Кризис топливных ресурсов. Глобальная энергетическая проблема

Человечества с каждым годом приобретает все большие масштабы. Связано это с ростом населения планеты и интенсивным развитием технологий, что обуславливает постоянно растущий уровень потребления энергоресурсов. Несмотря на использование ядерной, альтернативной и гидроэнергии, львиную долю топлива люди продолжают добывать из недр Земли. Нефть, природный газ и уголь являются невозобновляемыми природными энергетическими ресурсами, к настоящему времени их запасы уменьшились до критического уровня.

Начало конца

Глобализация энергетической проблемы человечества началась в 70-х годах прошлого столетия, когда закончилась эра дешевой нефти. Дефицит и резкое подорожание этого вида топлива спровоцировали серьезный кризис в мировой экономике. И хоть стоимость его со временем снизилась, объемы неуклонно сокращаются, поэтому энергетическая и сырьевая проблема человечества становится все острее.

К примеру, только в период с 60-х по 80-е годы ХХ века мировой объем добычи угля составил 40%, нефти - 75%, природного газа - 80% от общего объема этих ресурсов, использованных с начала столетия.

Несмотря на то что в 70-х годах начался дефицит топлива и обнаружилось, что энергетическая проблема - это глобальная проблема человечества, прогнозы не предусматривали роста его потребления. Планировалось, что объемы добычи полезных ископаемых к 2000 году возрастут в 3 раза. Впоследствии, конечно, эти планы были снижены, но в результате крайне расточительной эксплуатации ресурсов, длившейся десятилетиями, на сегодняшний день их практически не осталось.

Основные географические аспекты энергетической проблемы человечества

Одной из причин растущего дефицита топлива является утяжеление условий его добычи и, как следствие, удорожание этого процесса. Если еще несколько десятков лет назад природные богатства лежали на поверхности, то сегодня приходится постоянно увеличивать глубину шахт, газовых и нефтяных скважин. Особенно заметно ухудшились горно-геологические условия залегания энергоресурсов в старых промышленных районах Северной Америки, Западной Европы, России и Украины.

Учитывая географические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества, нужно сказать, что их решение заключается в расширении ресурсных рубежей. Необходимо осваивать новые районы с более легкими горно-геологическими условиями. Таким образом можно снизить себестоимость добычи топлива. При этом следует учитывать, что общая капиталоемкость добычи энергоресурсов в новых местах, как правило, намного выше.

Экономические и геополитические аспекты энергетической и сырьевой проблем человечества

Истощение запасов природного топлива стало причиной возникновения жесточайшей конкурентной борьбы в экономической, политической и геополитической сферах. Гигантские топливные корпорации занимаются разделом топливно-энергетических ресурсов и переделом сфер влияния в этой отрасли, что влечет постоянные колебания цен на мировом рынке газа, угля и нефти. Нестабильность ситуации серьезно усугубляет энергетическую проблему человечества.

Глобальная энергетическая безопасность

Это понятие вошло в обиход в начале 21-го века. Принципы стратегии такой безопасности предусматривают надежное, долгосрочное и экологически приемлемое энергоснабжение, цены на которое будут обоснованы и устраивать страны как экспортирующие, так и импортирующие топливо.

Реализация этой стратегии возможна лишь при условии устранения причин энергетической проблемы человечества и практических мер, направленных на дальнейшее обеспечение мировой экономики как традиционными видами топлива, так и энергией из альтернативных источников. Причем развитию альтернативной энергетики должно быть уделено особое внимание.

Политика энергосбережения

Во времена дешевого топлива во многих странах мира сформировалась очень ресурсоемкая экономика. Прежде всего такое явление наблюдалось в государствах, богатых минеральными ресурсами. Возглавляли этот список Советский Союз, США, Канада, Китай и Австралия. При этом В СССР объем потребления условного топлива был в несколько раз больше, чем в Америке.

Такое положение вещей требовало срочного введения политики энергосбережения в коммунально-бытовом, промышленном, транспортном и прочих секторах экономики. С учетом всех аспектов энергетической и сырьевой проблем человечества начали разрабатываться и внедряться технологии, направленные на снижение удельной энергоемкости ВВП этих стран, и перестраиваться вся экономическая структура мирового хозяйства.

Успехи и неудачи

Наиболее заметных успехов в сфере энергосбережения удалось добиться экономически развитым странам Запада. За первые 15 лет им удалось снизить энергоемкость своего ВВП на 1/3, что повлекло сокращение их доли в мировом потреблении энергоресурсов с 60 до 48 процентов. На сегодняшний день эта тенденция сохраняется, и рост ВВП на Западе опережает растущие объемы потребления топлива.

Значительно хуже обстоят дела в Центрально-Восточной Европе, Китае и странах СНГ. Энергоемкость их экономики снижается очень медленно. Но лидерами экономического антирейтинга являются развивающиеся страны. К примеру, в большинстве африканских и азиатских стран потери попутного топлива (природного газа и нефти) составляют от 80 до 100 процентов.

Реалии и перспективы

Энергетическая проблема человечества и пути ее решения сегодня волнуют весь мир. Для улучшения существующей ситуации вводятся различные технико-технологические новшества. С целью энергосбережения усовершенствуется промышленное и коммунальное оборудование, выпускаются более экономичные автомобили и т. д.

К числу первостепенных макроэкономических мероприятий относится поэтапное изменение самой структуры потребления газа, угля и нефти с перспективой увеличения доли нетрадиционных и возобновляемых энергоресурсов.

Для успешного решения энергетической проблемы человечества необходимо особое внимание уделить развитию и внедрению принципиально новых технологий, доступных на современном

Атомная энергетика

Одним из наиболее перспективных направлений в сфере энергоснабжения является В некоторых развитых странах уже введены в эксплуатацию атомные реакторы нового поколения. Ученые-ядерщики сегодня опять активно обсуждают тему реакторов, работающих на быстрых нейронах, которые, как когда-то предполагалось, станут новой и значительно более эффективной волной атомной энергетики. Однако их разработка была прекращена, но ныне этот вопрос снова стал актуальным.

Использование МГД-генераторов

Прямое преобразование теплоэнергии в электроэнергию без паровых котлов и турбин позволяют выполнять Разработка этого перспективного направления началась еще в начале 70-х годов прошлого века. В 1971 году в Москве был произведен пуск первой опытно-промышленного МГД мощностью 25000 кВт.

Главными достоинствами магнитогидродинамических генераторов являются:

высокий КПД;
экологичность (отсутствуют вредные выбросы в атмосферу);
моментальный запуск.

Криогенный турбогенератор

Принцип работы криогенного генератора заключается в том, что ротор охлаждается за счет чего получается эффект сверхпроводимости. К бесспорным преимуществам этого агрегата относятся высокий КПД, небольшая масса и габариты.

Опытно-промышленный образец криогенного турбогенератора был создан еще в советскую эпоху, а ныне подобные разработки ведутся в Японии, США и других развитых странах.

Водород

Использование водорода в качестве топлива имеет огромные перспективы. По мнению многих специалистов, эта технология поможет решить важнейшие лобальные проблемы человечества - энергетическую и сырьевую проблему. Прежде всего водородное топливо станет альтернативой природным энергоресурсам в машиностроении. Первый был создан японской компанией «Мазда» еще в начале 90-х годов, для него был разработан новый двигатель. Эксперимент оказался довольно удачным, что подтверждает перспективность этого направления.

Электрохимические генераторы

Это топливные элементы, которые также работают на водороде. Горючее пропускают сквозь полимерные мембраны со специальным веществом - катализатором. В результате химической реакции с кислородом сам водород преобразуется в воду, выделяя химическую энергию при сгорании, которая превращается в электрическую.

Двигатели с топливными элементами отличаются максимально высоким КПД (свыше 70 %), что вдвое больше, чем у обычных силовых установок. Плюс к этому они удобны в применении, бесшумны при работе и нетребовательны к ремонту.

Еще недавно топливные элементы имели узкую сферу применения, к примеру в космических исследованиях. Но ныне работы по внедрению электрохимических генераторов активно ведутся в большинстве экономически развитых государств, первое место среди которых занимает Япония. Общая мощность этих агрегатов в мире измеряется миллионами кВт. К примеру, в Нью-Йорке и Токио уже действуют электростанции на таких элементах, а немецкий автопроизводитель «Даймлер-Бенц» первым создал рабочий прототип автомобиля с двигателем, работающим по этому принципу.

Управляемый термоядерный синтез

Уже несколько десятков лет ведутся исследования в области термоядерной энергетики. В основе атомной энергии лежит реакция деления ядер, а термоядерная базируется на обратном процессе - ядра изотопов водорода (дейтерия, трития) сливаются. В процессе ядерного сжигания 1 кг дейтерия количество выделяемой энергии превосходит в 10 миллионов раз аналогичный показатель, получаемый от угля. Результат поистине впечатляющий! Именно поэтому термоядерная энергетика считается одним из наиболее перспективных направлений в решении проблем глобального энергетического дефицита.

Прогнозы

Сегодня существуют различные сценарии развития ситуации в мировой энергетике в будущем. Согласно некоторым из них, к 2060 году глобальное энергопотребление в нефтяном эквиваленте возрастет до 20 млрд тонн. При этом по объемам потребления ныне развивающиеся страны обгонят развитые.

К середине 21-го века должен значительно уменьшиться объем ископаемых видов энергоресурсов, но увеличится доля возобновляемых, в частности ветровых, солнечных, геотермальных и приливных источников энергии.

Введение

Всё живое на Земле нуждается в энергии поэтому, вопрос энергетики - одна из важнейших составляющих более глубокой и всеобъемлющей проблемы дальнейшего развития человечества. Однако, помимо биологических нужд, человечество по мере технического и научного прогресса становится всё более уязвимо в своей зависимости от внешних источников энергии, необходимых для производства множества товаров и услуг. В целом, энергия позволяет людям жить в меняющихся природных условиях и условиях большой плотности населения, а также контролировать своё окружение. Степень такой зависимости определяется многими факторами - начиная климатом и заканчивая уровнем жизни в данной стране: очевидно, что чем комфортнее человек делает свою жизнь, тем больше он зависит от внешних источников энергии.

Проблема обеспечения человечества энергией. От истоков до наших дней

энергетика экономика экологический анропогенный

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.

Локальные энергетические кризисы возникали и в доиндустриальной экономике (например, в Англии XVIII в. в связи с исчерпанием лесных ресурсов и переходом на уголь). Но как глобальная проблема нехватка энергоресурсов проявилась в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, выразившийся в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя многие затруднения того времени были преодолены, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни.

Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северною моря, а со стороны спроса -- увеличением автомобильного парка и ростом объема производства полимерных материалов.

Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.). А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию как стран -- экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам.

Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы, приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа -- на 62 года, а нефти -- на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1,2 трлн. т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1,75 трлн. т).

В результате преобладавшие в 70-х гг. пессимистические прогнозы обеспеченности потребностей мировой экономики в энергоносителях (так, тогда считалось, что запасов нефти хватит не более чем на 25-30 лет) сменились оптимистическими взглядами, основанными на актуальной информации.

Глобальная энергетическая проблема – это прежде всего проблема надежного обеспечения человечества топливом и энергией. «Узкие места» в таком обеспечении не раз обнаруживались и в прошлые эпохи. Но в глобальном масштабе они впервые проявились в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, ознаменовавший собой конец эры дешевой нефти. Этот кризис вызвал настоящую цепную реакцию, затронув всю мировую экономику. И хотя нефть затем снова подешевела, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет свое значение и в наши дни. Не могут не волновать и пути ее решения в будущем.
Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать очень быстрый – нередко поистине «взрывной» по характеру – рост потребления минерального топлива и соответственно размеров его извлечения из земных недр. Достаточно сказать, что только за период с начала и до 80-х гг. XX в. в мире было добыто и потреблено больше минерального топлива, чем за всю предшествовавшую историю человечества. В том числе только с 1960 по 1980 г. из недр Земли было извлечено 40 % угля, почти 75 % нефти и около 80 % природного газа, добытых с начала века.
Характерно, что до середины 1970-х гг., когда трудности с обеспечением топливом обнаружились в глобальном масштабе, прогнозы обычно не предусматривали никакого сокращения темпов прироста его потребления. Так, предполагалось, что мировая добыча полезных ископаемых в 1981–2000 гг. примерно в 1,5–2 раза превысит добычу за предшествовавшее 20-летие. А абсолютное мировое потребление первичных энергоресурсов на 2000 г. прогнозировалось в объеме 20–25 млрд тут, что означало бы увеличение по отношению к уровню 1980 г. в 3 раза! И хотя затем все планы и прогнозы ресурсоизвлечения были пересмотрены в сторону сокращения, длительный период довольно расточительной эксплуатации этих ресурсов не мог не вызвать некоторых негативных последствий, которые сказываются и в наши дни.
Одно из них заключается в ухудшении горно-геологических условий залегания добываемого топлива и соответствующем удорожании добычи. В первую очередь это относится к старопромышленным районам зарубежной Европы, Северной Америки, России, Украины, где растет глубина шахт и особенно нефтяных и газовых скважин.
Вот почему расширение ресурсных рубежей – продвижение добычи топлива и сырья в ресурсные районы нового освоения с более благоприятными горно-геологическими условиями – в известной мере можно рассматривать как компенсацию этого ущерба и путь к снижению себестоимости добычи топлива. Но при этом нельзя забывать и о том, что общая капиталоемкость его добычи в районах нового освоения, как правило, значительно выше.
Другое негативное последствие заключается в воздействии горнодобывающей промышленности на ухудшение экологической обстановки. Это относится как к расширению открытой добычи полезных ископаемых, добычи на шельфе, так и в еще большей мере к добыче и потреблению сернистых топлив, а также аварийным выбросам нефти.
Ко всем этим причинам возникновения глобальной энергетической проблемы необходимо добавить еще одну, лежащую уже в сфере экономической политики и геополитики. Речь идет о глобальной конкурентной борьбе за топливно-энергетические ресурсы, за их раздел и передел между гигантскими топливными корпорациями.
В начале XXI в. в широкий обиход вошло понятие о глобальной энергетической безопасности. Стратегия такой безопасности основывается на принципах долгосрочного, надежного, экологически приемлемого энергоснабжения по обоснованным ценам, устраивающим как страны-экспортеры, так и потребителей. Глобальная энергетическая безопасность во многом зависит от практических мер по дальнейшему обеспечению мировой экономики прежде всего традиционными видами энергоресурсов (по прогнозам и в 2030 г. примерно 85 % энергетических потребителей человечества будут покрывать ископаемые углеводорода). Но и значение альтернативных источников энергии тоже будет расти.
Каковы же основные пути решения глобальной энергетической проблемы? Что может дать для ее решения современный этап НТР? Ответ на эти вопросы неоднозначен, он предполагает комплекс социально-экономических, технико-технологических, да и политических мер.
Среди них есть как традиционные, имеющие преимущественно экстенсивный характер, так и более новые и интенсивные.
Самый традиционный из таких путей заключается в дальнейшем наращивании ресурсов минерального топлива. В результате его осуществления мировые ресурсы угля и природного газа в последние два-три десятилетия не только значительно увеличились, но и росли опережающими темпами по отношению к их добыче. Соответственно возросли и показатели обеспеченности этими видами топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов природного газа должно хватить 60–85 лет. В общем, то же можно сказать и о нефти, мировые разведанные запасы которой в 1950 г. оценивались всего в 13 млрд т, а в 2006 г. – уже в 190 млрд т. Кратность запасов нефти (т. е. отношение общих остаточных запасов к текущей добыче) по большинству оценок составляет 40 лет, а запасов угля – 150 лет. При оценке перспектив увеличения такой кратности нужно учитывать и то, что разведанные (доказанные) запасы топлива обычно составляют лишь очень небольшую часть общегеологических. Так, по данным Мирового энергетического совета (МИРЭС), в общих мировых ресурсах топлива на долю достоверных приходится немногим больше 10 %, а в России – только 4 %.
Оценивая перспективы роста разведанных запасов минерального топлива и обеспеченности ими, необходимо учитывать и возможное внедрение разных технико-технологических новшеств, например увеличение его извлекаемости из земных недр. Ведь в 1980-х гг. коэффициент отдачи пластов в среднем для топливных ресурсов составлял 46 % (в том числе для угля открытой добычи – 80–90 %, для угля шахтной добычи – 35–80, для нефти – 35, для природного газа – 80 %).
Путь наращивания запасов топлива всегда был главным. Но после энергетического кризиса середины 1970-х гг. на первое место выдвинулся второй путь, который заключается в более рациональном и экономном их использовании, или, иными словами, в осуществлении политики энергосбережения.
В эпоху дешевого топлива в большинстве стран мира сложилась весьма ресурсоемкая экономика. В первую очередь это относилось к наиболее богатым минеральными ресурсами странам – США, Канаде, Австралии, Китаю и в особенности к Советскому Союзу, где на единицу ВВП потребляли значительно больше условного топлива, чем в США. В странах Восточной Европы ресурсоемкость единицы ВВП была также в два-три раза выше, чем в странах Западной Европы. Поэтому переход на рельсы энергосбережения имел очень большое значение. Политику сбережения стали осуществлять и в промышленности, и на транспорте, и в коммунально-бытовом секторе, и во всех других сферах деятельности. При этом она достигалась не только путем внедрения энергосберегающих технологий, ведущих к снижению удельной энергоемкости, но и в значительной мере благодаря перестройке всей структуры национальных экономик мирового хозяйства. Не случайно в таком основополагающем документе, как «Повестка дня на XXI век», принятом на Конференции по окружающей среде и развитию в Рио-де-Жанейро в 1992 г., прямо говорилось о том, что для обеспечения устойчивого развития странам следует найти пути, позволяющие обеспечить экономический рост и процветание при одновременном уменьшении расхода энергии и сырья.
Действительно, несмотря на все достижения техники и технологии, средний мировой уровень полезного использования первичных энергоресурсов и в наши дни составляет всего 1/3 (при сжигании угля – 20 %, нефти – 24, природного газа – 48 %). Поэтому в литературе нередко приводится высказывание известного английского физика Дж. Томсона о том, что эффективность современных энергетических установок находится примерно на том же уровне, как если бы нужно было сжечь целый дом, чтобы зажарить свиную тушу… Но это также означает, что повышение КПД использования топлива даже на 1 % означало бы экономию огромного количества топлива. В последнее время для улучшения ситуации осуществляют многие технико-технологические нововведения. Энергосбережение увеличивается благодаря усовершенствованию промышленного и коммунального оборудования, выпуску более экономичных автомобилей и т. п. К числу макроэкономических мероприятий в первую очередь следует отнести постепенное изменение структуры потребления энергетических ресурсов с ориентацией на увеличение доли возобновляемых и нетрадиционных первичных энергоресурсов.
Наибольших успехов на пути энергосбережения добились экономически развитые страны Запада. Только за первые 10–15 лет после начала мирового энергетического кризиса энергоемкость их ВВП уменьшилась на 1/3, а доля в мировом потреблении топлива и энергии сократилась с 60 % до 48 %. Это значит, что общая энергоемкость экономики развитых стран сохраняется и темпы роста ВВП начали опережать темпы роста потребления топлива и энергии.
В 1991–2000 гг. Среднегодовые темпы прироста ВВП в развитых странах составили 2,4 %, а потребление привычных энергоресурсов – 1,22, в 2000–2010 гг. аналогичные показатели должны составить 2,4 и 0,7 %.
Статистика свидетельствует о том, что в 2000–2006 гг., несмотря на экономический рост, объем потребляемого топлива в США увеличился лишь на 3 %, в Японии, Франции, Норвегии – всего на 1,5 %, в Великобритании он остался на прежнем уровне, а в Германии, Швейцарии и Швеции даже снизился.
В отличие от стран Запада в странах Центрально-Восточной Европы, СНГ, Китае обстановка меняется гораздо медленнее, и их экономика остается еще весьма энергоемкой. То же относится и к большинству развивающихся стран, вступивших на путь индустриализации. Например, в странах Азии и Африки потери попутного природного газа, добываемого вместе с нефтью, составляют 80-100 %.
При характеристике перспектив глобальной энергетической проблемы необходимо особо остановиться на использовании принципиально новых путей ее решения, связанных с достижениями современного этапа НТР.
Во-первых, это относится к будущему развитию атомной энергетики, где уже начинает входить в эксплуатацию новое поколение атомных реакторов. Ее позиции могут значительно укрепиться. К тому же в последнее время снова стали обсуждать вопрос о судьбе реакторов на быстрых нейтронах (РРБН). Когда-то они были задуманы как вторая, гораздо более эффективная «волна» атомной энергетики, позволяющая использовать не только уран-235, но и уран-238. Но затем работы над ними были свернуты.
Во-вторых, уже давно ведутся работы по прямому преобразованию тепловой энергии в электрическую, минуя паровые котлы и турбины, при помощи МГД (магнитогидродинамических) – генераторов. Еще в 1971 г. в Москве была пущена первая опытно-промышленная установка такого типа мощностью 25 тыс. кВт. Достоинства МГД-генераторов заключаются в высоком КПД, отсутствии вредных выбросов в атмосферу, возможности быстрого, в течение нескольких секунд, запуска.
В-третьих, положено начало созданию криогенного турбогенератора, в котором за счет охлаждения ротора жидким гелием достигается эффект сверхпроводимости. Достоинства такого турбогенератора – небольшие габариты и масса, высокий КПД. Опытно-промышленный образец его мощностью в 20 тыс. кВт был создан в СССР (Ленинград), теперь подобные работы ведут в США, Японии, других странах.
В-четвертых, очень большие перспективы имеет использование в качестве топлива водорода. По мнению некоторых специалистов, этот путь может коренным образом изменить всю будущую техногенную цивилизацию. По-видимому, наибольшее применение водородное топливо найдет сначала в автомобилестроении. Во всяком случае, первый водородный автомобиль еще в начале 1990-х гг. выпустила японская «Мазда». Для него была разработана и новая конструкция двигателя.
В-пятых, продолжаются работы, начатые в свое время выдающимся отечественным физиком академиком А. Ф. Иоффе, по созданию электрохимических генераторов или топливных элементов.
Основным горючим в топливных элементах также служит водород, который пропускают через полимерные мембраны с катализатором. При этом происходит химическая реакция с кислородом воздуха, и водород превращается в воду, а химическая энергия его сгорания – в электрическую. Главные достоинства двигателя на топливных элементах – очень высокий КПД (65–70 % и более), что вдвое выше обычных двигателей. К его достоинствам относятся также удобство применения, нетребовательность к ремонту, бесшумность при работе.
До недавнего времени топливные элементы конструировали только для специальных целей – например, для космических исследований. Но теперь работы по их более широкому применению ведутся во многих экономически развитых странах, среди которых первое место занимает Япония. По оценкам специалистов, их общая мощность в мире ныне измеряется уже миллионами киловатт. В Токио и Нью-Йорке построены электростанции, работающие на топливных элементах. А германский «Даймлер-Бенц» стал первым в мире автомобильным концерном, сумевшим создать действующий прототип машины с двигателем на топливных элементах.
Наконец, в-шестых, речь должна идти о самом главном – об управляемом термоядерном синтезе (УТС).
Тогда как атомная энергетика основана на реакции деления ядер, в основе термоядерной лежит обратный процесс слияния ядер изотопов водорода, в первую очередь дейтерия, а также трития. В этом случае при ядерном сжигании 1 кг дейтерия выделяется в 10 млн раз больше энергии, чем при сжигании 1 кг угля. Но чтобы термоядерная реакция началась, нужно разогреть плазму до температуры в 100 млн градусов (на поверхности Солнца она достигает «всего» 6 млн градусов). Если иметь в виду термоядерную или водородную бомбу, то люди уже научились ее (плазму) производить, но на стотысячную-миллионную долю секунды. Вот почему основные усилия направлены на то, чтобы удержать разогретую плазму, создав тем самым условия для управляемого термоядерного синтеза.
Для этого используют установки разных типов, но наибольшее распространение получил предложенный академиками А. Сахаровым и И. Таммом в 1950-х гг. реактор «Токамак» (тороидальная камера в магнитном поле). На установке «Токамак-10» советским ученым удалось разогреть плазму сначала до 10, затем до 25 и 30 млн градусов. В Принстонском университете (США) ученые разогрели ее до 70 млн градусов. Пока все это – экспериментальные (демонстрационные) реакторы. Обычно отмечают и относительную безопасность термоядерного реактора для окружающей среды, что также служит важным аргументом. По словам И. В. Бестужева-Лады, здесь «никаким Чернобылем не пахнет».
Надо иметь в виду и то, что главный ресурс термоядерной энергетики – это ресурс дейтерия, содержащегося в водах Мирового океана в концентрации около 0,015 % (так называемая тяжелая вода). Согласно современным расчетам, при использовании этих ресурсов дейтерия потенциальная выработка электроэнергии могла бы составить 4,4 *1024 кВт*ч, что в пересчете на тепловой эквивалент примерно в 60 млн раз превышает современный уровень мирового энергопотребления. Следовательно, термоядерную энергию можно рассматривать как практически неисчерпаемую. Только в отличие от геотермальной, солнечной, приливной, ветровой она создается руками человека.
Очень важно, что основные исследования по управляемому термоядерному синтезу проводятся в условиях постоянного обмена научной информацией между странами, при координации их Международным агентством по атомной энергии.
В первую очередь они концентрируются вокруг проекта ПТЭР (Международный исследовательский термоядерный реактор), работа над которым началась еще в конце 70-е гг. и успешно продолжается, несмотря на выход из него США. Для сооружения ПТЭР уже выбрана площадка во Франции (Кадараш). Работа, начатая в 2007 г. продолжится по-видимому 8– 10 лет. Ожидается, что ПТЭР позволит разогреть плазму до температуры в 150 млн градусов и удерживать ее в таком состоянии в течение 500 секунд.

Существует много сценариев развития мировой энергетики на долгосрочную перспективу. По некоторым из них глобальное энергопотребление в середине XXI в. увеличится до 20 млрд т (в нефтяном эквиваленте), причем по объему этого потребления развивающиеся страны к этому времени обгонят развитые (рис. 151). А к 2100 г. даже при среднем варианте глобальное энергопотребление может возрасти до 30 млрд тут (рис. 152).
Одновременно произойдут и важные структурные изменения: уменьшится доля ископаемых видов топлива и возрастет доля возобновляемых, в особенности, нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ) – таких как солнечная, ветровая, геотермальная и приливная. Все они принципиально отличаются от традиционных источников минерального топлива своей возобновляемостью и экономической эффективностью. Большие перспективы имеет и использование биотоплива, в особенности биоэтанола. Американские ученые-футурологи предполагают, что к 2010 г. альтернативные источники будут давать уже 10 % производимой в мире энергии, к 2016 г. КПД энергетических установок возрастет до 50 %, к 2017 г. начнется повсеместное использование топливных батарей, а с 2026 г. – коммерческое использование термоядерных реакторов.
Из всего сказанного напрашивается вывод о том, что для крайне пессимистического взгляда на энергетическое будущее человечества вряд ли есть достаточные основания. Конечно, может произойти истощение отдельных бассейнов топлива, которое повлияет и на судьбу отдельных районов горной промышленности. Но перспектива абсолютного недостатка топлива все же маловероятна. Все-таки суммарные разведанные запасы большинства топливных ископаемых обеспечивают возможность сохранения достаточно высоких уровней добычи – по крайней мере до середины XXI в., когда может вовсю заработать термоядерная энергетика.

Глобальная энергетическая проблема — ϶ᴛᴏ проблема обеспечения человечества топливом и энергией в настоящее время и в обозримом будущем.

Локальные энергетические кризисы возникали и в доиндустриальной экономике (например, в Англии XVIII в. в связи с исчерпанием лесных ресурсов и переходом на уголь) Но как глобальная проблема нехватка энергоресурсов проявилась в 70-х гг. XX в., когда разразился энергетический кризис, выразившийся в резком повышении цены на нефть (в 14,5 раза в 1972-1981 гг.), что создало серьезные трудности для мировой экономики. Хотя многие затруднения того времени были преодолены, глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет ϲʙᴏе значение и в наши дни.

Главной причиной возникновения глобальной энергетической проблемы следует считать быстрый рост потребления минерального топлива в XX в. Со стороны предложения он вызван открытием и эксплуатацией огромных нефтегазовых месторождений в Западной Сибири, на Аляске, на шельфе Северною моря, а со стороны спроса — увеличением автомобильного парка и ростом объема производства полимерных материалов.

Наращивание добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой серьезное ухудшение экологической ситуации (расширение открытой добычи полезных ископаемых, добыча на шельфе и др.) А рост спроса на данные ресурсы усилил конкуренцию как стран — экспортеров топливных ресурсов за лучшие условия продажи, так и между странами-импортерами за доступ к энергетическим ресурсам.

Обеспеченность мирового хозяйства топливно-энергетическими ресурсами

Вместе с тем происходит дальнейшее наращивание ресурсов минерального топлива. Под влиянием энергетического кризиса активизировались крупномасштабные геологоразведочные работы , приведшие к открытию и оϲʙᴏению новых месторождений энергоресурсов. Соответственно возросли и показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива: считается, что при современном уровне добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет. природного газа — на 62 года, а нефти — на 37 лет (если в начале 70-х гг. считалось, что обеспеченность мировой экономики запасами нефти не превышает 25-30 лет; разведанные запасы угля еще в 1984 г. оценивались в 1,2 трлн т, то к концу 90-х гг. они выросли до 1,75 трлн т)

Основные пути решения глобальной энергетической проблемы

Экстенсивный путь решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и абсолютный рост энергопотребления. Этот путь остается актуальным для современной мировой экономики. Мировое энергопотребление в абсолютном выражении с 1996 по 2003 г. выросло с 12 млрд до 15,2 млрд т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения ϶ᴛᴏго производства (Великобритания) Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов.

На ϶ᴛᴏй основе получает импульс интенсивный путь решения энергетической проблемы, заключающийся прежде всего в увеличении производства продукции на единицу энергозатрат. Энергетический кризис 70-х гг. ускорил развитие и внедрение энергосберегающих технологий , придает импульс структурной перестройке экономики. Эти меры, наиболее последовательно проводимые развитыми странами, позволили в значительной степени смягчить последствия энергетического кризиса.

Отметим тот факт - что в современных условиях тонна сбереженного в результате сберегающих мер энергоносителя обходится в 3-4 раза дешевле, чем тонна дополнительно добытого. Это обстоятельство явилось для многих стран мощным стимулом повышения эффективности использования энергоносителей . За последнюю четверть XX в. энергоемкость хозяйства США снизилась вдвое, а Германии — в 2,5 раза.

Под воздействием энергетического кризиса развитые страны в 70-80-х гг. провели масштабную структурную перестройку экономики в направлении снижения доли энергоемких производств. Так, энергоемкость машиностроения и особенно сферы услуг в 8-10 раз ниже, чем в ТЭК или в металлургии. Энергоемкие производства ϲʙᴏрачивались и переводились в развивающиеся страны. Структурная перестройка в направлении энергосбережения приносит до 20% экономии топливно-энергетических ресурсов в расчете на единицу ВВП.

Не стоит забывать, что важным резервом повышения эффективности использования энергии будет совершенствование технологических процессов функционирования аппаратов и оборудования. Несмотря на то что ϶ᴛᴏ направление будет весьма капиталоемким, тем не менее данные затраты в 2-3 раза меньше расходов, необходимых для эквивалентного повышения добычи (производства) топлива и энергии.
Стоит отметить, что основные усилия в ϶ᴛᴏй сфере направлены на совершенствование двигателей и всего процесса использования топлива.

При всем этом многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоемкие производства (черная и цветная металлургия, химическая промышленность и др.), а также использовать устаревшие технологии. Более того, в данных странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой у многих из данных стран средств на снижение энергоемкости хозяйства. По϶ᴛᴏму в современных условиях именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, тогда как в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне. Но крайне важно иметь в виду, что энергосбережение в наибольшей степени проявило себя в промышленности, но под влиянием дешевой нефти 90-х гг. слабо сказывается на транспорте.

На современном этапе и еще на долгие годы вперед решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоемкости экономики, т.е. от расхода энергии на единицу произведенного ВВП.

Исходя из всего выше сказанного, мы приходим к выводу, что глобальной энергетической проблемы в ее прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Важно заметить, что однако, при всем этом проблема обеспечения энергоресурсами сохраняется в модифицированном виде.

Энергетическая проблема – проблема надёжного обеспечения человечества топливом и энергией. В глобальном масштабе эта проблема проявилась в 70-х годах XX века, когда разразился энергетический кризис, ознаменовавший собой конец эры дешёвой нефти. Глобальная проблема обеспечения топливом и энергией сохраняет своё значение и в наши дни.

Причины возникновения энергетической проблемы представлены в рис. 3

В мире за период с начала и до 80-х годов ХХ века было использовано больше минерального топлива, чем за всю предшествовавшую историю человечества. В том числе только с 1960 по 1980 годиз недр Земли было извлечено 40% угля, почти 75% нефти и около 80% природного газа, добытых с начала века.

Количество добычи топливно-энергетических ресурсов повлекло за собой ухудшение экологической ситуации. А рост спроса на эти ресурсы усилил конкуренцию между странами-экспортёров топливных ресурсов за лучшие условия продажи и между странами-импортёрами за доступ к энергетическим ресурсам.

Приведшие к открытию и освоению новых месторождений энергоресурсов под влиянием энергетического кризиса активизировались масштабные геологоразведочные работы. Непосредственно возросли показатели обеспеченности важнейшими видами минерального топлива. По подсчётам добычи разведанных запасов угля должно хватить на 325 лет, нефти - на 37 лет, природного газа - на 62 года.

Решения энергетической проблемы предполагает дальнейшее увеличение добычи энергоносителей и рост энергопотребления. Мировое энергопотребление в абсолютном выражении с 1996 по 2003 год выросло с 12 млрд до 15,2 млрд т условного топлива. Вместе с тем ряд стран сталкивается с достижением предела собственного производства энергоносителей (Китай) либо с перспективой сокращения этого производства (Великобритания). Такое развитие событий побуждает к поискам способов более рационального использования энергоресурсов.

Основные пути решения глобальной энергетической проблемы представлены в рис. 4.

Многие государства с формирующимися рынками (Россия, Украина, Китай, Индия) продолжают развивать энергоёмкие производства, а также использовать устаревшие технологии. В этих странах следует ожидать роста энергопотребления как в связи с повышением жизненного уровня и изменением образа жизни населения, так и с нехваткой средств на снижение энергоёмкости хозяйства. Поэтому именно в странах с формирующимися рынками происходит рост потребления энергетических ресурсов, а в развитых странах потребление сохраняется на относительно стабильном уровне.

На современном периоде и ещё на долгие годы вперёд решение глобальной энергетической проблемы будет зависеть от степени снижения энергоёмкости экономики, то есть от расхода энергии на единицу произведённого ВВП.

Таким образом, глобальной энергетической проблемы в её прежнем понимании как угрозы абсолютной нехватки ресурсов в мире не существует. Тем не менее проблема обеспечения энергоресурсами сохраняется в модифицированном виде.

Сырьевая проблема

Сырьевая проблема ― проблема ставшая актуальной, ввиду технического прогресса человечества и использования большего количества топлива и сырья для своей жизнедеятельности.

Возникновение глобальной ресурсно-сырьевой проблемы объясняется в значительной степени очень быстрым и взрывным ростом потребления минерального топлива и сырья, и соответственно, масштабами их извлечения из земных недр.

Только за период с начала и до 80-х годов ХХ века в мире было добыто и потреблено больше топлива и сырья, чем за всю предшествующую историю человечества. С 1960 по 1980 годы из недр Земли было извлечено 40% угля, 50% меди и цинка, 55% железной руды, 60% алмазов, 65% никеля, калийных солей и фосфоритов, почти 75% нефти и около 80% природного газа и бокситов, добытых с начала века.

Основные пути решения сырьевой проблемы представлены в рис. 5.