Ресурсосбережение, новые технологии, новые материалы, новые виды энергии
Интенсивная эксплуатация природных богатств привела к необходимости нового вида природоохранной деятельности — рационального использования природных ресурсов, при котором требования охраны включаются в сам процесс хозяйственной деятельности по использованию природных ресурсов.
Природопользование — общественно-производственная деятельность, направленная на удовлетворение материальных и культурных потребностей общества путем использования различных видов природных ресурсов и природных условий. Природопользование включает: а) охрану, возобновление и воспроизводство природных ресурсов, их извлечение и переработку; б) использование и охрану природных условий среды жизни человека; в) сохранение, восстановление и рациональное изменение экологического равновесия природных систем; г) регуляцию воспроизводства человека и численности людей.
Природопользование может быть нерациональным и рациональным. Нерациональное природопользование не обеспечивает сохранение природно-ресурсного потенциала, ведет к оскудению и ухудшению качества природной среды, сопровождается загрязнением в истощением природных систем, нарушением экологического равновесия и разрушением экосистем. Рациональное природопользование означает комплексное научно-обоснованное использование природных богатств, при котором достигается максимально возможное сохранение природно-ресурсного потенциала, при минимальном нарушении способности экосистем к саморегуляции и самовосстановлению.
Рациональное природопользование – система деятельности, призванная обеспечить экономную эксплуатацию природных ресурсов и условий, наиболее эффективный режим их воспроизводства с учетом перспективных интересов развивающегося хозяйства и сохранения здоровья людей.
Целью рационального природопользования является необходимость достижения оптимальных пропорций, в масштабах единого использования, охраны, воспроизводства природных ресурсов.
Рациональное природопользование требует совершенствования технологии производства, всего цикла использования природных ресурсов, с целью более полного извлечения полезной части ресурса, снижения отходов, развития производств с замкнутыми циклами, развития вторичного использования сырья и отходов, очистки промышленных выбросов, освоения новых форм энергии.
Рациональное природопользование преследует двоякую цель:
— обеспечить такое состояние окружающей среды, при котором она смогла бы удовлетворить наряду с материальными потребностями запросы эстетики и отдыха;
— обеспечить возможность непрерывного получения урожая полезных растений, производства животных и различных материалов путем установления сбалансированного цикла использования и возобновления.
Экологически сбалансированное природопользование возможно лишь при использовании «экосистемного подхода, учитывающего все виды взаимосвязей и взаимовлияний между средами, экоценозами и человеком».
Нерациональное природопользование в конечном счете ведет к экологическому кризису, а экологически сбалансированное природопользование создает предпосылки для выхода из него.
Выход из глобального экологического кризиса — важнейшая научная и практическая проблема современности. Над ее решением работают тысячи ученых, политиков, специалистов-практиков во всех странах мира. Задача заключается в разработке комплекса надежных антикризисных мер, позволяющих активно противодействовать дальнейшей деградации природной среды и выйти на устойчивое развитие общества. Попытки решения этой проблемы только одними какими-либо средствами, например технологическими (очистные сооружения, безотходные технологии и т. Д.), принципиально неверны и не приведут к необходимым результатам. Преодоление экологического кризиса возможно лишь при условии гармоничного развития природы и человека, снятии антагонизма между ними Это достижимо лишь на основе реализации «триединства естественной природы, общества и природы очеловеченной», на путях устойчивого развития общества, комплексного подхода к решению природоохранных проблем.
Управление водными ресурсами
Несмотря на то, что мы не можем увеличить мировые запасы воды, мы можем ослабить остроту и снизить скорость распространения проблем водных ресурсов. Два основных подхода к управлению водными ресурсами заключаются в увеличении запасов пригодной к употреблению воды и снижению её ненужных расходов и потерь. Основные способы эффективного управления водными ресурсами представлены в таблице 5.1
Таблицы 5.1 – Методы управления водными ресурсами
Дождевую и талую воду можно аккумулировать в больших водохранилищах, которые создаются за плотинами , построенными на реках.
Контролируя речной сток, плотины снижают опасность наводнений в низовьях реки дают людям возможность жить на плодородных поймах крупнейших рек ниже плотин. Они также создают регулируемый запас воды для орошения земель. Гидроэлектростанции, используя энергию падающей воды, вырабатывают свыше 20 % мировой электроэнергии. Вода является возобновимым не загрязняющим окружающую среду источником энергии. Однако строительство плотин имеет и ряд недостатков. Аккумуляция воды в водохранилищах за плотинами поднимает уровень грунтовых вод, что приводит к заболачиванию близлежащих земель. Перекрывая естественное русло реки, плотина препятствует миграции рыб и уничтожает её нерестилища.
Существуют примеры увеличения запасов пресной воды в густонаселённых районах, испытывающих дефицит воды, путём переброски вод из районов, богатых водой. Примером может служить Калифорнийский план использования воды – крупнейшее в мире водохранилище и система водоснабжения. По этому плану вода перебрасывается из богатых водой, но имеющих низкую плотность населения северных районов Калифорнии в густонаселённые засушливые регионы Южной Калифорнии. Суть проблемы заключается в том, что в Калифорнии две трети атмосферных осадков выпадает в горных районах севера, в то время как 80 % воды используются в центральных и южных частях Калифорнии.
Другим примером крупномасштабной переброски воды может служить Средняя Азия, где из Аральского моря на орошение было взято столько воды, что озеро пересохло. В настоящее время с территории Аральского моря огромное количество соли и песка разносится ветром на значительные расстояния, нанося ущерб сельскому хозяйству. Данный проект переброски воды можно назвать одной из крупнейших экологических катастроф, вызванных деятельностью человека.
Выдвигались предположения о буксировке огромных айсбергов в засушливые района, для того чтобы после их таяния откачивать пресную воду на берег. Однако технически это сделать практически невозможно, а стоимость таких проектов очень высока.
Опреснение солёной воды является эффективным средством увеличения запасов пресной воды. Наибольшее распространение получили методы дистилляции и обратного осмоса. Также практикуются замораживание соленой воды или пропускание через неё электрического тока. Общим недостатком всех известных методов опреснения является то, что все они требуют огромного количества энергии. За счёт опреснения солёной воды можно решить проблему водообеспечения прибрежных городов в засушливых зонах, когда стоимость получения пресной воды любым методом достаточно высока.
В настоящее время на долю орошения приходится 70 % используемой в мире воды, значительная часть которой расходуется впустую. Из всего объёма поступающей на орошение воды растения получают лишь 37 %, а остальные 63 % расходуются бесцельно. Снизить потери воды при орошении позволяют системы капельного орошения, системы дождевания, а также контроль влажности почвы.
Многие промышленные процессы могут быть видоизменены в целях сокращения потерь воды, её экономии и повторного использования. Например, в зависимости от технологии, для выплавки 1 тонны стали требуется от 4980 до 199250 литров воды. Для производства 1 тонны бумаги завод в Хадере в Израиле использует десятую часть того количества воды, которое требуется большинству целлюлозно-бумажных комбинатов. Получение алюминия из металлолома, а не из руды может снизить потребление воды на 97 %. В промышленности отмечается некоторая экономия воды, однако потенциальные возможности по её вторичному использованию далек не исчерпаны, так как многие отрасли мало заинтересованы в рециркуляции, на долю которой приходится только 3% общих расходов промышленности.
Воду также необходимо экономить в жилых домах, административных зданиях. Из-за утечек воды в трубах, магистральных трубопроводах, туалетах, ваннах и кранах, теряется от 20 до 35 % воды, поступающей на коммунальные нужды.
Самый лёгкий и дешевый путь повышения энергоэффективности с наименьшими последствиями для окружающей среды состоит в частичном или полном решении проблемы бесполезных расходов и потерь энергии. Этого можно достичь следующим образом:
– Уменьшением потребления энергии за счет изменения методов ее расхода. Например, путешествовать на короткие расстояния пешком или на велосипеде, отдавать предпочтение общественному транспорту, а не легковым автомобилям;
– Повышением энергоэффективности за счет выполнения той же работы с меньшими энергозатратами. Например, улучшать теплоизоляцию домов, следить за состоянием автомобильных двигателей, переходить на использование более энергоэффективных автомобилей, домов, систем отопления и охлаждения, бытовых электроприборов, ламп и технологических процессов.
– Экономией энергии при росте производительности за счет разработки более энергоэффективных приборов. Например, использовать солнечные батареи, преобразующие солнечную радиацию непосредственно в электричество: аэродинамически оптимальные транспортные средства, требующие меньше горючего, более эффективные отопительные и охладительные системы, бытовые приборы и транспортные двигатели.
Повышение эффективности энергетики — самый действенный способ экономии энергии. В этом случае уменьшается вредное воздействие на окружающую среду, так как сокращаются затраты энергетических ресурсов при получении того же количества энергии. Этот способ не приводит к дополнительным выбросам углекислого газа в атмосферу и является самым дешевым и самым быстрым способом замедления глобального потепления за счёт экономии ископаемого топлива.
Экономия энергии и сокращение ее потерь позволяют продлить срок использования невозобновимого ископаемого топлива, увеличивают время перехода к неисчерпаемым и возобновимым энергетическим ресурсам и уменьшают зависимость от импортной нефти. Экономное энергопотребление способствует более стабильному положению в мире, повышает национальную и глобальную военную и экономическую безопасность за счет уменьшения зависимости от нефти. Повышение эффективности энергетики имеет меньше отрицательных последствий, чем любая другая альтернатива ее развитие. Однако замена домов, промышленного оборудования и автомобилей на более экономичные по мере их износа требует много времени. Например, замена большинства строений и промышленного оборудования занимает несколько десятилетий, а старых автомобилей – от 10 до 12 лет.
Промышленность потребляет почти половину электричества, вырабатываемого в мире. Одним из наиболее энергоемких процессов является получение алюминия из алюминиевой руды. Новые технологии позволяют сэкономить до 25% электричества, а повторная переработка алюминия снижает затраты электричества на 95%. Тем не менее, несмотря на такую огромную экономию, мировая доля вторичного алюминия составляет лишь 25%. Эта цифра легко может быть удвоена или даже утроена.
Около 70% электричества, используемого в промышленности, необходимо для работы электродвигателей, большинство из которых вращаются с фиксированной скоростью и подают фиксированное напряжение независимо от выполняемых ими задач. Внедрение переменных передач скоростей, реостатов для светильников и другого оборудования, которое приводило бы в соответствие мощность электроприборов и нужды потребителей, может сократить затраты электричества на одну шестую.
Еще один способ экономии энергии в промышленности заключается в переходе к более рациональному освещению. Можно также использовать контролируемые компьютерами системы для выключения освещения и оборудования на останавливаемых участках и в периоды, когда производство работает не на полную мощность.
Очень важным направлением повышения энергоэффективности промышленности является сокращение производства отходов и увеличение срока службы товаров. Этого можно достичь за счёт повышения роли рециркуляции и повторного использования материалов, а также производства более долговечной и легко ремонтируемой продукции.
Крупнейшими, практически неиссякаемыми вечными и возобновимыми источниками энергии для всех стран являются солнце, ветер, текущие воды, биомасса, внутреннее тепло Земли (геотермальная энергия).
Существуют пассивные системы улавливания солнечной энергии и активные гелиоустановки. В активных гелиоустановках специальные коллекторы концентрируют солнечную энергию и накапливают её в виде тепла для отопления помещений и нагрева воды. Несколько соединенных между собой коллекторов обычно устанавливаются на крыше, чтобы без помех поглощать солнечные лучи.
Преимущества и недостатки солнечной энергетики при отоплении зданий и нагревании воды. Использование активных или пассивных гелиоэнергетических систем для отопления помещений и нагревания воды имеет много преимуществ. В солнечные дни гарантирована бесплатная энергия, а к.п.д. колеблется от умеренного до высокого. Технология хорошо разработана, и установка оборудования не занимает много времени. В атмосферу не выбрасывается углекислый газ, и последствия для окружающей среды загрязнений воздуха и воды крайне незначительны. Нарушений почвы также практически не происходит, так как пассивные системы встраиваются в здания, а активные солнечные коллекторы обычно размещаются на крышах.
С точки зрения затрат в течение всего периода эксплуатации хороший проект пассивной гелиоэнергетической системы является самым дешевым способом на 50% или даже на 100% решить проблему отопления дома в районах с достаточным количеством солнечного света. Строительство при наличии такой системы обходится на 5—10% дороже, но общие расходы за весь срок службы на 30 или 40% ниже по сравнению с обычными домами.
В районах, не испытывающих недостатка в солнечном излучении, активная гелиоустановка является малозатратным способом обеспечения горячей водой большинства домов. В таких районах также может оказаться выгодным частично или полностью отапливать жилые дома, большие административные здания с незатененными крышами и небольшие поселки, используя новые магниевогидридные системы.
Тем не менее гелиоустановки имеют и недостатки. Так, солнечная энергия не поступает ночью и в облачные дни. Как правило, это обусловливает необходимость в системах, аккумулирующих тепло в небольших запасных отопительных системах. Первоначальная стоимость обескураживает покупателей, не привыкших оценивать суммарные затраты за весь срок эксплуатации, а также покупателей, регулярно меняющих жилье.
При существующих технологиях активные гелиоэнергетические системы обычно слишком дороги для отопления большинства жилых домов и небольших административных зданий. Усовершенствование проектов и технологий массового производства может изменить это положение. Однако многие люди полагают, что коллекторы активного солнечного тепла, установленные на крыше или во дворе, портят внешний вид дома.
Прямое преобразование солнечной энергии в электричество: фотоэлементные ячейки. При помощи фотоэлементных ячеек, обычно называемых солнечными батареями, энергия солнечной радиации может быть непосредственно преобразована в электрическую. Солнечная батарея состоит из тонкой пленки из очищенного кремния, который может быть приготовлен из дешевого и имеющегося в изобилии песка. К ней добавляются ничтожные количества (следы) других веществ, таких, как арсенид галлия или сульфид кадмия, благодаря чему пленка излучает электроны и вырабатывает небольшое количество электрического тока при воздействии на нее солнечных лучей. В настоящее время солнечные батареи достаточно широко используются по всему миру. Солнечные фотоэлементы используются также для переключения железнодорожных стрелок, для электрификации колодцев, при работе ирригационных насосов, для зарядки батарей, в калькуляторах, переносных компьютерах, океанических буях, маяках и на морских нефтедобывающих платформах в солнечном Персидском заливе. Солнечные батареи, кроме того, надежны и бесшумны, у них нет движущихся частей, и они могут служить до 30 лет и дольше, если их поместить в стекло или пластик. Они могут быть быстро и легко установлены и требуют небольшого ухода, если не учитывать необходимость изредка промывать их для удаления грязи, препятствующей улавливанию солнечных лучей. Большинство солнечных батарей сделаны из кремния, второго по распространенности элемента в земной коре. При использовании они не выделяют углекислый газ, загрязнение воды и воздуха при их эксплуатации и производстве незначительно, нарушения почвенного покрова при их установке на крыше не происходит. Коэффициент полезного действия довольно высок и растет в новых образцах.Однако солнечные батареи имеют и ряд недостатков. Современная стоимость систем солнечных батарей высока. Без плотной пластиковой защиты солнечные батареи могут быть повреждены градом. Использование солнечных батарей может лимитироваться недостатком галлия и кадмия. При отсутствии эффективного контроля за загрязнением производство солнечных батарей может вызвать умеренное загрязнение воды химическими отходами.
Вторичная солнечная энергия: выработка электричества силой падающей и текущей воды
Типы гидроэлектрической энергии. С 1700-х годов кинетическая энергия падающей и текущей воды, рек и ручьев использовалась для выработки электричества на небольших и крупных гидроэлектростанциях. В широкомасштабных гидроэнергетических проектах реки перекрывались гигантскими плотинами для создания водохранилищ, из которых вода с регулируемой скоростью падала в реку ниже плотины, вращая турбины и вырабатывая электричество.
Электричество, вырабатываемое силой падающей воды, является скрытой формой вечной солнечной энергии, благодаря которой происходит гидрологический цикл. Однако водохранилища за плотинами обычно заполняются илом и становятся бесполезными уже через 30 — 300 лет, в зависимости от скорости естественной и ускоряемой деятельностью человека эрозии почв на землях, расположенных выше плотины. Это означает, что большие гидроэлектростанции являются невозобновимыми источниками энергии.
В небольших гидроэнергетических проектах поперек реки или ручья строится низкая плотина, а водохранилище либо отсутствует, либо очень невелико. Для получения электричества используется естественный водный поток. Однако мощность таких ГЭС может меняться в зависимости от сезонных колебаний стока. В условиях засухи дефицит воды может привести к полной остановке турбин.Падающая вода может также использоваться в гидроаккумулирующих энергетических системах. Их главное назначение — обеспечение дополнительной энергией во время пиковых ситуаций. Когда потребности в электричестве малы, как правило, ночью, электроэнергия, вырабатываемая обычной электростанцией, используется для откачки воды из озера или водохранилища в другое водохранилище, расположенное на большей высоте, обычно на вершине горы. Если электрическая компания временно нуждается в большем количестве электричества, чем могут выработать ее станции, используется вода из верхнего водохранилища. На своем пути в нижний резервуар она вращает турбины и вырабатывает электричество. Однако это очень дорогой способ получения электричества. Имеются гораздо более дешевые альтернативы, такие, как турбины, работающие на природном газе. Другой возможностью является использование для подъема воды в верхнее водохранилище насосов, приводимых в действие энергией солнечной радиации. Гидроэнергетика имеет целый ряд преимуществ. Многие развивающиеся страны располагают большим количеством еще не перекрытых потенциальных створов для станций, хотя расположены они часто далеко от тех мест, где требуется электричество. Гидроэлектростанции имеют средний или высокий коэффициент полезного действия и довольно низкую стоимость производства и поддержания рабочего состояния. Гидроэлектростанции, как правило, не закрываются на ремонт и в процессе их работы не происходит выбросов углекислого газа или других загрязнителей в атмосферу. Срок эксплуатации их от двух до десяти раз больше, чем у угольных или атомных станций. Помимо выработки электричества большие плотины позволяют контролировать паводки и подавать регулируемое количество воды в орошаемые районы, расположенные ниже плотин. Однако гидроэнергетика имеет и некоторые недостатки. В частности, очень высока стоимость строительства новых крупных сооружений, для которых во многих странах практически не осталось подходящих мест. Создание гигантских плотин подразумевает затопление огромных территорий, разрушает местообитания диких животных, сгоняет людей с насиженных мест, уменьшает естественное плодородие первоклассных сельскохозяйственных земель в речных долинах ниже плотины и снижает улов рыбы ниже по течению. Без надлежащего контроля землепользования крупные сооружения могут вызвать усиление эрозии почв и заиление вод вблизи берегов водохранилища выше плотины. Это приводит к сокращению срока службы водохранилища.
Энергия приливов. Дважды в сутки у побережий под действием гравитационных сил Луны и Солнца наблюдаются колебания уровня океана или моря, то есть подъемы воды (приливы) и ее падения (отливы). В некоторых местах можно создать плотины, отсекающие залив от моря. Если разница между полной и малой водой достаточно велика, кинетическая энергия этих ежедневных приливных течений, обусловленных приливообразующими силами Луны, может быть использована для вращения турбин, размещенных в плотине и вырабатывающих электричество. Однако для строительства таких электростанций на Земле существует лишь пара десятков подходящих мест. Использование энергии приливов для производства электричества имеет ряд преимуществ. Источник энергии (прилив, обусловленный действием гравитационных сил) бесплатен, стоимость эксплуатации приливной электростанции невелика, а коэффициент полезного действия достаточно высок. Не происходит выбросов в атмосферу углекислого газа, загрязнение воздуха и нарушения почвы незначительны. Большинство аналитиков, однако, полагают, что энергия приливов в мировом производстве электричества не сыграет существенной роли. Далеко не везде существуют благоприятные условия для ПЭС, и стоимость их строительства достаточно высока. Мощность электростанций и количество энергии колеблются в течение суток в зависимости от фазы прилива, соответственно, эти станции должны быть снабжены дублирующими системами. Плотины и электростанции могут быть повреждены штормами, а металлические части легко разъедаются морской водой.
Преобразование тепловой энергии океана. Океаническая вода аккумулирует огромное количество солнечного тепла. Принцип работы основан на использовании большой разницы температур холодных глубинных и теплых поверхностных вод тропических океанов для выработки электроэнергии.
Солнечные пруды на суше. Солнечные пруды, или коллекторы солнечной энергии, представляют собой протянувшиеся по крайней мере на 0,5 га рвы, заполненные черными пластиковыми мешками с соленой или пресной водой. Соленые солнечные пруды могут быть использованы для выработки электричества и, как правило, располагаются вблизи внутренних соленых озер или лиманов и пустынь, изобилующих солнечной радиацией. При нагревании придонные слой воды в таких прудах не поднимаются к поверхности, так как имеют большую соленость и плотность (массу на единицу объема), чем верхние слои. Тепло, накопленное днем в придонных слоях, может быть использовано для выработки электричества по принципу, положенному в основу океанических геотермальных станций.
Энергия ветра: прошлое и настоящее. С 1600-х годов господствующие ветры, косвенное следствие солнечного излучения, использовались для движения кораблей, помола зерна, перекачивания воды и снабжения энергией многочисленных маленьких фабрик. С 1970-х годов начали проектироваться и использоваться в 95 странах современные ветровые турбины разных размеров. Опыт показал, что эти установки могут вырабатывать электричество по приемлемой цене для небольших населенных пунктов и крупных коммунальных компаний в районах со средней скоростью ветра от 6,5 м/сек до 10,9 м/сек, что характерно для горных перевалов и морских побережий. Преимущества и недостатки энергии ветра. В некоторых районах, обладающих особыми условиями, энергия ветра является неограниченным источником энергии, а большие ветровые фермы могут быть построены за срок от трех до шести месяцев. Ветроэнергетические системы, как правило, имеют относительно высокий коэффициент полезного действия, не выделяют углекислый газ или другие загрязнители воздуха, при эксплуатации не требуют воды для охлаждения. Они работают от 80% до 98% времени, когда дует ветер. При их производстве и эксплуатации практически не происходит загрязнения воды. Земли, занятые ветровыми фермами, могут быть использованы для выпаса или других целей. Ветроэнергетические установки не нуждаются в воде что делает их особенно актуальными в аридных и семиаридных районах. Предполагается, что ветровые фермы будут экономически более выгодны, чем угольные и атомные электростанции уже в 1990-х годах, что уже наблюдается в особо благоприятных районах. Однако ветроэнергетика может развиваться только в достаточно ветреных районах. Когда ветер затихает, необходимо резервное электричество от коммунальных сетей или систем энергонакопителей, хотя в некоторых местах это не является проблемой. Резерв электричества может быть также обеспечен комбинацией ветровых ферм с солнечными батареями или с гидроэнергетическими установками или и с тем, и с тем. Строительство ветровых ферм на горных перевалах и морских побережьях может нарушить красоту ландшафтов.
Возобновимая биомасса как разнообразное топливо. Биомасса — это органическое растительное вещество, производимое солнечной энергией благодаря фотосинтезу. Некоторые из этих растительных веществ могут сжигаться как твердое топливо или преобразовываться в более удобное газообразное или жидкое биотопливо (рис. 9-12). В 1987 г. на биомассу, главным образом, в виде дров и навоза, использовавшуюся для отопления жилищ и приготовления пищи, приходилось около 15% энергии, вырабатываемой в миреВсе виды биологического топлива имеют ряд общих преимуществ. Они могут быть использованы в твердом, жидком и газообразном виде для отопления помещений, нагревания воды, выработки электричества и приведения в движение транспортных средств. Биомасса является возобновимым энергетическим ресурсом до тех пор, пока деревья и растения не уничтожаются быстрее, чем вырастают, а как раз этого и не происходит в большинстве районов. Уровень содержания углекислого газа в атмосфере не повышается до тех пор, пока скорость уничтожения и сжигания деревьев и растений и разложения органического вещества под землей не превысит скорость их возобновления. Сжигание биологического топлива не приводит к существенным выбросам в атмосферу серы и оксида азота на единицу полученной энергии в отличие от неконтролируемого сжигания угля и, соответственно, требует меньших затрат на контроль загрязнения. Биотопливо имеет также и некоторые общие недостатки. Без эффективного контроля за землепользованием и восстановлением растительного покрова широкомасштабное уничтожение деревьев и растений может Привести к истощению питательных веществ в почве, к ускоренной эрозии и загрязнению воды, наводнениям и потере среды обитания диких животных. Ресурсы биомассы имеют высокое содержание воды (от 15% до 95%), что понижает выход чистой полезной энергии. Дополнительный вес, обусловленный высокой влажностью, делает довольно дорогими заготовку и транспортировку древесины и других растительных материалов. Каждый вид биологического топлива имеет и свои специфические преимущества и недостатки.
В качестве топлива для автомобилей, отопления домов и горячего водоснабжения в случае исчерпания запасов нефти и природного газа некоторые ученые предлагают использовать газообразный водород. В чистом виде в больших количествах в природе он не встречается. Однако он может быть получен химическим путем из таких невозобновимых ресурсов, как уголь и природный газ, или за счет использования тепла, электричества и, возможно, солнечной энергии для разложения пресной или морской воды. Водород может сжигаться в реакциях с кислородом на электростанции, в специально спроектированном автомобильном двигателе или в топливных элементах, преобразующих химическую энергию в постоянный ток. Топливные элементы, работающие на смеси водорода и воздуха, имеют коэффициент полезного действия от 60 до 80%.
Водород полностью сгорает в кислороде, при этом образуется только водяной пар и не происходит загрязнения воздуха. После сжигания на воздухе выделяется незначительное количество оксидов азота, в 200 раз меньше, чем выбрасывают современные автомобили. Водород может быть аккумулирован в пористых угольных гранулах или соединяться с различными металлами, образуя твердые вещества, которые при нагревании высвобождают водород, необходимый для специально спроектированных автомобильных двигателей. В отличие от бензина твердые гидриды водорода не взрываются и не горят в случае повреждения баков в результате аварии. Водород может также абсорбироваться в гранулах активированного угля, которые выделяют водород при нагреве. Главная проблема с водородом как топливом состоит в том, что в природе он практически не встречается. При его производстве разложением воды требуется высокотемпературное тепло или электричество, получаемое из других источников энергии, которыми могут служить ядерный распад, прямая солнечная радиация или ветер, что приводит к значительному удорожанию таких технологий. Другой проблемой использования водорода является его высокая взрывоопасность.
Самый легкий и дешевый способ получить больше энергии и уменьшить современные нагрузки на окружающую среду состоит в повышении энергоэффективности промышленности, транспорта, торговых и жилых зданий. Этого можно достичь, изменив привычку расточительно использовать энергию, повысив энергоэффективность за счет выполнения той же работы с меньшими энергозатратами и повысив коэффициент полезного действия существующих электроприборов. Повышение эффективности энергетики позволяет продлить срок использования невозобновимого ископаемого топлива, увеличивает время перехода к неисчерпаемым и возобновимым энергетическим ресурсам, уменьшает зависимость от импорта нефти и укрепляет глобальную и национальную военную и экономическую безопасность.Крупнейшим источником энергии для всех стран является неисчерпаемая и возобновимая энергия солнца, ветра, текущей воды и биомассы.Прямая солнечная энергия может быть сконцентрирована для выработки высокотемпературного тепла для индустриальных процессов и для выработки электричества на гелиоустановках.Новые гидроэнергетические проекты могут существенно повысить выработку электричества во многих развивающихся странах и в ряде индустриальных государств. Затрат при этом могут быть довольно большими, а последствия для окружающей среды не внушают опасений. Выработка электричества за счет энергии полусуточных морских, приливов (приливная энергия) и океанических волн (волновая энергия) по прогнозам не сможет существенно повлиять на мировую энергетику из-за ограниченности подходящих мест для строительства электростанций. Источником электричества может также служить солнечная энергия, накопленная в виде тепла в морской воде в тропических океанических установках или в солнечных прудах на суше, содержащих соленую или пресную воду. Количество подходящих мест в океане для создания больших плавучих океанских гидротермальных электростанций ограничено в связи с техническими сложностями, а высокая стоимость может также серьезно лимитировать использование этого энергетического ресурса. Соленые солнечные пруды вблизи внутренних морей и соленых озер в ряде мест, чье число ограничено, могут использоваться для выработки электричества, но стоимость его будет слишком высокой. Сооружение пресноводных солнечных прудов может оказаться достаточно быстрым, дешевым и эффективным способом получения низкотемпературного тепла для отопления и горячего водоснабжения. Энергия может быть получена и при сжигании различных видов биологического топлива, в том числе сельскохозяйственных и бытовых отходов. [5]
Вопросы для самоконтроля
1. Какие задачи преследует рациональное природопользование?
2. Что является основной целью развития малоотходных технологий?
3. Как называются ресурсы, которые вырабатываются в процесс эксплуатации?
4. Перечислите виды природных ресурсов.
5. Назовите десять основных действий, которые может предпринять отдельный человек, чтобы сэкономит энергию дома и на транспорте.
1. Анциферова И.В. Экологический менеджмент. Изд-во ПГТУ, Пермь, 2007, 280 стр.
2. Земельный кодекс Российской Федерации от 25.10.2001 N 136-ФЗ (ред. от 23.07.2013) (с изм. и доп., вступающими в силу с 06.09.2013)
3. Государственный доклад о состоянии и использовании минерально-сырьевых ресурсов РФ в 2011 г.
Источник:http://studopedia.su/11_75886_printsipi-ratsionalnogo-prirodopolzovaniya.html