Реферат: Могут ли восстанавливаемые виды энергии полностью заменить фоссильные топлива?
РЕФЕРАТ по теме: «Экология и защитаокружающей среды» Ольги Левчук
ТаллиннскийТехнический Университет
Факультетхимии
Таллинн
2002 г.
Введение
Внастоящее время проблема охраны природы и рационального использования еёресурсов приобрела огромное мировое значение. Человек осознает, что насталовремя позаботиться и о природе: она не может всё время отдавать, она неспособна вынести нагрузки, которые от неё требует человек. Поэтому следуетискать выходы из трудного положения, следует осмотреться и решить, что делатьдальше. Сейчас перед человечеством встал глобальный вопрос, энергетический.Можно ли полностью заменить фоссильные топлива на восстанавливаемые видыэнергии? Чтобы ответ звучал однозначно “Да” или “Нет” нужно взвесить все за ипротив. Итак найдём причины, согласно которым следует отказаться отиспользования фоссильных топлив.
Глава 1. Причины перехода на возобновляемые источники энергии
Глобально-экологическая
Пользуясьископаемыми источниками энергии, человек фактически расходует энергию Солнца,аккумулированную растительным миром нашей планеты в течение миллиардов лет.Запасы этих источников велики, но не безграничны.
Загрязнение.Выбросы твердых веществ, двуокиси серы, оксидом углерода, азота, углеводородовот промышленных предприятий составляют около 97% суммарных выбросов. Происходитзагрязнение водных ресурсов сточными водами, загрязнение атмосферы в результатевыделения пыли и газообразных веществ. При сжигании органического топлива всяего масса превращается в отходы, причем продукты сгорания в несколько разпревышают массу использованного топлива за счет включения кислорода и азотавоздуха. Топливосжигающие установки ежегодно выбрасывают и атмосферу Землиболее 200 млн.т окиси углерода, 50 млн.т различных углеводородов, 150 млн.тдвуокиси серы, свыше 50 млн.т окислов азота, 250 млн.т мелко-дисперсныхаэрозолей. Глобальное поступление в атмосферу углекислого газа от сжигания всехвидов органического топлива оценивается в настоящее время к 20 млрд.т в год. Вобщем загрязнении атмосферы отходами производства теплоэнергетические выбросывредных веществ составляют по пыли до 35%, двуокиси серы — до 50%, по окисиазота до 35%.
Происходятмногие существенные изменения в ландшафтах. При добывании ископаемых создаютсяогромные насыпи пустой породы. При открытом, карьерном способе добыванияполезных ископаемых много места занимает вскрыша. Объем перемещенной горнойпороды у крупных карьеров огромен. Так, в Советском Союзе при подготовке кэксплуатации Михайловского и Лебединского карьеров Курской магнитной аномалиибыло снято более 170 млн. м3 пород, перекрывающих железные руды. Из огромнейшихкотлованов площадью в несколько квадратных километров и глубиной более 100 мпроизводилось ежедневное откачивание 120 тыс. м3 воды. Это привело к понижениюуровня подземных вод во всем прилегающем районе. С течением времени большинствоотвалов зарастает естественной растительностью, но сами выработанные карьерыостаются как «раны земли», их трудно использовать в хозяйственных целях.
Традиционнаяэлектроэнергетика начинается с горнорудной промышленности, с добычи топлива.Если говорить об энергетике угольной, то с шахт и разрезов. Гизрезы — тяжелые,обширные раны на поверхности земли. Они не только изымают из землепользованиядовольно обширные территории, которые заняты собственно разрезами и ихотвалами, но и заметно отрицательно влияют на водный режим окружающих земель врадиусе нескольких десятках километров: сохнут колодцы, скудеет растительность,при формировании отвалов пород — повышается уровень грунтовых вод, появляется вокружающей местности контурное кольцо из озер и болот и т.д.
Добычанефти и газа приводит к изменениям глубоко залегающих горизонтов геологическойсреды. При этом могут происходить необратимые деформации земной поверхности,значительно большие, чем при тектонических движениях земной коры. Например,оседание земной поверхности в районе Лонг-Бич (Калифорния) составило 8,8 м.Происходит нарушение растительного и почвенного покровов, загрязнение воднойсреды и атмосферы, развиваются эрозионные процессы. Весьма серьезныепоследствия могут вызвать аварии при разрыве трубопроводов и при проходкескважин. Так, на Губкинском месторождении на месте аварийной скважиныобразовалось озеро диаметром 600 м.
Происходитуничтожение структурного многообразия биосферы, гибель многих видов. Отмечаетсячрезмерное увеличение давления на биосферу человека, что ведет к серьезнымнарушениям экологической стабильности. Использование человеком в своейхозяйственной деятельности преимущественно внутренних по отношению к биосфере источниковэнергии (органическое топливо) приводит к росту энтропии биосферы, нарушениюэкологических циклов двуокиси углерода, оксидов серы и азота, тепловомузагрязнению и т.д.
Политическая:та страна, которая первой в полной мере освоит альтернативную энергетику,способна претендовать на мировое первенство и фактически диктовать цены натопливные ресурсы;
Экономическая:переход на альтернативные технологии в энергетике позволит сохранить топливныересурсы страны для переработки в химической и других отраслях промышленности.Кроме того, стоимость энергии, производимой многими альтернативнымиисточниками, уже сегодня ниже стоимости энергии из традиционных источников, даи сроки окупаемости строительства альтернативных электростанций существеннокороче. Цены на альтернативную энергию снижаются, на традиционную — постояннорастут;
Социальная:численность и плотность населения постоянно растут. При этом трудно найтирайоны строительства АЭС, ГРЭС, где производство энергии было бы рентабельно ибезопасно для окружающей среды. Общеизвестны факты роста онкологических идругих тяжелых заболеваний в районах расположения АЭС, крупных ГРЭС,предприятий топливно-энергетического комплекса, хорошо известен вред, наносимыйгигантскими равнинными ГЭС, — всё это увеличивает социальную напряженность.
Эволюционно-историческая:в связи с ограниченностью топливных ресурсов на Земле, а также экспоненциальнымнарастанием катастрофических изменений в атмосфере и биосфере планетысуществующая традиционная энергетика представляется тупиковой; дляэволюционного развития общества необходимо немедленно начать постепенныйпереход на альтернативные источники энергии.
Глава 2.Возможные источники энергии
Всёвыше перечисленное явно указывает на то, что переход на возобнавляемыеисточники энергии неизбежен. Однако, чтобы судить о том, действительно лифоссильные топлива полностью будут заменены и перейдёт ли человечество начистые и безопасные источники энергии, нужно понять не только величину ущерба,приносимого добычей органических топлив, но нужно и оценить возможностичеловечества и не кидаться сразу в новую сферу, а обдумать всё: причины, окоторых разговор шёл выше, последствия, а главное, выгоднее ли это, безопасно ичище ли это на сколько кажеться на первый взгляд.
2.1. Энергияводы
Существуетнесколько источников, которыми мы можем назвать энергией воды.
Горячиеводы. Среди «нетрадиционных» возобновляемых источников энергии пообъему использования в мире первое место занимает подземное тепло — геотермальные воды. В США суммарная мощность ГеоТЭС превышает 2 млн киловатт,это примерно полпроцента всех установленных мощностей электростанций страны.Еще около двух миллионов киловатт тепловой мощности используются напрямую — длятеплоснабжения, обогрева парников и т.п. Филиппины уступают по абсолютныммощностям, но их доля в национальном производстве электроэнергии внушительна — 19%. На третьем месте Мексика — 700 МВт, т.е. 4%. По прямому использованиюподземного тепла лидируют японцы — около пяти миллионов киловатт, чтоэквивалентно экономии двух с половиной миллионов 84 тонн условного топлива.Маленькая европейская страна Исландия полностью обеспечивает себя помидорами,яблоками и даже бананами. Многочисленные исландские теплицы получают энергию оттепла земли- других местных источников энергии в Исландии практически нет. Затоочень богата эта страна горячими источниками и знаменитыми гейзерами-фонтанамигорячей воды.Столица — Рейкьявик, в которой проживает половина населениястраны, отапливается только за счет подземных источников. Но не только дляотопления черпают люди энергию из глубин земли. Уже давно работаютэлектростанции, использующие горячие подземные источники. Первая такаяэлектростанция, совсем еще маломощная, была построена в 1904 году в небольшомитальянском городке Лардерелло, названном так в честь французского инженераЛардерелли, который еще в 1827 году составил проект использования многочисленныхв этом районе горячих источников. Постепенно мощность электростанции росла, встрой вступали все новые агрегаты, использовались новые источники горячей воды,и в наши дни мощность станции достигла уже внушительной величины-360 тысячкиловатт. В Новой Зеландии существует такая электростанция в районе Вайракеи,ее мощность 160 тысяч киловатт. В 120 километрах от Сан-Франциско в СШАпроизводит электроэнергию геотермальная станция мощностью 500 тысяч киловатт.
Самолетыи легковые автомобили, автобусы и грузовики могут приводиться в движение газом,который можно извлекать из воды, а уж воды-то в морях достаточно. Этот газ — водород, и он может использоваться в качестве горючего. Водород- один изнаиболее распространенных элементов во Вселенной. В океане он содержится вкаждой капле воды. Молекула воды состоит из двух атомов водорода и одного атомакислорода. Извлеченный из воды водород можно сжигать как топливо и использоватьне только для того, чтобы приводить в движение различные транспортные средства,но и для получения электроэнергии. Все большее число химиков и инженеров сэнтузиазмом относится к «водородной энергетике» будущего, так какполученный водород достаточно удобно хранить: в виде сжатого газа в танкерахили в сжиженном виде в криогенных контейнерах при температуре -203 С. Его можнохранить и в твердом виде после соединения с железо-титановым сплавом или смагнием для образования металлических гидридов. После этого их можно легкотранспортировать и использовать по мере необходимости.
Чтокасается непосредственного использования энергии рек, приливов и отливов,можно сказать, что человек мог использовать эту энергию в полном объёме. Это нетребует дополнительных затрат энергии; энергия доступна всегда, в отличае отэнергии солнца.Может показаться, что в гидроэнергетике экологам придраться не кчему — речная вода крутит турбины, все чисто, опрятно, никакой химии, никакогоогня с дымом. Так считали многие десятилетия. Например, строительство плотин:прежде всего, плотина на большой равнинной реке означает затопление огромныхтерриторий под водохранилище с выселением большого числа людей (затопленныеплодородные почвы обогащают воду большим количеством биогенных элементов, чтоприводит к развитию процессов эвтрофикации и вызывает резкое ухудшение качестваводы), во-вторых, плотина перегораживает реку и создает тяжелые, частокатастрофические последствия для рыбы, живущей в реке, а особенно дляподнимающейся к ее верховьям на нерест, в-третьих, вода в хранилищахзастаивается, ее «проточность» теряется, что сказывается и на жизнивсех существ, населяющих реку, и вредит людям, живущим у воды, в-четвертых,местное повышение уровня воды влияет и на грунтовые воды, приводит кподтоплениям и заболачиванию, а также к эрозии берегов, оползням, также неисключены прорывы плотин с тысячными жертвами. К отрицательным последствиямотносятся также увеличение потерь воды на испарение, изменение температурногорежима воды.
2.2.Солнечная энергия
Большиенадежды люди возлагают на энергию солнца. Сейчас активно разрабатываютсяспособы её эксплуатации: изобретают новые виды автомобилей, самолётов, такжедомов, отапливаемых благодаря солнцу. Так можно использовать воду, нагретуюсолнцем, ездить на автомобиле. Солнечная энергия является наиболее мощным идоступным из всех видов нетрадиционных и возобновляемых источников энергии вКрыму. Солнечное излучение не только неисчерпаемый, но и абсолютно чистыйисточник энергии, обладающий огромным энергетическим потенциалом. Почему же онтогда так слабо используется? Одним из наиболее серьезных препятствий дляглобального использования солнечной энергии является низкая интенсивностьсолнечного излучения. Это требует разработки методов и устройств поконцентрированию солнечной энергии. Солнце не способно справиться с «пиками»нагрузки, для этого требуется энергию аккумулировать. Основное воздействиегелиоустановок на окружающую среду является косвенным и связано с такимифакторами, как необходимость производства специальных высококачественныхматериалов (сопровождаемое химическим загрязнением окружающей среды),отторжение территории, возможность регионального перераспределения потокасолнечной ради-лции и др. Масштабное внедрение солнечной энергетики требуетбольших затрат… Основной материал солнечных батарей в одной из самыхэффективных конструкций — арсенид галлия, т.е. соединение металла с сильнейшимядовитым веществом — мышьяком. При массовом внедрении солнечных батарей мышьякапотребуется много. Его производство на всех этапах — вреднейшая большая химия.Экологическая чистота, так же как и дешевизна этого, варианта крупномасштабнойэнергетики оказываются чистой иллюзией.
2.3. Энергияветра
Ветер– один из нетрадиционных источников энергии. Ветер рассматриваетсяспециалистами как один из наиболее перспективных источников энергии, способныйзаменить не только традиционные источники, но и ядерную энергетику.
Выработкаэлектроэнергии с помощью ветра имеет ряд преимуществ:
экологическичистое производство без вредных отходов;
экономиядефицитного дорогостоящего топлива (традиционного и для атомных станций);
доступность;
практическаянеисчерпаемость.
Существеннымнедостатком энергии ветра является ее изменчивость во времени, но его можноскомпенсировать за счет расположения ветроагрегатов. Если в условиях полнойавтономии объединить несколько десятков крупных ветроагрегатов, то средняя ихмощность будет постоянной. При наличии других источников энергии ветрогенераторможет дополнять существующие. И, наконец, от ветродвигателя можнонепосредственно получать механическую энергию. Но и здесь как и в другихисточниках энергии мы можем найти отрицательные стороны.
Светром связан один вид загрязнения окружающей среды, само существование иважность которого не всегда учитываются. Речь идет о «шумовомзагрязнении». Одна из ведущих американских компаний построила в штатеОгайо крупнейшую в мире ветросиловую установку номинальной мощностью 10 МВт.Это циклопическое — общей высотой свыше ста метров при скромной мощности-сооружение проработало всего несколько суток и было продано на слом по цене 10долларов за тонну. Жизнь в радиусе нескольких километров сделалась невозможна.И дело не только в слышимом шуме и вибрациях. В этом шуме сильна инфразвуковая,низкочастотная компонента, а не все знают, что инфразвук на частоте 7 Гц,совпадающей с альфа-ритмом головного мозга, при достаточной интенсивности длячеловека очень вреден, способен вызывать сильнейшие расстройства здоровья.Использование ветроустановок приводит и к опустыниванию земель: животные уходятс этой местности, уменьшается биоразнообразие.
2.4. Другиеисточники энергии (биомасса)
Вомногих развивающихся странах важным энергетическим источником остается«биомасса». Сюда включаются дрова, тягловая сила сельскохозяйственныхживотных и их навоз, используемый в качестве топлива. Людям, привыкшим ктехнике, это может показаться неожиданным, но в настоящее время биомасса вмировом масштабе все еще дает людям в несколько раз больше энергии, чем атомныеэлектростанции.
Значительноеразвитие получила переработка биомассы, основанная на процессах газификации,теролиза и получения жидких топлив. В настоящее время в мире действуют десяткиустановок для получения биогаза из мусора с использованием его в основном дляпроизводства электроэнергии и тепла суммарно мощностью сотни МВт. Однако припереработке биомассы в этанол образуются побочные продукты, прежде всего –промывочные воды и остатки перегонки. Последние являются серьезным источникомэкологического загрязнения окружающей среды. Представляют интерес технологии,которые позволяют в процессе очистки этих отходов получать минеральныевещества, используемые в химической промышленности, а также применять их дляпроизводства минеральных удобрений
Древесина.Вырубленный лес снова вырастает, взамен выловленных рыб появляются другие.Однако чрезмерное использование может привести к тому, что возобновимые ресурсыстановятся невозобновимыми: леса, некогда вырубленные в ряде средиземноморскихстран, так полностью и не восстановились. Запасы леса ограниченны, и их нужноохранять, используя только экономно
Заключение
Всевыше сказанное ставит под вопрос то, что фоссильные топлива будут полностьюзаменены на возобновляемые источники энергии. Возможно это произойдёт, но ещёне скоро и, наверное, только тогда, когда нечего будет додобывать. Сейчас же ито и другое будет использоваться одновременно. Человечество пока не готовоотказаться от органического топлива, не готово к большим денежным тратами. Темболее, как выяснилось, использование восстанавливаемых источников энергии нетак уж безопасно и эколгически безвредно, как это казалось при поверхностномрассмотрении проблемы.
Списоклитературы
А.В. ОЧКИН, Г. Н. ФАДЕЕВ Химия защищает природу
КазанскийЮ. А., Сазыкина Т. Г., Крышев И.И. и др. под ред. Ю. А. Казанского Введение вэкологию
Л.П. Астанин, К. Н. Благосклонов Охрана природы
Н.М.Кузьменок,Е.А.Стрельцов, А.И.Кумачев. Экология на уроках химии
Интернет:
list.priroda.ru/
www.ecolife.ru/index.shtml
www.anriintern.com/ind.shtml