בעיית אנרגיה עולמיתהיא הבעיה של לספק לאנושות דלק ואנרגיה בזמן הנוכחי ובעתיד הנראה לעין.

משברי אנרגיה מקומיים התעוררו גם בכלכלה הקדם-תעשייתית (למשל באנגליה במאה ה-18 עקב דלדול משאבי היער והמעבר לפחם). אבל כבעיה עולמית, המחסור במשאבי אנרגיה התבטא בשנות ה-70. המאה העשרים, כאשר פרץ משבר האנרגיה, התבטא בעלייה חדה במחירי הנפט (פי 14.5 בשנים 1972-1981), אשר יצרה קשיים רציניים עבור. למרות שרבים מהקשיים של אז התגברו, הבעיה העולמית של אספקת דלק ואנרגיה נותרה חשובה כיום.

בית סיבה שליש לקחת בחשבון את בעיית האנרגיה העולמית צמיחה מהירהצריכת דלק מינרלי במאה העשרים.בצד ההיצע, הוא נגרם מגילוי וניצול של שדות נפט וגז ענקיים במערב סיביר, אלסקה, על מדף הים הצפוני, ובצד הביקוש, על ידי גידול בצי הרכב והגדלת ייצור חומרים פולימריים.

הגידול בייצור משאבי הדלק והאנרגיה הוביל להרעה חמורה במצב הסביבתי (הרחבת כריית בורות פתוחים, כרייה ימית ועוד). והגידול בביקוש למשאבים אלה הגביר את התחרות כמדינות - יצואניות של משאבי דלק עבור תנאים טובים יותרמכירות, ובין מדינות ייבוא לצורך גישה למשאבי אנרגיה.

אספקת משאבי דלק ואנרגיה לכלכלת העולם

במקביל, ישנה עלייה נוספת במשאבי הדלק המינרלי. מושפע ממשבר האנרגיה עבודת חיפושים בקנה מידה גדול התגברהמה שהוביל לגילוי ופיתוח של מרבצים חדשים של משאבי אנרגיה. בהתאם, האינדיקטורים לזמינות של סוגי הדלקים המינרליים החשובים ביותר גדלו גם הם: מאמינים כי ברמת המיצוי הנוכחית, עתודות פחם שנחקרו אמורות להספיק ל-325 שנים. גז טבעי - למשך 62 שנים, ונפט - ל-37 שנים (אם בתחילת שנות ה-70 האמינו כי אספקת הכלכלה העולמית עם עתודות נפט לא עולה על 25-30 שנים; עתודות פחם שנחקרו ב-1984 נאמדו ב-1.2 טריליון טון, עד סוף שנות ה-90 הם גדלו ל-1.75 טריליון טון).

כתוצאה מכך, שלט בשנות ה-70. תחזיות פסימיות למתן מענה לצרכי הכלכלה העולמית בספקי אנרגיה (למשל, האמינו אז שמאגרי נפט יחזיקו לא יותר מ-25-30 שנה) הוחלפו בדעות אופטימיות המבוססות על מידע עדכני.

הדרכים העיקריות לפתור את בעיית האנרגיה העולמית

נתיב פתרון נרחבבעיית אנרגיה כרוכה עלייה נוספת בייצור האנרגיהוצמיחה מוחלטת בצריכת האנרגיה. נתיב זה נותר רלוונטי עבור הכלכלה העולמית המודרנית. צריכת האנרגיה העולמית במונחים אבסולוטיים מ-1996 עד 2003 עלתה מ-12 מיליארד ל-15.2 מיליארד טונות של דלק ייחוס. במקביל, מספר מדינות עומדות בפני הגעה לקצה גבול הייצור העצמי של נושאי אנרגיה (סין) או עם סיכוי להקטנת ייצור זה (בריטניה). התפתחות זו של אירועים מעודדת חיפוש אחר דרכים לשימוש רציונלי יותר במשאבי אנרגיה.

על בסיס זה מקבל דחף נתיב פתרון אינטנסיביבעיית אנרגיה, המורכבת בעיקר מהגדלת הייצור ליחידת צריכת אנרגיה. משבר האנרגיה של שנות ה-70. פיתוח מואץ ו הכנסת טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה, נותן תנופה לארגון מחדש של המשק. צעדים אלה, שבוצעו באופן עקבי ביותר על ידי מדינות מפותחות, אפשרו למתן את ההשלכות של משבר האנרגיה במידה רבה.

בְּ תנאים מודרנייםטון אנרגיה שנחסך כתוצאה מאמצעי שימור זול פי 3-4 מאשר טון מייצור נוסף. נסיבות אלה היוותה גירוי רב עוצמה עבור מדינות רבות לשפר את יעילות האנרגיה. עבור הרבע האחרון של המאה העשרים. עוצמת האנרגיה של כלכלת ארה"ב ירדה בחצי, וגרמניה - פי 2.5.

בהשפעת משבר האנרגיה, מדינות מפותחות בשנות ה-70-80. ביצע ארגון מחדש רחב היקף של המשק בכיוון של הקטנת חלקן של תעשיות עתירות אנרגיה. לפיכך, עוצמת האנרגיה של הנדסת מכונות, ובמיוחד, נמוכה פי 8-10 מאשר במתחם הדלק והאנרגיה או במטלורגיה. תעשיות עתירות אנרגיה צומצמו והועברו למדינות מתפתחות. התאמה מבנית בכיוון של חיסכון באנרגיה מביאה עד 20% חיסכון במשאבי דלק ואנרגיה ליחידת תוצר.

עתודה חשובה להגברת יעילות השימוש באנרגיה היא שיפור תהליכים טכנולוגיים לתפקודם של מכשירים וציוד. למרות העובדה כי כיוון זה הוא עתיר הון מאוד, עם זאת, עלויות אלו נמוכות פי 2-3 מהעלויות הנחוצות לעלייה שווה במיצוי (ייצור) הדלק והאנרגיה. עיקר המאמצים בתחום זה מכוונים לשיפור המנועים ואת כל תהליך השימוש בדלק.

במקביל, מדינות רבות עם שווקים מתעוררים (רוסיה, אוקראינה, סין, הודו) ממשיכות לפתח תעשיות עתירות אנרגיה (מתכות ברזליות ולא ברזליות, תעשייה כימית וכו'), וכן להשתמש בטכנולוגיות מיושנות. זאת ועוד, במדינות אלו יש לצפות לעלייה בצריכת האנרגיה, הן בשל עלייה ב רמת החייםושינוי אורח החיים של האוכלוסייה, כמו גם היעדר מימון ברבות מהמדינות הללו להפחתת עוצמת האנרגיה של המשק. לכן, בתנאים מודרניים, דווקא בשווקים המתעוררים צריכת משאבי האנרגיה הולכת וגדלה, בעוד שבמדינות מפותחות הצריכה נשארת ברמה יציבה יחסית. אבל יש לזכור שחיסכון באנרגיה התבטא במידה רבה ביותר בתעשייה, אך בהשפעת הנפט הזול בשנות ה-90. השפעה קטנה על התחבורה.

בשלב הנוכחי ובמשך שנים רבות, פתרון בעיית האנרגיה העולמית יהיה תלוי במידת הפחתת עוצמת האנרגיה של המשק, כלומר. מצריכת אנרגיה ליחידת תוצר מיוצר.

לפיכך, בעיית האנרגיה העולמית בהבנתה הקודמת כאיום של מחסור מוחלט במשאבים בעולם אינה קיימת. עם זאת, הבעיה של אספקת משאבי אנרגיה נשארת בצורה שונה.

בעיית האנרגיה העולמית היא, קודם כל, בעיית האספקה האמינה של האנושות עם דלק ואנרגיה. "צווארי בקבוק" בהוראה כזו התגלו יותר מפעם אחת בתקופות קודמות. אבל בקנה מידה עולמי, הם הופיעו לראשונה בשנות ה-70. המאה ה-20, כאשר פרץ משבר האנרגיה, שסימן את סוף עידן הנפט הזול. המשבר הזה גרם לתגובת שרשרת אמיתית, שהשפיעה על כלכלת העולם. ולמרות שנפט אז ירד שוב במחיר, הבעיה העולמית של אספקת דלק ואנרגיה נותרה חשובה כיום. אנחנו לא יכולים שלא לדאוג לגבי דרכים לפתור את זה בעתיד.
הסיבה העיקרית להופעתה של בעיית האנרגיה העולמית צריכה להיחשב כגידול מהיר מאוד - לרוב באמת "נפץ" בטבע - בצריכת דלק מינרלי ובהתאם, גודל ההפקה שלו מבפנים כדור הארץ. די לומר שרק לתקופה מתחילת שנות ה-80. המאה ה -20 יותר דלקים מינרליים הופקו ונצרכו בעולם מאשר בכל ההיסטוריה הקודמת של האנושות. כולל רק מ-1960 עד 1980, 40% מהפחם, כמעט 75% מהנפט וכ-80% מהגז הטבעי שהופק מתחילת המאה הופקו מבטן כדור הארץ.
באופן אופייני, עד אמצע שנות ה-70, כאשר התגלו קשיים באספקת הדלק בקנה מידה עולמי, התחזיות לרוב לא סיפקו כל הפחתה בקצב הגידול בצריכתו. לפיכך, ההנחה היא שהכרייה בעולם בשנים 1981-2000. גבוה פי 1.5-2 בערך מהייצור ב-20 השנים הקודמות. והצריכה העולמית המוחלטת של משאבי אנרגיה ראשוניים לשנת 2000 הייתה צפויה ל-20-25 מיליארד אצבעות, מה שאומר עלייה פי שלושה בהשוואה לרמה של 1980! ולמרות שאז כל התוכניות והתחזיות למיצוי משאבים תוקנו לקראת צמצום, תקופה ארוכה של ניצול בזבזני למדי של משאבים אלה לא יכלה אלא לגרום לכמה השלכות שליליות שמשפיעות עלינו כיום.
אחד מהם הוא הרעה בתנאי הכרייה והגיאולוגיים להתרחשות הדלק המופק והעלייה המקבילה בעלות הייצור. קודם כל, זה חל על אזורי התעשייה הישנים של אירופה הזרה, צפון אמריקה, רוסיה, אוקראינה, שם עומק המכרות ובעיקר בארות נפט וגז הולך וגדל.
לכן הרחבת גבולות המשאבים - קידום הפקת דלק וחומרי גלם לאזורי משאבים של פיתוח חדש עם תנאי כרייה וגיאולוגיים נוחים יותר - יכולה להיחשב במידה מסוימת כפיצוי על נזק זה ודרך להוזיל את העלות. של שאיבת דלק. אך יחד עם זאת, אין לשכוח כי עוצמת ההון הכוללת של הייצור שלו באזורי פיתוח חדש היא, ככלל, הרבה יותר גבוהה.
השפעה שלילית נוספת היא ההשפעה של תעשיית הכרייה על הידרדרות הסביבה. זה חל הן על הרחבת כריית בורות פתוחים, כרייה ימית, ואף יותר מכך על ייצור וצריכה של דלקים חמוצים, כמו גם שחרור נפט בשוגג.
לכל הסיבות הללו להופעתה של בעיית אנרגיה עולמית, יש צורך להוסיף עוד אחת, שכבר נמצאת בתחום המדיניות הכלכלית והגיאופוליטיקה. אנחנו מדברים על תחרות עולמית על משאבי דלק ואנרגיה, על חלוקתם וחלוקה מחדש בין תאגידי דלק ענקיים.
בתחילת המאה ה-XXI. הרעיון של ביטחון אנרגיה גלובלי נכנס לשימוש נרחב. האסטרטגיה של אבטחה כזו מבוססת על עקרונות של אספקת אנרגיה ארוכת טווח, אמינה ומקובלת מבחינה סביבתית במחירים סבירים המתאימים הן למדינות המייצאות והן לצרכנים. אבטחת האנרגיה העולמית תלויה במידה רבה באמצעים מעשיים להבטחת הכלכלה העולמית, יותר מכל תצוגות מסורתיותמשאבי אנרגיה (על פי תחזיות, בשנת 2030, כ-85% מצרכני האנרגיה של האנושות יכסו פחמימנים מאובנים). אבל גם החשיבות של מקורות אנרגיה חלופיים תגדל.
מהן הדרכים העיקריות לפתור את בעיית האנרגיה העולמית? מה יכול השלב המודרני של המהפכה המדעית והטכנולוגית לתת לפתרון שלו? התשובה לשאלות אלו אינה חד משמעית, היא כרוכה במכלול של אמצעים סוציו-אקונומיים, טכניים וטכנולוגיים ופוליטיים.
ביניהם יש גם מסורתיים, בעלי אופי נרחב בעיקר, וגם חדשים יותר ואינטנסיביים יותר.
המסורתי ביותר מבין הדרכים הללו היא להגדיל עוד יותר את משאבי הדלק המינרליים. כתוצאה מיישומה, המשאבים העולמיים של פחם וגז טבעי בשני-שלושת העשורים האחרונים לא רק גדלו באופן משמעותי, אלא גם גדלו בקצב מהיר יותר מהייצור שלהם. בהתאם, הזמינות של סוגי דלק אלה גדלה גם היא: מאמינים כי ברמת הייצור הנוכחית של עתודות מוכחות של גז טבעי, 60–85 שנים אמורות להספיק. באופן כללי ניתן לומר את אותו הדבר על נפט, שהעתודות המוכחות בעולם שב-1950 נאמדו ב-13 מיליארד טון בלבד, ובשנת 2006 - כבר ב-190 מיליארד טון. לייצור שוטף) לפי רוב ההערכות הוא 40 שנה, ופחם. עתודות - 150 שנה. כאשר מעריכים את הסיכויים להגדלת ריבוי כזה, יש לקחת בחשבון גם את העובדה שמאגרי דלק נחקרים (מוכחים) מהווים בדרך כלל רק חלק קטן מאוד מהגיאולוגיים הכלליים. לפיכך, על פי מועצת האנרגיה העולמית (WEC), במשאבי הדלק הכוללים בעולם, אמין מהווה קצת יותר מ-10%, וברוסיה - רק 4%.
בהערכת הסיכויים לצמיחה של עתודות נחקרות של דלק מינרלי וזמינותם, יש צורך לקחת בחשבון את ההקדמה האפשרית של חידושים טכניים וטכנולוגיים שונים, למשל, עלייה בהפקתו מבפנים כדור הארץ. אחרי הכל, בשנות השמונים. מקדם ההחלמה הממוצע למשאבי דלק היה 46% (כולל 80-90% לפחם פתוח, 35-80% לפחם במכרה, 35% לנפט ו-80% לגז טבעי).
הדרך להגדלת מאגרי הדלק הייתה תמיד העיקרית. אבל אחרי משבר האנרגיה של אמצע שנות ה-70. הדרך השנייה באה לידי ביטוי, המורכבת משימוש רציונלי וחסכוני יותר בהם, או, במילים אחרות, ביישום מדיניות חיסכון באנרגיה.
בעידן של דלק זול, רוב מדינות העולם פיתחו כלכלה עתירת משאבים. קודם כל, זה חל על המדינות העשירות ביותר במשאבים מינרליים - ארה"ב, קנדה, אוסטרליה, סין ובעיקר ברית המועצות, שם נצרך הרבה יותר דלק סטנדרטי ליחידת תמ"ג מאשר בארה"ב. גם במדינות מזרח אירופה עוצמת המשאבים של יחידת תוצר הייתה גבוהה פי שניים עד שלושה מאשר במדינות מערב אירופה. לכן, המעבר למסילות של חיסכון באנרגיה היה בעל חשיבות רבה. מדיניות החיסכון החלה להיות מיושמת בתעשייה, ובתחבורה, ובמגזר הציבורי ובכל תחומי הפעילות האחרים. יחד עם זאת, זה הושג לא רק באמצעות הכנסת טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה המובילות לירידה בעוצמת האנרגיה הספציפית, אלא גם במידה רבה בשל המבנה מחדש של כל המבנה של הכלכלות הלאומיות של הכלכלה העולמית. אין זה מקרי שבמסמך כה בסיסי כמו אג'נדה 21, שאומצה בוועידת הסביבה והפיתוח בריו דה ז'נרו ב-1992, נאמר במפורש שמדינות צריכות למצוא דרכים להבטיח פיתוח בר קיימא, המאפשרות צמיחה כלכלית ושגשוג תוך צמצום צריכת אנרגיה וחומרי גלם.
ואכן, למרות כל הישגי ההנדסה והטכנולוגיה, הרמה העולמית הממוצעת שימוש מועילמשאבי אנרגיה ראשוניים והיום הוא רק 1/3 (שריפת פחם - 20%, נפט - 24, גז טבעי - 48%). לכן, הספרות מרבה לצטט את הצהרת הידועים פיזיקה אנגליתג'יי תומסון שהיעילות של תחנות כוח מודרניות זהה בערך כאילו היית צריך לשרוף בית שלם כדי לטגן פגר חזיר... אבל זה גם אומר שאפילו עלייה של 1% ביעילות הדלק פירושה חיסכון עצום של דלק. לאחרונה בוצעו חידושים טכניים וטכנולוגיים רבים לשיפור המצב. החיסכון באנרגיה הולך וגדל עקב שיפור הציוד התעשייתי והעירוני, ייצור מכוניות יעילות יותר ועוד. בין האמצעים המקרו-כלכליים יש לכלול קודם כל שינוי הדרגתי במבנה צריכת משאבי האנרגיה תוך התמקדות ב הגדלת חלקם של משאבי אנרגיה ראשונית מתחדשים ולא מסורתיים.
המדינות המפותחות מבחינה כלכלית של המערב השיגו את ההצלחה הגדולה ביותר בדרך של חיסכון באנרגיה. רק ב-10-15 השנים הראשונות לאחר פרוץ משבר האנרגיה העולמי ירדה עוצמת האנרגיה של התמ"ג שלהם ב-1/3, וחלקם בצריכת הדלק והאנרגיה העולמית ירד מ-60% ל-48%. המשמעות היא שעוצמת האנרגיה הכוללת של הכלכלות של המדינות המפותחות נשמרת ושיעורי הצמיחה של התמ"ג החלו לעלות על שיעורי הצמיחה של צריכת הדלק והאנרגיה.
בשנים 1991–2000 קצב הצמיחה השנתי הממוצע של התמ"ג במדינות המפותחות היה 2.4%, וצריכת משאבי האנרגיה הקונבנציונליים הייתה 1.22 בשנים 2000–2010. נתונים דומים צריכים להיות 2.4 ו-0.7%.
הסטטיסטיקה מראה שבשנים 2000-2006, למרות הצמיחה הכלכלית, נפח הדלק הנצרך בארה"ב גדל ב-3% בלבד, ביפן, צרפת, נורבגיה - ב-1.5% בלבד, בבריטניה הוא נשאר באותה רמה, וכן אפילו ירד בגרמניה, שוויץ ושוודיה.
בניגוד למדינות המערב, במדינות מרכז ומזרח אירופה, חבר העמים, סין, המצב משתנה הרבה יותר לאט, והכלכלה שלהן עדיין מאוד אינטנסיבית באנרגיה. כך גם לגבי רוב המדינות המתפתחות שיצאו לדרך התיעוש. לדוגמה, במדינות אסיה ואפריקה, אובדן הגז הטבעי הנלווה המיוצר יחד עם הנפט הוא 80-100%.
כאשר מאפיינים את הסיכויים של בעיית האנרגיה העולמית, יש צורך להתעכב במיוחד על השימוש בדרכים חדשות ביסודו לפתור אותה, הקשורות להישגים של השלב הנוכחי של המהפכה המדעית והטכנולוגית.
ראשית, הכוונה היא לפיתוח עתידי של אנרגיה גרעינית, שבה כבר מתחיל לפעול דור חדש של כורים גרעיניים. ניתן לחזק משמעותית את מעמדה. בנוסף, לאחרונה החלה שוב לדון בשאלת גורלם של כורי נויטרונים מהירים (FBR). פעם הם נתפסו כ"גל" שני ויעיל הרבה יותר של אנרגיה גרעינית, המאפשר שימוש לא רק באורניום-235, אלא גם באורניום-238. אבל אז העבודה עליהם צומצמה.
שנית, מתנהלת כבר זמן רב עבודה על המרה ישירה של אנרגיה תרמית לאנרגיה חשמלית, עקיפת דודי קיטור וטורבינות, בעזרת גנרטורים MHD (מגנטו הידרודינמי). עוד בשנת 1971 הופעל במוסקבה מפעל הפיילוט הראשון מסוג זה בהספק של 25,000 קילוואט. היתרונות של גנרטורים MHD הם יעילות גבוהה, ללא פליטות מזיקות לאטמוספירה ואפשרות להתנעה מהירה תוך מספר שניות.
שלישית, החלה יצירת טורבוגנרטור קריוגני, שבו השפעת מוליכות העל מושגת על ידי קירור הרוטור עם הליום נוזלי. היתרונות של טורבוגנרטור כזה הם ממדים ומשקל קטנים, יעילות גבוהה. מודל תעשייתי פיילוט בהספק של 20 אלף קילוואט נוצר בברית המועצות (לנינגרד), כעת מתבצעת עבודה דומה בארה"ב, יפן ומדינות אחרות.
רביעית, לשימוש במימן כדלק יש סיכויים גדולים מאוד. לדברי כמה מומחים, נתיב זה יכול לשנות באופן קיצוני את כל הציוויליזציה הטכנוגנית העתידית. ככל הנראה, דלק מימן ימצא את היישום הגדול ביותר בתעשיית הרכב. בכל מקרה, מכונית המימן הראשונה עוד בתחילת שנות ה-90. מיוצר על ידי מאזדה היפנית. גם עיצוב מנוע חדש פותח עבורו.
חמישית, העבודה שהתחילה על ידי הפיזיקאי הרוסי המצטיין, האקדמאי A.F. Ioffe, על יצירת גנרטורים אלקטרוכימיים או תאי דלק, נמשכת.
הדלק העיקרי בתאי דלק הוא גם מימן, המועבר דרך ממברנות פולימריות עם זרז. במקרה זה, מתרחשת תגובה כימית עם חמצן באוויר, ומימן הופך למים, והאנרגיה הכימית של הבעירה שלו לאנרגיה חשמלית. היתרונות העיקריים של מנוע תאי דלק הם יעילות גבוהה מאוד (65–70% ומעלה), שהיא פי שניים ממנועים רגילים. היתרונות שלו כוללים גם קלות שימוש, לא תובעני לתיקון, חוסר רעש במהלך הפעולה.
עד לאחרונה, תאי דלק תוכננו רק למטרות מיוחדות, כמו חקר החלל. אבל עכשיו העבודה על היישום הרחב יותר שלהם מתבצעת במדינות מפותחות כלכלית רבות, ביניהן יפן תופסת את המקום הראשון. לפי מומחים, ההספק הכולל שלהם בעולם נמדד כיום במיליוני קילוואט. תחנות כוח של תאי דלק נבנו בטוקיו ובניו יורק. וה"דיימלר-בנץ" הגרמני הפך לקונצרן הרכב הראשון בעולם שהצליח ליצור אב טיפוס עובד של מכונית עם מנוע תאי דלק.
לבסוף, שישית, עלינו לדבר על הדבר החשוב ביותר - היתוך תרמו-גרעיני מבוקר (CTF).
בעוד שאנרגיה גרעינית מבוססת על תגובת הביקוע הגרעיני, התרמו-גרעיני מבוססת על תהליך הפוך של היתוך של גרעינים של איזוטופי מימן, בעיקר דאוטריום, וגם טריטיום. במקרה זה, בעירה גרעינית של 1 ק"ג דאוטריום משחררת פי 10 מיליון יותר אנרגיה מאשר בעירה של 1 ק"ג פחם. אבל כדי שתתחיל תגובה תרמו-גרעינית, יש צורך לחמם את הפלזמה לטמפרטורה של 100 מיליון מעלות (על פני השמש היא מגיעה "רק" ל-6 מיליון מעלות). אם אנחנו מתכוונים לפצצת תרמו-גרעינית או מימן, אז אנשים כבר למדו איך לייצר אותה (פלזמה), אבל למאה אלפית מיליון השנייה. לכן המאמצים העיקריים מכוונים לשמור על הפלזמה המחוממת, ובכך ליצור את התנאים להיתוך תרמו-גרעיני מבוקר.
לשם כך, השתמש בהגדרות סוגים שונים, אבל זה שהוצע על ידי האקדמאים א' סחרוב ואני תמם בשנות החמישים היה בשימוש נרחב ביותר. כור "טוקאמק" (תא טורואידי בשדה מגנטי). במתקן Tokamak-10 הצליחו מדענים סובייטים לחמם את הפלזמה, תחילה ל-10, אחר כך ל-25 ו-30 מיליון מעלות. באוניברסיטת פרינסטון (ארה"ב), מדענים חיממו אותו ל-70 מיליון מעלות. עד כה, כל אלה הם כורים ניסיוניים (הדגמה). בדרך כלל מציינים גם את הבטיחות היחסית של כור תרמו-גרעיני עבור הסביבה, המשמש גם כטיעון חשוב. לפי I. V. Bestuzhev-Lada, "אין כאן ריח של צ'רנוביל."
יש לזכור גם שהמשאב העיקרי של אנרגיה תרמו-גרעינית הוא משאב הדאוטריום הכלול במימי האוקיינוס העולמי בריכוז של כ-0.015% (מה שנקרא מים כבדים). על פי חישובים מודרניים, באמצעות משאבי דוטריום אלה, ייצור החשמל הפוטנציאלי יכול להיות 4.4 * 1024 קילוואט-שעה, אשר, במונחים של שווה ערך תרמית, גבוה פי 60 מיליון מהרמה הנוכחית של צריכת האנרגיה העולמית. לכן, אנרגיה תרמו-גרעינית יכולה להיחשב כבלתי נדלית כמעט. רק שלא כמו גיאותרמית, שמש, גאות ושפל, רוח, הוא נוצר בידיים אנושיות.
חשוב מאוד שהמחקרים העיקריים על היתוך תרמו-גרעיני מבוקר יבוצעו בתנאים של חילופי מידע מדעי מתמיד בין מדינות, בתיאום הסוכנות הבינלאומית לאנרגיה אטומית.
קודם כל, הם מרוכזים סביב פרויקט PTER (International Thermonuclear Research Reactor), שהעבודה עליו החלה עוד בסוף שנות ה-70. וממשיך בהצלחה, למרות נסיגת ארצות הברית. אתר בצרפת (Cadarache) כבר נבחר לבניית ה-PTER. העבודה שהחלה ב-2007 תימשך כנראה 8-10 שנים. צפוי כי PTER יאפשר לחמם את הפלזמה לטמפרטורה של 150 מיליון מעלות ולשמור אותה במצב זה למשך 500 שניות.

ישנם תרחישים רבים לפיתוח אנרגיה עולמית ב טווח ארוך. לדברי כמה מהם, צריכת האנרגיה העולמית באמצע המאה ה-XXI. יגדל ל-20 מיליארד טון (בשווי נפט), ומבחינת צריכה זו, מדינות מתפתחות יעקפו עד למועד זה את המדינות המפותחות (איור 151). ועד שנת 2100, אפילו עם התרחיש הממוצע, צריכת האנרגיה העולמית עשויה לעלות ל-30 מיליארד אצבעות (איור 152).
במקביל, יתרחשו גם שינויים מבניים חשובים: חלקם של דלקים מאובנים יקטן וחלקם של מקורות אנרגיה מתחדשים, בפרט מקורות אנרגיה מתחדשים לא מסורתיים (NCRES), כמו שמש, רוח, גיאותרמית וגאות, יגדל. . כולם שונים מהותית מהמקורות המסורתיים של דלקים מינרליים בהתחדשותם וביעילותם הכלכלית. גם לשימוש בדלק ביולוגי, במיוחד ביואתנול, יש סיכויים גדולים. עתידנים אמריקאים מציעים שעד 2010, מקורות חלופיים כבר יספקו 10% מהאנרגיה המיוצרת בעולם, ב-2016 תגדל יעילות תחנות הכוח ל-50%, עד 2017 יתחיל השימוש הנרחב בסוללות דלק, ומ-2026 – שימוש מסחרי בכורים תרמו-גרעיניים.
מכל האמור לעיל, המסקנה מעידה בעצמה כי אין כמעט עילה מספקת לתפיסה פסימית ביותר על עתיד האנרגיה של האנושות. כמובן שעלולה להתרחש דלדול של בריכות דלק בודדות, מה שישפיע גם על גורלם של אזורים בודדים בתעשיית הכרייה. אבל הסיכוי למחסור מוחלט בדלק עדיין לא סביר. ובכל זאת, כל הרזרבות המוכחות של רוב מאובני הדלק מאפשרות לשמור על רמות ייצור גבוהות מספיק - לפחות עד אמצע המאה ה-21, כאשר האנרגיה התרמו-גרעינית יכולה להתחיל לפעול בעוצמה ובעיקר.

תחזית ודרישות לאנרגיה מנקודת המבט של פיתוח בר קיימא של האנושות. מקורות אנרגיה לא מסורתיים: אנרגיה סולארית, אנרגיית רוח, אנרגיה תרמית של כדור הארץ, אנרגיה של מים פנימיים וביומסה. ניסיונות להשתמש במקורות אנרגיה לא מסורתיים.

משרד החקלאות והמזון של הפדרציה הרוסית

FGOU VPO האקדמיה החקלאית של מדינת אורל

המחלקה לאקולוגיה והגיינת בעלי חיים

מאמר על אקולוגיה:

בעיות אנרגיה של האנושות

אמן: ANTONIO

תלמיד FTZh 212T

ראש: לופאיבה

נדז'דה ליאונידובנה

יקטרינבורג 2007

מבוא 3
אנרגיה סולארית 12
אנרגיית רוח 15
אנרגיה תרמית של כדור הארץ 18
אנרגיה של מים פנימיים 19
אנרגיה מביומסה 20
מסקנה 21
ספרות 23
מבוא
כעת, יותר מתמיד, עלתה השאלה מה יהיה עתידו של כדור הארץ במונחים של אנרגיה. מה מצפה לאנושות - רעב אנרגיה או שפע אנרגיה? יש יותר ויותר כתבות על משבר האנרגיה בעיתונים ובמגזינים השונים. בגלל הנפט צצות מלחמות, מדינות פורחות והופכות עניות יותר, ממשלות מוחלפות. דיווחים על השקת מתקנים חדשים או על המצאות חדשות בתחום האנרגיה החלו להיות מיוחסים לקטגוריית סנסציות העיתונים. מפותחות תוכניות אנרגיה ענקיות, שיישמן ידרוש מאמצים אדירים והוצאות חומר אדירות.
אם בסוף המאה ה-19 האנרגיה מילאה, באופן כללי, תפקיד עזר וחסר חשיבות במאזן העולמי, הרי שכבר ב-1930 הופקו בעולם כ-300 מיליארד קילוואט-שעה של חשמל. לאורך זמן - מספרים עצומים, שיעורי צמיחה עצומים! ועדיין תהיה מעט אנרגיה - הביקוש אליו גדל אפילו מהר יותר. רמת החומר, ובסופו של דבר, התרבות הרוחנית של אנשים תלויה ישירות בכמות האנרגיה העומדת לרשותם.
כדי לחלץ עפרות, להמיס מתכת ממנה, לבנות בית, ליצור כל דבר, אתה צריך להשתמש באנרגיה. והצרכים האנושיים גדלים כל הזמן, ויש יותר ויותר אנשים. אז למה להפסיק? מדענים וממציאים פיתחו מזמן דרכים רבות להפקת אנרגיה, בעיקר חשמלית. אז בואו נבנה עוד ועוד תחנות כוח, ותהיה כמה אנרגיה שצריך! פתרון כל כך ברור לכאורה לבעיה מורכבת, מתברר, טומן בחובו מלכודות רבות. חוקי הטבע הבלתי נמנעים קובעים שאפשר להשיג אנרגיה שמישה רק באמצעות הטרנספורמציה שלה מצורות אחרות.
מכונות תנועה תמידית, שכביכול מייצרות אנרגיה ולא לוקחות אותה מכל מקום, למרבה הצער, הן בלתי אפשריות. והמבנה של כלכלת האנרגיה העולמית עד היום התפתח בצורה כזו שארבעה מכל חמישה קילוואט המיוצרים מתקבלים באופן עקרוני באותה דרך שהאדם הפרימיטיבי נהג להתחמם, כלומר על ידי שריפת דלק, או על ידי שימוש ב אנרגיה כימית שנאגרה בו, והופכת אותה לחשמל בתחנות כוח תרמיות.
נכון, שיטות שריפת הדלק הפכו להרבה יותר מורכבות ומושלמות. הדרישות המוגברות להגנת הסביבה דרשו גישה חדשה לאנרגיה. המדענים והמומחים הבולטים ביותר לקחו חלק בפיתוח תוכנית האנרגיה תחומים שונים. בעזרת המודלים המתמטיים העדכניים ביותר, מחשבים אלקטרוניים חישבו כמה מאות אפשרויות למבנה מאזן האנרגיה העתידי. נמצאו פתרונות יסוד שקבעו את אסטרטגיית פיתוח האנרגיה לעשורים הקרובים. למרות שתחום האנרגיה של העתיד הקרוב עדיין יתבסס על הנדסת חשמל תרמית תוך שימוש במשאבים לא מתחדשים, המבנה שלו ישתנה. יש להפחית את השימוש בשמן. ייצור החשמל בתחנות כוח גרעיניות יגדל באופן משמעותי.

אנרגיה: תחזית מנקודת מבט של פיתוח בר קיימא של האנושות

לפי אילו חוקים תתפתח האנרגיה של העולם בעתיד, בהתבסס על תפיסת האו"ם לפיתוח בר קיימא של האנושות? תוצאות מחקר של מדעני אירקוטסק, השוואתם עם יצירותיהם של מחברים אחרים אפשרו לקבוע מספר דפוסים ותכונות כלליות.

התפיסה של פיתוח בר-קיימא של האנושות, שנוסחה בוועידת האו"ם בריו דה ז'נרו ב-1992, משפיעה ללא ספק גם על מגזר האנרגיה. הוועידה הראתה כי האנושות אינה יכולה להמשיך ולהתפתח בדרך המסורתית, המתאפיינת בשימוש לא רציונלי במשאבי טבע ומתקדמת. השפעה שליליתעל הסביבה. אם המדינות המתפתחות ילכו באותה דרך שבה השיגו המדינות המפותחות את רווחתן, אז אסון סביבתי עולמי יהיה בלתי נמנע.

הרעיון של פיתוח בר קיימא מבוסס על ההכרח האובייקטיבי (כמו גם הזכות והבלתי נמנעת) של הפיתוח החברתי-כלכלי של מדינות העולם השלישי. מדינות מפותחות יכלו, ככל הנראה, "להתפייס" (לפחות לזמן מה). הושגה רמהרווחה וצריכה של משאבי כדור הארץ. למרות זאת אנחנו מדבריםלא רק על שמירת הסביבה והתנאים לקיום האנושות, אלא גם על העלאת הרמה הכלכלית-חברתית של מדינות מתפתחות ("דרום") וקירובה לרמת המדינות המפותחות ("צפון").

הדרישות לאנרגיה לפיתוח בר קיימא יהיו, כמובן, רחבות יותר מאשר לאנרגיה נקייה. הדרישות של חוסר התכלה של משאבי האנרגיה המשמשים וניקיון הסביבה, המוטבעים בתפיסה של מערכת אנרגיה ידידותית לסביבה, עומדות בשני העקרונות החשובים ביותר של פיתוח בר קיימא - כיבוד האינטרסים של הדורות הבאים ושמירה על הסביבה. בניתוח העקרונות והמאפיינים האחרים של הרעיון של פיתוח בר קיימא, אנו יכולים להסיק שאנרגיה ב מקרה זהיש לעמוד בשתי דרישות נוספות לפחות:

- הבטחת צריכת אנרגיה (כולל שירותי אנרגיה לאוכלוסייה) שאינה מתחת למינימום חברתי מסוים;

- פיתוח האנרגיה הלאומית (כמו גם הכלכלה) צריך להיות מתואם הדדי עם פיתוחה ברמה האזורית והעולמית.

הראשון נובע מעקרונות עדיפות הגורמים החברתיים והבטחת צדק חברתי: כדי לממש את זכותם של אנשים לחיים בריאים ופוריים, צמצום הפער ברמת החיים של עמי העולם, מיגור העוני והדלות. , יש צורך להבטיח מסוים שכר מחיה, לרבות עמידה בצורכי האנרגיה המינימליים הנדרשים של האוכלוסייה והמשק.

הדרישה השנייה קשורה לאופי הגלובלי של האסון הסביבתי הממשמש ובא ולצורך בפעולה מתואמת של הקהילה העולמית כולה כדי לחסל איום זה. אפילו מדינות שיש להן מספיק משאבי אנרגיה משלהן, כמו רוסיה, אינן יכולות לתכנן את פיתוח האנרגיה שלהן במנותק בגלל הצורך לקחת בחשבון אילוצים סביבתיים וכלכליים גלובליים ואזוריים.

בשנים 1998–2000 ISEM SB RAS ערכה מחקר על הסיכויים לפיתוח תעשיית האנרגיה בעולם ואזוריה במאה ה-21, במסגרתו, יחד עם היעדים שנקבעו בדרך כלל, לקבוע מגמות ארוכות טווח בפיתוח האנרגיה, כיוונים רציונליים של התקדמות מדעית וטכנית וכו'. נעשה ניסיון לבדוק את האפשרויות שהתקבלו לפיתוח תחום האנרגיה "לקיימות", כלומר. לעמידה בתנאים ובדרישות של פיתוח בר קיימא. יחד עם זאת, בניגוד לאפשרויות הפיתוח שפותחו בעבר על פי העיקרון של "מה יקרה אם...", ניסו המחברים להציע, במידת האפשר, תחזית סבירה לפיתוח תחום האנרגיה של העולם ואזוריו במאה ה-21. עם כל הקונבנציונליות שלה, ניתן רעיון מציאותי יותר לגבי עתיד האנרגיה, השפעתה האפשרית על הסביבה, העלויות הכלכליות הנדרשות וכו'.

הסכימה הכללית של מחקרים אלה היא מסורתית ברובה: שימוש במודלים מתמטיים שעבורם מכינים מידע על צורכי אנרגיה, משאבים, טכנולוגיות ומגבלות. כדי לקחת בחשבון את אי הוודאות של המידע, בעיקר על צרכי אנרגיה ואילוצים, נוצרת מערכת של תרחישים לתנאים עתידיים לפיתוח תעשיית האנרגיה. תוצאות החישובים על המודלים מנותחות לאחר מכן עם מסקנות והמלצות מתאימות.

כלי המחקר העיקרי היה מודל האנרגיה העולמי GEM-10R. מודל זה הוא אופטימיזציה, ליניארי, סטטי, רב אזורי. ככלל, העולם היה מחולק ל-10 אזורים: צפון אמריקה, אירופה, מדינות ברית המועצות לשעבר, אמריקה הלטינית, סין וכו'. המודל מייעל את מבנה האנרגיה של כל האזורים בו זמנית, תוך התחשבות בייצוא-יבוא של דלק ואנרגיה על פני מרווחים של 25 שנים - 2025, 2050, 2075 ו-2100. כל השרשרת הטכנולוגית עוברת אופטימיזציה, החל בהפקה (או ייצור) של משאבי אנרגיה ראשוניים, וכלה בטכנולוגיות לייצור של ארבעה סוגי אנרגיה סופית (חשמלית, תרמית, מכנית וכימית). המודל מציג כמה מאות טכנולוגיות לייצור, עיבוד, הובלה וצריכה של משאבי אנרגיה ראשוניים ונושאי אנרגיה משניים. ניתנות הגבלות אזוריות וגלובליות אקולוגיות (לפליטת CO 2, SO 2 וחלקיקים), הגבלות על פיתוח טכנולוגיות, חישוב עלויות לפיתוח ותפעול אנרגיה באזורים, קביעת הערכות כפולות וכו'. משאבי אנרגיה (כולל מתחדשים) באזורים נקבעים בחלוקה ל-4-9 קטגוריות עלות.

ניתוח התוצאות הראה כי האפשרויות שהושגו לפיתוח מגזר האנרגיה בעולם ובאזורים עדיין קשות ליישום ואינן עומדות במלואן בדרישות ובתנאים לפיתוח בר-קיימא של העולם בהיבטים סוציו-אקונומיים. בפרט, רמת צריכת האנרגיה הנחשבת נראתה, מצד אחד, קשה להשגה, ומצד שני, לא מספקת את הקירוב הרצוי של מדינות מתפתחות למדינות מפותחות מבחינת צריכת אנרגיה לנפש ופיתוח כלכלי (תוצר ספציפי ). בהקשר זה נערכה תחזית צריכת אנרגיה חדשה (נמוכה יותר), בהנחה קצב הפחתה גבוה יותר בעוצמת האנרגיה של התמ"ג ומתן סיוע כלכלי ממדינות מפותחות למדינות מתפתחות.

רמת צריכת האנרגיה הגבוהה נקבעת על בסיס התמ"ג הספציפי, התואם בעצם את התחזיות של הבנק העולמי. יחד עם זאת, בסוף המאה ה-21, המדינות המתפתחות יגיעו רק לרמת התמ"ג הנוכחית במדינות המפותחות, כלומר. הפער יהיה כ-100 שנים. באופציה של צריכת אנרגיה נמוכה, אומץ היקף הסיוע ממדינות מפותחות למדינות מתפתחות על סמך המדדים שנדונו בריו דה ז'נרו: כ-0.7% מהתמ"ג של המדינות המפותחות, או 100-125 מיליארד דולר. בשנה. במקביל, צמיחת התמ"ג במדינות המפותחות יורדת במקצת, בעוד שבמדינות המתפתחות היא עולה. בממוצע, התמ"ג לנפש בתרחיש זה גדל ברחבי העולם, מה שמעיד על כדאיות מתן סיוע כזה מנקודת המבט של האנושות כולה.

צריכת האנרגיה לנפש בגרסה הנמוכה במדינות המתועשות תתייצב, במדינות מתפתחות היא תגדל עד סוף המאה פי 2.5 בערך, ובממוצע ברחבי העולם פי 1.5 בהשוואה לשנת 1990. צריכת אנרגיה סופית גלובלית מוחלטת ( שכן בהתחשב בגידול האוכלוסייה) יגדל עד סוף תחילת המאה לפי התחזית הגבוהה בכפי 3.5, לפי התחזית הנמוכה - פי 2.5.

השימוש בסוגים מסוימים של משאבי אנרגיה ראשוניים מאופיין בתכונות הבאות. הנפט בכל התרחישים נצרך בערך זהה - בשנת 2050 מגיעים לשיא הייצור שלו, ועד שנת 2100, משאבים זולים (מחמש קטגוריות העלויות הראשונות) מוצו לחלוטין או כמעט לחלוטין. מגמה יציבה זו מוסברת על ידי היעילות הגבוהה של הנפט לייצור אנרגיה מכנית וכימית, כמו גם חום וחשמל שיא. בסוף המאה, הנפט מוחלף בדלקים סינתטיים (בעיקר מפחם).

הפקת הגז הטבעי גדלה ברציפות לאורך המאה, והגיעה למקסימום בסיומה. שתי הקטגוריות היקרות ביותר (מתאן לא קונבנציונלי והידראטים מתאן) התבררו כלא תחרותיות. גז משמש להפקת כל סוגי האנרגיה הסופית, אך בעיקר להפקת חום.

פחם ואנרגיה גרעינית נתונים לשינויים הגדולים ביותר בהתאם להגבלות שהוכנסו. בהיותם חסכוניים בערך באותה מידה, הם מחליפים זה את זה, במיוחד בתרחישים ה"קיצוניים". הם משמשים בעיקר בתחנות כוח. חלק ניכר מהפחם במחצית השנייה של המאה מעובד לדלק מנוע סינטטי, ואנרגיה גרעינית בתרחישים עם הגבלות קפדניות על פליטת CO 2 משמשת בקנה מידה גדול להפקת מימן.

השימוש במקורות אנרגיה מתחדשים משתנה באופן משמעותי בתרחישים שונים. רק אנרגיית מים וביומסה מסורתית, כמו גם משאבי רוח זולים, משמשים בר קיימא. סוגים אחרים של RES הם המשאבים היקרים ביותר, סוגרים את מאזן האנרגיה ומתפתחים לפי הצורך.

מעניין לנתח את עלויות האנרגיה העולמית בתרחישים שונים. הם פחות מכולם, כמובן, בשני התרחישים האחרונים עם צריכת חשמל מופחתת והגבלות מתונות. עד סוף המאה הם גדלים בערך פי 4 בהשוואה לשנת 1990. העלויות הגבוהות ביותר התקבלו בתרחיש עם צריכת אנרגיה מוגברת והגבלות חמורות. בסוף המאה הם פי 10 מהעלויות של 1990 ופי 2.5 מהעלויות בתרחישים האחרונים.

יצוין כי הכנסת מורטוריום על אנרגיה גרעינית בהיעדר הגבלות על פליטת CO 2 מגדילה את העלויות ב-2% בלבד, מה שמוסבר ביעילות שווה בקירוב של תחנות כוח גרעיניות ותחנות כוח פחמיות. עם זאת, אם יוכנסו הגבלות קפדניות על פליטת CO 2 במהלך הקפאת אנרגיה גרעינית, אזי עלויות האנרגיה כמעט יוכפלו.

כתוצאה מכך, "המחירים" של הקפאה גרעינית והגבלות על פליטת CO 2 גבוהים מאוד. הניתוח הראה כי עלות הפחתת פליטת CO 2 יכולה להסתכם ב-1-2% מהתמ"ג העולמי, כלומר. מסתבר שהם דומים לנזק הצפוי משינויי האקלים על פני כדור הארץ (עם התחממות בכמה מעלות). זה נותן בסיס לדבר על קבילות (או אפילו נחיצות) של הקלת ההגבלות על פליטת CO 2. למעשה, נדרש למזער את סכום העלויות להפחתת פליטת CO 2 והנזקים משינויי האקלים (שזו כמובן משימה קשה ביותר).

חשוב מאוד שהעלות הנוספת של הפחתת פליטת CO 2 תישא בעיקר על מדינות מתפתחות. בינתיים, המדינות הללו, מצד אחד, אינן אשמות במצב שנוצר עם אפקט חממה, ומצד שני, פשוט אין להן אמצעים כאלה. קבלת הכספים הללו ממדינות מפותחות תגרום ללא ספק לקשיים גדולים וזו אחת הבעיות החמורות ביותר בהשגת פיתוח בר קיימא.

מקורות אנרגיה לא שגרתיים

במאה ה-21, אנו מודעים בצורה מפוכחת למציאות של האלף השלישי. לרוע המזל, עתודות הנפט, הגז והפחם אינן אינסופיות. לטבע לקח מיליוני שנים ליצור את השמורות האלה, הן ינוצלו במאות. היום, העולם החל לחשוב ברצינות כיצד למנוע את הגזל הטורף של העושר הארצי. אחרי הכל, רק בתנאי זה, עתודות דלק יכולות להימשך מאות שנים. למרבה הצער, מדינות רבות המפיקות נפט חיות עבור היום. הם מבלים ללא רחם את מאגרי הנפט שניתן להם מהטבע. מה יקרה אז, וזה יקרה במוקדם או במאוחר, כאשר שדות הנפט והגז יגמרו? הסבירות להתדלדלות מוקדמת של מאגרי הדלק העולמיים, כמו גם הידרדרות המצב הסביבתי בעולם (זיקוק נפט ותאונות תכופות למדי במהלך הובלתו מהווים איום ממשי על הסביבה) גרמו לנו לחשוב על סוגים אחרים של דלק. יכול להחליף נפט וגז.

עכשיו בעולם יותר ויותר מדענים ומהנדסים מחפשים מקורות חדשים, לא מסורתיים, שיכולים לקחת על עצמם לפחות חלק מהדאגות לאספקת אנרגיה לאנושות. מקורות אנרגיה מתחדשים לא מסורתיים כוללים אנרגיה סולארית, רוח, גיאותרמית, ביומסה ואנרגיה אוקיינוס.

אנרגיה של שמש

לאחרונה, העניין בבעיית השימוש באנרגיה סולארית גדל באופן דרמטי, ולמרות שמקור זה הוא גם מתחדש, תשומת הלב המוקדשת אליו ברחבי העולם גורמת לנו לשקול את אפשרויותיו בנפרד. האפשרויות הפוטנציאליות של הנדסת חשמל המבוססת על שימוש בקרינת שמש ישירה הן גבוהות ביותר. שימו לב ששימוש ב-0.0125% בלבד מכמות האנרגיה הסולארית הזו יכול לספק את כל הצרכים הנוכחיים של האנרגיה העולמית, והשימוש ב-0.5% יכול לכסות באופן מלא את הצרכים לעתיד. למרבה הצער, אין זה סביר שהמשאבים הפוטנציאליים העצומים הללו ימומשו אי פעם בקנה מידה גדול. אחד המכשולים החמורים ביותר ליישום כזה הוא העוצמה הנמוכה של קרינת השמש.

אפילו בתנאים האטמוספריים הטובים ביותר (קווי רוחב דרומיים, שמיים בהירים), צפיפות שטף קרינת השמש אינה עולה על 250 W/m2. לכן, על מנת שקולטי קרינת השמש "יאסוף" את האנרגיה הדרושה כדי לענות על כל צרכי האנושות בשנה, הם חייבים להיות ממוקמים בשטח של 130,000 קמ"ר! הצורך להשתמש באספנים ענקיים, בנוסף, כרוך בעלויות חומר משמעותיות. הקולט הפשוט ביותר של קרינת השמש הוא יריעת מתכת מושחרת שבתוכה יש צינורות עם נוזל שמסתובב בתוכו. מחומם על ידי אנרגיית השמש הנספגת בקולט, הנוזל מסופק לשימוש ישיר. על פי חישובים, ייצור קולטי קרינת שמש בשטח של 1 קמ"ר דורש כ-10 4 טון אלומיניום. הוכח נכון להיום, עתודות מתכת זו בעולם מוערכות ב-1.17 * 10 9 טון.

ברור שישנם גורמים שונים המגבילים את קיבולת האנרגיה הסולארית. נניח שבעתיד ניתן יהיה להשתמש לא רק באלומיניום, אלא גם בחומרים אחרים לייצור אספנים. האם המצב ישתנה במקרה זה? נצא מהעובדה שבשלב נפרד של פיתוח אנרגיה (אחרי 2100) כל צרכי האנרגיה של העולם יסופקו על ידי אנרגיית השמש. במסגרת מודל זה ניתן להעריך שבמקרה זה יהיה צורך "לאסוף" אנרגיית שמש על שטח מ-1*10 6 עד 3*10 6 קמ"ר. יחד עם זאת, השטח הכולל של אדמה חקלאית בעולם כיום הוא 13*10 6 קמ"ר. אנרגיה סולארית היא אחד מסוגי הפקת האנרגיה עתירי החומרים ביותר. השימוש באנרגיה סולארית בקנה מידה גדול כרוך בגידול עצום בצורך בחומרים, וכתוצאה מכך, במשאבי עבודה להפקת חומרי גלם, העשרה שלהם, ייצור חומרים, ייצור הליוסטטים, קולטים, ציוד אחר, והתחבורה שלהם. חישובים מראים שייקח בין 10,000 ל-40,000 שעות עבודה כדי לייצר 1 מגה וואט של חשמל בשנה באמצעות אנרגיה סולארית.

באנרגיה מסורתית על דלקים מאובנים, נתון זה הוא 200-500 שעות עבודה. לעת עתה אנרגיה חשמלית, שנולד על ידי קרני השמש, הוא הרבה יותר יקר ממה שמתקבל בשיטות מסורתיות. המדענים מקווים שהניסויים שהם יבצעו במתקני ניסוי ובתחנות יסייעו לפתור לא רק בעיות טכניות אלא גם כלכליות.

הניסיונות הראשונים להשתמש באנרגיה סולארית על בסיס מסחרי מתחילים בשנות ה-80 של המאה הקודמת. Loose Industries (ארה"ב) השיגה את ההצלחה הגדולה ביותר בתחום זה. בדצמבר 1989 היא הפעילה תחנת דלק סולארית בהספק של 80 מגוואט. כאן, בקליפורניה, בשנת 1994 הוכנסו עוד 480 MW של כוח חשמלי, והעלות של 1 קילוואט אנרגיה היא 7-8 סנט. זה נמוך יותר מאשר בתחנות מסורתיות. בלילה ובחורף, האנרגיה מסופקת בעיקר על ידי גז, ובקיץ ובשעות היום - על ידי השמש. תחנת כוח בקליפורניה הוכיחה שגז והשמש, כמקורות האנרגיה העיקריים בעתיד הקרוב, יכולים למעשה להשלים זה את זה. לכן, אין זה מקרי שסוגים שונים של דלקים נוזליים או גזיים יפעלו כשותף לאנרגיה סולארית. ה"מועמד" הסביר ביותר הוא מימן.

הפקתו באמצעות אנרגיה סולארית, למשל, באלקטרוליזה של מים, יכולה להיות זולה למדי, ואת הגז עצמו, בעל ערך קלורי גבוה, ניתן להעביר בקלות ולאחסן אותו לאורך זמן. מכאן המסקנה: האפשרות החסכונית ביותר להשתמש באנרגיה סולארית, הנראית כיום, היא לכוון אותה להשגת סוגים משניים של אנרגיה באזורים שטופי השמש של הגלובוס. ניתן לשאוב את הדלק הנוזלי או הגז המתקבל דרך צינורות או להעביר במכליות לאזורים אחרים. הפיתוח המהיר של אנרגיית השמש התאפשר עקב הוזלת עלות הממירים הפוטו-וולטאיים ל-1 W של הספק מותקן מ-1,000 דולר ב-1970 ל-3-5 דולר ב-1997 ועלייה ביעילותם מ-5 ל-18%. הפחתת העלות של וואט סולארי ל-50 סנט תאפשר למפעלים סולאריים להתחרות במקורות אנרגיה אוטונומיים אחרים, כמו תחנות כוח דיזל.

אנרגיית רוח

האנרגיה של מסות אוויר נעות היא עצומה. העתודות של אנרגיית הרוח גדולות יותר מפי מאה ממאגרי האנרגיה של כל נהרות הפלנטה. הרוחות המנשבות במרחבי ארצנו יכלו לספק בקלות את כל צרכיה לחשמל! תנאי האקלים מאפשרים לפתח אנרגיית רוח בשטח עצום מגבולותינו המערביים ועד לגדות ה-Yenisei. האזורים הצפוניים של המדינה לאורך חופי האוקיינוס הארקטי עשירים באנרגיית רוח, שם היא נחוצה במיוחד עבור האנשים האמיצים המאכלסים את האדמות העשירות ביותר הללו. מדוע מקור אנרגיה כה רב, זול וידידותי לסביבה נמצא בשימוש כה גרוע? כיום, מנועי רוח מכסים רק אלפית מצרכי האנרגיה בעולם. הטכנולוגיה של המאה ה-20 פתחה הזדמנויות חדשות לחלוטין לאנרגיית רוח, שתפקידה הפך להיות שונה - לייצר חשמל. בתחילת המאה נ.ע. ז'וקובסקי פיתח את התיאוריה של טורבינת רוח, שעל בסיסה ניתן ליצור מתקנים בעלי ביצועים גבוהים המסוגלים לקבל אנרגיה מהבריזה החלשה ביותר. פרויקטים רבים של טורבינות רוח הופיעו, מתקדמים לאין ערוך מטחנות הרוח הישנות. הישגים של ענפי ידע רבים משמשים בפרויקטים חדשים. כיום, עיצוב גלגל רוח, לב ליבה של כל תחנת כוח רוח, מערב בוני מטוסים המסוגלים לבחור את פרופיל הלהב המתאים ביותר וללמוד אותו במנהרת רוח. באמצעות מאמציהם של מדענים ומהנדסים, נוצר מגוון רחב של עיצובים של טורבינות רוח מודרניות.

מכונת הלהבים הראשונה שהשתמשה באנרגיית הרוח הייתה מפרש. מפרש וטורבינת רוח, למעט מקור אנרגיה אחד, מאוחדים על ידי אותו עיקרון המשמש. המחקר של יו. ס. קריוצ'קוב הראה שניתן לייצג מפרש כטורבינת רוח עם קוטר גלגל אינסופי. המפרש הוא מכונת ההנעה המתקדמת ביותר, בעלת המקדם הגבוה ביותר פעולה שימושית, אשר משתמש ישירות באנרגיית הרוח לתנועה.

כוח הרוח, באמצעות גלגלי רוח וטורבינות רוח, זוכה כעת לתחייה, בעיקר במתקנים קרקעיים. יחידות מסחריות כבר נבנו והן פועלות בארצות הברית. הפרויקטים ממומנים למחצה מתקציב המדינה. החצי השני מושקע על ידי צרכני עתידי של אנרגיה נקייה.

ההתפתחויות הראשונות בתיאוריה של טורבינת רוח מתוארכות לשנת 1918. V. Zalevsky החל להתעניין בטחנות רוח ובתעופה באותו זמן. הוא החל ליצור תיאוריה שלמה של טחנת הרוח והסיק כמה הוראות תיאורטיות שטחנת רוח חייבת לעמוד בהן.

בתחילת המאה ה-20 העניין במדחפים ובטורבינות רוח לא היה מבודד מהמגמות הכלליות של התקופה - להשתמש ברוח בכל מקום אפשרי. בתחילה, טורבינות רוח היו בשימוש נרחב ביותר בחקלאות. המדחף שימש להנעת מנגנוני ספינה. ב"פראם" המפורסם בעולם הוא סובב את הדינמו. על סירות מפרש, טחנות רוח מפעילות משאבות ומנגנוני עיגון.

ברוסיה, עד תחילת המאה הקודמת, הסתובבו כ-2,500 אלף טחנות רוח בעלות קיבולת כוללת של מיליון קילוואט. לאחר 1917 נותרו הטחנות ללא בעלים וקרסו בהדרגה. נכון, נעשו ניסיונות להשתמש באנרגיית הרוח כבר על בסיס מדעי וממלכתי. בשנת 1931 נבנתה ליד יאלטה תחנת כוח הרוח הגדולה ביותר באותה תקופה בהספק של 100 קילוואט, ולאחר מכן פותח פרויקט ליחידה של 5000 קילוואט. אך לא ניתן היה ליישם זאת, שכן המכון לאנרגיית רוח, שטיפל בבעיה זו, נסגר.

בארצות הברית, עד 1940, נבנתה טורבינת רוח בהספק של 1250 קילוואט. עד סוף המלחמה ניזוק אחד מלהביו. הם אפילו לא התחילו לתקן את זה - כלכלנים חישבו שזה משתלם יותר להשתמש בתחנת כוח דיזל קונבנציונלית. מחקרים נוספים על מתקן זה פסקו.

הניסיונות הכושלים להשתמש באנרגיית רוח בייצור חשמל בקנה מידה גדול בשנות ה-40 לא היו מקריים. הנפט נשאר זול יחסית, השקעות הון ספציפיות בתחנות כוח תרמיות גדולות ירדו בחדות, ופיתוח כוח המים, כפי שנראה אז, הבטיח הן מחירים נמוכים והן ניקיון סביבתי משביע רצון.

חיסרון משמעותי של אנרגיית הרוח הוא השונות שלה לאורך זמן, אך ניתן לפצות עליה על ידי מיקומן של טורבינות רוח. אם, בתנאים של אוטונומיה מוחלטת, ישולבו כמה עשרות טורבינות רוח גדולות, אז ההספק הממוצע שלהן יהיה קבוע. בנוכחות מקורות אנרגיה אחרים, מחולל הרוח יכול להשלים את הקיימים. ולבסוף, ניתן להשיג אנרגיה מכנית ישירות מטורבינת הרוח.

אנרגיה תרמית של כדור הארץ

מאז ימי קדם, אנשים ידעו על הביטויים הספונטניים של אנרגיה ענקית האורבת בבטן הגלובוס. כוחה של ההתפרצות עולה פעמים רבות על כוחן של תחנות הכוח הגדולות ביותר שנוצרו בידי אדם. נכון, אין צורך לדבר על השימוש הישיר באנרגיה של התפרצויות געשיות - עד כה אין לאנשים את ההזדמנות לרסן את היסוד הסורר הזה, ולמרבה המזל, ההתפרצויות הללו הן אירועים נדירים למדי. אבל אלה הם ביטויים של האנרגיה האורבת בבטן האדמה, כאשר רק חלק זעיר מהאנרגיה הבלתי נדלית הזו מוצא מוצא דרך פתחי האוורור נושמים האש של הרי געש. המדינה האירופית הקטנה איסלנד מחזיקה בעצמה מלאה בעגבניות, תפוחים ואפילו בננות! חממות איסלנדיות רבות מופעלות על ידי חום כדור הארץ - אין כמעט מקורות אנרגיה מקומיים אחרים באיסלנד. אבל המדינה הזו עשירה מאוד במעיינות חמים ובגייזרים המפורסמים-מזרקות של מים חמים, הפורצים מהאדמה בדיוק של כרונומטר. ולמרות שלאיסלנדים אין עדיפות בשימוש בחום ממקורות תת-קרקעיים, תושבי המדינה הצפונית הקטנה הזו מפעילים את בית הדוודים התת-קרקעי באינטנסיביות רבה.

רייקיאוויק, שבה מתגוררים מחצית מאוכלוסיית המדינה, מחוממת רק על ידי מקורות תת-קרקעיים. אבל לא רק לחימום אנשים שואבים אנרגיה ממעמקי כדור הארץ. תחנות כוח המשתמשות במעיינות תת-קרקעיים חמים פועלות כבר זמן רב. תחנת הכוח הראשונה כזו, שעדיין די נמוכה בהספק, נבנתה בשנת 1904 בעיירה האיטלקית הקטנה לדרלו. בהדרגה גדלה קיבולת תחנת הכוח, עוד ועוד יחידות חדשות נכנסו לפעולה, נעשה שימוש במקורות חדשים של מים חמים, וכיום הספק של התחנה כבר הגיע לערך מרשים - 360 אלף קילוואט. בניו זילנד, יש תחנת כוח כזו באזור Wairakei, ההספק שלה הוא 160,000 קילוואט. מפעל גיאותרמי בהספק של 500,000 קילוואט מייצר חשמל במרחק של 120 קילומטרים מסן פרנסיסקו שבארצות הברית.

אנרגיה של מים פנימיים

קודם כל, אנשים למדו להשתמש באנרגיה של נהרות. אבל בעידן הזהב של החשמל, הייתה רנסנס של גלגל המים בדמות טורבינת מים. גנרטורים חשמליים שמייצרים אנרגיה היו צריכים להיות מסובבים, וזה יכול להיעשות די בהצלחה על ידי מים. אנו יכולים להניח שכוח המים המודרני נולד ב-1891. היתרונות של תחנות כוח הידרואלקטריות ברורים - אספקת אנרגיה מתחדשת מתמדת על ידי הטבע עצמו, קלות תפעול והיעדר זיהום סביבתי. והניסיון בבנייה והפעלת גלגלי מים יכול להיות לעזר רב לתעשיית כוח ההידרו.

עם זאת, על מנת להגדיר את טורבינות המים החזקות בסיבוב, יש צורך לצבור אספקה עצומה של מים מאחורי הסכר. כדי לבנות סכר צריך כל כך הרבה חומר להניח עד שנפח הפירמידות המצריות הענקיות ייראה חסר חשיבות בהשוואה. בשנת 1926 הופעלה תחנת הכוח ההידרואלקטרית Volkhovskaya, בשנה שלאחר מכן החלה בנייתה של Dneprovskaya המפורסמת. מדיניות האנרגיה של ארצנו הובילה לכך שפיתחנו מערכת של תחנות הידרואלקטריות חזקות. אף מדינה לא יכולה להתפאר בענקי אנרגיה כמו הוולגה, קרסנויארסק ובראטסק, HPPs Sayano-Shushenskaya. תחנת הכוח על נהר הראנס, המורכבת מ-24 גנרטורים טורבו-הפיכים ובעלת הספק תפוקה של 240 מגה וואט, היא אחת מתחנות הכוח ההידרואלקטריות החזקות ביותר בצרפת. תחנות כוח הידרואלקטריות הן מקור האנרגיה החסכוני ביותר. אבל יש להם חסרונות - בהובלת חשמל דרך קווי מתח נוצרים הפסדים של עד 30% ונוצרת קרינה אלקטרומגנטית מסוכנת לסביבה. עד כה, רק חלק קטן מפוטנציאל ההידרו-כוח של כדור הארץ משרת אנשים. מדי שנה זורמים אל הים פלגי מים עצומים, שנוצרו מגשמים והפשרת שלגים, ללא שימוש. אילו ניתן היה לעכב אותם בעזרת סכרים, האנושות הייתה מקבלת כמות עצומה נוספת של אנרגיה.

אנרגיה מביומסה

בארצות הברית, באמצע שנות ה-70, צוות של מדעני אוקיינוס, מהנדסים ימיים וצוללנים יצר את חוות האנרגיה האוקיינוס הראשונה בעולם בעומק של 12 מטרים מתחת לאוקיינוס השקט שטוף השמש ליד העיר סן קלמנט. החווה גידלה אצות ענק קליפורניה. לדברי מנהל הפרויקט, ד"ר הווארד א. ווילקוקס, מהמרכז לחקר מערכות ימיות ואוקיינוס בסן דייגו, קליפורניה, "ניתן להמיר עד 50% מהאנרגיה של אצות אלה לדלק - מתאן בגז טבעי. חוות האוקיינוסים של העתיד, שיגדלו כ-100,000 דונם (40,000 הקטרים) של אצות, יוכלו להפיק מספיק אנרגיה כדי לענות באופן מלא על הצרכים של עיר אמריקאית של 50,000 תושבים".

ביומסה, בנוסף לאצות, יכולה לכלול גם תוצרי פסולת של חיות בית. אז, ב-16 בינואר 1998, העיתון "סנט פטרסבורג Vedomosti" פרסם מאמר שכותרתו "חשמל ... מזבל עוף", בו נכתב כי חברת הבת של קונצרן בניית הספינות הנורבגי הבינלאומי Kvaerner, הממוקמת בעיר טמפרה שבפינלנד, מבקשת לקבל תמיכת האיחוד האירופי למתקנים בתחנת הכוח הבריטית נורת'המפטון הפועלת ... על זבל תרנגולות. הפרויקט הוא חלק מתוכנית Thermie של האיחוד האירופי, המספקת פיתוח מקורות אנרגיה חדשים, לא מסורתיים ושיטות לחיסכון במשאבי אנרגיה. נציבות האיחוד האירופי חילקה 140 מיליון ECU ב-13 בינואר בין 134 פרויקטים.

תחנת הכוח שתוכננה על ידי החברה הפינית תשרוף 120,000 טון זבל עוף בשנה בתנורים, ותייצר 75 מיליון קילוואט-שעה של אנרגיה.

סיכום

ניתן להבחין במספר מגמות ומאפיינים כלליים בהתפתחות תעשיית האנרגיה בעולם בתחילת המאה.

1. במאה ה-XXI. עלייה משמעותית בצריכת האנרגיה העולמית היא בלתי נמנעת, בעיקר במדינות מתפתחות. במדינות מתועשות, צריכת האנרגיה עשויה להתייצב בערך ברמות הנוכחיות או אפילו לרדת עד סוף המאה. על פי התחזית הנמוכה של המחברים, צריכת האנרגיה הסופית בעולם עשויה להגיע ל-350 מיליון TJ לשנה בשנת 2050, ול-450 מיליון TJ לשנה בשנת 2100 (עם צריכה נוכחית של כ-200 מיליון TJ לשנה).

2. לאנושות מסופקים מספיק משאבי אנרגיה למאה ה-21, אך העלייה במחירי האנרגיה היא בלתי נמנעת. העלות השנתית של האנרגיה העולמית תגדל פי 2.5-3 עד אמצע המאה ופי 4-6 עד סופה בהשוואה לשנת 1990. העלות הממוצעת של יחידת אנרגיה סופית תגדל במונחים אלו ב-20 -30 ו-40- 80% (העלייה במחירי הדלק והאנרגיה יכולה להיות גדולה עוד יותר).

3. הכנסת מגבלות גלובליות על פליטת CO 2 (גז החממה החשוב ביותר) תשפיע רבות על תמהיל האנרגיה של האזורים והעולם כולו. יש להכיר בניסיונות לשמור על הפליטות העולמיות ברמה הנוכחית כלא מציאותיים בשל סתירה שקשה לפתור: העלויות הנוספות של הגבלת פליטת CO 2 (כ-2 טריליון דולר לשנה באמצע המאה ויותר מ-5 דולר טריליון / שנה בסוף המאה) יצטרכו לשאת על ידי מדינות מתפתחות בעיקר, שבינתיים "אינן אשמות" בבעיה שנוצרה ואין להן את הכספים הדרושים; סביר להניח שמדינות מפותחות לא ירצו ויוכלו לשלם עלויות כאלה. מנקודת המבט של הבטחת מבני אנרגיה משביעי רצון באזורי העולם (ועלות הפיתוח שלו), ניתן להתייחס למציאותי להגביל את פליטת ה-CO 2 העולמית ל-12–14 Gt C לשנה במחצית השנייה של המאה, כלומר. לרמה גבוהה פי שניים בערך מזו שהייתה בשנת 1990. יחד עם זאת, בעיית הקצאת המכסות והעלויות הנוספות להגבלת הפליטות בין מדינות ואזורים נותרה בעינה.

4. התפתחות הכוח הגרעיני מייצגת את המרב תרופה יעילההפחתת פליטת CO 2. בתרחישים שבהם הוכנסו הגבלות חמורות או מתונות על פליטת CO 2 ולא היו מגבלות על כוח גרעיני, ההיקף האופטימלי של פיתוחו התברר כגדול ביותר. אינדיקטור נוסף ליעילותו היה "מחיר" ההקפאה הגרעינית, אשר, עם הגבלות קפדניות על פליטת CO 2, מתורגם לעלייה של 80% בעלות האנרגיה העולמית (יותר מ-8 טריליון דולר בשנה בתום ה-2000). המאה ה -21). בהקשר זה נבחנו תרחישים עם הגבלות "מתונות" על פיתוח אנרגיה גרעינית על מנת לחפש חלופות אפשריות מציאותיות.

5. תנאי הכרחי למעבר לפיתוח בר-קיימא הוא סיוע (פיננסי, טכני) למדינות הנחשלות ביותר ממדינות מפותחות. כדי להשיג תוצאות של ממש, יש להעניק סיוע כזה בעשורים הקרובים, מחד, כדי להאיץ את תהליך קירוב רמת החיים של המדינות המתפתחות לרמת המפותחות, ומאידך, כך שסיוע כזה. עדיין יכול להוות נתח משמעותי בתוצר הכולל הגדל במהירות של מדינות מתפתחות.

בעיית חומרי גלם

הערה 1

ישנם מאפיינים משותפים בין חומרי הגלם ובעיות האנרגיה, לכן הם נחשבים לרוב כבעיית דלק וחומרי גלם אחת. הם נוגעים לאספקת דלק וחומרי גלם לאנושות. לבעיה של מתן חומרי גלם למדינות הייתה חריפות מסוימת בעבר, אבל היא התעוררה הלאה רמות אזוריות. עם זאת, משבר הסחורות של שנות ה-70 הראה את היקפו העולמי.

המושג "חומרי גלם" כשלעצמו הוא רחב מאוד. אלו יכולים להיות חומרים וחפצי עבודה שכבר עברו שינוי כלשהו ונתונים לעיבוד נוסף, למשל, שמן, עפרות, שבבי עץ, צמר, פלסטיק, שרפים וכו'. ככלל, כל חומרי הגלם מחולקים ל- תעשייתי וחקלאי במקור, אך לעתים קרובות יותר באופן כללי, חומרי גלם קשורים למשאבים מינרליים. משאבי מינרלים או מינרלים אינם אלא הבסיס לקיומה של הציוויליזציה האנושית. עם ההתפתחות המהירה של התעשייה, הצורך במשאבים מינרליים גדל, קצב ההפקה שלהם גדל והמשאבים עצמם בבטן כדור הארץ מוגבלים. עם הזמן, הם פשוט יהיו מותשים.

הופעתה של בעיית חומר גלם קשורה למספר סיבות:

גידול בכמויות של חומרי גלם מינרלים המופקים מבטן כדור הארץ;
דלדול אגנים ומרבצים;
דלדול של עפרות רבות עם חומרים שימושיים;
מאגרי פחמימנים מוגבלים שנחקרו;
הידרדרות הכרייה והתנאים הגיאולוגיים להתרחשות מינרלים;
פער טריטוריאלי בין תחומי הפקת חומרי הגלם לבין תחומי צריכתו;
גילוי מרבצים חדשים באזורים בעלי תנאים טבעיים קשים.

התוצאה של סיבות אלו הייתה ירידה כללית באספקת משאבי המינרלים ברמה העולמית, תוך שיש לזכור כי יש צורך בגישה מובחנת לסוגים מסוימים של חומרי גלם. מומחים רבים מבצעים חישובי הקדשת משאבים, אך לעתים קרובות יש פערים גדולים ביניהם. אף על פי כן, בעידן המהפכה המדעית והטכנולוגית, חשוב לעשות שימוש רציונלי בחומרי גלם מינרלים, כדי להפיק מינרלים בצורה מלאה יותר מבטן האדמה. למשל, קיים דרכים מודרניותלהפקת הנפט יש מקדם התאוששות של $0.25$-$0.45$, מה שאומר שרוב הרזרבות הגיאולוגיות נשארות במעיים. עם עלייה של מקדם שחזור הנפט ב-$1$% לפחות, זה נותן אפקט כלכלי גדול. "בזבוז המשאבים" של המאה ה-20 עברה לעידן של צריכה רציונלית של משאבים.

מעבר זה קשור לשתי נקודות עיקריות:

הודות למשבר האנרגיה בשנות ה-70 של המאה ה-20, החל פיתוח טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה והמעבר של הכלכלה העולמית למסלול אינטנסיבי של פיתוח. מגזרי הייצור והאי-ייצור הפחיתו משמעותית את עלויות האנרגיה, וכתוצאה מכך חיסכון בחומרי גלם פחמימניים;
מכל חומרי הגלם שנכרים על פני כדור הארץ, רק 20$% הולכים לייצור מוצרים מוגמרים, ושאר מסת הסלע מצטברת במזבלות. במשך עשורים רבים הצטברו מיליארדי טונות של סלעים. יש גם מיליארדי טונות של פסולת אפר מתחנות כוח ופסולת סיגים ממפעלים מתכות. חלק ניכר מהפסולת הזו יכול לשמש להשגת חומרים חדשים, למשל, לייצור של מספר מתכות, מוצרים כימיים, חומרי בניין כמו לבנים, מלט, סיד וכו'. מכאן שנקודה שנייה זו קשורה לירידה ב- בזבוז משאבים "ישיר".

בעיית אנרגיה

מהות הבעיה היא שכיום ובעתיד יש לספק לאנושות דלק ואנרגיה. בעיית האנרגיה על פני כדור הארץ הופיעה מכיוון שהמשאבים האורגניים והמינרליים החשובים ביותר מוגבלים, והשימוש בדלק ובמקורות אנרגיה גדל בקצב מהיר.

הערה 2

משברי אנרגיה קלים התרחשו גם בכלכלה הקדם-תעשייתית. במאה ה-18 באנגליה, למשל, מוצו משאבי היער, והמדינה נאלצה לעבור לפחם. הבעיה הזו הייתה מקומית, אבל היא הפכה גלובלית כשפרוץ משבר האנרגיה העולמי. אלה היו שנות ה-70 של המאה ה-$XX$. מחירי הנפט עלו בחדות, והכלכלה העולמית חוותה קשיים רציניים.

אני חייב לומר שהתגברו על הקשיים שהתעוררו, אבל עצם הבעיה של אספקת הדלק והאנרגיה שמרה על משמעותה. בתהליך הייצור התעשייתי, כל עובד בזמננו משתמש באנרגיה השווה לכ-100 דולר כוחות סוס. ואחד המדדים לאיכות החיים של אוכלוסיית כדור הארץ הוא כמות האנרגיה המיוצרת לאדם. על פי הנורמות המקובלות לנפש, יש צורך לייצר 10$ קוט"ש, ומייצרים רק כ-2$ קוט"ש.

כמה מדינות מפותחות בעולם הגיעו לסטנדרטים מוכרים אוניברסליים. בהתחשב בכך שמצד אחד אוכלוסיית העולם גדלה, ומצד שני משתמשים באנרגיה וחומרי גלם בצורה לא הגיונית, משאבי דלק ואנרגיה מחולקים בצורה לא אחידה בין מדינות העולם, יוצא מכך שייצורם וצריכתם. ימשיך לגדול. למרבה הצער, משאבי האנרגיה של כדור הארץ אינם בלתי מוגבלים. בשיעורים האלה, למשל, המתוכננים בתעשיית הכוח הגרעיני, כל המאגרים של עפרות האורניום ימוצו במחצית הראשונה של המאה ה-21$.

אם אנחנו מדברים על התוכן החומרי, אז הגורם לבעיית הדלק והאנרגיה קשורה לעלייה בהיקף של שילוב משאבי טבע במחזור הכלכלי, עם מגבלותיהם. הכלכלה היקרה של המדינות הסוציאליסטיות לשעבר הייתה קשורה לאובדן עצום של משאבי אנרגיה. גם כיום, מדינות חבר העמים מוציאות פי 2 דולר יותר חומרי גלם ליחידת ייצור מאשר מדינות מערב אירופה. הגידול בייצור משאבי הדלק נמשך. שדות נפט וגז ענקיים התגלו ומנוצלים במערב סיביר, באלסקה, על מדף הים הצפוני, מה שבתורו הוביל להידרדרות במצב הסביבתי.

הערה 3

מומחים חישבו כי עתודות הפחם שנחקרו ברמת הייצור הנוכחית אמורות להספיק ל-325$ שנים, עתודות הגז שנחקרו יספיקו ל-62$ לשנה, ונפט ל-37$ של שנים. עם גילוי מרבצי אנרגיה חדשים, התחזיות הפסימיות של ה-70$ השתנו לדעות אופטימיות, שהתבססו על מידע עדכני יותר.

דרכים לפתרון בעיות

בפתרון בעיית האנרגיה, ישנן שתי דרכים - דרך נרחבת ואינטנסיבית.

בעת פתרון בעיה נִרחָבהדבר מצריך עלייה נוספת בייצור האנרגיה ועלייה מוחלטת בצריכת האנרגיה. עבור הכלכלה העולמית המודרנית, נתיב זה רלוונטי, מכיוון שבמונחים מוחלטים, עד 2003 דולר, צריכת האנרגיה העולמית עלתה מ-12 דולר ל-15.2 מיליארד טון של דלק סטנדרטי. מדינות כמו סין, שכבר הגיעה לקצה גבול ייצור האנרגיה שלה, או בריטניה, העומדת בפני סיכוי לצמצם ייצור זה. התפתחות האירועים בדרך זו מאלצת מדינות לחפש דרכים להשתמש במשאבי האנרגיה בצורה רציונלית יותר.

פִּתָרוֹן אִינטֶנסִיבִיהדרך היא להגדיל את הייצור ליחידת צריכת אנרגיה.

משבר האנרגיה האיץ את האימוץ של טכנולוגיות לחיסכון באנרגיה ומבנה מחדש את הכלכלה, מה שהפחית במידה רבה את השפעות משבר האנרגיה. נכון לעכשיו, טון אחד של אנרגיה חסוכה עולה פי $3$-$4$ זול יותר מאשר טון נוסף שהופק. עד סוף המאה ה-XX$, עוצמת האנרגיה של הכלכלה של מדינות כמו ארה"ב וגרמניה ירדה ב-$2$ ו-$2.5$ בהתאמה.

לדוגמה:

עוצמת אנרגיה הנדסת מכונותנמוך פי 8$-$10$ בהשוואה למטלורגיה ומתחמי דלק ואנרגיה;
תעשיות עתירות אנרגיה הועברו למדינות מתפתחות. ארגון מחדש לחיסכון באנרגיה של המשק נתן חיסכון של עד $20$% במשאבי דלק ואנרגיה ליחידת תוצר;
שיפור התהליכים הטכנולוגיים של תפקוד הציוד הוא רזרבה חשובה להגברת יעילות השימוש באנרגיה. הכיוון במקרה הזה הוא מאוד עתיר הון, אבל העלות שלו נמוכה פי 2$-$3$ מעלות הגדלת ייצור הדלק והאנרגיה.

הערה 4

באופן מוזר, מדינות כמו רוסיה, סין, הודו, אוקראינה נוטות לפתח תעשיות עתירות אנרגיה - מתכות, תעשייה כימית - תוך שימוש בטכנולוגיות מיושנות.

צמיחה בצריכת האנרגיה במדינות אלו צפויה הן עקב עלייה ברמת החיים והן בשל היעדר מימון מספיק בחלק מהן להפחתת עוצמת האנרגיה של המשק. במשך שנים רבות, הפתרון לבעיית האנרגיה העולמית יהיה תלוי בצריכת האנרגיה ליחידת תפוקה. כיום, בעיית האנרגיה העולמית בהבנת המחסור במשאבי אנרגיה בעולם אינה קיימת. הבעיה של אספקת משאבי אנרגיה בצורה שונה נותרה בעינה.

מהן הדרכים לפתור את בעיית חומרי הגלם העולמית.

ביצוע עבודות חיפוש וחיפוש גיאולוגי. המטרה שלהם היא להגדיל את הרזרבות שנחקרו של חומרי גלם מינרלים. הפתרון לבעיה זו הולך די טוב. לדוגמה, עתודות הבוקסיט שנחקרו בתקופה שלאחר המלחמה גדלו פי 36$, בעוד שהייצור גדל רק פי 10$. במהלך אותה תקופה, עתודות הנחושת שנחקרו גדלו ב-7$, והייצור שלה גדל ב-3$. העתודות המוכחות של מינרלים לא מתכתיים - זרחנים, מלחי אשלגן וכו' - גדלו. חיפוש וחקירה של חומרי גלם על מדף היבשת, במדרון היבשתי ואפילו בקרקעית המים העמוקים של האוקיינוס העולמי הופכים למבטיחים. ;
שימוש מלא ומשולב במשאבי מינרלים המופקים מבטן כדור הארץ;
הפחתת האינטנסיביות החומרית של תהליכי הייצור ויישום מדיניות חיסכון במשאבים;
מרכיב חשוב בניהול טבע רציונלי צריך להיות שימוש נרחב בחומרי גלם משניים;
החלפת חומרי גלם טבעיים בחומרים מלאכותיים שאינם נחותים באיכותם מאלה הטבעיים – אלו פלסטיק, קרמיקה, פיברגלס וחומרים נוספים.

הערה 5

גם רוסיה זקוקה למעבר הזה לשימור משאבים, למרות העובדה שיש לה פוטנציאל עצום של משאבי טבע. כלכלת המדינה, שהתפתחה רבות, החלה לאחרונה לחוות תופעות משבר. מרבצי משאבי טבע הולכים ומתרוקנים, עלות ההפקה שלהם גדלה, והתחזית והזמינות בפועל של המשאבים של המדינה הולכת ופוחתת.

בעיית חומרי גלםכולל בנייה בשתי רמות - לאומית ובינלאומית (גלובלית) - של מנגנון המסדיר ייצור, הפצה ושימוש רציונלי של חומרי גלם, וכן פיתוח בסיס טכנולוגי להשגת יעדים אלו. בעיית אנרגיהנושאת את הצורך בפיתוח מאוזן של מבנה מאזן האנרגיה ובהתחשב בגבולות ייצור האנרגיה, כמו גם במנגנון חלוקת משאבי האנרגיה. משאבי אנרגיה לאורך ההיסטוריה של הציוויליזציה מילאו תפקיד חשוב בהתפתחותה. עלייתן של תרבויות עתיקות התבססה על משאבי האנרגיה של מסה של עבדים (ההערכה היא כי 1 קילוואט / שעה של חשמל שווה ערך לעבודה אנושית במשך 8 שעות).

כתחום של כלכלה, אנרגיה מכסה משאבי אנרגיה, ייצור, טרנספורמציה, העברה ושימוש בסוגים שונים של אנרגיה. זהו אחד האמצעים העיקריים לתמיכת החיים של האנושות ובו בזמן גורם לדלדול משאבי הטבע הבלתי מתחדשים וכ-50% מהזיהום הסביבתי. מגבלת המשאבים של הפלנטה שלנו עושה בעיה חריפהאבטחת אנרגיה. ואכן, אם הסיכויים האקולוגיים של הציוויליזציה יהיו תלויים בגורם אחד מלבד "מוצרים סביבתיים גלובליים", גורם זה יהיה משאבי אנרגיה. האנושות משתמשת ללא הרף במקורות אנרגיה חדשים: בתחילה פחם, אחר כך נפט, אחר כך גז טבעי ואנרגיה גרעינית. במהלך המאה וחצי האחרונות, השימוש במקורות אלה אפשר לאנושות לפתח כלכלה של הישגים גבוהים תוך הגדלת אוכלוסיית כדור הארץ פי ארבעה.

על שמןבין מקורות האנרגיה השונים (פחם, נפט, גז, אנרגיה גרעינית, תחנות כוח הידרואלקטריות, אנרגיית רוח ושמש, ביו-אנרגיה), היוו 40% מהאנרגיה ששימשה במאה האחרונה. מקור האנרגיה השני בחשיבותו - גז היווה 25%. ככל הנראה, הנפט יישאר מקור האנרגיה המוביל ב-2030.

בתחום האנרגיה מבחינים בין רכיבים מסורתיים וחלופיים. אנרגיה מסורתית מבוססת על השגת אנרגיה מנשאי אנרגיה פחמימניים (פחם, נפט, גז טבעי), והיא כוללת גם אנרגיה גרעינית והידרו-כוח. האפשרויות של סוג זה של אנרגיה מוגבלות על ידי התכלות של משאבי אנרגיה וזיהום סביבתי משמעותי. החריג לכך הוא אנרגיה הידרו-אלקטרית, שהשימוש בה מלווה בהצפת שטחים נרחבים (במיוחד בעת הקמת תחנות כוח הידרואלקטריות בתנאים מישוריים). על מנת למנוע אסונות גרעיניים עולמיים עתידיים ולצורך הישרדות האנושות, יש צורך בצמצום מקיף כללי של הסכנה הגרעינית לא רק על ידי הפסקת ניסויים גרעיניים, אי הפצת נשק גרעיני וטכנולוגיות גרעיניות גבוהות, אלא גם על ידי (אולי בעתיד ) נטישה הדרגתית של תחנות כוח גרעיניות.

בספרות המדעית קבועות שלוש גישות לשימוש באנרגיה אטומית למטרות שלום: 1) בחלק מהמדינות (שוודיה, נורבגיה וכו') מיושמת תוכנית לשימור ופירוק תחנות כוח גרעיניות קיימות; 2) באחרים (אוסטריה, בלגיה וכו') נטשו לחלוטין את בנייתן של תחנות כוח גרעיניות, מאחר שהן אינן נחשבות עוד כמבטיחות; 3) מדינות שלישיות (סין, רוסיה) נשארות ממוקדות בפיתוח אנרגיה גרעינית (כאשר תשומת הלב העיקרית מוקדשת לפיתוח אמצעים להבטחת בטיחות גרעינית). לפי נתוני איגוד האטום העולמי, כיום פועלים בעולם 443 כורים גרעיניים, 62 יחידות כוח נבנות ומתוכננת בנייתם של 150 נוספים. המובילה בתחום האנרגיה הגרעינית היא ארצות הברית, עם למעלה ממאה כורים הפועלים כאן. סין היא האטום השקט המתפתח הכי מהר. בייג'ין בונה 27 כורים ומתכננת לבנות 50 יחידות כוח גרעיניות.

בבחירת העדפות אנרגיה, יש לקחת בחשבון שכל מחזור ההקמה, ההפעלה והפירוק של תחנות כוח גרעיניות, לרבות פסולת רדיואקטיבית, מהווה איום מסוים על הבטיחות הגרעינית [גלובליסטיקה, עמ'. 1290-12941.

ראשית, הסיכון של ערעור הביטחון הגרעיני (לא רק מקומי, אלא גם גלובלי) קשור לעצם תהליך השגת האנרגיה. למרות העובדה שהייצור הגרעיני מנוטר כל העת בכל שלביו, עדיין מתרחשת זליגה מסוימת של זיהום רדיואקטיבי לסביבה, וכתוצאה מכך האוכלוסייה חשופה לחשיפה מתמשכת למינונים נמוכים, מה שמוביל לעלייה באונקולוגיות מחלות גנטיות.

שנית, חשוב לקחת בחשבון את אורך החיים המוגבל של כל תחנת כוח גרעינית. ההנחה היא שבתחילת המאה ה- XXI. עקב התיישנות, יופסקו תחנות הכוח הגרעיניות הגדולות הראשונות (עלות פעולות אלו שווה ל-50-100% מעלות הקמתן).

שלישית, הבעיה של הבטחת אחסון בטוח לסביבה של פסולת רדיואקטיבית היא לא פחות קשה.

רביעית, האיום הגדול ביותר על הבטיחות הגרעינית הוא האפשרות של תאונה בתחנת כוח גרעינית. עד תחילת המאה ה-XXI. יותר מ-150 תאונות בתחנות כוח גרעיניות עם דליפה של רדיואקטיביות כבר נרשמו. התאונה בתחנת הכוח הגרעינית בפוקושימה ביפן (2011) העלתה שוב את נושא הבטיחות של אטום שליו על סדר היום וייתכן כי השפעה שליליתעל כל הכוח הגרעיני בעולם, אם כי מוקדם מדי לשפוט את ההשלכות ארוכות הטווח. העולם זקוק לחלופת אנרגיה לאטום השליו. כמובן, יפותחו תקני בטיחות נוספים, אשר, בתורם, יעלו את עלות בניית מתקנים גרעיניים.

מומחים מאמינים שאם לקהילה העולמית יש יותר מ-1000 כורים, אז כל 10 שנים מ- סביר מאודמצפה לתאונה קשה. כדי להבטיח בטיחות גרעינית, יש צורך בשליטה בינלאומית יעילה (תפקידה של סבא"א הולך וגדל), במיוחד בהקשר של הפרטה המונית של מגזר האנרגיה הגרעינית בעולם, כאשר השליטה של המדינה עליו נחלשת באופן משמעותי. בתנאים אלה, יש צורך לשנות את הגישות הישנות לגישות המסורתיות ולשלוט בטכנולוגיות חדשות להשגת אנרגיה ממקורות חלופיים, שעשויים להתחיל לפעול במאה ה-21. תפקיד משמעותי.

לפיכך, סין מגדילה את הצריכה של מקורות הדלק העיקריים. על פי תוכנית הפיתוח החדשה לחמש שנים של סין, עד שנת 2015 תגדל צריכת הגז במדינה זו מ-100 מיליארד ל-250 מיליארד מ"ק בשנה. "זמני הזהב" הגיעו עבור הגז בשוק האנרגיה העולמי, כמו גם עבור יצרניו. הצריכה הולכת וגדלה בכל אזורי העולם, במיוחד בדרום מזרח אסיה. עם זאת, מפותחים שם גם פרויקטים חדשים להפקתו. באזור אסיה-פסיפיק יופיעו בקרוב יכולות לייצור של עד 90 מיליארד מ"ק גז בשנה; כבר נבנות יכולות לייצור של 60 מיליארד מ"ק. לא נשללת הופעתם בעתיד של מקורות גז לא טיפוסיים. גז מפצלי כבר מיוצר בארה"ב ובקנדה. בסין, אינדונזיה ואוסטרליה יש כמויות גדולות של מתאן פחם. הביקוש לנפט כחומר הגלם העיקרי לאנרגיה נותר גבוה. בשנת 2010 קיבלה רוסיה כ-230 מיליארד דולר ממכירת משאבי אנרגיה בחו"ל [פוליטיקה עולמית מודרנית; אוטקין].

מקורות אנרגיה חלופיים מתנגדים לאנרגיה המסורתית כידידותית יותר לסביבה ומהווים מושג קולקטיבי המכסה מקורות אנרגיה מתחדשים (משאבות חום, אנרגיית רוח, אנרגיה סולארית, אנרגיית גאות ושפל, תהליכים ביוטכנולוגיים). הם הופכים חסכוניים יותר ויותר ככל העלות פנלים סולארייםירד בעשורים האחרונים ומגמה זו צפויה להימשך. פיתוח אנרגיה חלופית מעורר ביפן (אנרגיה סולארית), ברזיל (התוכנית המאומצת של תמיכה כספית לייצור אלכוהול אתילי מקנה סוכר אפשרה להחליף מחצית מהבנזין שצורכות מכוניות המדינה בדלק זה) וכן מדינות אחרות.

הניסיון ההיסטורי איפשר לייחד מספר קשרים עיקריים המקשרים בין אנרגיה ופוליטיקה עולמית. קוֹדֶם כֹּל,היפרטרופיה של תלות אנרגטית של מדינות רבות בנשא אנרגיה אחד או שניים. סתירות פוליטיות בין מדינות יכולות להחמיר בשל המחסור הפיזי במקורות אנרגיה, תנודות חדות במחיריהם, וגם בשל ההשלכות הסביבתיות של נושאי האנרגיה בהם נעשה שימוש. שנית,הסכנה של נפח פיזי גדול של סחר עולמי במשאבי אנרגיה. הסכנה טמונה בפגיעות של תשתית התחבורה הבינלאומית הענקית. כשליש מהמשאבים העיקריים מגיעים דרך ערוצי הסחר העולמיים, כולל 50% מכלל הפקת הנפט הגולמי, מאות מיליוני טונות של פחם, עשרות מיליארדי מטרים מעוקבים של גז טבעי. באופן כללי, אורכם של צינורות הנפט הראשיים של 27 מדינות (המכוסים על ידי הסטטיסטיקה של האו"ם) מגיע ל-436 אלף ק"מ. יותר מ-2 מיליארד טון של נפט ומוצרי נפט נשאבים דרך רשת צינורות זו מדי שנה. המתיחה והפגיעות של תשתית האנרגיה התחבורה הבינלאומית מביאה לכך שתחזוקה והגנה עליה נחשבות על ידי ממשלות של מספר מדינות כמשימה החשובה ביותר.

שְׁלִישִׁית,בולטת קבוצה נוספת של בעיות, הקשורה בסתירות בין הספק והמקבל של משאבי האנרגיה, סכסוכים אזוריים. חוסר הוודאות הנובע מכך לגבי מהימנות תקשורת התחבורה הקיימת הופכת יותר ויותר לרציונל לתוכניות חדשות של חיל הים והאוויר, פעולות צבאיות-פוליטיות המבוצעות ברמה הבינלאומית.

רביעי,הצורך הגובר באנרגיה והקושי בו-זמנית לספק צורך זה הופכים את האנרגיה לנושא של מאבק פוליטי חריף. טרור אנרגיה עשוי להפוך בעתיד לאמצעי לאיום על רפורמות דמוקרטיות, זכויות הפרט, השלום והביטחון העולמי.

הקדמה נרחבת של טכנולוגיות חיסכון באנרגיה ו פיתוח פעילמקורות אנרגיה חלופיים מאז שנות ה-70. לעולם אל תפטר מהעולם מהתפקיד הדומיננטי של פחמימנים. יתר על כן, הבעיה של גירעון הנפט והגז היא רכישת מאפיינים מאיימים, מה שמביא מעת לעת לדבר על הגישה של נקודה קריטית.

אנרגיות מתחדשות כמו שמש, היתוך גרעיני, ביו-אנרגיה וכוח רוח יהפכו לקריטיות בעתיד. עם זאת, חדשנות אנרגטית תדרוש השקעות של מיליוני דולרים, ואם פתרונות אנרגיה חדשים לא יושמו במהירות מספקת, פריון העבודה והצמיחה הכלכלית הנלווית לכך יפחת.

תעשיית אנרגיה בטוחה לעולם ולאנושות צריכה לכלול שלושה תחומים עיקריים: 1) קפיצת מדרגה איכותית בהפחתת הפסדים בהפקה, ייצור, הובלה, טרנספורמציה וצריכה של נושאי אנרגיה; 2) יצירה ויישום נחרץ של טכנולוגיות חיסכון באנרגיה, מכונות ומוצרי צריכה; 3) פיתוח פעילוהחדרת מקורות אנרגיה מתחדשים ונושאי אנרגיה (שמש, ביומסה, נהרות, רוח, מקורות גיאותרמיים, משאבי אנרגיה של הים והאוקיינוסים).

עם זאת, מאז 1973 היחס בין מקורות האנרגיה העיקריים והלא-עיקריים כמעט ולא השתנה. על פי חישובי סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEL), היא תשתנה באופן לא משמעותי עד 2030. אנרגיה מתחדשת, חלופית ואחרת לא מסורתית, על פי הערכות שונות, תהווה בין 11.4 ל-13.5% מאספקת האנרגיה העולמית, בעוד הנפט וגז עד 2030 ... יספקו יותר ממחצית מצרכי האנרגיה [פוליטיקה עולמית מודרנית; אוטקין]. מאחר שבסיס המשאבים של המדינות המפותחות, החברות הטרנס-לאומיות שלהן, מתרוקן, משקלן של המדינות בעלות חומרי הגלם, המחזיקות במשאב אסטרטגי חשוב מאוד של הפוליטיקה העולמית, הולך וגדל. מצב עניינים זה מביא לעלייה בפוטנציאל לסתירות ולעימותים. צמצומו מצריך שיקול דעת וגמישות מהעוסקים בפוליטיקה. המאבק הפוליטי על משאבים עלול להחמיר הרבה יותר בשל הנכונות הגוברת של מספר מדינות בעולם להסתמך על כוח כדי לפתור את בעיות האנרגיה שלהן. במקרה זה, הביטחון הסביבתי, המשאבים ובכלל הגלובלי עלולים להתערער, מה שלמשך זמן מה ישפיע לרעה על יעילות המאמצים הבינלאומיים ליישום אסטרטגיית הפיתוח בר-קיימא ואף עלול לחסום אותם.