлечения и использования зависит от потребности в них и уровня развития техники.
7. Приведите четыре аргумента, доказывающие существование глобальной энергетической и сырьевой проблем.
1. По самым пессимистическим прогнозам, в ближайшие десятилетия будут исчерпаны доступные месторождения нефти, свинцовых и цинковых руд, олова, золота, серебра, платины, асбеста, а затем прекратится добыча никеля, кобальта, алюминия и т. д.
2. Во всем мире сегодня началось освоение менее продуктивных месторождений или расположенных в труднодоступных районах со сложными природными условиями, что сильно удорожает добычу.
3. Ведется переход энерго- и материалосберегающим технологиям, использованию вторичного сырья.
4. Активно разрабатываются и внедряются технологии использования альтернативных источников энергии.
8. Обсудите все «за» и «против» развития атомной энергетики в мире, и в частности в нашей стране.
Энергия, выделяющаяся в ядерных реакциях, в миллионы раз выше, чем та, которую дают обычные химические реакции (например, реакция горения), так что теплотворная способность ядерного топлива оказывается неизмеримо большей, чем обычного топлива. Использовать ядерное топливо для выработки электроэнергии -- чрезвычайно заманчивая идея. Преимущества атомных электростанций (АЭС) перед тепловыми (ТЭЦ) и гидроэлектростанциями (ГЭС) очевидны: нет отходов, газовых выбросов, нет необходимости вести огромные объемы строительства, возводить плотины и хоронить плодородные земли на дне водохранилищ. Пожалуй, более экологичны, чем АЭС, только электростанции, использующие энергию солнечного излучения или ветра. Но и ветряки, и гелиостанции пока маломощны и не могут обеспечить потребности людей в дешевой электроэнергии - а эта потребность все быстрее растет.
И все же целесообразность строительства и эксплуатации АЭС часто ставят под сомнение из-за вредного воздействия радиоактивных веществ на окружающую среду и человека. Аварии на объектах атомной энергетики - самый больной вопрос эксплуатации АЭС. Однако несмотря на их тяжесть, в целом вероятность таких аварий невелика. С момента появления атомной энергетики произошло не более трех десятков аварий, и лишь в четырех случаях имел место выброс радиоактивных веществ в окружающую среду. Однако масштабы загрязнений, сопутствующих таким авариям, часто приобретают глобальный характер. Даже если атомная электростанция работает идеально и без малейших сбоев, ее эксплуатация неизбежно ведет к накоплению радиоактивных веществ. Поэтому людям приходится решать очень серьезную проблему, имя которой -- безопасное хранение отходов.
После неплохого старта наша страна отстала от передовых стран мира в области развития атомной энергетики по всем параметрам. Конечно, от ядерной энергетики можно вообще отказаться. Тем самым будет полностью устранена опасность облучения людей и угроза ядерных аварий. Но тогда для удовлетворения потребностей в энергии придется наращивать строительство ТЭЦ и ГЭС. А это неизбежно приведет к большому загрязнению атмосферы вредными веществами, к накоплению в атмосфере избыточного количества углекислого газа, изменению климата Земли и нарушению теплового баланса в масштабах всей планеты. Несмотря на относительно недавние трагические события на японской АЭС “Фукусима-1”, официальная позиция России не изменилась: ядерную энергетику нужно развивать, в том числе строить Балтийскую АЭС в Калининградской области.
9. Используя материалы средств массовой информации, приведите примеры путей решения энергетической и сырьевой проблем в России. В чем смысл инициатив нашей страны в решении глобальной энергетической проблемы?
Обнинская АЭС мощностью 5 МВт была запущена 27 июня 1954 года в СССР. Она стала первой в мире промышленной атомной электростанцией. Впервые в мире неводяные пары как тепловой носитель применены на Паратунской ГеоТЭС в 1967 году. Сегодня на Камчатке 40 % потребляемой энергии вырабатывается на геотермальных источниках.
В 2009 году в России вступил в силу федеральный закон «Об энергосбережении и повышении энергетической эффективности в Российской Федерации», целью которого является стимулирование энергосбережения и повышения энергоэффективности. Техническое развитие классической электроэнергетики России связывается введением в энергосистему более эффективных и маневренных парогазовых установок в том числе и в составе теплоцентралей. Перспективное развитие гидроэнергетики связывают с освоением сибирского потенциала - достройкой Бурейского и Колымского каскадов, в проектах Нижнезейские ГЭС, Нижнеангарские или Среднеенисейская ГЭС, Южно-Якутский ГЭК. В европейской части страны производится существенное (соизмеримое со строительством новых станций) повышение рабочей мощности Волжских ГЭС. На севере рассматривается достройка Белопорожской ГЭС. Технический потенциал ветровой энергии России оценивается в размере свыше 50 трлн кВт ч/год. Установленная мощность ветряных электростанций в стране на 2014 год составляет около 83 МВт, суммарная выработка не превышает 40 млн кВт ч/год.
Использование топливно-энергетических и сырьевых ресурсов на нашей планете растет значительными темпами. Сегодня промышленный работник в процессе труда вооружен энергией примерно в 100 лошадиных сил. На каждого жителя планеты производится около 2 кВт энергии, а для обеспечения общепризнанных норм качества жизни необходимо 10 кВт. Такой показатель достигнут только в некоторых наиболее развитых странах мира. В связи с этим, а также ввиду дальнейшего роста населения планеты, нерациональное использование энергии, сырья, неравномерное распределение топливно-энергетических ресурсов среди различных регионов стран мира, их производство и потребление и дальше будут увеличиваться.
Однако энергетические ресурсы планеты не безграничны. При запланированных темпах развития ядерной энергетики суммарные запасы урана будут исчерпаны в первом десятилетии XXI в., но если расход энергии будет происходить на уровне энергетики теплового барьера, то все запасы невосстанавливаемых источников энергии сгорят за 80 лет. Поэтому с точки зрения вещественного содержания основной причиной обострения топливно-энергетической проблемы является увеличение масштабов вовлечения природных ресурсов в хозяйственное обращение и их ограниченное количество на нашей планете. С точки зрения общественной формы такой причиной являются отношения монополистической собственности, которые обусловливают хищническую эксплуатацию природных ресурсов.
Огромные потери энергетических ресурсов имели место в затратной экономике бывшего СССР и странах Восточной Европы. И сейчас еще в странах СНГ на производство единицы национального дохода расходуется в среднем вдвое больше сырья, чем в развитых странах Запада
Основные пути решений топливно-энергетической и сырьевой проблем
С точки зрения вещественного содержания общественного способа производства являются: -- быстрое развитие и использование таких основных видов восстанавливаемой энергии, как солнечная и ветровая, океаническая и гидроэнергия рек. Структурные изменения в использовании существующих невосстанавливаемых видов энергии, а именно: увеличение доли угля в энергобалансе и уменьшение доли нефти и газа, поскольку запасы последних на планете значительно меньшие, а их ценность для химической промышленности намного большая; -- создание экологически чистой угольной энергетики, которая работала бы без выбросов вредных газов. Все это требует больших затрат государства на природоохранные цели. В США уже создана экологически чистая угольная энергетика Страны. Поэтому доля угля в энергобалансе США возросла с 12,5 до 23 %, доля нефти снизилась с 45 до 41 %, а газа -- с 56 до 21 %; -- разработка конкретных мер по соблюдению экологических стандартов: стандартов чистоты воздуха, водных бассейнов, рационального потребления энергии, повышения эффективности своих энергетических систем; -- изучение запасов всех ресурсов с использованием новейших достижений НТР. Как известно, сегодня разведан относительно неглубокий слой земной коры -- до 5 км. Поэтому важно открыть новые ресурсы на большей глубине Земли, а также на дне Мирового океана; -- интенсивное развитие развивающимися странами собственного сырьевого хозяйства, включая перерабатывающие отрасли сырья. Для решения проблемы голода в этих странах необходимо расширять объемы посевных площадей, внедрять передовую агротехнику, высокопродуктивное животноводство, высокоурожайные культуры, эффективные удобрения и средства защиты растений и т. д.; -- поиск эффективных рычагов управления процессом роста народонаселения с целью его стабилизации на уровне 10 млрд человек к началу 22 века;
Прекращение вырубки лесов, особенно тропических, обеспечение их рационального использования; -- формирование у людей экологического мировоззрения, что дало бы возможность рассматривать все экономические, политические, юридические, социальные, идеологические, национальные, кадровые вопросы как в рамках отдельных стран, так и на межнациональном уровне, прежде всего, с точки зрения решения экологических проблем, внедрять на всех уровнях принципы их приоритета; -- комплексная разработка законодательства об охране окружающей среды, в том числе об отходах. Так, в США, Франции и других странах правительство обязано оказывать предприятиям и организациям техническую и финансовую помощь в переработке отходов, извлечении из них ценных компонентов, проведении научно-исследовательских работ в этой сфере, распространять передовой опыт и др. С этой целью используются налоговые льготы, предоставляются субсидии, снижаются тарифы на перевозку вторичного сырья и т. д.; -- наращивание экологических инвестиций.
3. Энергетическая и сырьевая проблема
Бурно развивающаяся экономика на рубеже XX-XXI столетий требует все больших энергетических затрат. Когда-то казавшиеся неистощимыми, такие источники энергии, как нефть, газ, иссякают буквально на наших глазах. Освоение новых месторождений этих ископаемых (впрочем, как и угля) становится делом все более трудным: за ними приходится идти все дальше на север и восток, устремляться все глубже в недра Земли, при этом стоимость их постоянно повышается.
Ученые говорят, что при современных объемах энергопотребления разведанных запасов органического топлива на Земле хватит примерно на 150 лет, в том числе нефти - на 35, газа -на 50 и угля - на 425 лет (иногда эти цифры-прогнозы, высказываемые различными учеными, несколько не совпадают, однако лишь “несколько”, что, естественно, не придает человечеству дополнительного оптимизма). Как же жить дальше? Когда нет пищи, это трагедия, но надежда на помощь остается. Без топлива и тепла жизнь вообще немыслима. Так не грозит ли нам в ближайшем будущем энергетический голод? Не придется ли нам вскоре как встарь зажигать лучину?
Анализ показывает, что будущее не такое уж мрачное и до лучины дело все-таки не дойдет. Во-первых, “сумасшедшие” среднегодовые темпы прироста энергопотребления в мире падают. Во-вторых, запасы органического топлива на планете разведаны далеко не все. В-третьих, человечество вступило в так называемый “переходный период” - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены, к энергетике на практически неисчерпаемой основе (ядерная энергия бридеров, термоядерная энергия, солнечная радиация, тепло Земли и пр.). К этому сюжету мы еще вернемся.
Основу современного энергетического баланса мира по-прежнему составляет жидкое и газообразное топливо (более 60% в развитых и 40% в развивающихся странах). Поэтому на развитие энергетики мира в ближайшие годы решающее влияние будет оказывать положение на мировом рынке углеводородных топлив, в первую очередь - нефти.
Именно с нею связан разразившийся в начале 70-х годов энергетический кризис в мире. Точнее, это произошло в 1973 году, когда страны Ближнего Востока вдруг резко подняли цены на нефть. Тогда на эта государства приходилось уже более 37% мировой капиталистической добычи нефти, гораздо больше, чем добывали США. При этом нефтедобывающие страны Ближнего Востока были уже не изолированными друг от друга, они действовали вместе, в рамках ОПЕК - Организации стран производителей и экспортеров нефти, возникшей в 1960 году."
С 1973 по 1981 год цены на нефть подскочили в 5 раз, поток долларов устремился на Ближний Восток, нефтедобывающие страны региона могли собрать тогда “все золото мира”. Они неслыханно разбогатели. (Интересно, что в 70-х годах район Абу-Даби на космических снимках был однообразным - почти сплошная пустыня, сейчас это спланированный город с лучами современных магистралей, с крупным портом. Объединенные Арабские Эмираты, о существовании которых раньше знали лишь филателисты (там выпускаются очень красивые марки, и раньше это было одним из главных источников дохода), превратились в цветущую страну, а Абу-Даби - столицу одного из эмиратов - современный город, утопающий в зелени, разнообразный и модернистский по архитектуре. То же самое можно сказать и о других городах и странах Ближнего Востока.)
Скачок цен оказался настоящим шоком для Запада - на какие-то недели, даже месяцы опустели автострады Западной Европы, паника поддерживалась прессой, обличавшей “злодейских шейхов” в подрыве западной экономики.
Но нефтяной кризис принес и определенную пользу для экономики западных стран. Он заставил задуматься об ограниченности запасов черного золота и принять резкие ответные меры экономии нефти, экономии энергии вообще. Это видно сегодня даже в бытовых мелочах: температура в государственных учреждениях ФРГ должна быть не выше 18°С, на лестнице домов свет зажигается на те минуты, которые необходимы человеку, чтобы подняться до своего этажа. Из таких мелочей складываются сэкономленные миллиарды долларов, марок, франков. Фирмы США - производители оконного стекла - в 80-х годах начали широко использовать особое покрытие для стекла, которое, не влияя на освещенность, резко сокращает потери тепла. На отопление и освещение зданий в промышленно развитых странах уходит такое количество топлива, которое равно объему нефти, добываемой странами ОПЕК. Меньше стало буйство световой рекламы на улицах западных городов, во всяком случае, в первые годы шока. Особо экономно стали относиться к нефти, стараясь снизить ее потребление, усилить более дешевые секторы энергетики.
В 1973 году доля нефти в мировом потреблении первичных источников энергии составляла 41%, в 1990 году она упала до 33% и продолжает снижаться. США - самый крупный потребитель и производитель нефти среди западных стран - весь этот период обходились стабильным количеством энергии при огромном экономическом росте. В то же время кризис дал толчок, как вы знаете, освоению нового нефтяного района - Аляски, строительству нефтепровода через канадскую территорию.
В ОПЕК сейчас входят Алжир, Венесуэла, Габон, Индонезия, Ирак, Иран, Катар, Кувейт, Ливия, Нигерия, Объединенные Арабские Эмираты, Саудовская Аравия, Эквадор.
Эволюция мирового энергетического баланса
Правда, по-строгому счету, экономику США все же нельзя считать энергосберегающей: ведь только на бензин для гигантского автомобильного парка страны уходит 1/3 всей нефти. К тому же цены на бензин в США в два-три раза ниже, чем в Западной Европе или Японии, а это не стимулировало создание экономичных моделей автомашин.
Серьезные выводы сделала для себя Западная Европа - с 1973 по 1988 год ввоз нефти здесь сократился на 170 млн т - гигантский скачок в сторону экономии и самообеспечения. Этому помогло открытие больших нефтегазовых месторождений в Северном море, которое за эти годы покрылось сетью буровых платформ. Самыми богатыми оказались британский и норвежский секторы моря, эти страны стали экспортерами нефти, своеобразными “шейхами Европы”. Франция, обделенная нефтью, усиленно развивает атомную энергетику (сейчас на ее АЭС производится 70% всей вырабатываемой электроэнергии в стране). В ЕС существует сейчас 600 специальных проектов, цель которых - экономия энергии.
Но настоящее чудо произошло в Японии, по сути второе “экономическое чудо”. Страна, больше всех зависящая от импорта топлива (на 83% против 50% в Западной Европе и 10% США), снизила энергоемкость своего хозяйства на 50% и стала мировым лидером энергосберегающей экономики. Она бросила миллиарды долларов на разработку и осуществление программ “Солнечный свет” (развитие возобновляемых источников энергии) и “Лунный свет” (повышение эффективности энергетики). И результаты налицо: если богатые топливом США тратят на его оплату 10% всего ВНП, то “бедная” Япония - только 4%.
Страна восходящего солнца усилила поставки топлива из “надежных” районов - угля из Австралии, газа - из Индонезии, создала “цепочку” снабжения сжиженным газом с Ближнего Востока, а главное - развернула мощную атомную энергетику. Программа ускоренного строительства АЭС до 2030 года предусматривает сооружение 120 ядерных реакторов (вспомним, что вся территория Японии - 372 тыс. км 2 , что равно нашей Амурской области, где живет в 100 раз меньше людей). При этом стандарты безопасности АЭС настолько велики, что японцы не боятся строить их в нескольких километрах от крупных городов или национальных парков.
Энергетический кризис заставил думать и изобретать, дал мощный толчок прогрессу во многих сферах: именно в 70-80-х годах появились супертанкеры для перевозки до 500 тыс. т нефти, именно в эти годы были проложены подводные нефте- и газопроводы, вплоть до межконтинентальных (Алжир - Италия), возникли “цепи” международных поставок сжиженного газа на особых судах с дорогостоящими установками по его сжижению (уменьшение объема в 700 раз) в портах экспорта и превращению в нормальный газ в портах импорта. Возникло и массовое производство буровых и эксплуатационных платформ для разработки морских месторождений нефти и газа. Но главным была экономия, всемерная экономия энергии...
Дорогая нефть стала практически недоступной для большинства развивающихся стран, лишь самые мощные из них смогли противопоставить что-то кризису (Бразилия, например, создала производство спирта из сахарного тростника, его смесь с бензином стала горючим для машин). Американские исследователи справедливо замечают, что нефтяной кризис отозвался “дровяным кризисом” для развивающихся стран” резким взлетом цен на древесное топливо.
Советский Союз тогда не испытывал кризиса, запасы нефти катались более чем достаточными, добыча её в 70-х - в начале 80-х годов росла, мы вышли на первое Место в мире по добыче нефти. Рос и ее экспорт. Стоит ли радоваться этому сейчас? И да, и нет. Да, потому, что без нефти нам бы жилось сегодня совсем плохо. Нет, потому что при столь значительном экспорте и сравнительно малой глубине переработки мы в общем-то неоправданно растрачиваем наше национальное богатство. Скачок цен на нефть принес стране массу твердой валюты - 176 млрд долларов только в 1976-1984 годах. Но эта гигантская сумма “растеклась” совсем незаметно - в годы застоя она не была использована ни для массовых закупок новейших технологий, ни для подъема жизненного уровня народа.
Наш экспорт в страны Запада в основном состоит из нефти и газа. Но и увеличение добычи, и формирование экспорта этих ресурсов достаются все более дорогой ценой. Все дальше на Север, от Тюмени на Ямал уходят буровые вышки, все сложнее и дороже обходится добыча и транспортировка нефти. Вахтовые поездки нефтяников - это сотни и тысячи километров на самолетах, прокладка дорог и трубопроводов идет в условиях вечной мерзлоты. Подрываются основы существования малых народностей Севера - в частности, газо- и нефтепроводы пересекают традиционные пути кочевок оленьих стад.
Так, заметную лепту в сокращение поголовья диких оленей внесло сооружение газопровода Мессояха-Норильск, нарушившего традиционные пути миграции оленей, которые вынуждены были вытаптывать и выедать пастбища домашних оленей. Катастрофическое сокращение поголовья оленей приводит к разрушению не только жизненного уклада, но и психологии, ценностных ориентаций аборигенов. Ибо олень - это и промысел, мясо и транспорт, одежда и обувь, язык и культура. (Немногие знают о том, что массовое безбрачие на Севере сегодня в значительной мере связано именно с отсутствием оленей.) В последние годы вместо дальнейшего подъема добычи нефти впервые наметился спад - видимость изобилия оказалась иллюзией, а топливно-энергетическое хозяйство страны оставалось все эти годы затратным и малоэффективным.
В последние годы развала хозяйства положение нефтяной отрасли стало катастрофичным: добыча нефти в 1991-1993 годах продолжала падать, и мы были отброшены на 15 лет назад (на уровень 1975-1976 годов). Трудности добычи были умножены хозяйственными трудностями страны, обострением всей обстановки перестроечного периода. Сейчас нам грозит превращение из страны-экспортера нефти в страну-импортера. Украина уже ориентируется на импорт нефти на Ирана, прибалтийские государства испытывают серьезные трудности с энергоснабжением. Все это заставляет задуматься над вопросом - а нет ли угрозы истощения запасов нефти, вопросом, который мы раньше обходили с позиций “геологического оптимизма” (обычная формула: мировые запасы все время росли, несмотря на бум добычи). По американским оценкам, истощение общих геологических запасов наступит достаточно быстро, и в 2059 году - к 200-летнему юбилею первой в мире нефтяной скважины - на нашей планете уже мало, что останется от этого энергоносителя.
И США, и Западная Европа уже делают выводы из такой перспективы, снизив потребление нефти. Американские прогнозы в отношении своих запасов стали довольно пессимистичными - в 1985 году важнейший показатель “запасы - добыча” достиг своего низшего уровня, оценки запасов на морском шельфе были снижены вдвое, бурение новых скважин на Аляске оказалось самым дорогим за всю историю нефте-разведки. Руководитель крупнейшей американской нефтяной компании заявил, что если цены на нефть упадут ниже 20 долларов за баррель", то “мы закончим то, что делаем на Аляске, и на этом остановимся”.
Подходит к концу и нефтяной бум в Северном море. Перспектива нефтеснабжения Западной Европы выглядит не такой уж надежной - считается, что в 90-х годах ресурсы нефти и газа начнут иссякать. А оставшиеся остовы сотен буровых платформ уже осложняют судоходство в этом переуплотненном бассейне с интенсивным движением судов.
Делают свои выводы и страны ОПЕК - их доля в мировой добыче нефти заметно упала. Больше всего сократили производство страны Ближнего Востока: в Саудовской Аравии в 80-е годы произошло сокращение добычи в 4 раза (!), в Иране и Ираке добыча резко упала в годы бессмысленной и жестокой ирано-иракской войны, когда судоходство в Персидском заливе шло почти в обстановке боевых действий. Фактически была свернута нефтедобывающая промышленность в Кувейте - жертве иракской агрессии.
Почему “шейхи” снижали добычу? Во-первых, они пытались придержать падение цен, которое началось в 80-х годах из-за снижения спроса на нефть (а это снижение больно ударило по всем странам ОПЕК). Вводились квоты добычи (не больше определенного уровня), регулярно собирались совещания стран - членов ОПЕК, за которыми пристально следил весь мир. Согласование - кому сколько добывать - шло отнюдь не бесконфликтно, доходило и до резких конфликтов. Агрессия Ирака против маленького Кувейта (1990 г.) - самый яркий пример этой остроты.
Во-вторых, имелась и стратегическая линия - попридержать добычу, с тем чтобы богатейший нефтегазовый район мира оказался монополистом в будущем XXI веке, диктатором цен в обедневшем нефтью мире.
А как поступала в то же “золотое” для нефтедобывающих стран время наша страна? Мы наращивали и добычу, и экспорт нефти. Ценнейшее нефтяное сырье продавалось по крайне низким ценам внутри страны, никак не стимулируя его экономию. Это было именно сжигание ассигнаций - нефть шла по 70 рублей за тонну, тогда как на мировом рынке она продавалась в 10 раз дороже. По “мягким” ценам, уступающим мировым, советская нефть шла и в страны Восточной Европы.
С большим запозданием все это начало меняться. Лишь в 1990 году были снижены поставки жидкого топлива в страны Восточной Европы, с 1991 года изменены внутренние оптовые цены на нефть, а поставки на Восток Европы осуществляются только за твердую валюту. Наше экономическое положение не позволяет больше благотворительности, оно требует нормальных расчетов в условиях рыночной экономики.
И все же главным направлением является переход от энергозатратной к энергосберегающей экономике внутри страны.
Самое тревожное в этом - сохраняющаяся у нас тенденция развития. Если в западном мире шок кризиса заставил принять жесткие меры экономии, оперативно приспособить хозяйство к новым условиям, то у нас в годы застоя все шло наоборот, как бы не замечая угрозы. С 1965 по 1986 год расход электроэнергии на тонну выплавленной стали поднялся в СССР с 689 до 727 квт/ч, на производство тонны бумаги с 697 до 867, на добычу тонны угля - с 29,6 до 33,6, более чем удвоилась энергоемкость нефтедобычи - с 26,3 до 59 квт/ч на тонну нефти.
На единицу валового внутреннего продукта (ВВП) в середине 80-х годов наша страна потребляла нефти -на 36%, угля -на 56%, газа-на 42% больше, чем США.
В годы перестройки показатели энергосбережения не улучшились. Более того, суверенизация республик и развал Союза существенно ухудшили всю схему энергоснабжения. Теперь при меньшем объеме первичных энергоресурсов нам придется снижать энергоемкость всего хозяйства, выходить на режим жесткой экономии. Резкое повышение цен на нефть явится при этом серьезным стимулом к энергосбережению, большей экологичности всего хозяйства СНГ.
В глобальных масштабах энергетическая и сырьевая проблемы – проблемы-близнецы. Появились они в 70-е годы. Проблемы ресурсообеспеченности и раньше приобретали определенную остроту, но обычно это относилось к отдельным районам и странам. Лишь за три послевоенных десятилетия из недр Земли было извлечено больше минерального топлива и сырья, чем за всю предшествующую историю человечества. Объем мировой добычи полезных ископаемых стал удваиваться каждые 10-15 лет. Это способствовало возникновению энергетического и сырьевого кризисов.
Объем минерального сырья, извлекаемого из недр Земли
Согласно подсчету ученых из недр Земли за один год было извлечено столько минерального сырья, что заняло бы железнодорожный состав протяженностью 7000 тыс. км, который мог бы 17 раз опоясать земной шар по экватору!
Ухудшаются горно-геологические условия, разведка и добыча полезных ископаемых становится дороже. Энергетическая и сырьевая проблемы становятся поэтому общечеловеческими, глобальными. В нашу эпоху, как никогда прежде, необходимо рациональное использование и воспроизводство минерально-сырьевых ресурсов.
Общее количество энергии и сырья, содержащееся в земных недрах и возникающие на Земле и в околоземном пространстве, настолько велико, что теоретически, нельзя говорить об их исчезновении, только надо разумно и экономно это сырье добывать и пользоваться им.
Эта глобальная проблема связана прежде всего с ограниченностью важнейших органических и минерально-сырьевых ресурсов планеты. Учёные предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, а так же об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д.
В сегодняшнем мире неуклонно расширяется потребление природных ресурсов:
- · Нефть, млн. т. 3450
- · Природный газ млрд. м 3 2220
- · Уголь, млн. т. 4625
В мире действительно существует ряд природных ограничений. Так, если брать оценку количества топлива по трем категориям: разведанные, возможные, вероятные, то угля хватит на 600 лет, нефти - на 90, природного газа - на 50 урана - на 27 лет. Иными словами, все виды топлива по всем категориям будут сожжены за 800 лет. Предполагается, что к 2010 г. спрос на минеральное сырье в мире увеличится в 3 раза по сравнению с сегодняшним уровнем. Уже сейчас в ряде стран богатые месторождения выработаны до конца или близки к истощению. Аналогичное положение наблюдается и по другим полезным ископаемым. Если энергопроизводство будет расти сегодняшними темпами, то все виды используемого сейчас топлива будут истрачены через 130 лет, то есть в начале ХХII в.
И все же вряд ли правомерно говорить о дефиците природных ресурсов на нашей планете. Человечество вовлекло в хозяйственный оборот меньшую часть ресурсов Земли: глубина разрезов не превышает 700 м, шахт - 2,5 км, скважин - 10 тыс. м. Наконец, основные резервы сбережения ресурсов содержатся в отсталой технологии, из-за которой не используется значительная часть природных ресурсов. Так, используемая ныне технология извлекает не более 30 - 40% потенциальных запасов нефти, а коэффициент полезного использования добытых энергетических ресурсов ограничен 30 - 35%.
Нефтяная промышленность сегодня - это крупный хозяйственный комплекс, который живет и развивается по своим закономерностям.Сырье для нефтехимии в производстве синтетического каучука, спиртов, полиэтилена, полипропилена, широкой гаммы различных пластмасс и готовых изделий из них, искусственных тканей; источник для выработки моторных топлив (бензина, керосина, дизельного и реактивных топлив), масел и смазок, а также котельно-печного топлива (мазут), строительных материалов (битумы, гудрон, асфальт); сырье для получения ряда белковых препаратов, используемых в качестве добавок в корм скоту для стимуляции его роста. Нефть - национальное богатство, источник могущества страны, фундамент ее экономики.
Доказанные запасы нефти в мире оцениваются в 140 млрд. т, а ежегодная добыча составляет около 3.5 млрд. т. Однако вряд ли стоит предрекать наступление через 40 лет глобального кризиса в связи с исчерпанием нефти в недрах земли, ведь экономическая статистика оперирует цифрами доказанных запасов, то есть запасов которые полностью разведаны, описаны и исчислены. А это далеко не все запасы планеты. Даже в пределах многих разведанных месторождений сохраняются неучтённые или не вполне учтенные нефтеносные секторы, а сколько месторождений еще ждет своих открывателей.
За последние два десятилетия человечество вычерпало из недр более 60 млрд. т нефти. Казалось бы, доказанные запасы при этом сократились на такую же величину? Ничуть не бывало. Если в 1977 году запасы оценивались в 90 млрд. т, то в 1987 г. уже в 120 млрд., а к 1997 году увеличились еще на два десятка миллиардов. Ситуация парадоксальна: чем больше добываешь, тем больше остается. Между тем этот геологический парадокс вовсе не кажется парадоксом экономическим. Ведь чем выше спрос на нефть, чем больше ее добывают, тем большие капиталы вливаются в отрасль, тем активнее идет разведка на нефть, тем больше людей, техники, мозгов вовлекается в разведку и тем быстрее открываются и описываются новые месторождения. Кроме того, совершенствование техники добычи нефти позволяет включать в состав запасов ту нефть, наличие (и количество) которой было ранее известно, но достать которую было нельзя при техническом уровне прошлых лет.
Конечно, это не означает, что запасы нефти безграничны, но очевидно, что у человечества есть еще не одно десятилетие, чтобы совершенствовать энергосберегающие технологии и вводить в оборот альтернативные источники энергии.
При существующих способах добычи нефти коэффициент её извлечения колеблется в пределах 0.25 - 0.45, что явно недостаточно и означает, что большая часть её геологических запасов остаётся в земных недрах.
Энергетика - это основа промышленности всего мирового хозяйства. 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 2009 году оно достигнет, по прогнозам экспертов 20-27 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.
Энергетика является основой развития производственных сил в любом государстве. Энергетика обеспечивает бесперебойную работу промышленности, сельского хозяйства, транспорта, коммунальных хозяйств. Стабильное развитие экономики невозможно без постоянно развивающейся энергетики.
Энергетическая промышленность является частью топливно-энергетической промышленности и неразрывно связана с другой составляющей этого гигантского хозяйственного комплекса - топливной промышленностью
Из написанного ясно что существуют разные факторы, ограничивающие мощность солнечной энергетики.
Одним из самых перспективных, на данный момент, методов решения энергетической проблемы - это использование альтернативных видов электроэнергии.
Многие тысячелетия, верно, служит человеку энергия, заключенная в текущей воде. Запасы ее на Земле колоссальны. Недаром некоторые ученые считают, что нашу планету правильнее было бы называть не Земля, а Вода - ведь около трех четвертей поверхности планеты покрыты водой. Огромным аккумулятором энергии служит Мировой океан, поглощающий большую ее часть, поступающую от Солнца. Здесь плещут волны, происходят приливы и отливы, возникают могучие океанские течения. Рождаются могучие реки, несущие огромные массы воды в моря и океаны. Понятно, что человечество в поисках энергии не могло пройти мимо столь гигантских ее запасов. Раньше всего люди научились использовать энергию рек.
Но когда наступил золотой век электричества, произошло возрождение водяного колеса, правда, уже в другом обличье - в виде водяной турбины. Электрические генераторы, производящие энергию, необходимо было вращать, а это вполне успешно могла делать вода, тем более что многовековой опыт у нее уже имелся. Можно считать, что современная гидроэнергетика родилась в 1891 году.
Преимущества гидроэлектростанций очевидны - постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды. Да и опыт постройки и эксплуатации водяных колес мог бы оказать немалую помощь гидроэнергетикам. Однако постройка плотины крупной гидроэлектростанции оказалась задачей куда более сложной, чем постройка небольшой запруды для вращения мельничного колеса. Чтобы привести во вращение мощные гидротурбины, нужно накопить за плотиной огромный запас воды. Для постройки плотины требуется уложить такое количество материалов, что объем гигантских египетских пирамид по сравнению с ним покажется ничтожным. Поэтому в начале XX века было построено всего несколько гидроэлектростанций.
Но пока людям служит лишь небольшая часть гидроэнергетического потенциала земли. Ежегодно огромные потоки воды, образовавшиеся от дождей и таяния снегов, стекают в моря неиспользованными. Если бы удалось задержать их с помощью плотин, человечество получило бы дополнительно колоссальное количество энергии.
Атомная энергия. Открытие излучения урана впоследствии стало ключом к энергетическим кладовым природы.
Главным, сразу же заинтересовавшим исследователей, был вопрос: откуда берется энергия лучей, испускаемых ураном, и почему уран всегда чуточку теплее окружающей среды? Под сомнение ставился либо закон сохранения энергии, либо утвержденный веками принцип неизменности атомов? Огромная научная смелость требовалась от ученых, которые перешагнули границы привычного, отказались от устоявшихся представлений.
Такими смельчаками оказались молодые ученые Эрнест Резерфорд и Фредерик Содди. Два года упорного труда по изучению радиоактивности привели их к революционному по тем временам выводу: атомы некоторых элементов подвержены распаду, сопровождающемуся излучением энергии в количествах, огромных по сравнению с энергией, освобождающейся при обычных молекулярных видоизменениях.
Невиданными темпами развивается сегодня атомная энергетика. За тридцать лет общая мощность ядерных энергоблоков выросла с 5 тысяч до 23 миллионов киловатт! Некоторые ученые высказывают мнение, что в 21 веке около половины всей электроэнергии в мире будет вырабатываться на атомных электростанциях.
В принципе энергетический ядерный реактор устроен довольно просто - в нем, так же как и в обычном котле, вода превращается в пар. Для этого используют энергию, выделяющуюся при цепной реакции распада атомов урана или другого ядерного топлива. На атомной электростанции нет громадного парового котла, состоящего из тысяч километров стальных трубок, по которым при огромном давлении циркулирует вода, превращаясь в пар. Эту махину заменил относительно небольшой ядерный реактор. Самый распространенный в настоящее время тип реактора водогра-фитовый.
Еще одна распространенная конструкция реакторов - так называемые водо-водяные. В них вода не только отбирает тепло от твэлов, но и служит замедлителем нейтронов вместо графита. Конструкторы довели мощность таких реакторов до миллиона киловатт. Могучие энергетические агрегаты установлены на Запорожской, Балаковской и других атомных электростанциях. Вскоре реакторы такой конструкции, видимо, догонят по мощности и рекордсмена - полуторамиллионик с Игналинской АЭС.
Но все-таки будущее ядерной энергетики, по-видимому, останется за третьим типом реакторов, принцип работы и конструкция которых предложены учеными, - реакторами на быстрых нейтронах. Их называют еще реакторами-размножителями. Обычные реакторы используют замедленные нейтроны, которые вызывают цепную реакцию в довольно редком изотопе - уране 235, которого в природном уране всего около одного процента. Именно поэтому приходится строить огромные заводы, на которых буквально просеивают атомы урана, выбирая из них атомы лишь одного сорта урана 235. Остальной уран в обычных реакторах использоваться не может. Возникает вопрос: а хватит ли этого редкого изотопа урана на сколько-нибудь продолжительное время или же человечество вновь столкнется с проблемой нехватки энергетических ресурсов?
Более тридцати лет назад эта проблема была поставлена перед коллективом лаборатории Физико-энергетического института. Она была решена. Руководителем лаборатории Александром Ильичом Лейпунским была предложена конструкция реактора на быстрых нейтронах. В 1955 году была построена первая такая установка.
Преимущества реакторов на быстрых нейтронах очевидны. В них для получения энергии можно использовать все запасы природных урана и тория, а они огромны - только в Мировом океане растворено более четырех миллиардов тонн урана.
Но все 450 атомных электростанции, работающих сейчас на планете, не могут создать угрозу, хотя бы сравнимую с угрозой, исходящей от 50 тысяч боеголовок.
Нет сомнения в том, что атомная энергетика заняла прочное место в энергетическом балансе человечества. Она, безусловно, будет развиваться и впредь, без отказано поставляя столь необходимую людям энергию. Однако понадобятся дополнительные меры по обеспечению надежности атомных электростанций, их безаварийной работы, а ученые и инженеры сумеют найти необходимые решения.
166. Глобальная сырьевая проблема и пути ее решения
Глобальная сырьевая проблема имеет ряд общих черт с проблемой энергетической, поэтому неудивительно, что их иногда рассматривают вместе в виде единой топливно-сырьевой проблемы. Действительно, сущность сырьевой проблемы также заключается в тех возрастающих трудностях снабжения сырьем, которые раньше возникали на национальном или региональном уровнях, а ныне стали обнаруживаться и на глобальном уровне. Об этом свидетельствует мировой сырьевой кризис 1970-х гг., отрицательно сказавшийся на всех сырьевых отраслях, да и на всем мировом хозяйстве. Подобные «сбои» случались и позднее, что свидетельствует об известной цикличности развития, с которой и связано либо увеличение, либо уменьшение потребностей в разного рода сырьевых материалах.
Но между сырьевой и энергетической проблемами существуют и определенные различия, объясняющиеся как различиями в сферах применения топлива и сырья, так и тем, что само количество видов минерального (не говоря уже о неминеральном) сырья измеряется не единицами, а многими десятками.
Главной причиной возникновения глобальной сырьевой проблемы также следует считать постоянный рост объемов минерального сырья, извлекаемого из недр Земли, особенно ускорившийся во второй половине XX в. Достаточно привести данные о том, что только в 1960–1980 гг. было извлечено 50 % меди и цинка, 55 % железной руды, 60 % алмазов, 65 % никеля, калийных солей и фосфоритов и около 80 % бокситов от общего объема их добычи с начала века. В результате началось истощение многих бассейнов и месторождений, ускорилось обеднение многих используемых руд, возросло количество извлекаемой из недр пустой породы. Эту явно негативную тенденцию часто иллюстрируют примером с медной рудой, добываемой в США, Замбии, некоторых других странах. Так, на медных рудниках американского штата Монтана содержание меди в руде снизилось с 30 % на начальном этапе освоения до 0,5 %. Этот процесс затронул разные виды горно-металлургического, горно-химического и других видов сырья.
Одновременно с ростом добычи во многих случаях стали ухудшаться и горно-геологические условия залегания и извлечения полезных ископаемых. А стремление как-то компенсировать такое ухудшение путем освоения богатых месторождений в новых сырьевых районах, в свою очередь, привело к заметному увеличению территориального разрыва между центрами добычи и потребления, означающему неизбежный рост затрат на перевозку. Выше уже говорилось о чрезвычайно возросшей зависимости стран Западной Европы, Японии и даже США от импорта многих важных видов минерального сырья (табл. 101, 102). К этому можно добавить и ухудшение экологической обстановки, что всегда бывает связано с преобладанием экстенсивных методов ведения сырьевого хозяйства.
Рис. 153. Обеспеченность полезными ископаемыми на XXI в. (по Л. В. Таусон)
Одним из важных последствий перечисленных процессов стало общее снижение обеспеченности минеральными ресурсами, в том числе и на глобальном уровне. Конечно, при этом необходим дифференцированный подход к отдельным видам сырья. Расчеты обеспеченности делались и делаются многими специалистами, причем расхождения между ними нередко бывают довольно большими. Тем не менее знакомство с ними представляет немалый интерес (рис. 153).
Перейдем теперь к характеристике путей решения глобальной сырьевой проблемы. На основе изучения рекомендаций международных форумов, включая конференцию в Рио-де-Жанейро в 1992 г. и предложения отдельных авторитетных специалистов, можно заключить, что к числу таких путей относятся следующие.
Во-первых, дальнейшее продолжение геолого-поисковых и геолого-разведочных работ с целью увеличения разведанных запасов минерального сырья. Можно заметить, что эта важная задача решается довольно успешно. Так, разведанные запасы бокситов только в 1945–1985 гг. выросли в 36 раз, тогда как добыча – примерно в 10 раз. Разведанные запасы меди за тот же период увеличились в 7 раз, а добыча – в 3 раза. В десятки раз возросли запасы фосфоритов, калийных солей, многих других нерудных ископаемых. Особо следует отметить перспективы, открывающиеся в связи с разведкой и последующим освоением полезных ископаемых на шельфе, материковом склоне и глубоководном дне Мирового океана.
Во-вторых, более полное и, главное, комплексное использование извлекаемых из недр Земли минеральных ресурсов. Вспомним, что о большой роли этого пути еще в конце 1930-х гг. говорил академик А. Е. Ферсман.
В-третьих, более последовательное и энергичное осуществление политики ресурсосбережения и снижения общей материалоемкости производственных процессов.
В-четвертых, более широкое использование вторичного сырья, которое во многих развитых странах уже стало важным составным элементом рационального природопользования.
В-пятых, замена части природного сырья и полученных на его основе материалов более экономичными искусственными материалами, к числу которых относятся нашедшие уже широкое применение пластмассы, керамика, стекловолокно и др.
Для России, как страны с огромным природно-ресурсным потенциалом, на первый взгляд сырьевая проблема не должна быть актуальной. В общем, так оно и было, пока хозяйство страны развивалось преимущественно по экстенсивному пути. Но в последнее время ее сырьевая экономика стала все чаще испытывать разного рода кризисные явления. Происходит истощение месторождений, растет стоимость добычи сырья (не случайно Н. Н. Моисеев охарактеризовал российские ресурсы как самые дорогие в мире), снижается настоящая и прогнозная ресурсообеспеченность. Поэтому и для России не просто важен, а необходим переход к ресурсосбережению и более эффективному развитию сырьевых отраслей экономики.