Problem energetyczny ludzkości i sposoby jego rozwiązania

2024 Autor: Howard Calhoun | [email protected]. Ostatnio zmodyfikowany: 2023-12-17 10:38

Problem energetyczny ludzkości z każdym rokiem staje się coraz bardziej powszechny. Wynika to ze wzrostu liczby ludności świata oraz intensywnego rozwoju technologii, co prowadzi do stale rosnącego poziomu zużycia energii. Pomimo wykorzystywania energii jądrowej, alternatywnej i wodnej, ludzie nadal wydobywają lwią część paliwa z wnętrzności Ziemi. Ropa naftowa, gaz ziemny i węgiel to nieodnawialne zasoby energii naturalnej, a ich rezerwy zostały zredukowane do poziomu krytycznego.

Początek końca

Globalizacja problemu energetycznego ludzkości rozpoczęła się w latach 70. ubiegłego wieku, kiedy skończyła się era taniej ropy. Niedobór i gwałtowny wzrost cen tego rodzaju paliwa wywołały poważny kryzys w światowej gospodarce. I chociaż jego koszt z czasem spadał, wolumeny stale spadają, więc problem z energią i surowcamiludzkość staje się ostrzejsza.

Np. tylko w okresie od lat 60. do 80. XX wieku światowa produkcja węgla wyniosła 40%, ropy naftowej – 75%, gazu ziemnego – 80% całkowitej wielkości tych zasobów używany od początku wieku.

Pomimo tego, że w latach 70. zaczęły się niedobory paliwa i okazało się, że problem energetyczny jest problemem globalnym dla ludzkości, prognozy nie przewidywały wzrostu jej zużycia. Zaplanowano, że do 2000 r. wielkość wydobycia kopalin zwiększy się 3-krotnie. Później oczywiście plany te zostały zredukowane, ale w wyniku niezwykle marnotrawnej eksploatacji zasobów, która trwała przez dziesięciolecia, dziś praktycznie zniknęły.

Główne geograficzne aspekty problemu energetycznego ludzkości

Jedną z przyczyn narastających niedoborów paliwa jest pogorszenie warunków jego wydobycia, a co za tym idzie wzrost kosztów tego procesu. Jeśli kilkadziesiąt lat temu na powierzchni leżały zasoby naturalne, dziś musimy stale zwiększać głębokość kopalń, szybów gazowych i naftowych. Szczególnie wyraźnie pogorszyły się warunki górniczo-geologiczne występowania surowców energetycznych w starych rejonach przemysłowych Ameryki Północnej, Europy Zachodniej, Rosji i Ukrainy.

Biorąc pod uwagę geograficzne aspekty problemów energetycznych i surowcowych ludzkości, należy powiedzieć, że ich rozwiązanie polega na poszerzaniu granic zasobów. Musisz nauczyć się nowegoobszary o lżejszych warunkach górniczo-geologicznych. W ten sposób można obniżyć koszty produkcji paliwa. Należy jednak wziąć pod uwagę, że ogólna kapitałochłonność wydobycia surowców energetycznych w nowych miejscach jest zwykle znacznie wyższa.

Aspekty ekonomiczne i geopolityczne problemów energetycznych i surowcowych ludzkości

Wyczerpanie rezerw paliw naturalnych doprowadziło do ostrej konkurencji w sferze gospodarczej, politycznej i geopolitycznej. Wielkie koncerny paliwowe zajmują się podziałem surowców paliwowo-energetycznych oraz redystrybucją stref wpływów w tej branży, co prowadzi do stałych wahań cen na światowym rynku gazu, węgla i ropy. Niestabilność sytuacji poważnie zaostrza problem energetyczny ludzkości.

Globalne bezpieczeństwo energetyczne

Ta koncepcja weszła w życie na początku XXI wieku. Zasady strategii takiego bezpieczeństwa przewidują niezawodne, długoterminowe i przyjazne dla środowiska dostawy energii, których ceny będą uzasadnione i odpowiednie dla krajów zarówno eksportujących, jak i importujących paliwo.

Wdrożenie tej strategii jest możliwe tylko wtedy, gdy usunie się przyczyny problemu energetycznego ludzkości, a praktyczne działania mają na celu dalsze zaopatrywanie światowej gospodarki zarówno w paliwa tradycyjne, jak i energię ze źródeł alternatywnych. Ponadto szczególną uwagę należy zwrócić na rozwój alternatywnych źródeł energii.

Polityka oszczędzania energii

W czasach taniego paliwa wiele krajów świata rozwinęło bardzo zasobożerną gospodarkę. Przede wszystkim zjawisko to zaobserwowano w stanach bogatych w surowce mineralne. Na czele listy znalazły się Związek Radziecki, USA, Kanada, Chiny i Australia. Jednocześnie wielkość ekwiwalentnego zużycia paliwa w ZSRR była kilkakrotnie większa niż w Ameryce.

Ten stan rzeczy wymagał pilnego wprowadzenia polityki oszczędzania energii w domowym, przemysłowym, transportowym i innych sektorach gospodarki. Uwzględniając wszystkie aspekty problemów energetycznych i surowcowych ludzkości, zaczęto opracowywać i wdrażać technologie mające na celu zmniejszenie specyficznej energochłonności PKB tych krajów, a także przebudowywano całą strukturę ekonomiczną gospodarki światowej.

Sukcesy i porażki

Największe sukcesy w dziedzinie oszczędzania energii osiągnęły rozwinięte gospodarczo kraje Zachodu. W ciągu pierwszych 15 lat udało im się zmniejszyć energochłonność swojego PKB o 1/3, co doprowadziło do zmniejszenia ich udziału w światowym zużyciu energii z 60 do 48 proc. Do tej pory trend ten się utrzymuje, a wzrost PKB na Zachodzie przewyższa rosnące zużycie paliw.

Sytuacja jest znacznie gorsza w Europie Środkowo-Wschodniej, Chinach i krajach WNP. Energochłonność ich gospodarki spada bardzo powoli. Ale liderami antyratingu gospodarczego są kraje rozwijające się. Na przykład w większości krajów afrykańskich i azjatyckichstraty towarzyszącego paliwa (gazu ziemnego i ropy naftowej) wahają się od 80 do 100 procent.

Rzeczywistości i perspektywy

Problem energetyczny ludzkości i sposoby jego rozwiązania są dziś przedmiotem troski całego świata. Aby poprawić istniejącą sytuację, wprowadzane są różne innowacje techniczne i technologiczne. W celu oszczędzania energii ulepszane są urządzenia przemysłowe i komunalne, produkowane są bardziej paliwooszczędne samochody itp.

Wśród podstawowych mierników makroekonomicznych jest stopniowa zmiana samej struktury zużycia gazu, węgla i ropy naftowej z perspektywą zwiększenia udziału nietradycyjnych i odnawialnych źródeł energii.

Aby skutecznie rozwiązać problem energetyczny ludzkości, należy zwrócić szczególną uwagę na rozwój i wdrażanie całkowicie nowych technologii dostępnych na obecnym etapie rewolucji naukowo-technicznej.

Energetyka jądrowa

Jednym z najbardziej obiecujących obszarów w dziedzinie dostaw energii jest energia jądrowa. W niektórych krajach rozwiniętych uruchomiono już reaktory jądrowe nowej generacji. Naukowcy nuklearni po raz kolejny aktywnie dyskutują na temat reaktorów zasilanych szybkimi neuronami, które zgodnie z przewidywaniami staną się nową i znacznie wydajniejszą falą energii jądrowej. Jednak ich rozwój został przerwany, ale teraz ten problem ponownie nabrał znaczenia.

Korzystanie z generatorów MHD

Bezpośrednia konwersja energii cieplnej na energię elektryczną bez kotłów parowych i turbin pozwalawykonywać generatory magnetohydrodynamiczne. Rozwój tego obiecującego kierunku rozpoczął się na początku lat 70. ubiegłego wieku. W 1971 roku w Moskwie uruchomiono pierwszy pilotażowo-przemysłowy MHD o mocy 25 000 kW.

Główne zalety generatorów magnetohydrodynamicznych to:

• wysoka wydajność;
• ekologiczne (brak szkodliwych emisji do atmosfery);
• natychmiastowy start.

Turbogenerator kriogeniczny

Zasada działania generatora kriogenicznego polega na tym, że wirnik jest chłodzony ciekłym helem, co powoduje efekt nadprzewodnictwa. Niewątpliwymi zaletami tego urządzenia są wysoka wydajność, niska waga i wymiary.

Pilotażowy prototyp kriogenicznego turbogeneratora powstał w czasach sowieckich, a teraz podobne prace rozwojowe są w toku w Japonii, USA i innych krajach rozwiniętych.

Wodór

Wykorzystanie wodoru jako paliwa ma wielkie perspektywy. Według wielu ekspertów technologia ta pomoże rozwiązać najważniejsze globalne problemy ludzkości - problem energetyczny i surowcowy. Przede wszystkim paliwo wodorowe stanie się alternatywą dla naturalnych zasobów energii w inżynierii mechanicznej. Pierwszy samochód wodorowy został stworzony przez japońską firmę Mazda na początku lat 90., do którego opracowano nowy silnik. Eksperyment okazał się całkiem udany, co potwierdza obietnicę tego kierunku.

Generatory elektrochemiczne

To są ogniwa paliwowe, które również działają na wodór. Paliwo jest przepuszczanemembrany polimerowe ze specjalną substancją - katalizatorem. W wyniku reakcji chemicznej z tlenem sam wodór zamienia się w wodę, uwalniając podczas spalania energię chemiczną, która zamienia się w energię elektryczną.

Silniki na ogniwa paliwowe charakteryzują się najwyższą sprawnością (ponad 70%), która jest dwukrotnie większa niż w przypadku konwencjonalnych elektrowni. Ponadto są łatwe w użyciu, ciche podczas pracy i niewymagające naprawy.

Do niedawna ogniwa paliwowe miały wąski zakres, na przykład w badaniach kosmicznych. Ale teraz prace nad wprowadzeniem generatorów elektrochemicznych są aktywnie prowadzone w większości krajów rozwiniętych gospodarczo, wśród których Japonia zajmuje pierwsze miejsce. Całkowita moc tych jednostek na świecie mierzona jest w milionach kW. Na przykład Nowy Jork i Tokio mają już elektrownie wykorzystujące takie ogniwa, a niemiecki producent samochodów Daimler-Benz jako pierwszy stworzył działający prototyp samochodu z silnikiem działającym na tej zasadzie.

Kontrolowana fuzja termojądrowa

Od kilkudziesięciu lat prowadzone są badania w dziedzinie energii termojądrowej. Energia atomowa opiera się na reakcji rozszczepienia jądra atomowego, a energia termojądrowa na procesie odwrotnym - jądra izotopów wodoru (deuter, tryt) łączą się. W procesie spalania jądrowego 1 kg deuteru ilość uwolnionej energii jest 10 milionów razy większa niż pozyskiwana z węgla. Wynik jest naprawdę imponujący! Dlatego energia termojądrowa jest uważana za jeden z najbardziej obiecujących obszarów w rozwiązywaniu problemów globalnychdeficyt energii.

Prognozy

Dziś istnieją różne scenariusze rozwoju sytuacji w globalnej energetyce w przyszłości. Według niektórych z nich do 2060 r. światowe zużycie energii w ekwiwalencie ropy wzrośnie do 20 mld ton. Jednocześnie pod względem konsumpcji kraje rozwijające się wyprzedzą kraje rozwinięte.

Do połowy XXI wieku ilość kopalnych źródeł energii powinna znacznie się zmniejszyć, ale wzrośnie udział odnawialnych źródeł energii, w szczególności wiatrowych, słonecznych, geotermalnych i pływowych.