Ihmiskunnan energiaongelma ja tapoja ratkaista se

2024 Kirjoittaja: Howard Calhoun | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-17 10:26

Ihmiskunnan energiaongelma yleistyy joka vuosi. Tämä johtuu maailman väestön kasvusta ja intensiivisestä teknologian kehityksestä, mikä johtaa jatkuvasti kasvavaan energiankulutukseen. Huolimatta ydin-, vaihtoehto- ja vesivoiman käytöstä, ihmiset jatkavat leijonanosan polttoaineen t alteenottoa maapallon suolistosta. Öljy, maakaasu ja kivihiili ovat uusiutumattomia luonnonenergiavaroja, ja tähän mennessä niiden varat ovat pudonneet kriittiselle tasolle.

Lopun alku

Ihmiskunnan energiaongelman globalisaatio alkoi viime vuosisadan 70-luvulla, jolloin halvan öljyn aikakausi päättyi. Tämän tyyppisen polttoaineen pula ja jyrkkä hinnannousu aiheuttivat vakavan kriisin maailmantaloudessa. Ja vaikka sen kustannukset ovat laskeneet ajan myötä, volyymit laskevat jatkuvasti, joten energia- ja raaka-aineongelmaihmiskunta muuttuu terävämmäksi.

Esimerkiksi vain ajanjaksolla 60-luvulta 1900-luvun 80-luvulle maailman kivihiilen tuotanto oli 40 %, öljy - 75 %, maakaasu - 80 % näiden luonnonvarojen kokonaismäärästä. käytetty vuosisadan alusta.

Huolimatta siitä, että polttoainepula alkoi 70-luvulla ja osoittautui, että energiaongelma on ihmiskunnan globaali ongelma, ennusteet eivät ennakoineet sen kulutuksen kasvua. Suunniteltiin, että vuoteen 2000 mennessä mineraalien louhinnan määrä kasvaisi 3-kertaiseksi. Myöhemmin näitä suunnitelmia tietysti karsittiin, mutta vuosikymmeniä kestäneen äärimmäisen tuhlaavan resurssien hyödyntämisen seurauksena ne ovat nykyään käytännössä poissa.

Ihmiskunnan energiaongelman tärkeimmät maantieteelliset näkökohdat

Yksi syistä kasvavaan polttoainepulaan on sen louhintaolosuhteiden heikkeneminen ja sen seurauksena tämän prosessin kustannusten nousu. Jos vielä muutama vuosikymmen sitten luonnonvarat olivat pinnalla, nykyään meidän on jatkuvasti lisättävä kaivosten, kaasu- ja öljylähteiden syvyyttä. Erityisesti Pohjois-Amerikan, Länsi-Euroopan, Venäjän ja Ukrainan vanhojen teollisuusalueiden kaivos- ja geologiset olosuhteet ovat huonontuneet huomattavasti.

Ihmiskunnan energia- ja raaka-aineongelmien maantieteelliset näkökohdat huomioon ottaen on sanottava, että niiden ratkaisu on luonnonvarojen rajojen laajentaminen. Pitää oppia uuttaalueet, joissa kaivostoiminta ja geologiset olosuhteet ovat kevyemmät. Näin polttoaineen tuotantokustannuksia voidaan alentaa. On kuitenkin otettava huomioon, että uusien paikkojen energiavarojen t alteenoton kokonaispääomaintensiteetti on yleensä paljon korkeampi.

Ihmiskunnan energia- ja raaka-aineongelmien taloudelliset ja geopoliittiset näkökohdat

Luonnonpolttoainevarantojen ehtyminen on johtanut kovaan kilpailuun taloudellisella, poliittisella ja geopoliittisella alalla. Jättiläiset polttoaineyhtiöt harjoittavat polttoaine- ja energiaresurssien jakamista ja vaikutuspiirien uudelleenjakoa tällä alalla, mikä johtaa jatkuviin hintavaihteluihin kaasun, hiilen ja öljyn maailmanmarkkinoilla. Tilanteen epävakaus pahentaa vakavasti ihmiskunnan energiaongelmaa.

Maailmanlaajuinen energiavarmuus

Tämä käsite otettiin käyttöön 2000-luvun alussa. Tällaisen turvallisuuden strategian periaatteet takaavat luotettavan, pitkän aikavälin ja ympäristön kann alta hyväksyttävän energiahuollon, jonka hinnat ovat perusteltuja ja sopivat sekä polttoainetta vieville että tuontimaille.

Tämän strategian toteuttaminen on mahdollista vain, jos ihmiskunnan energiaongelman syyt poistetaan ja käytännön toimenpiteillä pyritään edelleen tarjoamaan maailmantaloutta sekä perinteisillä polttoaineilla että vaihtoehtoisista lähteistä peräisin olevalla energialla. Lisäksi on kiinnitettävä erityistä huomiota vaihtoehtoisen energian kehittämiseen.

Energiansäästöpolitiikka

Halvien polttoaineiden aikana monet maailman maat ovat kehittäneet erittäin resursseja vaativan talouden. Ensinnäkin tämä ilmiö havaittiin v altioissa, joissa on runsaasti mineraalivaroja. Listan kärjessä olivat Neuvostoliitto, Yhdysvallat, Kanada, Kiina ja Australia. Samaan aikaan vastaavan polttoaineenkulutuksen määrä oli Neuvostoliitossa useita kertoja suurempi kuin Amerikassa.

Tämä tilanne vaati energiansäästöpolitiikan pikaista käyttöönottoa kotitalous-, teollisuus-, liikenne- ja muilla talouden aloilla. Ottaen huomioon kaikki ihmiskunnan energia- ja raaka-aineongelmat, alettiin kehittää ja toteuttaa teknologioita, joiden tarkoituksena oli vähentää näiden maiden bruttokansantuotteen ominaisenergiaintensiteettiä, ja koko maailmantalouden talousrakennetta rakennettiin uudelleen.

Onnistumisia ja epäonnistumisia

Merkittävimmät onnistumiset energiansäästön alalla ovat saavuttaneet lännen taloudellisesti kehittyneet maat. Ensimmäisen 15 vuoden aikana he onnistuivat vähentämään BKT:n energiaintensiteettiä 1/3:lla, mikä johti niiden osuuden pienenemiseen maailman energiankulutuksessa 60 prosentista 48 prosenttiin. Tämä suuntaus jatkuu tähän asti, ja BKT:n kasvu lännessä on nopeampaa kuin kasvava polttoaineen kulutus.

Tilanne on paljon huonompi Keski- ja Itä-Euroopassa, Kiinassa ja IVY-maissa. Niiden talouden energiaintensiteetti laskee hyvin hitaasti. Mutta taloudellisen vastustuskyvyn johtajat ovat kehitysmaita. Esimerkiksi useimmissa Afrikan ja Aasian maissasiihen liittyvän polttoaineen (maakaasu ja öljy) häviöt vaihtelevat 80-100 prosentin välillä.

Todellisuus ja tulevaisuudennäkymät

Ihmiskunnan energiaongelma ja tavat ratkaista se nykyään ovat huolestuttavia koko maailmalle. Nykytilanteen parantamiseksi otetaan käyttöön erilaisia teknisiä ja teknologisia innovaatioita. Energian säästämiseksi kehitetään teollisuus- ja kunnallisia laitteita, tuotetaan polttoainetehokkaampia autoja jne.

Makrotaloudellisten ensisijaisten toimenpiteiden joukossa on kaasun, hiilen ja öljyn kulutuksen rakenteen asteittainen muuttaminen siten, että on mahdollista lisätä ei-perinteisten ja uusiutuvien energialähteiden osuutta.

Ihmiskunnan energiaongelman ratkaisemiseksi onnistuneesti on välttämätöntä kiinnittää erityistä huomiota tieteellisen ja teknologisen vallankumouksen nykyisessä vaiheessa käytettävissä olevien perustavanlaatuisten uusien teknologioiden kehittämiseen ja käyttöönottoon.

Ydinvoimateollisuus

Yksi energiahuollon lupaavimpia alueita on ydinenergia. Joissakin kehittyneissä maissa uuden sukupolven ydinreaktoreita on jo otettu käyttöön. Ydintieteilijät keskustelevat jälleen aktiivisesti aiheesta nopeilla hermosoluilla toimivista reaktoreista, joista, kuten kerran kuviteltiin, tulee uusi ja paljon tehokkaampi ydinenergian a alto. Niiden kehittäminen kuitenkin lopetettiin, mutta nyt tästä aiheesta on tullut jälleen ajankohtainen.

MHD-generaattoreiden käyttäminen

Lämpöenergian muuntaminen suoraan sähköksi ilman höyrykattiloita ja turbiineja mahdollistaasuorittaa magnetohydrodynaamisia generaattoreita. Tämän lupaavan suunnan kehitys alkoi viime vuosisadan 70-luvun alussa. Vuonna 1971 Moskovassa lanseerattiin ensimmäinen pilotti-teollinen MHD, jonka kapasiteetti oli 25 000 kW.

Magnetohydrodynaamisten generaattoreiden tärkeimmät edut ovat:

• korkea hyötysuhde;
• ympäristö (ei haitallisia päästöjä ilmakehään);
• välitön aloitus.

Kryogeeninen turbogeneraattori

Kryogeenisen generaattorin toimintaperiaate on, että roottori jäähdytetään nestemäisellä heliumilla, mikä saa aikaan suprajohtavuuden. Tämän laitteen kiistattomiin etuihin kuuluvat korkea hyötysuhde, alhainen paino ja mitat.

Kryogeenisen turbogeneraattorin pilottiprototyyppi luotiin jo Neuvostoliiton aikana, ja nyt vastaavanlainen kehitys on käynnissä Japanissa, Yhdysvalloissa ja muissa kehittyneissä maissa.

vety

Vedyn käytöllä polttoaineena on suuret näkymät. Monien asiantuntijoiden mukaan tämä tekniikka auttaa ratkaisemaan ihmiskunnan tärkeimmät globaalit ongelmat - energia- ja raaka-aineongelmat. Ensinnäkin vetypolttoaineesta tulee vaihtoehto luonnollisille energiavaroille koneenrakennuksessa. Ensimmäisen vetyauton loi japanilainen yritys Mazda jo 90-luvun alussa, sille kehitettiin uusi moottori. Kokeilu osoittautui varsin onnistuneeksi, mikä vahvistaa tämän suunnan lupauksen.

Sähkökemialliset generaattorit

Nämä ovat polttokennoja, jotka toimivat myös vedyllä. Polttoaine kulkee läpipolymeerikalvot erityisellä aineella - katalysaattorilla. Kemiallisen reaktion seurauksena hapen kanssa vety itse muuttuu vedeksi, jolloin palamisen aikana vapautuu kemiallista energiaa, joka muuttuu sähköenergiaksi.

Polttokennomoottoreille on ominaista korkein hyötysuhde (yli 70 %), mikä on kaksinkertainen verrattuna perinteisiin voimaloihin. Lisäksi ne ovat helppokäyttöisiä, hiljaisia käytön aikana eivätkä vaadi korjausta.

Viime aikoihin asti polttokennoilla oli kapea soveltamisala esimerkiksi avaruustutkimuksessa. Mutta nyt sähkökemiallisten generaattoreiden käyttöönottoa tehdään aktiivisesti useimmissa taloudellisesti kehittyneissä maissa, joista Japani on ensimmäinen paikka. Näiden yksiköiden kokonaisteho maailmassa mitataan miljoonissa kW. Esimerkiksi New Yorkissa ja Tokiossa on jo tällaisia kennoja käyttäviä voimalaitoksia, ja saksalainen autovalmistaja Daimler-Benz loi ensimmäisenä toimivan prototyypin autosta, jonka moottori toimii tällä periaatteella.

Hallittu lämpöydinfuusio

Lämpöydinenergian alalla on tehty tutkimusta useiden vuosikymmenten ajan. Atomienergia perustuu ydinfission reaktioon, ja lämpöydinenergia perustuu käänteiseen prosessiin - vedyn isotooppien (deuterium, tritium) ytimet sulautuvat yhteen. Ydinpolttoprosessissa 1 kg deuteriumia vapautuu 10 miljoonaa kertaa enemmän energiaa kuin kivihiilestä saatu. Tulos on todella vaikuttava! Tästä syystä lämpöydinenergiaa pidetään yhtenä lupaavimmista alueista globaalien ongelmien ratkaisemisessaenergiavaje.

Ennusteet

Tänään on olemassa erilaisia skenaarioita globaalin energiasektorin tilanteen kehittymiselle tulevaisuudessa. Joidenkin mukaan vuoteen 2060 mennessä maailman energiankulutus öljyekvivalentteina nousee 20 miljardiin tonniin. Samaan aikaan kulutuksen suhteen kehitysmaat ohittavat kehittyneet.

2000-luvun puoliväliin mennessä fossiilisten energialähteiden määrän pitäisi vähentyä merkittävästi, mutta uusiutuvien energialähteiden, erityisesti tuuli-, aurinko-, maalämpö- ja vuorovesilähteiden, osuus kasvaa.