Экоэнергетические процессы - альтернативы нет!

Современная цивилизация всё более зависит от различных источников энергии. Каждый день мы так или иначе пользуемся разными видами ископаемого топлива: ездим на работу, готовим еду, освещаем, обогреваем или кондиционируем свой дом. По оценкам специалистов, мировое энергопотребление сегодня на 90 процентов удовлетворяется за счет ископаемого топлива. По опубликованным данным в 2000 году больше всего энергии вырабатывалось из нефти — 40 процентов, из угля — 26 процентов, из природного газа — примерно 24 процента. Журнал «Биосайенс» сообщал, что американец в среднем за год использовал на свои нужды (транспорт, отопление и кондиционирование) 93000 киловатт-часов [электроэнергии], что эквивалентно 8000 литров нефти. Австралия, Китай, Польша и Южная Африка за счёт угля вырабатывают более 75 процентов электричества, Индия — 60 процентов, а Соединенные Штаты и Германия — более половины. В России примерно половина электроэнергии получается за счёт природного газа. Мало кто задумывается, что нефть во многом определяет продовольственные запасы всего мира. Нефть и природный газ играют очень важную роль в сельском хозяйстве, начиная с производства удобрений и заканчивая перевозкой урожая. Но надолго ли хватит этих источников энергии, от которых так зависит современное общество? И есть ли другие, более экологичные источники?

Ожидается, что через 20 лет мировое энергопотребление, вырастет ~ более чем на 60 процентов. И возможно это будет самый стремительный рост энергопотребления в истории. Смогут ли традиционные энергоносители удовлетворить такой спрос? Некоторые симптоматичные факты уже сейчас реально ощущаются в росте цен на нефть, увеличении использования газа на автотранспорте, в требовании газовой монополии России увеличить тарифы на газ более запланированных ранее (20% вместо 11%), её требовании по уменьшению потребления газа для выработки электроэнергии и переходе на уголь. Таким образом, важно понять, каких и сколько ТЭР имеется в распоряжении Цивилизации.

Уголь. Из всех ископаемых видов топлива угля осталось больше всего, и его должно хватить еще на 1000 лет. Электростанции, работающие на угле, производят 40 процентов электроэнергии в мире. Крупнейший экспортер угля — Австралия. На нее приходится почти треть мирового рынка угля. В тоже время уголь — это самое насыщенное углеродом топливо, которое выделяет углекислого газа на 29 процентов больше, чем нефть, и на 80 процентов больше, чем природный газ. На его долю приходится 43 процента ежегодных выбросов углерода в атмосферу (примерно 2,7 миллиарда тонн). Сжигание угля не только наносит ущерб окружающей среде, но и негативно отражается на здоровье людей. В одном из недавних докладов ООН «Глобальное экологическое обозрение» сообщается: «В 11 крупных городах Китая дым и мельчайшие частицы, выделяющиеся при сгорании угля, служат причиной более 50000 преждевременных смертей и 400 000 новых случаев заболевания хроническим бронхитом».

Нефть. Ежедневно в мире расходуется более 75 миллионов баррелей нефти. Из её мировых запасов, объем которых оценивают примерно в 2 триллиона баррелей, около 900 миллиардов уже использовано. При нынешнем уровне нефтедобычи запасов нефти должно хватить еще лет на 40 (а по некоторым оценкам только на 10-20 лет).

Разразившийся в последнее время нефтяной кризис говорит о том, что в ближайшие десять лет добыча нефти возможно не сможет угнаться за спросом на нее. Специалисты-нефтяники предупреждают о том, что существует заблуждение: если нефть бьет фонтаном из скважин сегодня, то и последнее ведро нефти добыть из-под земли будет так же легко. Но практике всё иначе! При освоении и использовании месторождения нефтедобыча всегда растет до максимума, а потом, когда примерно половина нефти выкачана, начинает уменьшаться, постепенно падая до нуля. С экономической точки зрения важно знать не то, когда вся нефть иссякнет, а когда добыча нефти начнет сокращаться. Не эта ли тенденция всё яснее обозначается сегодня, взвинчивая цены?!

Важно знать, когда начнется ожидаемое падение нефтедобычи? Сегодня специалисты отмечают, что планируемое ОПЕК увеличение нефтедобычи в два раза меньше прогнозируемого спроса на неё в 2010 году. По мнению журнала «Нью сайентист», снижение нефтедобычи при росте спроса на неё приведёт к резкому повышению цен или их неустойчивости. Это может, в итоге привести к экономическому хаосу, проблемам с транспортировкой продуктов и других запасов и даже к войнам за нефть. Кстати, подобное явление мы наблюдаем в последнее время!

В то время как одни специалисты считают проблемой снижение нефтедобычи, другие — само использование нефти. Дефицит нефти — ещё не самое худшее. Сжигая топливо и получая тепло, мы производим углекислый газ, из-за которого средняя температура на всей планете повышается. Однако, экономические проблемы по-прежнему решаются отдельно от экологических. Например, Австралийская радиовещательная компания обращает внимание на последствия использования нефти в Великобритании, где 26 миллионов транспортных средств выделяют треть всего углекислого газа в стране, содействуя глобальному потеплению, и одну треть всех вредных выбросов в атмосферу, от которых ежегодно умирает примерно 10000 человек.

Природный газ. В отчёте «IEO2003» «Международного энергетического обозрения» говорится, что в следующие 20 лет «во всем мире все большую роль как источника энергии будет играть природный газ». Природный газ — это самый чистый вид ископаемого топлива. Вместе с тем всё отчётливее звучат призывы к более продуманному использованию этого природного ресурса.

Реально никто не знает, насколько велики запасы природного газа. Все оценки его количества основываются на различных, часто прогнозных, предположениях. Поэтому оценить реально доступные объемы природного газа достаточно трудно (от 40 до 400 лет).

Как известно, основной компонент природного газа — метан, который значительно усиливает парниковый эффект. Метан задерживает тепло в 21 раз больше углекислого газа. Но, несмотря на это, масштабное исследование, проведенное в США Управлением по охране окружающей среды и Институтом исследований газа показало, что «при переходе на природный газ в атмосферу будет выделяться больше метана, но зато значительно снизится количество других вредных выбросов». К тому же задача уменьшения выбросов метана может быть в значительной степени решена за счёт технологического совершенствования системы его добычи, транспортировки и использования путём широкого внедрения энергоэкологических технологий.

Атомная энергия. В мире существует примерно ~430 ядерных реакторов, которые вырабатывают 16 процентов всей электроэнергии»,— сообщается в «Острэлиан джиогрэфик». В докладе «IHO 2003» говорится, что помимо существующих реакторов, «в феврале 2003 года 17 из 35 строящихся во всем мире реакторов приходилось на развивающиеся страны Азии».

Атомная энергетика завоевывает все большую популярность, даже несмотря на возможность повторения аварии, произошедшей в 1986 году в Чернобыле.

Из сказанного понятно, что запасы обычных видов топлива не безграничны. Кроме того, использование ископаемого топлива приводит к загрязнениям окружающей среды. Поэтому возникает вопрос: действительно ли человек опустошит планету ради получения энергии? Ясно, что нам нужны новые энергоэкологические подходы к развитию Мира, нужны более чистые, надежные источники энергии, нужна новая энергетика – экоэнергетика. Существуют ли такие источники и оправданно ли экономически их использование? Возможно ли это? Существуют ли такие энергоэкологические технологии, есть ли предпосылки создания новой энергетики – экоэнергетики?

Уверенно можно сказать: «ДА!» Перечислим их.

Ветер. Человечество уже давно использует силу ветра в мореплавании, для работы мельниц и для перекачивания воды. В последние годы интерес к ветру усилился (об этом см. например на сайте ecoenergy.ru; intersolar.ru и др.). Изготовленные по новейшим технологиям ветроэнергетические установки вырабатывают электричество для 35 миллионов человек. Ветер — это совершенно чистый, возобновляемый источник энергии. В Дании, например, уже 20 процентов электричества вырабатывается силой ветра. Все большее распространение ветроэнергетика получает в Германии, Испании, а также Индии, которая претендует на пятое место в мире по использованию силы ветра. В Соединенных Штатах сейчас вырабатывают электричество 13 000 ветроустановок. А некоторые специалисты считают, что если использовать все подходящие территории в США, то энергия ветра могла бы обеспечивать более 20 процентов потребностей страны в электричестве.

Солнце. Во всем мире суммарная мощность гелиоустановок составляет около 500 мегаватт, и потребность в фотоэлементах используемых для получения электричества ежегодно увеличивается на 30 процентов. Однако фотоэлектрические преобразователи пока еще не настолько эффективны, как хотелось бы. А вырабатываемое ими электричество дороже, чем получаемое при сжигании ископаемого топлива. При производстве фотоэлементов используются такие ядовитые вещества, как сульфид кадмия и арсенид галлия. Так как они сохраняются в природе столетиями, переработка и утилизация отработавших фотоэлементов может стать большой проблемой.

Геотермальная энергия. Температура ядра нашей планеты составляет около 4000 градусов по Цельсию. При движении от поверхности Земли к ядру она будет увеличиваться в среднем на 30 градусов на каждый километр. Для людей, которые живут рядом с термальными источниками или вулканическими разломами, подземное тепло более доступно. В 58 странах мира исходящая из глубин земной коры горячая вода или пар используются, чтобы отапливать дома или вырабатывать электричество. Исландия более половины вырабатываемой энергии получает из геотермальных источников. В других странах, например в Австралии, обсуждается возможность извлечения энергии из раскаленных каменных пород, находящихся на глубине нескольких километров под землей. Эта энергоэкологическая технология предлагает закачивать под землю воду, и обратно она будет выходить уже горячей и под большим давлением, вращать турбины электрогенераторов. Это позволит получать электроэнергию десятилетиями и даже веками. В России в последние десятилетия использование энергии Земли активно развивалось в районе Курильских островов и на Камчатке, где есть все условия для полного обеспечения этого региона энергией от геотермальных источников (см. сайт intersolar.ru).

Вода. Уже сейчас ~6 процентов электроэнергии всего мира вырабатывается гидроэлектростанциями. Согласно «Международному энергетическому обозрению» за 2003 год, в течение следующих двух десятилетий «развитие возобновляемых источников энергии будет происходить в основном за счет строительства крупных гидроэлектростанций в развивающихся странах, особенно в Азии». Однако, водохранилища часто затопляют ценные плодородные земли. Кроме того, плотины значительно влияют на существующие экосистемы — на растения, животных и микроорганизмы, порождая негативные изменения в экосистеме, где они расположены. Налицо экологическая проблема, которую надо решать. В связи с этим особенно интересно развитие малых, мини- и микроГЭС, которые хорошо вписываются в окружающую среду и практически не влияют на сложившуюся экосистему.

Водород. Водород – это бесцветный, не имеющий запаха горючий газ, самый распространенный элемент во Вселенной. На земле водород входит в состав растительных и животных тканей, ископаемого топлива и воды. Он сгорает без выделения вредных веществ с образованием водяного пара и более эффективен, чем ископаемое топливо (имеет большую теплотворную способность).

Со школы известно, что пропуская через воду электричество, ее разлагают на водород и кислород. Таким же способом можно добывать водород в больших количествах. Но считается, что этот простой метод пока недостаточно экономичен. В мире вырабатывается примерно 45 миллионов тонн водорода, в основном для производства удобрений и чистящих средств. Но этот водород производят, как правило, с применением ископаемого топлива. Попутно выделяется ядовитый угарный газ, и углекислый газ, способствующий развитию парникового эффекта.

И все же многие считают водород одним из самых перспективных и многообещающих альтернативных источников энергии и полагают, что в будущем он сможет удовлетворить энергетические потребности человечества. Подобный оптимизм основан ещё и на значительных достижениях в разработке так называемого топливного элемента.

Топливный элемент — это устройство, которое вырабатывает электричество из водорода, но не путем сжигания, а путем соединения его с кислородом в ходе управляемой химической реакции. При использовании чистого водорода, в отличие от обогащенного водородом ископаемого топлива, выделяется только тепло и вода.

В 1839 году английский физик Уильям Гров, сконструировал первый топливный элемент. Однако производить такие устройства было дорого, а топливо и необходимые компоненты для них тогда было трудно достать. На какое-то время технология была забыта, пока в середине XX века не стали разрабатывать топливные элементы для обеспечения энергией космических кораблей. Сейчас такие устройства, применяются и в космонавтике, и для решения более земных задач.

Сегодня разрабатываются топливные элементы, которые могли бы заменить двигатели внутреннего сгорания на автомобилях, обеспечивать электроэнергией жилые и производственные здания, а также питать небольшие электрические устройства, например сотовые телефоны и компьютеры. Пока электроэнергия получаемая на стационарных электростанциях, работающих на топливных элементах, в четыре раза дороже, чем получаемая из ископаемого топлива. Но эта технология еще только развивается, и в нее вкладываются сотни миллионов долларов. Президент США Дж. Буш провозгласил стратегическим направлением курс на водородную энергетику.

Биотопливо. Сегодня это одно из самых многообещающих и бурно развивающихся направлений. Идея проста: выращивать растения (лес, тростник, остатки сельхозкультур и пр.) для сжигания в котлах с получением электроэнергии в обычном тепловом цикле или для химической переработки в моторные топлива (например, получение спирта из сахарного тростника для автотранспорта в Бразилии).

Это далеко не все энергоэкологические технологии которые могли бы стать основой энергетики будущего. Можно напомнить о энергии волны и приливов, биоэнергии отходов, бытового мусора, сбрасываемой теплоте промышленных производств, сбрасываемом попутном и факельном газе в производствах нефтегазохимии пр.

Сегодня польза для окружающей среды от применения более экологичных источников энергии очевидна. Однако стоимость их использования в промышленных масштабах пока еще слишком высока по сравнению с традиционным топливом. В докладе «IEO 2003» говорится: «Предстоящий рост энергопотребления будет, скорее всего, удовлетворяться в основном за счет ископаемых видов топлива (нефти, природного газа и угля), потому что цены на них останутся относительно низкими, а вырабатывать энергию из других видов топлива может быть невыгодно. Однако, последние события на нефтяных рынках и прогнозы МВФ по поводу высоких цен на нефтепродукты в недалёкой перспективе могут внести существенные коррективы в темпы внедрения энергоэкологических технологий, например таких, как использование возобновляемых источников энергии, повышение эффективности использования ископаемого топлива. И в этом смысле, по-видимому, главными приоритетами развития мировой энергетики в ближайшие годы будет курс на более эффективное использование традиционного топлива: на развитие «бестопливных» технологий, утилизацию сбрасываемой и низкопотенциальной теплоты, внедрение комбинированного производства электроэнергии и тепла, внедрения парогазовых установок и технологий, снижающих выбросы вредных и парниковых газов, веществ, загрязняющих окружающую среду. Сегодня всё более понятно, что альтернативы энергоэкологическим процессам в обществе, экономике, технике нет. Понятно, что будущее невозможно без экологически чистой энергетики. Понятно, что нет альтернативы сегодня активизации энергоэкологических процессов не только в экономике, технике, науке, но и в политике, в формировании энергоэкокультуры человеческого общества, культуры разумного самоограничения, в использовании природных ресурсов, прежде всего, ископаемого топлива.

Нейчер К.П., Информационно-аналитический сайт "Энергоэкология и экоэнергетика"