Модуль 1

Чому нам потрібні відновлювані джерела енергії?

1. Енергія сьогодні

Енергію, яку ми використовуємо сьогодні, отримують здебільшого з копалин видів палива. Вугілля, нафта та природний газ - викопні види палива, створені протягом мільйонів років у процесі розпаду рослин та тварин. Місце розташування цих ресурсів – надра Землі. Під впливом високої температури та тиску процес утворення копалин видів палива продовжується і сьогодні, проте їх використання відбувається набагато швидше, ніж освіта. З цієї причини копалини палива вважаються невідновлюваними, оскільки їх ресурси можуть вичерпатися в недалекому майбутньому. Крім того, спалювання викопних видів палива веде до забруднення та інших негативних впливів на природне середовище. Оскільки наше існування залежить від енергії, ми повинні використовувати такі джерела, ресурси яких були б необмеженими. Такі джерела енергії називаються відновлюваними. Крім того, виробництво енергії з відновлюваних джерел не завдає шкоди навколишньому середовищу на відміну від спалювання викопних видів палива.

Серед викопних видів палива особливе місце займає уран - ядерне паливо, ресурси якого можуть бути виснажені менш ніж за 100 років. Однак у так званих реакторах-розмножувачах можна отримувати новий уран. У той же час, у зв'язку з проблемою радіоактивних відходів, яка становить небезпеку протягом мільйонів років, а також після Чорнобильської катастрофи, яка продемонструвала ризик, пов'язаний з використанням атомної енергії, більшість урядів індустріальних країн відмовляються від використання атомної енергії. Цей процес продовжується незважаючи на той факт, що атомна енергія, при виробництві якої майже не утворюються парникові гази, може певною мірою розглядатися як вирішення проблеми глобальної зміни клімату (див. нижче). Проблема емісії парникових газів, визнана однією з найважливіших серед багатьох інших, вимагає зменшити використання енергії копалин палива.

Чому необхідна заміна способу виробництва енергії?

Основна проблема полягає не в тому, що ми використовуємо енергію, а в тому, як ми її виробляємо та як споживаємо енергетичні ресурси. Доки людство продовжує задовольняти свої потреби в енергії шляхом спалювання викопних видів палива або за допомогою ядерних реакцій, у нього існуватимуть проблеми впливу на природне середовище, Соціальні проблеми та проблеми сталого розвитку. Чого ми дійсно потребуємо - так це джерела енергії, які не мають тимчасових обмежень і можуть використовуватися без забруднення навколишнього середовища.

Споживання енергії – проблема сталого розвитку

Щорічно для виробництва енергії використовується 10 млрд. тонн палива у вугільному еквіваленті. Близько 40% цієї кількості посідає нафту. Враховуючи, що крім нафти використовуються такі види палива, як вугілля і природний газ, можна зробити висновок, що більше 90% всієї споживаної енергії виробляється з використанням сировини, що містить вуглецю. Наслідком такого масштабного використання викопних джерел енергії може бути глобальне потепління (так званий парниковий ефект) та нестача ресурсів у майбутньому.

Історія використання енергії

Відкриття в давнину вогню і можливість спалювання деревини вперше зробили доступним використання для людства великої кількості енергії. Пізніше (4000 - 3500 років до н.е.), з появою перших вітрильних суден та вітряків, а також з початком використання енергії води у водяних млинах та для систем іригації, культурний розвиток людства прискорився. Протягом кількох тисяч років потреби людства в енергії задовольнялися лише за рахунок відновлюваних джерел енергії – Сонця, біомаси, гідроенергії та енергії вітру. Так тривало до початку індустріальної революції та виникнення можливості перетворювати теплову енергію на механічну, що збільшила споживання енергії та прискорила індустріальний розвиток. Індустріальна революція була революцією енергетичної технології, що ґрунтується на використанні викопного палива. Процес був поступовим: від використання місцевих вугільних родовищ до експлуатації нафти та родовищ природного газу у глобальному масштабі.

Використання ядерної енергії почалося близько 50 років тому. Після ери викопного палива світ наближається до початку нового перехідного періоду: від викопного палива - знову до використання відновлюваних джерел енергії. Фундаментальна зміна у загальній картині використання енергії видно у величезному збільшенні попиту на енергію із середини минулого століття. Це збільшення є результатом як індустріального розвитку, а й зростання населення. З 1850 по 1970 рік світове населення зросло в 3,2 рази, використання енергії на душу населення зросло приблизно в 20 разів, а загальне використання індустріальних та традиційних форм енергії зросло більш ніж у 12 разів.

Скільки енергії ми використовуємо?

Сьогодні викопні види палива, такі як кам'яне вугілля, нафта та природний газ, становлять 90% загальних первинних енергоресурсів. Загальне світове споживання первинної енергії у всіх її формах (включаючи такі види палива, як, наприклад, біомаса), становить приблизно 400 х 1018 джоулів на рік, що відповідає майже 10000 млн. тонн нафтового еквіваленту (млн т н.е.) на рік. У 2005 році первинне енергоспоживання в усьому світі зросло на 2,7%, що, в принципі, нижче за показник швидкості зростання за 2004 рік - 4,4%, але все ж таки більше середнього показника за минуле десятиліття.

Світове енергоспоживання у 2000 р.
  Світ
млн т.зв.е.
США
%
ЕС-15
%
Японія
%
Росія
%
Китай*
%
Індія
%
Усі види палива 9977,7 23,1 14,9 5,3 6,2 11,4 5,2
Тверде викопне паливо 2336,0 23,2 9,4 4,1 4,7 28,1 7,5
Нафта 3482,7 25,6 17,2 7,5 3,7 6,4 3,2
Природний газ 2112,4 26,0 16,3 3,1 15,1 1,3 1,1
Атомне паливо 680,4 30,6 33,8 12,3 5,1 0,6 0,6
ВДЕ 1367,1 8,0 6,7 1,2 1,5 17,1 15,2
Гідро 227,4 9,6 12,8 3,3 6,2 8,4 2,8
Геотермальна 43,5 30,1 7,9 6,6 0,1 0,0 0,0
Вітер/сонце 7,2 27,4 37,8 12,6 0,0 0,0 1,9
Біомаса 1089,0 6,7 5,2 0,5 0,6 19,7 18,5
Source: ЄС комісія, Організація з економічного співробітництва та розвитку *Включно з Гонконгом
Графік 1. Первинне енергоспоживання у світі Графік 1. Первинне енергоспоживання у світі

Припускаючи, що населення становило близько 6000 мільйонів 2000 року, отримаємо середньорічне використання палива на людину - близько 1.7 т н.е. чи 69 ГДж. Ці дані включають всі види енергії, що споживаються промисловим, комерційним, комунальним та іншими секторами економіки, а також втрати в енергетичному секторі як, наприклад, великі енерговтрати на атомних, теплових (працюючих на вугіллі і газі) електростанціях. Вони також включають велику кількість деревного та іншого біологічного палива, використаного в країнах, що розвиваються. Ці дані є середніми і не відображають величезних відмінностей між регіонами. Кількість паливних ресурсів, що споживаються в середньому на одну людину в розвинених країнах, більш ніж у шість разів перевищує те саме значення для країн, що розвиваються. З наступної діаграми видно, що розвинені країни (Північна Америка, Європа, колишні країни СРСР) використовують майже вдвічі більше палива, ніж ті, що розвиваються, навіть за умови, що їх населення становить менше третини населення країн, що розвиваються.

Карта 1

Майбутні тенденції

За офіційними оцінками світові обсяги енергоспоживання зростатимуть і в майбутньому, як і в попередні роки. Все це веде до збільшення кількості різних проблем, пов'язаних з енергопостачанням та захистом навколишнього середовища. Однією з основних причин зростання енергоспоживання є зростання населення. 2000 року населення планети становило близько 6 млрд осіб. За оцінками експертів ООН до 2025 року світове населення досягне майже 8 млрд осіб, проте ближче до 2100 року стабілізується на рівні 10-12 млрд осіб. Основний приріст населення припаде на менш розвинені країни.

Згідно з офіційним прогнозом, підготовленим Міжнародним енергетичним агентством (IEA) "Світовий енергетичний огляд - 2004", зростання обсягів енергоспоживання у світі спостерігатиметься протягом найближчих двох десятиліть, і насамперед за рахунок збільшення енергоспоживання в Азії. Очікується, що обсяг світового енергоспоживання у 2020 році становитиме майже 600 000 ПДж (14 400 млн т н.е.).

Очікуваний приріст в загальному обсязі енергоспоживання за період з 1995 по 2020 роки складе близько 230 000 ПДж (5500 млн т н.е.), що відповідає сумарному світовому енергоспоживання, відміченому за 1971 рік - якраз напередодні енергетичної кризи . Дві третини зростання енергоспоживання припаде на розвинені промислові країни, а також на країни з перехідною економікою, більшість яких сконцентрована в Азії. У 2002 році енергоспоживання в промислових країнах (країни, що входять до Організації економічного співробітництва та розвитку (OECD) + колишні соціалістичні країни) перевищить загальний показник енергоспоживання в країнах, що розвиваються, на 12%. Але вже до 2030 року обсяг енергоспоживання в промислових країнах перевищуватиме обсяг енергоспоживання в країнах, що розвиваються, всього на 2%.

Згідно з Міжнародним енергетичним оглядом, підготовленим IEA, споживання нафти перевищить 5000 млн т н.е. 2020 року, а норма споживання збільшиться практично на 50% порівняно з 1995 роком. Очікується, що помітно зміниться і світова модель торгівлі нафтою – зростання споживання нафти на внутрішніх азіатсько-тихоокеанських ринках призведе до значного зростання імпорту нафти з Близькосхідного регіону. За підрахунками фахівців світове споживання вугілля до 2020 року становитиме 3200 млн т н.е., що на 50% перевищує показник за 1995 рік. Зростання обсягів споживання вугілля здійснюватиметься на регіональному рівні, насамперед на більшій території Індії та Китаю.

Природний газ, за оцінками експертів, демонструватиме найвищі темпи зростання серед усіх копалин енергоносіїв – на рівні 2,3% на рік. У результаті частка природного газу в загальному обсязі споживання енергоносіїв максимально наблизиться до показників нафти та вугілля. До 2015 року споживання газу перевищить сумарне споживання нафти, зафіксоване 1995 року, тобто. становитиме дві третини від обсягу споживання нафти, очікуване у 2015 році. Для порівняння, 1995 року обсяги споживання природного газу становили лише 55% від обсягів споживання нафти.

За прогнозом IEA, близько 13% очікуваного зростання енергоспоживання в найближчі два десятиліття "обслуговуватимуться" за рахунок відновлюваних джерел енергії. Насправді частка відновлюваної енергетики у світовому енергоспоживання скоротиться з 13,5% у 2002 році до 13,3% у 2020 році. Очікується, що вироблення енергії на атомних станціях залишиться стабільним, що призведе до зменшення частки атомної енергетики у загальному балансі енергозабезпечення. Крім того, прогнозується поступове збільшення світових обсягів викидів CO2 в атмосферу до рівня на 39%, що перевищує показник 1990 року в 2010 році, і на 66% вище за показник 1990 року в 2020 році.

За зобов'язаннями Рамкової конвенції ООН щодо зміни клімату 1992 року, всі країни, які її підписали, повинні розробити та впровадити політичні заходи щодо скорочення та стабілізації обсягів викидів. Кіотський протокол зобов'язує більшість промислових країн світу до 2010 року скоротити свої обсяги викидів парникових газів принаймні на 5% від рівня 1990 року. Проте, навіть якщо всі розвинені країни зможуть стабілізувати чи скоротити свої обсяги викидів до рівня 1990 року, все одно світовий показник обсягів викидів CO2 продовжуватиме зростати.

Енергоспоживання на душу населення в розвинених країнах світу, що набагато перевищує сьогодні енергоспоживання на душу населення в світових економіках, що розвиваються, в найближчі два десятиліття, імовірно, зазнає незначних змін. У деяких країнах, таких, як Індія і Китай, показник на душу населення, може подвоїтися. Однак, навіть з огляду на зростання енергоспоживання на душу населення в цих країнах, загалом у 2020 році цей показник по країнах світу, що розвиваються, становитиме менше однієї п'ятої середнього показника за розвиненими індустріальними країнами.

За даними деяких офіційних довгострокових прогнозів, споживання нафти, як основного енергоносія, почне скорочуватися наприкінці перехідного періоду (після 2030 року). Споживання природного газу, навпаки, збільшуватиметься завдяки задовільній ціні та обсягам видобутку. Але в міру підвищення ціни на газ і скорочення його резервів, вугілля (яке в порівнянні з газом традиційно дешевше і, світова ціна на яке не схоже, щоб різко зросла) "завоює" більший сегмент ринку енергоносіїв. Для підтримки необхідного світового рівня енергопостачання та захисту навколишнього середовища багато експертів припускають, що в основному буде застосовуватися так звані технології "чистого вугілля". Зокрема, технологія газифікації, яку вважають найбільш екологічно чистою, у поєднанні з технологіями захоплення та зберігання CO2 стануть основними.

VISION 2050 - сценарій розвитку енергетичного сектора до 2050 року

На відміну від офіційних прогнозів, зроблених Міжнародним енергетичним агентством, комісією Євросоза та Департаментом енергетики США багато організацій світу запропонували сценарій, що передбачає швидке зростання поновлюваної енергетики у поєднанні зі стійким підвищенням енергоефективності. За такого переходу до збалансованих енергетичних систем використання викопних видів палива та атомної енергетики поступово скорочуватиметься. Звіт Групи сонячної енергетики США з екології та розвитку (UN Solar Energy Group for Environment and Development) за 1993 рік прогнозує, що передові технології відновлюваної енергетики, які вже існують на ринку або перебувають сьогодні на стадії апробування, до середини 21 століття становитимуть 60%. ринку та 40% ринку палива.

Міжнародна мережа зі збалансованої енергетики (The International Network for Sustainable Energy - INFORSE) розробила свою модель енергетичного розвитку на період до 2050 року, згідно з якою передбачається глобальна поступова відмова від використання викопних видів палив до 2050 року, причому з поступовим згортанням застосування технологій атомної енергетики року. Енергетичний сценарій INFORSE поєднує широкомасштабне збільшення використання відновлюваних джерел енергії та підвищенням рівня енергоефективного використання енергії в 2-7 разів. Такого зростання енергоефективності можна досягти за рахунок заміни існуючих технологій енергоспоживання найкращими, доведеними та вже існуючими технологіями, такими як, наприклад, використання лише енергоефективних електроприладів, будівництва будівель з використанням технологій пасивного опалення та охолодження, створення транспортної системи, що працює на електроенергії та водні та і т.д.

Якщо впровадження подібних нововведень носитиме широкомасштабний характер, ці технології стануть більш рентабельними порівняно із застосовуваними сьогодні. Теж стосується й широкомасштабного впровадження технологій відновлюваної енергетики, передбаченого сценарієм VISION 2050. У результаті можна говорити про те, що виконання існуючих сьогодні вимог до запропонованих енергетичних послуг реально забезпечити при значному скороченні постачання первинної енергії, продовжуючи підвищення життєвого рівня людей.

Графік 2

Графік 2: Майбутнє енергоспоживання для країн ЄС-25 за сценарієм, запропонованим у INFORSE's vision 2050. одиниця: 1000 ПДж. За умови проходження сценарію, запропонованого INFORSE, показник світового енергоспоживання буде значно нижчим за показник сумарного потенціалу відновлюваної енергетики.

Графік 3

Графік 3: Світовий енергетичний потенціал у 2050 році згідно з INFORSE Vision 2050 порівняно зі світовим технічним потенціалом відновлюваної енергетики.

За сценарієм обсяг наданих послуг в енергосекторі країн, що розвиваються, зросте в кілька разів. Однак це не означає, що обсяг енергоспоживання також обов'язково збільшиться. Існує величезний потенціал у галузі енергоефективності та енергозбереження, реалізація якого значно стримує зростання енергоспоживання. Згідно із запропонованим сценарієм цілком реально забезпечити кожну людину тепловою та/або електроенергією, необхідною для приготування їжі, освітлення тощо, і тим самим покласти край поняттю "енергетичної складової" у такому світовому явищі як бідність.

Графік 4

Графік 4: Порівняння сучасного первинного енергоспоживання у світі 2000 року (в ПДж, дані МЕА) із пропозиціями на 2050 рік.

Детальну інформацію про документ INFORSE's Vision 2050 можна знайти на сайті: inforse.org

2. Запаси копалин палива - нафтовий пік

Викопні види палива - це цінні природні джерела енергії, для створення яких знадобилися мільйони років і запаси яких в даний час близькі до вичерпання. Занепокоєння про те, що викопні види палива можуть бути вичерпані, було висловлено ще 30 років тому в книзі "Обмеження зростання" ("Limits to Growth"), що справила величезний вплив. У цій книзі було запропоновано низку комп'ютерних моделей майбутнього використання ресурсів, у яких світове споживання палива продовжувало підвищуватися за експонентом. Передбаченим результатом було зникнення паливних запасів, незалежно від доступної кількості палива.

Ці побоювання найгостріше підтвердилися у 1973 році під час паливної кризи, коли країни-члени ОПЕК (ОРГАНІЗАЦІЯ КРАЇН – ЕКСПОРТЕРІВ НАФТУ) вперше скоординували свою політику та значно підняли ціну на нафту. Один із факторів, який дав можливість членам ОПЕК підвищити свій вплив, полягав у тому, що США, насамперед головний експортер нафти, став імпортером. На той час Сполучені Штати вже вичерпали більшу частину доступної нафти з родовища в Техасі.

Графік 5

Драматична нестача паливних ресурсів, передбачена тими днями, не здається неминучою нині. Головний принцип, який стверджує, що кількість викопних видів палива, що зрештою, обмежена, і вони не можуть використовуватися вічно, очевидно не викликає сумнівів. Однак визначення того, як довго вони використовуватимуться – непростий процес. Щороку публікуються офіційні дані про наявність так званих "доведених" запасів нафти, газу та вугілля. Як "доведені" запаси розглядають ті кількості, які згідно з геологічними і технічними даними, можуть бути, з певною часткою впевненості, здобуті в майбутньому з відомих нині родовищ за існуючих економічних та виробничих умов. Корисним показником якості паливних запасів є відношення: запаси/виробництво.

Якщо кількість "доведених" запасів, визначену на кінець року, розділити на видобуток (споживання) цього ж року, то в результаті вийде час, протягом якого існували б ці запаси, за умови, що виробництво залишилося б на поточному рівні. Згідно зі статистикою Британської Нафтової компанії Брітіш Петролеум, показнику запаси/Виробництво (R/P) всесвітніх копалин ресурсів відповідають наступні значення:

Графік 6 Графік 7

Подібно до викопних видів палива, уран - також один з вичерпних видів природних ресурсів. Якщо використовувати уран тільки протягом одного циклу, тобто один раз спалити в реакторі і після цього відправити в відходи, його запаси вичерпаються протягом 60 років.

Показник запасів/виробництва для будь-якого регіону також виявляє ознаку його залежності від регіонів з великими запасами палива. Наприклад, для нафти показник запаси/виробництво для Західної Європи становить менше 10 років, а для Північної Америки – приблизно 25 років. Очевидно, що обидва регіони зіштовхнулися б із серйозними енергетичними проблемами, якби вони не могли імпортувати нафту з Близького Сходу, де значення показника – майже 100 років. Близький Схід має приблизно 60% світових запасів нафти, в Саудівській Аравії - близько 25 %.

Для газу ситуація дещо відрізняється через великі запаси газу в колишньому Радянському Союзі. Цей регіон містить близько 40% світових запасів газу, ще 40% знаходяться у регіонах, що належать ОПЕК. Світ загалом дуже залежить від обмеженої кількості регіонів, які містять більшість запасів. Значення показника запаси/Виробництво для вугілля є набагато вищим і розподілене більш рівномірно. На жаль, кам'яне вугілля має недоліки порівняно з нафтою та газом. При спалюванні вугілля утворюється більша кількість CO2 на одиницю виробленої енергії, ніж у разі газу та нафти, а також утворюється більше діоксиду сірки та оксидів азоту.

Нафта

Графік 8

У якийсь час протягом наступних п'яти років ми використовуємо більше половини всієї викопної нафти Землі, придатної для споживання. На сьогоднішній день людство видобуло 807 мільярдів барелів сирої нафти. Враховуючи сучасні витрати на видобуток нафти, "доведені" запаси нафти оцінюються експертами лише у 995 мільярдів барелів. Якби рівень споживання нафти залишався постійним (24 мільярди барелів нафти на рік), ми вичерпали б нафту 2040 року. Але споживання зростає приблизно на 2% на рік. Зрозуміло, що попит на нафту перевищить пропозицію задовго до 2040 року. У певній тимчасовій точці між 2010 і 2025 роками (у 2005-2007 на думку деяких аналітиків) видобуток нафти досягне свого піку, а потім неминуче настане спад.

Нефтяной пик

Графік 9

Де Гб/р - мільярд барелів на рік (гіга = мільярд).

Сьогодні розвідка нафти - найважливішого із сучасних копалин палива - коштує дуже дорого. Обсяги розвідувальних робіт залежать від економічних показників, зокрема від існуючої ціни на нафту та від політичної ситуації. Доведені запаси нафти у світі збільшилися з 540 млрд барелів у 1969 році до понад 1000 млрд барелів у 2000 році. Проте це означає, що потенційні резерви не обмежені. Нафтові компанії ретельно досліджують надра Землі, і найлегше доступні, дешеві та перспективні нафтові пласти вже виявлені.

За винятком величезних нафтових басейнів Близького Сходу, найбільш придатні до використання світові джерела нафти і є вже вичерпані. Тільки завдяки цьому важкодоступні родовища нафти у Північному морі та Алясці стали економічно вигідними. Ціна на нафту піднялася досить високо, щоб зробити їхню експлуатацію рентабельною. З практичної точки зору, для видобутку нафти з важкодоступних родовищ необхідні глибші свердловини, робота ведеться у складніших природних умовах, використовується більша кількість матеріалів. Для досягнення кінцевого результату потрібно більше зусиль та фінансових коштів.

Графік 10 Графік 11

Природний газ

1970 року щорічне споживання природного газу у світі становило 850 млрд м3. Сьогодні щорічне споживання складає вже понад 2000 млрд. м3 і збільшується на 2.3% на рік.

Північна Америка виявилася єдиним регіоном світу, де сталося скорочення обсягів споживання газу. У - найбільшому світовому споживачі - обсяги споживання газу скоротилося на 1.5%. Загалом за останні кілька років світова модель споживання природного газу зазнала змін. Нещодавно природний газ вважався найбільш перспективним енергоносієм у світі (дешевий, запаси необмежені, чистий), проте стрімке підвищення ціни в 2005 році та відсутність його ресурсів, в основному, у Північній Америці змінили ситуацію. Найбільшими споживачами газу стали Китай, південна Європа та Індія. Зрозуміло, що в найближчому майбутньому зростання споживання природного газу продовжуватиметься, проте у другій половині наступного століття розпочнеться його спад.

Графік 12 Графік 13

Вугілля

2005 року світове споживання вугілля збільшилося на 5%. Таким чином, вугілля знову опинилося на першому місці за темпами зростання споживання серед копалин енергоносіїв. Споживання вугілля у Китаї - найбільшому світовому споживачі - збільшилося на 11% - лише на цю країну довелося 80% від світового зростання. Темп зростання споживання вугілля США також перевищив середньорічний показник. Однак у інших країнах світу річний показник темпи зростання споживання вугілля практично відповідав середньому десятирічному показнику. Через різкий стрибок цін на нафту і природний газ, вугілля стало економічно вигідним джерелом енергії. Однак подібна тенденція дуже небезпечна, враховуючи "перспективу" глобального потепління (детальніша інформація - нижче). Обсяги викидів діоксиду вуглецю – основного парникового газу – при спалюванні вугілля є найвищими порівняно зі спалюванням інших видів викопного палива.

Графік 14

3. Вплив на екологію

Використання копалин палива, а саме процес їх згоряння, негативно впливає на навколишнє середовище і є причиною глобальної зміни клімату та випадання кислотних дощів.

Зміна клімату

Малюнок 1

Протягом останніх десятиліть у світі зростала занепокоєння про те, що концентрація парникових газів, що збільшується, в атмосфері змінить клімат, а це, у свою чергу, негативно позначиться на соціальних і економічних умовах життя на Землі. Зміна клімату чи глобальне потепління означає поступове збільшення середньої температури повітря поверхні Землі. Велика кількість даних підтверджує те, що протягом останніх 150 років відбулося глобальне потепління. Більшість вчених вважають, що кожні 10 років температура повітря піднімається приблизно на 0,3 градуси за Цельсієм, і що це викликано збільшенням в атмосфері концентрації так званих парникових газів. Найбільш суттєвим компонентом парникових газів є діоксид вуглецю (CO2). Головне джерело викидів СO2 в атмосферу – електростанції, автомобілі та промислові підприємства. При спалюванні копалин видів палива утворюється близько 80% загального світового обсягу викидів СO2 в атмосферу.

Малюнок 2

Інша причина зростання кількості парникових газів - світова вирубка лісів. Як відомо, дерева поглинають діоксид вуглецю. В результаті масової вирубки лісів на земній кулі збільшується кількість СO2 в атмосфері і зменшується здатність лісів, що залишилися, поглинати його.

Другий за значенням парниковий газ – метан (CH4). Він є побічним продуктом процесу спалювання вугілля, а також потрапляє в атмосферу в процесі видобутку природного газу, який є практично чистим метаном. При спалюванні різних видів копалин палива виходить різна кількість СO2 на одиницю виробленої енергії. Більшість продуктів згоряння вугілля, що складається, в основному з вуглецю, є СO2. При спалюванні природного газу, що є в основному метаном, утворюється вода і СO2, тому викидів СO2 на одиницю енергії порівняно з вугіллям менше. Нафта, за обсягом виділення СO2, знаходиться між газом та вугіллям, оскільки вона є сумішшю різних вуглеводнів. Кількість СO2, що утворюється на одиницю енергії з вугілля, нафти і газу, знаходиться у співвідношенні 2:1, 5:1. , Що запаси вугілля набагато більше.

Як відбувається глобальне потепління

В атмосфері Землі є деякі гази, які діють як "парник", заманюючи в пастку промені Сонця, що відбиваються від Землі. Як відомо, без цього механізму на Землі було б занадто холодно для життя. З початком індустріальної революції у повітря стало надходити дуже багато парникових газів, особливо діоксид вуглецю (СO2). Збільшення обсягів парникових газів підвищує температуру атмосферних шарів та призводить до глобального потепління. При спалюванні вугілля, нафти та природного газу збільшується концентрація цих газів в атмосфері. Протягом понад сто років надходження парникових газів в атмосферу, викликане розвитком промисловості, транспорту та енерговиробництва, відбувалося швидше, ніж їх видалення з атмосфери за допомогою природних процесів.

Свідчення глобального потепління

Наукові прогнози щодо катастрофічних наслідків зміни клімату з недавніх пір починають збуватися. За минуле століття загальна середня температура на планеті збільшилася приблизно на 0,5 градусів за Цельсієм, а рівень води підвищився приблизно на 30 сантиметрів. 1998 був найтеплішим роком (метеорологічний облік ведеться з 40-х років ХIX століття), а з останніх 15-ти років десять були найбільш теплими.

Графік 15

Підтвердження глобальної зміни клімату було зроблено в 1995 році офіційно призначеною Міжурядовою Групою Зміни Клімату ООН (IPCC), що складається з більш ніж 2500 провідних наукових експертів усього світу. Група заявила, що "за наявними даними можна говорити про вплив людини на глобальний клімат". Було висунуто висновок про те, що температура на нашій планеті протягом ХХ століття стійко підвищувалася, концентрація діоксиду вуглецю перевищила теоретично передбачену норму, внаслідок чого температура на Землі підвищуватиметься ще протягом 75 років, навіть якби емісія СО2 була зупинена сьогодні.

Наведені нижче події відповідають передбаченням вчених щодо наслідків глобального потепління. Останні 20 років стали рекордними за високою температурою та кількістю опадів. Льодовики тануть у всьому світі. З 1900 року площа льодовиків у Європейських Альпах зменшилася майже вдвічі. Льодовик Колумбія в штаті Аляска відступив більш ніж на 12 кілометрів за останні 16 років через підвищення температури в регіоні. Відкололася велика частина льоду льоду Антарктики.

Деякі вчені вважають, що шельфовий лід Larsen B, розмір якого відповідає штату Коннектикут, може зникнути. Серйозні повені, подібно до руйнівних повеней на Середньому Заході 1993 і 1997 років, стають все більш звичайним явищем. Інфекційні захворювання переміщуються до нових регіонів. Через глобальне потепління підвищився рівень води, змінюються кліматичні зони. Всі ці явища ілюструють вплив глобальної зміни клімату на довкілля. Глобальне потепління та зміна клімату є серйозною загрозою виживанню багатьох біологічних видів та добробуту людей у ​​всьому світі.

Графік 16

Подальші наслідки зміни клімату

Міжурядова Група Зміни Клімату ООН передбачає, що температура повітря збільшиться ще на 1-3,5 градуси за Цельсієм, а рівень води може підвищитися ще на 1 метр протягом наступних 100 років. Ці зміни торкнуться багатьох аспектів нашого життя. Ось деякі з них:

  • Підвищиться рівень світового океану. Підвищення рівня води в морі зруйнує береги та прибережні заболочені землі. Буде знищено необхідне місце існування, прибережні області стануть більш вразливими до повені. Підвищення рівня води лише на 50 см подвоює небезпеку штормів для прибережного населення.
  • Негативний вплив на збирання врожаю. Тепліший клімат посилить іригаційні вимоги, збільшить кількість певних комах - шкідників, продовжить сільськогосподарський сезон у деяких областях. Одночасно з тим, що виробництво продовольства в деяких країнах зросте завдяки потеплінню клімату, бідні країни, населення яких уже голодує, найімовірніше, зазнають суттєвого спаду у виробництві продуктів харчування.
  • Через спеку загине велика кількість людей. Значні коливання високої температури подібні до тих, через які загинули сотні людей у Чикаго в 1995 році, стануть частішими. Діти та люди похилого віку більш схильні до теплових ударів.
  • Поширяться тропічні хвороби. Інфекційні хвороби, такі як малярія, пропасниця, енцефаліт і холера, поширяться через те, що комарі та інші переносники хвороб, поширені в країнах з теплішим кліматом, зможуть мігрувати на нові території. Це призведе до зростання кількості епідемій, подібних до спалахів малярії в Нью-Джерсі і лихоманці в Техасі.
  • Буде порушено водний цикл. Зі зміною водного циклу деякі області гостріше зазнають посухи, тоді як інші будуть піддані повеням. Така мінливість набагато погіршить становище регіонів, у яких вже сьогодні існують проблеми з якістю та кількістю води.
  • Постраждають деякі біологічні види. Частина найбільш уразливих рослин, тварин та екосистем сильно зміниться. Нижченаведені 10 видів тваринного світу можуть сильно постраждати від глобального потепління: Гігантська Панда, Білий ведмідь, Індійський Тигр, Північний олень, Білуга, Королівський Пінгвін, Сніговий завірюха, Жаба Арлекіна, Метелик-Монарх і Ведмідь Грізлі.
  • Буде пошкоджено коралові рифи. Перегрів океанських вод в результаті глобального потепління може призвести до знебарвлення коралів, що призведе до розпаду складних біологічних систем, що існують сьогодні.
Графік 17

Кислотні дощі

Іншим негативним ефектом спалювання викопних видів палива є утворення кислотних дощів. У процесі згоряння викопних видів палива утворюються діоксид сірки (SO2) та окису азоту (NOx). Хоча джерела окису сірки та окису азоту існують і в природі, більш ніж 90% викидів сірки та 95% викидів азоту є результатом науково-технічного прогресу. Потрапляючи в атмосферу, ці гази в результаті хімічних реакцій перетворюються на вторинні забруднюючі речовини, такі як азотна та сірчана кислоти, легко розчиняються у воді. Таким чином, будь-який дощ є певною мірою кислотним. Кислотні крапельки води переносяться вітрами великі відстані, повертаючись Землю як кислотних дощів, снігу чи туману.

У процесі природних явищ - вивержень вулканів, життєдіяльності боліт та гниття рослин утворюється діоксид сірки, один із газів, що сприяють формуванню кислотних дощів. Кислотні дощі, утворені природним способом, також несприятливі для навколишнього середовища. Але такі дощі трапляються набагато рідше, ніж у результаті діяльності. У 1950-1970-х роках рівень кислотності дощів у Європі збільшився приблизно вдесятеро. Щоправда, у 80-ті роки він зменшився. Незважаючи на те, що багато країн почали вживати заходів для боротьби з викидами в атмосферу шкідливих речовин, що викликають кислотні дощі, проблема все ще залишається актуальною.

За шкалою, що визначає рівень кислотності, величина pH дощу зазвичай становить 5,6. У разі зменшення цього показника говорять про кислотний дощ. Хімічне рівняння утворення кислотного дощу виглядає так:

SO2 (Діоксид Сірки) + NO (Окис Азоту) + H2O (Вода) = Кислотний дощ

Водні розчини різняться за рівнем їхньої кислотності. Якщо чисту воду вважати нейтральною, то розчин питної соди буде лужним, а нашатирного спирту – дуже лужним. З іншого боку цієї шкали рідини за ступенем збільшення їхньої кислотності можна розташувати наступним чином: молоко має найменшу кислотність, томатний сік - трохи більше оцту, сік лимона - ще більше, а акумуляторна рідина - дуже кислотна. Якби взагалі не існувало жодних забруднюючих речовин, то нормальна дощова вода потрапляла на кислотну сторону цієї шкали. Звичайна дощова вода менш кисла, ніж томатний сік, але більше ніж молоко. Саме забруднюючі речовини є причиною збільшення рівня кислотності дощу. У деяких регіонах світу дощ може бути настільки ж кислотним, як сік лимона або оцет.

Цей кислотний дощ може завдавати шкоди життю рослин, в окремих випадках серйозно впливаючи на зростання лісів, також може руйнувати будівлі та роз'їдати металеві об'єкти. Первинний компонент процесу корозії – кислотний дощ. За оцінками, збитки, завдані лише металевим спорудам, становлять приблизно до 2 мільярдів доларів щорічно. Найвища емісія сірки спостерігається в регіонах з високим рівнем енергоспоживання, і при спалюванні сірковмісних видів палива, а саме твердого палива та сірковмісної важкої нафти. До твердого палива належать викопні види палива, що найбільше забруднюють атмосферу як у локальному, так і в глобальному масштабах. Кам'яне вугілля, м'яке буре вугілля і лігніти при згорянні виділяють багато відходів і забруднюючих речовин таких як сірка, важкі метали, волога і попіл.

Одна з головних проблем, пов'язана з кислотним дощем – його "мобільність", що виражається в тому, що він може випасти на території, віддаленій від місця його утворення. Високі заводські труби, призначені для того, щоб запобігти промисловому забруднюванню прилеглих міст, викидають забруднюючі речовини в атмосферу. В результаті з'єднання повітря цих частинок з частинками води утворюються кислоти, які стають компонентами хмар. Через те, що хмари розносяться вітром, дощ може випасти далеко від місця, де кислотні частинки були утворені. Як приклад можна навести ситуацію в Центрально-східній Європі та Скандинавії. Швеція страждає від кислотних дощів, що приганяються вітром з електростанцій Східної Європи, де стандарти емісії шкідливих частинок не відповідають міжнародним вимогам.

Шкода, що завдається лісам та ґрунту

Малюнок 3

Випадання кислотних дощів позначається на лісах як і на озерах і річках. У багатьох країнах світу дерева сильно страждають від впливу кислотних дощів. Багато дерев втрачають своє листя, їх верхівка стає тоншою. Для деяких дерев цей вплив настільки несприятливий, що вони вмирають. Дерева потребують здорового ґрунту для зростання та розвитку. Кислотний дощ, що ввібрався в ґрунт, робить його фактично неможливою для життя дерев. Внаслідок цього дерева стають більш сприйнятливими до вірусів, грибків та комах-шкідників, стають нездатними для боротьби з ними і тому вмирають.

Руйнування будівель

Кислотний дощ негативно впливає на споруди. Матеріали, такі як камінь, кольорове скло, розписи та інші об'єкти, можуть бути пошкоджені або навіть зруйновані. Дощ повільно, але поступово роз'їдає матеріал, доки від нього нічого не залишиться. Будівельні матеріали руйнуються, метали роз'їдаються, колір забарвлення псується, шкіра псується, поверхня скла покривається кіркою. У багатьох частинах світу безліч відомих та стародавніх будівель пошкоджені кислотним дощем. Деякі кам'яні споруди Собору Святого Павла у Лондоні роз'їдені кислотним дощем. У Римі статую Марка Аврелія роботи Мікеланджело прибрали з відкритого простору для захисту від забруднюючих речовин у повітрі.

Малюнок 4

Кислотний дощ та озера

Падаючи на землю, кислотний дощ завдає шкоди ґрунту. Також він негативно впливає і на озера та інші водоймища. Більшість флори і фауни, що у чистих озерах і річках неспроможна протистояти кислотним дощам. Вона може бути отруєна речовинами, які вимиває кислота з навколишнього грунту у воду. У світі є багато прикладів цього. Так, тисячі озер у Скандинавії зараз абсолютно неживі, не мають ні живих організмів, ні рослин через те, що протягом минулих років на них випало багато кислотних дощів. Це відбувалося завдяки вітру, що приносить краплі дощу з Англії, Шотландії та країн Східної Європи. Починаючи з 1930-х та 40-х років, кислотний рівень дощової води деяких озер Швеції підвищився у 1000 разів.

Малюнок 5

Взаємодія між живими організмами та хімічним складом їх водного довкілля є надзвичайно складним. Якщо число одного різновиду або групи різновидів зміниться в результаті підвищення рівня кислотності, це призведе до порушення балансу "хижак-видобуток" ланцюжка живлення, що, зрештою, позначиться на всій екосистемі озера. Спочатку, наслідки зміни рівня кислотності можуть бути майже непомітними, але з його збільшенням дедалі більше видів рослин і тварин буде зменшуватися, або ж зовсім зникнуть. Якщо рівень pH у воді наближається до 6,0, ракоподібні, комахи, і деякі різновиди планктону починають зникати.

Якщо рівень pH наближається до 5,0, відбуваються серйозні зміни у складі планктону, небажані види моху та планктону можуть почати розмножуватися, займаючи великі території. Ймовірна втрата деяких популяцій риб, насамперед цінних видів, зазвичай більш уразливих до вмісту кислоти у воді. При pH нижче 5.0 значна частина риби гине, дно покривається речовиною, що не розпадається, а прибережна територія може майже повністю покритися мохом. Вплив піддається також тваринний світ, що залежить від водних екосистем. Наприклад, водоплавні птахи залежать від водних організмів, необхідних їм для харчування. Як тільки це джерело живлення зменшується або зникає, знизиться якість довкілля, що, у свою чергу, вплине на репродуктивність птахів.

Здоров'я людей

Ми харчуємось продуктами, п'ємо воду та вдихаємо повітря, на які впливають кислотні опади. Дослідження, проведені канадськими та американськими вченими показують, що існує зв'язок між екологічним забрудненням та захворюваннями органів дихання у найбільш чутливої ​​частини населення, такої як діти та астматики. Такі токсичні елементи, як алюміній, мідь, ртуть внаслідок кислотних дощів стають більш розчинними, тому рівень вмісту цих металів у необроблених запасах питної води може збільшуватися. Високі концентрації алюмінію у ґрунті можуть також перешкоджати поглинанню та використанню поживних речовин рослинами.

Погана якість повітря

Якість повітря погіршується не тільки через парникові гази, SO2 і NOx, що викликають кислотні дощі, але й через попадання в атмосферу дрібних частинок. Спалювання палива - найважливіше джерело утворення оксидів азоту. Причиною появи летких органічних сполук є процес спалювання палива та вихлопні гази, що виробляються двигунами автомобілів. Саме автомобілі є причиною значної частки загальних викидів в атмосферу оксидів азоту та летких органічних сполук у Європі та Північній Америці. Виділення NOx також сприяє освіті тропосферних фотохімічних окислювачів. Фотохімічні окислювачі, особливо озон (O3), є найважливішими розсіяними газами в атмосфері. У процесі поширення помітні зміни, викликані зростанням емісії продуктів, попередніх стадії реакції озону (окис азоту, леткі органічні сполуки, метан і одноокис вуглецю).

Згідно з Всесвітньою організацією здоров'я, вимоги до якості повітря щодо вмісту озону часто перевищуються в більшості регіонів індустріальних країн. У найнижчих шарах тропосфери, ближче до землі, озон є сильним окислювачем, і при високих концентраціях він є шкідливим для матеріалів, рослин та здоров'я людини. У верхніх шарах тропосфери озон є важливим парниковим газом і сприяє ефективності процесу окислення атмосфери.

Малюнок 6

Повідомляється, що вплив озону та інших фотохімічних окислювачів на людське здоров'я, матеріали та посіви може мати різні наслідки. Підвищений рівень озону може викликати передчасне старіння легень та інші хвороби дихального тракту, наприклад, ушкодження функції легені або підвищення схильності до бронхітів. Спостерігається збільшення випадків настання нападів астми та респіраторних захворювань. Озон сприяє пошкодженню таких матеріалів, як фарба, тканина, гума та пластмаса. У випадку з посівами та деякими чутливими видами дикої рослинності або різновидами культурних рослин, під впливом озону пошкоджуватиметься листя, що призведе до погіршення процесу фотосинтезу.

Інші фотохімічні окислювачі викликають ряд гострих хворобливих явищ, включаючи подразнення очей, носа та горла, дискомфорт у грудях, кашель та головний біль. Як очікується, ще одним наслідком глобального зростання розсіяних газів в атмосфері буде подальше погіршення самовідновлювальної здатності тропосфери. В результаті цього явища може збільшитися час перебування парникових газів в атмосфері, а це призведе до посилення парникового ефекту та збільшення припливу до стратосфери розсіяних газів з низьким вмістом озону.

Тяжкі метали, подібно до миш'яку (As), кадмію (Cd), ртуті (Hg), свинцю (Pb) і цинку (Zn), також виділяються під час згоряння палива. Завдяки збільшеному споживанню неетильованого бензину та використанню каталізаторів в автомобілях, викиди свинцю внаслідок роботи транспорту помітно знизилися з початку 80-х років. Проте цей сектор економіки залишається основним джерелом свинцю в атмосфері.

Поряд із виділенням забруднюючих речовин існують також деякі інші впливи продуктів згоряння викопного палива на навколишнє середовище у локальному масштабі. Мікрокліматичні явища, такі як походження туманів, зменшення кількості світла тощо. - Це результати великих водних випарів від градирень електростанцій.

Забруднення морів

Збитки, спричинені транспортуванням нафти, пов'язані із забрудненням морів. Зі збільшенням у ХХ столітті масштабів видобутку нафти зросла і її кількість, що транспортується по всьому світу, переважно морським шляхом. В умовах високої конкуренції на ринку і з метою максимального забезпечення перевезень збільшеного обсягу нафти, розміри нафтових танкерів зросли настільки, що вони стали, без сумніву, найбільшими комерційними судами. Навіть за звичайної поїздки в море потрапляє велика кількість нафти. Трюми танкерів, заповнені як баласт водою, спустошуються на зворотному шляху, і разом із водою в морі витікає значна кількість нафти.

Незважаючи на той факт, що транспортування нафти в основному безпечне, масштаби перевезень і розміри танкерів є причиною того, що будь-який нещасний випадок, що стався, завжди має величезні наслідки. Хоча кількість нещасних випадків незначна в порівнянні з кількістю перевезень, тисячі незначних інцидентів, включаючи витік нафти з танкерів або нафтосховищ, відбуваються щорічно.

Малюнок 7

У 1970-1985 роках було зафіксовано 186 випадків витоку нафти, кожний обсягом понад 1300 тонн. В 1989 танкер "Exxon Valdez" сів на мілину біля берегів Аляски, випустивши 39000 тонн нафти і сформувавши нафтову пляму, що охоплює територію в 3000 квадратних кілометрів, завдавши шкоди навколишньому середовищу. Люди зазвичай представляють море як великий резервуар, який може вбирати нескінченну кількість всього того, що ми в нього скидаємо. Фактично масштаб забруднення від нафти такий, що на сьогоднішній момент скупчення плаваючої нафти у світовому океані майже скрізь є звичайним явищем.

Карта 2

4. Соціальні проблеми, связанные с использованием энергии

Крім екологічних проблем, пов'язаних із великомасштабним використанням копалин та ядерних видів палива, існують і соціальні проблеми, спричинені сучасними енергетичними тенденціями.

Політичні та економічні проблеми

Малюнок 8

На ранніх стадіях промислової революції джерела палива були локальними. Промисловість активно розвивалася насамперед у регіонах з наявністю легкодоступних родовищ вугілля. З розвитком транспорту, пов'язаного з індустріалізацією, паливо почали перевозити великі відстані. Тепер, коли найбільш доступні джерела нафти та газу виснажені, паливо транспортується по всьому світу з кількох основних регіонів. Наслідком такої ситуації є залежність провідних промислових країн від імпорту країн, що видобувають, в основному - від поставок нафти з Близькосхідного регіону. Ця залежність стала головним чинником, що формує світову політику.

Ряд основних економічних та політичних криз був наслідком Суецької кризи, що тривала з 1956 року до 70-х. Війна в Перській затоці на початку 1990-х також спричинила нафтову кризу. Оскільки видобувні країни переважно слабкі у воєнному відношенні, а споживаючі країни переважно сильніші. Це є необхідністю, оскільки останнім потрібна перевага над видобувними країнами в економічному, політичному, а найчастіше й у військовому відношенні для підтримки доступу до нафти, найбільш важливого на сьогоднішній день виду палива.

Ціна на нафту залежить від політичної ситуації. Кожен конфлікт у регіоні, що з видобутком нафти, веде до підвищення цін. Світова економіка таким чином залежить від подібних конфліктів.

Графік 18

Недоліки централізованої структури виробництва та розподілу енергії

Одна із слабких сторін сучасної структури виробництва та розподілу палива – її централізований характер. Електроенергія, вироблена на великих електростанціях, кількість яких зазвичай обмежена, розподіляється країною. Нафта, що транспортується на гігантських танкерах, перетворюється на паливо на великих нафтопереробних заводах для подальшого розподілу. Причиною для занепокоєння є той факт, що ці великі, життєво важливі об'єкти є потенційною метою для терористів.

Малюнок 9

Як продемонстрували нещодавні події в Перській затоці, війна завдає величезних екологічних та економічних збитків. Для забезпечення безпеки необхідно організувати охорону більшої частини ресурсів та підвищити рівень захисту. Високий рівень централізації пов'язаний із проблемою зайнятості населення. Децентралізоване виробництво та використання енергії з відновлюваних джерел створюють набагато більше нових робочих місць, ніж централізоване виробництво енергії з викопних видів палива.

Небезпека війни під час поширення ядерної зброї

Розповсюдження ядерної зброї - одна з найбільших сучасних загроз світу на всій планеті, особливо з огляду на той факт, що частина країн уже є чи намагається стати членами "ядерного клубу". Виробництво електроенергії з ядерного палива почало розвиватися завдяки розробкам ядерної зброї. Перші ядерні реактори були побудовані для виробництва матеріалу для атомних бомб. Завжди був тісний зв'язок між цими технологіями. Так, військові витрати на наукові дослідження та розробку технології виробництва ядерної зброї в той же час були основною субсидією для мирних галузей ядерної промисловості. Слід зазначити, що ядерне паливо безпосередньо не використовується під час виробництва ядерної зброї. Для цього потрібна його подальша переробка. Однак для країни, яка бажає розробляти ядерну зброю, не розкриваючи цей факт публічно, можливий вихід - об'єднати розробку зброї з галузями промисловості, які виробляють електрику з використанням ядерної енергії.

5. Відновлювані джерела енергії

На щастя, існують способи скорочення емісії парникових газів, зменшення кислотних відкладень, покращення якості повітря та вирішення соціальних проблем, пов'язані з сучасними способами виробництва та споживання енергії. Зміщення інвестування з викопних видів палива, таких як вугілля та нафта, на відновлювані джерела енергії та енергоефективність дозволить чистішим, стійкішим джерелам енергії зайняти їхнє законне місце лідерів на ринку.

Системи, побудовані на використанні ВДЕ, використовують ресурси, які постійно відтворюються та є менш забруднюючими. Усі відновлювані джерела енергії – Сонячна енергія, гідроенергія, біомаса та Енергія вітру існують завдяки діяльності Сонця. Тільки геотермальна енергія, яка також вважається відновлюваною, є теплом Землі.

Відновлювана енергія - це внутрішній ресурс будь-якої країни, що має потенціал, достатній для виробництва енергії, необхідної для повного або часткового забезпечення енергією країни. Над країнами, які залежать від імпорту ресурсів копалин, постійно висить загроза різкого підвищення вартості імпортованого палива (головним чином, на нафту). Це особливо актуально для країн, де оплата імпорту нафти щорічно збільшує і так вже величезні розміри зовнішнього боргу.

Малюнок 10
  1. Кількість сонячної енергії, що падає на Землю на рік.
  2. Сучасне використання сонячної енергії.
  3. Запаси природного газу.
  4. Запаси вугілля.
  5. Нафтові запаси.
  6. Запаси урану.
  7. Світове споживання енергії протягом року.

Відновлювані джерела енергії практично невичерпні і завжди доступні завдяки швидкому поширенню сучасних технологій. Їх використання відповідає стратегії використання різноманітних енергетичних джерел. Відновлювані ресурси є загальновизнаним способом захисту від цінових коливань і майбутніх витрат із захисту довкілля.

Технології, що ґрунтуються на використанні відновлюваних джерел енергії, є екологічно чистими через відсутність викидів забруднюючих речовин в атмосферу. Їх застосування практично не викликає утворення парникового ефекту і відповідно пов'язаних з ним кліматичних змін. Крім того, їх використання не призводить до утворення радіоактивних відходів. Відновлювані джерела енергії відповідають, таким чином, політиці захисту навколишнього середовища, а їх використання формує найкраще довкілля та забезпечує сталий розвиток.

Майбутнє відновлюваних джерел енергії

Наше майбутнє значною мірою залежить від застосування технологічних інновацій. Відновлювані джерела енергії зможуть протягом наступних десятиліть впливати на зміну суспільства загалом. Згідно з прогнозами, протягом наступних десятиліть значення та частка відновлюваних джерел енергії у загальному процесі енерговиробництва зростатиме.

Ці технології не тільки скорочують глобальну емісію СО2, але й надають необхідної гнучкості процесу енерговиробництва, роблячи його менш залежним від обмежених запасів викопного палива. На єдину думку експертів протягом деякого періоду часу гідроенергетика та біомаса домінуватимуть над іншими видами відновлюваних джерел енергії. Однак у ХХI столітті першість на енергоринку належатиме вітроенергетиці та фотоелектриці, які зараз активно розвиваються. На сучасному етапі вітроенергетика є найшвидшою галуззю виробництва електроенергії.

Малюнок 11

У деяких регіонах вже сьогодні вітроенергетика конкурує з традиційною енергетикою, яка ґрунтується на використанні викопних видів палива. Наприкінці 2002 року встановлена ​​потужність вітростанцій у всьому світі перевищила 30 000 МВт. У той же час очевидне явне зростання інтересу в усьому світі до фотоелектрики, хоча її сьогоднішня собівартість у три-чотири рази вища за собівартість традиційної енергетики. Фотоелектрика особливо приваблива для віддалених областей, які не мають підключення до загальної енергосистеми. Передова тонкопленочна технологія, що застосовується для виробництва фотоелектричних батарей, набагато дешевша за кристалічну кремнієву технологію і активно впроваджується у великомасштабне комерційне виробництво.

На фотографії нижче показано заправну станцію Брітіш Петролеум із встановленими на даху фотоелектричними панелями.

Малюнок 12

Те, що такі великі енергокомпанії, як Енрон, Шелл та Брітіш Петролеум останнім часом багато інвестували у розвиток фотоелектрики та вітроенергетики, є одним із найпереконливіших фактів перспективного майбутнього відновлюваної енергетики. Великі інвестиції з боку провідних світових енергокомпаній плануються також у розвиток інших видів ВДЕ.

Одним з найперспективніших ринків застосування ВДЕ в найближчі 20 років у всьому світі стануть країни, що розвиваються, які сьогодні мають проблеми з нестачею енергії. Для багатьох країн привабливим є мобільний характер цих технологій. Налаштування, що працюють на ВІЕ, можна розмістити близько до користувачів. Крім того, їх монтаж швидший і дешевший у порівнянні з будівництвом великих теплових електростанцій, що вимагає протяжних ліній електропередач.

Відновлювані джерела енергії також мають попит і в промислово розвинених країнах. Опитування громадської думки, проведене у США, показує, що більшість енергоспоживачів країни згодна платити більше за "зелену" (екологічно чисту) енергію, і багато енергетичних компаній можуть їм її запропонувати. У Європі завдяки сильній громадській підтримці швидко зростає ринок відновлюваних джерел енергії. У документі White Paper, виданому Європейською Комісією у 1997 році, наголошувалося на недостатньому застосуванні ВДЕ на території країн Євросоюзу.

Різні сценарії розвитку показують, що частка використання відновлюваних джерел енергії до 2010 року становитиме від 9,9 до 12,5%. Поставлена ​​мета, що становить 12%, ("амбітна, але реально здійсненна"), повинна бути досягнута за рахунок встановлення 1 млн "сонячних дахів", встановленої потужності вітростанцій, що дорівнює 15000 МВт та 1000 МВт встановленої потужності в галузі біоенергетики. Сучасна частка ВДЕ в енерговиробництві, що становить 6%, включає і велику гідроенергетику, розвиток якої надалі не планується через негативний вплив на навколишнє середовище.

Збільшення частки ВДЕ має бути забезпечене за рахунок розвитку енергетичного використання біомаси, вітроенергетики (встановлена потужність ВЕС має досягти 40 ГВт). Планується встановлення 100 мільйонів квадратних метрів сонячних колекторів. Очікується збільшення встановленої потужності ФЕБ до 3 ГВте, геотермальних установок до 1 ГВтт, а теплових насосів – до 2.5 ГВтт. Загальна сума капіталовкладень досягне 165 мільярдів євро (1997-2010 рр.), буде створено до 900 000 нових робочих місць, викиди СО2 зменшаться на 402 млн. тонн.

Виходячи з того, що ВДЕ сьогодні забезпечують менше ніж 6% енергоспоживання країн ЄС, необхідно об'єднати зусилля для збільшення цієї частки. Це, у свою чергу, створить можливість для експорту енергії та покращення екології. Наразі Європа імпортує понад 50% енергоносіїв, і якщо не вжити термінових заходів, то ця цифра може зрости до 70% до 2020 року.

За оцінками Європейської Асоціації Вітроенергетики, встановлення вітростанцій загальною потужністю 40 ГВт дозволить створити Додатково до 320 000 робочих місць. За даними Асоціації Фотоелектричної Промисловості, встановлення 3 ГВте створить 100 000 робочих місць. Федерація Сонячної Енергетики вважає за можливе забезпечити 250000 робочих місць, діючи тільки для потреб внутрішнього ринку та ще 350000 робочих місць можуть бути створені у разі роботи на експорт.

White Paper пропонує низку податкових стимулів та інших фінансових заходів для заохочення інвестицій у область відновлюваних джерел енергії, а також заохочення використання пасивної сонячної енергії. Згідно з цим документом: "Поставлена мета подвоїти поточну частку відновлюваних джерел енергії до 12% до 2010 року реально здійсненна". Частка відновлюваних джерел енергії у виробництві електрики може зрости від 14% до 23% і більше до 2010 року, якщо вжити відповідних заходів.

Створення робочих місць - одне із найважливіших аспектів, характеризуючих розвиток відновлюваної енергетики. Потенціал зайнятості населення області відновлюваних джерел енергії можна оцінити за такими данными:

Малюнок 13

6. Приховані витрати при використанні копалин палива

Слід зазначити, що з порівнянні різних джерел енергії ціна є ключовим параметром. Відновлювані джерела енергії найчастіше вважаються дорожчими порівняно з викопним паливом. Такий висновок зазвичай ґрунтується на неправильній оцінці витрат. Коли ми сплачуємо рахунок за електроенергію або заповнюємо бак свого автомобіля, ми зазвичай оплачуємо неповну ціну за енергію. Ціна не включає всі витрати. Існує багато прихованих витрат, пов'язаних із використанням енергії. Приховані соціальні та екологічні витрати, ризик, пов'язаний із використанням викопних видів палива – основні бар'єри до комерціалізації відновлюваних технологій.

Загальновизнано, що сучасні ринки ігнорують ці витрати. Насправді, на світовому енергоринку перевага надається забруднювальним джерелам енергії, наприклад, сірковмісним - вугіллю та нафти, а не екологічно чистим відновлюваним джерелам. Доки традиційні технології здатні перекладати на суспільство істотну частину своїх витрат, пов'язаних із забрудненням навколишнього середовища та витратами на охорону здоров'я, відновлювані джерела, будуть перебувати в нерівних умовах. І це незважаючи на те, що ВІЕ практично не погіршують стан екології і навіть дають такі позитивні ефекти, як створення робочих місць, особливо у сільській місцевості. Тому для створення ринку, що діє за правилами "чесної гри", потрібний облік усіх цих витрат.

Малюнок 14

Дуже важко оцінити витрати, пов'язані з екологічним забрудненням, а деякі навіть важко визначити. Проте проведені дослідження доводять їх суттєві розміри. Наприклад, згідно з дослідженнями німецьких учених, витрати на виробництво електроенергії викопних видів палива, не включаючи витрати, пов'язані з вирішенням проблеми глобального потепління, становлять 2,4-5,5 амер. цента/кВт*год. У той самий час вартість електроенергії, виробленої атомними електростанціями, - 6,1-3,1 амер. цента/кВт*год. Згідно з іншим дослідженням, викиди SO2 при спалюванні вугілля на американських електростанціях щорічно коштують громадянам США 82 мільярди американських доларів - додатково для відшкодування збитків, завданих здоров'ю людей.

Скорочення сільськогосподарських урожаїв, викликане забрудненням повітря, коштує американським фермерам 7,5 млрд американських доларів на рік. Важливим є той факт, що громадяни США фактично щороку оплачують приховані витрати, пов'язані з використанням енергії, приблизно 109-260 млрд доларів. Подібні приклади можна навести для інших країн. Якби додаткові витрати включалися в ринкові процеси, технології із застосування ВДЕ виявилися б у вигіднішому становищі, конкуруючи з викопними видами палива. Тоді ми могли б говорити про суттєве проникнення ВДЕ на світовий енергетичний ринок уже сьогодні.

Субсидії в енергетику

Уряди багатьох країн виділяють значні субсидії для енергетичних галузей промисловості. Цікавий той факт, що найбільше урядових грошей надходить саме в галузі виробництва енергії, які найбільше забруднюють довкілля та надають шкідливий вплив на здоров'я людей. Так, наприклад, виробництво енергії на теплових та атомних станціях фінансується до 90% з бюджету. Технології, засновані на використанні ВДЕ, які практично не мають побічних згубних ефектів, найменше підтримуються урядом.

На технології, що використовують енергію Сонця (фотоенергетика та гаряче водопостачання), наприклад, у США виділено лише 3% бюджетних коштів. Такий напрямок, як енергозбереження, має найменшу фінансову підтримку з боку держави – лише 2% усіх субсидій. На жаль, у інших країнах світу існує аналогічна ситуація. Існуючий стан справ не може не дивувати, оскільки саме застосування поновлюваних джерел енергії та енергозбереження можуть суттєво допомогти у вирішенні сучасних енергетичних проблем.

Підтримка військових

Залежність країн від імпортованої нафти потребує постійного військового контролю та захисту міжнародних торгово-транспортних шляхів. Тільки в США на військовий захист нафтових поставок, що йдуть з Перської затоки, щорічно витрачається від 14,6 (згідно з офіційними даними Національної ради безпеки) до 54 млрд американських доларів (за оцінкою незалежного Інституту Rocky Mountains). До прихованих витрат на національну безпеку відносять також військову допомогу країнам, що видобувають нафту, зовнішні та внутрішні дипломатичні рішення, спрямовані на підтримку та захист імпорту нафти.

Малюнок 15

Радіоактивні відходи

Головна проблема, пов'язана з ядерною енергією: "що робити з радіоактивними відходами?" До сьогодні ніхто не може запропонувати жодного реально здійсненого плану щодо того, як нам розпорядитися тисячами тонн високорадіоактивних відходів, вироблених атомними електростанціями. Через тривалість існування проблема поховання радіоактивних відходів набуває великої гостроти. Наприклад, у плутонію (Pu239) радіоактивний період напіврозпаду становить 24400 років. Протягом кількох сотень тисяч років він є небезпекою для навколишнього середовища. Ми зараз приймаємо рішення, від наслідків яких залежатиме майбутнє нашої планети та існування на ній усіх форм життя.

Міжнародний Інститут World Watch оцінює щорічні витрати на утримання ядерних сховищ у розмірі від 1,44 до 8,61 млрд доларів США. Поховання радіоактивних відходів насправді не поховання, а накопиченням проблем майбутніх поколінь. Проблема, пов'язана з високорадіоактивними відходами, буде актуальною протягом тисяч років. Сьогодні немає жодного безпечного способу зберігання високорадіоактивних відходів. Ми просто створюємо сховища та сподіваємось, що наші діти зможуть придумати, яким чином ними розпорядитися. Наведені вище цифри не відображають витрат, пов'язаних із ядерними катастрофами. В яку суму можна оцінити наслідки катастроф у Чорнобилі та на Тримайл Айленді?

Малюнок 16

Фото: Місто Прип'ять, населення якого до Чорнобильської катастрофи 1986 року становило 30 000 людей, сьогодні є зоною відчуження через радіоактивне забруднення.

7. Запитання до модуля

  1. Яка частка викопного палива у світовому споживанні енергії?
  2. Чим відрізняється енергоспоживання в розвинених країнах і країнах, що розвиваються?
  3. У якому регіоні світу очікується найшвидше зростання енергоспоживання?
  4. Використання якого виду викопного палива зростатиме найближчим часом найшвидшими темпами у розвинених країнах?
  5. На який термін вистачить світових запасів вугілля, нафти та газу за сучасного рівня споживання?
  6. У якому регіоні світу є найбільші запаси нафти?
  7. Що означає поняття "зміна клімату"?
  8. Яка роль двоокису вуглецю (СО2) у процесі зміни клімату?
  9. Який зв'язок існує між процесом спалювання викопного палива та виникненням кислотних дощів?
  10. Який вплив мають кислотні дощі на озера та інші водойми?
  11. Що означає поняття "приховані витрати на виробництво енергії"?
  12. Як субсидується використання копалин видів палива в розвинених країнах?

Наступний модуль