Исторические, географические и политические контексты привели к использованию различных видов топлива и связанных с ними технологий для производства энергии. Как известно из истории, человечество двигалось от использования вначале легкодоступных источников энергии, таких как дерево и прямая солнечная энергия, к таким видам топлива, как уголь и нефть, которые требуют сложной инфраструктуры и энергии для их добычи.
В настоящее время более 90% потребности в энергии в мире удовлетворяется за счет ископаемых видов топлива - угля, нефти и природного газа. С помощью различных технологий они высвобождают энергию в процессе горения. Основными побочными продуктами их использования являются диоксид углерода и различные твердые частицы, в виде сажи или зольных остатков, которые должны быть удалены или переработаны. Загрязнение окружающей среды, особенно воздуха, глобальное изменение климата и истощение ресурсов являются главными недостатками использования ископаемого топлива.
В дополнение к эмиссии диоксида углерода сжигание угля имеет и другие побочные эффекты. Уголь во многих местах находится в сочетании с серой. При высоком содержании серы в угле, при его сжигании образуется диоксид серы, который является источником кислотных дождей.
Отдельной проблемой является зависимость от внешних поставок при недостатке собственных ресурсов.
Гидроэнергетика, ветер, прямое солнечное излучение, и геотермальная энергия – все это возобновляемые ресурсы. Из них гидроэнергетика на сегодня является наиболее развитой. Технологии для преобразования энергии воды в электрическую энергию давно изучены и отработаны. В то же время, гидроэлектростанциям (ГЭС) требуются водопады или искусственные плотины с большим объемом водяного потока. В случае плотин, необходимых для построения ГЭС, часто возникает конфликт между развитием дешевой гидроэнергетики и сохранением привычной среды обитания (затопление площадей землепользования).
Энергия внутриядерных сил может быть освобождена посредством ядерного деления или реакции ядерного синтеза. Технология, используемая для производства ядерной энергии, основана на делении ядер. Топливом для ядерных реакций деления являются тяжелые ядра, в частности, урана, тория и плутония. Ядерная энергия до сих пор считалась желательной альтернативой для ископаемых видов топлива. Однако материалы, участвующие в ядерной энергетике, в значительной степени радиоактивны, начиная от урана, исходного материала, до различных побочных продуктов на всех этапах производственного цикла производства энергии. Последний побочный продукт обычно называют "радиоактивные отходы". Название говорит само за себя – все эти побочные продукты являются "радиоактивными", то есть, они испускают частицы радиации и высокой энергии электромагнитное излучение, например, гамма-лучи. Это качество делает такие материалы опасными. Люди, подверженные воздействию данного излучения, могут получить серьезные долгосрочные последствия для своего здоровья. Кроме того, многие из радиоактивных материалов очень долговечны, продолжая излучать в течение сотен и тысяч лет. Технологии ядерного деления были разработаны с соблюдением всех мер предосторожности, но они не гарантируют 100% безопасности. Кроме того, перевозки радиоактивных материалов и радиоактивных отходов по воздуху, суше и воде также могут представлять опасность радиоактивного заражения. Захоронение радиоактивных отходов также является сложной технической задачей, поскольку они должны быть надежно изолированы в течение длительного времени (сотни и тысячи лет).
Термоядерный синтез – это дешевый и экологически безопасный способ добычи энергии. На Солнце уже миллиарды лет происходит неуправляемый термоядерный синтез – из тяжелого изотопа водорода дейтерия образуется гелий. При этом выделяется колоссальное количество энергии. Но экстремально высокие температуры и давления, необходимые для синтеза являются серьезным препятствием для создания подобных энергетических систем на Земле. Люди пока не научились управлять подобными реакциями.
В таблице 1 приведены различные источники энергии и информация, относящаяся к особенностям производства, использования и воздействию на окружающую среду этих источников.
Таблица 1
В настоящее время более 90% потребности в энергии в мире удовлетворяется за счет ископаемых видов топлива - угля, нефти и природного газа. С помощью различных технологий они высвобождают энергию в процессе горения. Основными побочными продуктами их использования являются диоксид углерода и различные твердые частицы, в виде сажи или зольных остатков, которые должны быть удалены или переработаны. Загрязнение окружающей среды, особенно воздуха, глобальное изменение климата и истощение ресурсов являются главными недостатками использования ископаемого топлива.
В дополнение к эмиссии диоксида углерода сжигание угля имеет и другие побочные эффекты. Уголь во многих местах находится в сочетании с серой. При высоком содержании серы в угле, при его сжигании образуется диоксид серы, который является источником кислотных дождей.
Отдельной проблемой является зависимость от внешних поставок при недостатке собственных ресурсов.
Энергия внутриядерных сил может быть освобождена посредством ядерного деления или реакции ядерного синтеза. Технология, используемая для производства ядерной энергии, основана на делении ядер. Топливом для ядерных реакций деления являются тяжелые ядра, в частности, урана, тория и плутония. Ядерная энергия до сих пор считалась желательной альтернативой для ископаемых видов топлива. Однако материалы, участвующие в ядерной энергетике, в значительной степени радиоактивны, начиная от урана, исходного материала, до различных побочных продуктов на всех этапах производственного цикла производства энергии. Последний побочный продукт обычно называют "радиоактивные отходы". Название говорит само за себя – все эти побочные продукты являются "радиоактивными", то есть, они испускают частицы радиации и высокой энергии электромагнитное излучение, например, гамма-лучи. Это качество делает такие материалы опасными. Люди, подверженные воздействию данного излучения, могут получить серьезные долгосрочные последствия для своего здоровья. Кроме того, многие из радиоактивных материалов очень долговечны, продолжая излучать в течение сотен и тысяч лет. Технологии ядерного деления были разработаны с соблюдением всех мер предосторожности, но они не гарантируют 100% безопасности. Кроме того, перевозки радиоактивных материалов и радиоактивных отходов по воздуху, суше и воде также могут представлять опасность радиоактивного заражения. Захоронение радиоактивных отходов также является сложной технической задачей, поскольку они должны быть надежно изолированы в течение длительного времени (сотни и тысячи лет).
Термоядерный синтез – это дешевый и экологически безопасный способ добычи энергии. На Солнце уже миллиарды лет происходит неуправляемый термоядерный синтез – из тяжелого изотопа водорода дейтерия образуется гелий. При этом выделяется колоссальное количество энергии. Но экстремально высокие температуры и давления, необходимые для синтеза являются серьезным препятствием для создания подобных энергетических систем на Земле. Люди пока не научились управлять подобными реакциями.
В таблице 1 приведены различные источники энергии и информация, относящаяся к особенностям производства, использования и воздействию на окружающую среду этих источников.
Таблица 1
Источник
энергии
|
Происхождение
энергии | Особенности производства |
Использование
|
Воздействие на окружающую
среду
|
Нефть,
нефтепродукты
|
Электромагнитные силы в атомных
связях.
|
Невозобновляемые
источники.
|
• Легко
транспортируется;
• Большой сегмент в транспортной отрасли. |
От переработки и
потребления продукции воздух, вода загрязняются отходами.
|
Природный
Газ
|
Электромагнитные силы в атомных
связях.
|
Невозобновляемые
источники.
|
Удобна для использования в
промышленности, транспорте, энергетике.
|
Производит меньше
загрязняющих веществ, чем нефть и уголь, и меньше СО2
|
Уголь
|
Электромагнитные силы в атомных
связях.
|
Невозобновляемые
источники.
|
Основной ресурс для электричества.
|
Производит CO2 и
другие вещества, загрязняет воздух, воду твердыми бытовыми отходами.
|
Биомасса: Древесина
и органические отходы, включая общественные отходы
|
Электромагнитные силы в атомных
связях.
|
• Возобновляемые источники;
• В изобилии есть в некоторых областях; • Требуется много времени на восстановление ресурсов (вырастить дерево). |
Низкий энергетический потенциал
по сравнению с другими ресурсами.
|
• В результате горения выбрасывается
CO2 и другие загрязняющие вещества;
• Возможные токсичные побочные продукты от отходов; • Нарушается баланс в природе в связи с заготовкой древесины. |
Гидроэнергия
|
Гравитационная сила воды.
|
• Возобновляемые
источники;
• Чистый ресурс с высокой эффективностью; • Зависит от климата и географии. |
Низкая экономическая стоимость,
хотя высокие начальные затраты.
|
Уничтожение
сельскохозяйственных угодий, перемещение людей, потеря среды обитания,
изменение водотоков.
|
Солнечная энергия (фотовольтаика)
|
Электромагнитная энергия от
солнца.
|
• Возобновляемые источники;
• Высокая экономическая стоимость, особенно в условиях запуска; • Зависит от климата и географического положения; • Необходимость запасания энергии, чтобы обеспечить надежность; • Не достаточно развиты для глобального использования. |
• Технология уже используется для
удаленных мест, где это экономически оправдано;
• Неограниченный ресурс, который является чистым, эффективным,
безопасным и возобновляемым источником.
|
Занимают
большие площади землепользования
|
Солнечная энергия тепловая
|
Электромагнитная энергия от
солнца.
|
• Возобновляемые источники;
• Солнечно-тепловые системы для преобразования солнечной энергии непосредственно в тепло; • Экономически более конкурентоспособны, чем фотовольтаика; • Зависит от климата и географического положения. |
• Технологии не
продвинулись достаточно для глобального использования;
• Многие промышленные предприятия используют солнечные коллекторы. |
|
Геотермальная
энергия
|
Гравитационное
давление и ядерные реакции в ядре Земли.
|
• Извлекает тепло из
подземных недр;
• Технологи еще недостаточно разработаны; • Зависит от географического положения. |
Потребление
энергии локализовано;
|
|
Сила
ветра
|
Гравитационное и
электромагнитное энергии от солнца.
|
• Возобновляемые
источники;
• Неограниченный ресурс, очень чистые технологии, не загрязняющие окружающую среду. |
• Экономическая стоимость
сравнима с современными технологиями;
• Должны быть разработаны системы для надежной работы с переменной скоростью ротора; • Технологии не продвинулись достаточно для глобального использования. |
• Занятость больших участков земли; • Возможное воздействие на птиц и их пути миграции; • Некоторое шумовое воздействие. |
Ядерное
деление
|
Сильное ядерное взаимодействие.
|
• Невозобновляемый ресурс U-235;
• Высокая технологическая инфраструктура и высокая стоимость, необходимая для безопасной работы; • Используется много воды для охлаждения. |
В настоящее время
приходится 10-12% мирового производства электроэнергии.
|
• Производит радиоактивные отходы с длительным периодом
распада;
• Утилизация отходов требует решения комплекса технических и политических задач; • Вопросы безопасной эксплуатации с точки зрения недопущения выбросов в атмосферу; • Проблема общественного восприятия с точки зрения безопасности. |
Термоядерная
реакция
|
Слабые
ядерные силы.
|
• Технологии еще недостаточно
развиты и не жизнеспособны;
• Требуются большие инвестиции в исследования.
|
Возможность загрязнения
воды из-за радиоактивного трития.
|
Комментариев нет:
Отправить комментарий