Το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας και τρόποι επίλυσής του

2024 Συγγραφέας: Howard Calhoun | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-17 10:23

Το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας κάθε χρόνο γίνεται όλο και πιο διαδεδομένο. Αυτό οφείλεται στην αύξηση του παγκόσμιου πληθυσμού και στην εντατική ανάπτυξη της τεχνολογίας, η οποία οδηγεί σε ένα συνεχώς αυξανόμενο επίπεδο κατανάλωσης ενέργειας. Παρά τη χρήση πυρηνικής, εναλλακτικής και υδροηλεκτρικής ενέργειας, οι άνθρωποι συνεχίζουν να εξάγουν τη μερίδα του λέοντος των καυσίμων από τα έγκατα της Γης. Το πετρέλαιο, το φυσικό αέριο και ο άνθρακας είναι μη ανανεώσιμοι φυσικοί πόροι ενέργειας και μέχρι τώρα τα αποθέματά τους έχουν μειωθεί σε κρίσιμο επίπεδο.

Αρχή τέλους

Η παγκοσμιοποίηση του ενεργειακού προβλήματος της ανθρωπότητας ξεκίνησε τη δεκαετία του '70 του περασμένου αιώνα, όταν τελείωσε η εποχή του φθηνού πετρελαίου. Η έλλειψη και η απότομη αύξηση της τιμής αυτού του τύπου καυσίμου προκάλεσε σοβαρή κρίση στην παγκόσμια οικονομία. Και παρόλο που το κόστος του έχει μειωθεί με την πάροδο του χρόνου, οι όγκοι μειώνονται σταθερά, επομένως το πρόβλημα της ενέργειας και των πρώτων υλώνη ανθρωπότητα γίνεται πιο έντονη.

Για παράδειγμα, μόνο κατά την περίοδο από τη δεκαετία του '60 έως τη δεκαετία του '80 του εικοστού αιώνα, ο παγκόσμιος όγκος παραγωγής άνθρακα ήταν 40%, πετρέλαιο - 75%, φυσικό αέριο - 80% του συνολικού όγκου αυτών των πόρων χρησιμοποιήθηκε από τις αρχές του αιώνα.

Παρά το γεγονός ότι οι ελλείψεις καυσίμων ξεκίνησαν τη δεκαετία του '70 και αποδείχθηκε ότι το ενεργειακό πρόβλημα είναι παγκόσμιο πρόβλημα για την ανθρωπότητα, οι προβλέψεις δεν προέβλεπαν αύξηση της κατανάλωσής του. Είχε προγραμματιστεί ότι μέχρι το έτος 2000 ο όγκος εξόρυξης ορυκτών θα αυξανόταν 3 φορές. Στη συνέχεια, βέβαια, τα σχέδια αυτά μειώθηκαν, αλλά ως αποτέλεσμα της εξαιρετικά σπάταλης εκμετάλλευσης των πόρων που κράτησε για δεκαετίες, σήμερα έχουν πρακτικά εξαφανιστεί.

Οι κύριες γεωγραφικές πτυχές του ενεργειακού προβλήματος της ανθρωπότητας

Ένας από τους λόγους της αυξανόμενης έλλειψης καυσίμων είναι η επιδείνωση των συνθηκών εξόρυξής τους και, κατά συνέπεια, η αύξηση του κόστους αυτής της διαδικασίας. Αν πριν από μερικές δεκαετίες οι φυσικοί πόροι βρίσκονταν στην επιφάνεια, σήμερα πρέπει να αυξάνουμε συνεχώς το βάθος των ορυχείων, των γεωτρήσεων φυσικού αερίου και πετρελαίου. Οι εξορυκτικές και γεωλογικές συνθήκες της εμφάνισης ενεργειακών πόρων στις παλιές βιομηχανικές περιοχές της Βόρειας Αμερικής, της Δυτικής Ευρώπης, της Ρωσίας και της Ουκρανίας έχουν επιδεινωθεί ιδιαίτερα αισθητά.

Δεδομένων των γεωγραφικών πτυχών των προβλημάτων ενέργειας και πρώτων υλών της ανθρωπότητας, πρέπει να ειπωθεί ότι η λύση τους βρίσκεται στη διεύρυνση των συνόρων των πόρων. Ανάγκη να μάθεις νέαπεριοχές με ελαφρύτερες μεταλλευτικές και γεωλογικές συνθήκες. Έτσι, το κόστος παραγωγής καυσίμου μπορεί να μειωθεί. Ωστόσο, θα πρέπει να ληφθεί υπόψη ότι η συνολική ένταση κεφαλαίου της εξόρυξης ενεργειακών πόρων σε νέα μέρη είναι συνήθως πολύ υψηλότερη.

Οικονομικές και γεωπολιτικές πτυχές των προβλημάτων ενέργειας και πρώτων υλών της ανθρωπότητας

Η εξάντληση των αποθεμάτων φυσικών καυσίμων έχει οδηγήσει σε έντονο ανταγωνισμό στον οικονομικό, πολιτικό και γεωπολιτικό τομέα. Οι γιγάντιες εταιρείες καυσίμων ασχολούνται με τη διαίρεση των πόρων καυσίμων και ενέργειας και την ανακατανομή των σφαιρών επιρροής σε αυτόν τον κλάδο, γεγονός που οδηγεί σε συνεχείς διακυμάνσεις των τιμών στην παγκόσμια αγορά φυσικού αερίου, άνθρακα και πετρελαίου. Η αστάθεια της κατάστασης επιδεινώνει σοβαρά το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας.

Παγκόσμια ενεργειακή ασφάλεια

Αυτή η έννοια άρχισε να χρησιμοποιείται στις αρχές του 21ου αιώνα. Οι αρχές της στρατηγικής αυτής της ασφάλειας προβλέπουν έναν αξιόπιστο, μακροπρόθεσμο και περιβαλλοντικά αποδεκτό ενεργειακό εφοδιασμό, οι τιμές του οποίου θα δικαιολογούνται και θα ταιριάζουν στις χώρες που εξάγουν και εισάγουν καύσιμα.

Η εφαρμογή αυτής της στρατηγικής είναι δυνατή μόνο εάν εξαλειφθούν οι αιτίες του ενεργειακού προβλήματος της ανθρωπότητας και στοχεύουν πρακτικά μέτρα στην περαιτέρω παροχή στην παγκόσμια οικονομία τόσο με παραδοσιακά καύσιμα όσο και με ενέργεια από εναλλακτικές πηγές. Επιπλέον, πρέπει να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ανάπτυξη της εναλλακτικής ενέργειας.

Πολιτική εξοικονόμησης ενέργειας

Κατά την εποχή των φθηνών καυσίμων, πολλές χώρες του κόσμου έχουν αναπτύξει μια οικονομία υψηλής έντασης πόρων. Πρώτα απ 'όλα, αυτό το φαινόμενο παρατηρήθηκε σε κράτη πλούσια σε ορυκτές πηγές. Στην κορυφή της λίστας βρέθηκαν η Σοβιετική Ένωση, οι ΗΠΑ, ο Καναδάς, η Κίνα και η Αυστραλία. Ταυτόχρονα, ο όγκος της ισοδύναμης κατανάλωσης καυσίμου στην ΕΣΣΔ ήταν αρκετές φορές μεγαλύτερος από ό,τι στην Αμερική.

Αυτή η κατάσταση απαιτούσε την επείγουσα εισαγωγή πολιτικών εξοικονόμησης ενέργειας στον οικιακό, βιομηχανικό, μεταφορικό και άλλους τομείς της οικονομίας. Λαμβάνοντας υπόψη όλες τις πτυχές των προβλημάτων ενέργειας και πρώτων υλών της ανθρωπότητας, άρχισαν να αναπτύσσονται και να εφαρμόζονται τεχνολογίες που στόχευαν στη μείωση της ειδικής ενεργειακής έντασης του ΑΕΠ αυτών των χωρών και ανακατασκευάστηκε ολόκληρη η οικονομική δομή της παγκόσμιας οικονομίας.

Επιτυχίες και αποτυχίες

Οι πιο αξιοσημείωτες επιτυχίες στον τομέα της εξοικονόμησης ενέργειας έχουν επιτευχθεί από τις οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες της Δύσης. Τα πρώτα 15 χρόνια, κατάφεραν να μειώσουν την ενεργειακή ένταση του ΑΕΠ τους κατά 1/3, γεγονός που οδήγησε σε μείωση του μερίδιού τους στην παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας από 60 σε 48 τοις εκατό. Μέχρι σήμερα, αυτή η τάση συνεχίζεται, με την αύξηση του ΑΕΠ στη Δύση να ξεπερνά την αυξανόμενη κατανάλωση καυσίμου.

Η κατάσταση είναι πολύ χειρότερη στην Κεντρική και Ανατολική Ευρώπη, την Κίνα και τις χώρες της ΚΑΚ. Η ενεργειακή ένταση της οικονομίας τους μειώνεται πολύ αργά. Αλλά οι ηγέτες της οικονομικής αντιβαθμολόγησης είναι οι αναπτυσσόμενες χώρες. Για παράδειγμα, στις περισσότερες αφρικανικές και ασιατικές χώρεςοι απώλειες σχετικών καυσίμων (φυσικό αέριο και πετρέλαιο) κυμαίνονται από 80 έως 100 τοις εκατό.

Πραγματικότητες και προοπτικές

Το ενεργειακό πρόβλημα της ανθρωπότητας και οι τρόποι επίλυσής του σήμερα απασχολούν ολόκληρο τον κόσμο. Για τη βελτίωση της υπάρχουσας κατάστασης, εισάγονται διάφορες τεχνικές και τεχνολογικές καινοτομίες. Προκειμένου να εξοικονομηθεί ενέργεια, βελτιώνεται ο βιομηχανικός και δημοτικός εξοπλισμός, παράγονται αυτοκίνητα με μεγαλύτερη οικονομία καυσίμου κ.λπ.

Μεταξύ των πρωταρχικών μακροοικονομικών μέτρων είναι μια σταδιακή αλλαγή στην ίδια τη δομή της κατανάλωσης φυσικού αερίου, άνθρακα και πετρελαίου με την προοπτική αύξησης του μεριδίου των μη παραδοσιακών και ανανεώσιμων πηγών ενέργειας.

Για την επιτυχή επίλυση του ενεργειακού προβλήματος της ανθρωπότητας, είναι απαραίτητο να δοθεί ιδιαίτερη προσοχή στην ανάπτυξη και εφαρμογή θεμελιωδώς νέων τεχνολογιών που είναι διαθέσιμες στο παρόν στάδιο της επιστημονικής και τεχνολογικής επανάστασης.

Βιομηχανία πυρηνικής ενέργειας

Ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς στον τομέα του ενεργειακού εφοδιασμού είναι η πυρηνική ενέργεια. Σε ορισμένες ανεπτυγμένες χώρες, πυρηνικοί αντιδραστήρες νέας γενιάς έχουν ήδη τεθεί σε λειτουργία. Οι πυρηνικοί επιστήμονες συζητούν και πάλι ενεργά το θέμα των αντιδραστήρων που τροφοδοτούνται από γρήγορους νευρώνες, οι οποίοι, όπως είχε οραματιστεί κάποτε, θα γίνουν ένα νέο και πολύ πιο αποτελεσματικό κύμα πυρηνικής ενέργειας. Ωστόσο, η ανάπτυξή τους διακόπηκε, αλλά τώρα αυτό το θέμα έχει γίνει ξανά επίκαιρο.

Χρήση γεννητριών MHD

Η άμεση μετατροπή της θερμικής ενέργειας σε ηλεκτρική χωρίς ατμολέβητες και τουρμπίνες επιτρέπειεκτελούν μαγνητοϋδροδυναμικές γεννήτριες. Η ανάπτυξη αυτής της πολλά υποσχόμενης κατεύθυνσης ξεκίνησε στις αρχές της δεκαετίας του '70 του περασμένου αιώνα. Το 1971, κυκλοφόρησε στη Μόσχα το πρώτο πιλοτικό-βιομηχανικό MHD ισχύος 25.000 kW.

Τα κύρια πλεονεκτήματα των μαγνητοϋδροδυναμικών γεννητριών είναι:

• υψηλή απόδοση;
• περιβαλλοντικό (χωρίς επιβλαβείς εκπομπές στην ατμόσφαιρα);
• άμεση έναρξη.

Cryogenic Turbogenerator

Η αρχή λειτουργίας μιας κρυογονικής γεννήτριας είναι ότι ο ρότορας ψύχεται από υγρό ήλιο, το οποίο έχει ως αποτέλεσμα την επίδραση της υπεραγωγιμότητας. Στα αδιαμφισβήτητα πλεονεκτήματα αυτής της μονάδας περιλαμβάνονται η υψηλή απόδοση, το χαμηλό βάρος και οι διαστάσεις.

Ένα πιλοτικό πρωτότυπο μιας κρυογονικής στροβιλογεννήτριας δημιουργήθηκε τη σοβιετική εποχή και τώρα παρόμοιες εξελίξεις βρίσκονται σε εξέλιξη στην Ιαπωνία, τις ΗΠΑ και άλλες ανεπτυγμένες χώρες.

Υδρογόνο

Η χρήση του υδρογόνου ως καυσίμου έχει μεγάλες προοπτικές. Σύμφωνα με πολλούς ειδικούς, αυτή η τεχνολογία θα βοηθήσει στην επίλυση των σημαντικότερων παγκόσμιων προβλημάτων της ανθρωπότητας - του προβλήματος της ενέργειας και των πρώτων υλών. Πρώτα απ 'όλα, το καύσιμο υδρογόνου θα γίνει μια εναλλακτική λύση για τους φυσικούς ενεργειακούς πόρους στη μηχανολογία. Το πρώτο αυτοκίνητο υδρογόνου δημιουργήθηκε από την ιαπωνική εταιρεία Mazda στις αρχές της δεκαετίας του '90· ένας νέος κινητήρας αναπτύχθηκε για αυτό. Το πείραμα αποδείχθηκε αρκετά επιτυχημένο, γεγονός που επιβεβαιώνει την υπόσχεση αυτής της κατεύθυνσης.

Ηλεκτροχημικές γεννήτριες

Αυτές είναι κυψέλες καυσίμου που λειτουργούν επίσης με υδρογόνο. Το καύσιμο διέρχεταιπολυμερείς μεμβράνες με ειδική ουσία - καταλύτη. Ως αποτέλεσμα μιας χημικής αντίδρασης με το οξυγόνο, το ίδιο το υδρογόνο μετατρέπεται σε νερό, απελευθερώνοντας χημική ενέργεια κατά την καύση, η οποία μετατρέπεται σε ηλεκτρική ενέργεια.

Οι κινητήρες κυψελών καυσίμου χαρακτηρίζονται από την υψηλότερη απόδοση (πάνω από 70%), η οποία είναι διπλάσια από αυτή των συμβατικών σταθμών παραγωγής ενέργειας. Επιπλέον, είναι εύκολα στη χρήση, αθόρυβα κατά τη λειτουργία και δεν απαιτούν επισκευή.

Μέχρι πρόσφατα, οι κυψέλες καυσίμου είχαν περιορισμένο πεδίο εφαρμογής, για παράδειγμα στη διαστημική έρευνα. Αλλά τώρα οι εργασίες για την εισαγωγή ηλεκτροχημικών γεννητριών διεξάγονται ενεργά στις περισσότερες οικονομικά ανεπτυγμένες χώρες, μεταξύ των οποίων η Ιαπωνία κατέχει την πρώτη θέση. Η συνολική ισχύς αυτών των μονάδων στον κόσμο μετριέται σε εκατομμύρια kW. Η Νέα Υόρκη και το Τόκιο, για παράδειγμα, έχουν ήδη εργοστάσια παραγωγής ενέργειας που χρησιμοποιούν τέτοιες κυψέλες και η γερμανική αυτοκινητοβιομηχανία Daimler-Benz ήταν η πρώτη που δημιούργησε ένα λειτουργικό πρωτότυπο ενός αυτοκινήτου με κινητήρα που λειτουργεί με αυτήν την αρχή.

Ελεγχόμενη θερμοπυρηνική σύντηξη

Για αρκετές δεκαετίες, διεξάγεται έρευνα στον τομέα της θερμοπυρηνικής ενέργειας. Η ατομική ενέργεια βασίζεται στην αντίδραση της πυρηνικής σχάσης και η θερμοπυρηνική ενέργεια βασίζεται στην αντίστροφη διαδικασία - οι πυρήνες των ισοτόπων υδρογόνου (δευτέριο, τρίτιο) συγχωνεύονται. Κατά τη διαδικασία της πυρηνικής καύσης 1 kg δευτερίου, η ποσότητα ενέργειας που απελευθερώνεται είναι 10 εκατομμύρια φορές μεγαλύτερη από αυτή που λαμβάνεται από τον άνθρακα. Το αποτέλεσμα είναι πραγματικά εντυπωσιακό! Γι' αυτό η θερμοπυρηνική ενέργεια θεωρείται ένας από τους πιο πολλά υποσχόμενους τομείς για την επίλυση των προβλημάτων του παγκόσμιουενεργειακό έλλειμμα.

Προβλέψεις

Σήμερα υπάρχουν διάφορα σενάρια για την εξέλιξη της κατάστασης στον παγκόσμιο ενεργειακό τομέα στο μέλλον. Σύμφωνα με ορισμένους από αυτούς, μέχρι το 2060 η παγκόσμια κατανάλωση ενέργειας σε ισοδύναμο πετρελαίου θα αυξηθεί σε 20 δισεκατομμύρια τόνους. Παράλληλα, σε επίπεδο κατανάλωσης, οι αναπτυσσόμενες χώρες θα ξεπεράσουν τις ανεπτυγμένες.

Έως τα μέσα του 21ου αιώνα, η ποσότητα των ορυκτών πηγών ενέργειας θα μειωθεί σημαντικά, αλλά το μερίδιο των ανανεώσιμων πηγών ενέργειας, ιδίως των αιολικών, ηλιακών, γεωθερμικών και παλιρροϊκών πηγών, θα αυξηθεί.