Энергетика и окружающая среда

Современный период развития человечества иногда характеризуют через три «Э»: энергетика, экономика, экология. Энергетика в этом ряду занимает особое место. Она является определяющей и для экономики, и для экологии. От нее зависит экономический потенциал государств и благосостояние людей. Она же оказывает наиболее сильное воздействие на окружающую среду, экологические системы и биосферу в целом. Самые острые экологические проблемы, такие как изменение климата, кислотные осадки, всеобщее загрязнение среды, стремительное истощение запасов органического топлива, прямо или косвенно связаны с производством или использованием энергии. Энергетике принадлежит первенство не только в химическом, но и других видах загрязнения: тепловом, аэрозольном, электромагнитном, радиоактивном, вибрационном. Поэтому от решения энергетических проблем зависит возможность решения основных экологических проблем. Энергетика – отрасль производства, развивающаяся невиданными темпами. Если численность населения в условиях современного демографического взрыва удваивается за 40-50 лет, то в производстве и потреблении энергии это происходит через каждые 12-15 лет.

Проблемы отыскания альтернативных способов получения энергии всегда интересовали человечество, однако столь волнующими, как сегодня, они не были никогда. Мировое потребление энергии стало соизмеримым с запасами горючих ископаемых – базой современной энергетики. То, что природой создавалось на протяжении геологических эпох (миллионов лет), расходуется в течение нескольких десятилетий. Если до 1980 года всего в мире было добыто 150 млрд. т н э, то за 20 последних лет ХХ века предполагается использовать почти в 1,2 раза больше, что грозит не только исчерпанием легкодоступных, дешевых месторождений, но и серьезными экологическими осложнениями.

Во всем мире для производства электрической и тепловой энергии используется органическое топливо, атомная и гидроэнергия. При условии, что энергоресурсы будут потребляться все возрастающими темпами, называются следующие приблизительные сроки их полного израсходования: уголь – в конце XXII века; нефть и газ – в конце XXI века; уран – в середине XXI века.

Гидроэнергия относится к возобновляемым видам энергии, но и ее освоение закончится к началу XXI века.

Однако некоторые футурологи считают, что раньше, чем человечество сожжет последний килограмм топлива, оно израсходует последний килограмм кислорода. По имеющимся расчетам, расход кислорода быстро растет. Так, если в 1960 г. на сожжение всех видов топлива понадобилось 1,3 млрд. тонн кислорода, то в 1980 г. – уже 12 млрд. тонн, а в 2000 г. энергетика поглотила около 60 млрд. тонн кислорода атмосферы.

Кроме проблемы ограниченности природных ресурсов имеется и ряд других негативных последствия использования органического топлива на окружающую среду. Так, извлечение нефти и природного газа ведет к оседанию почвы. Нефть и газ, скопившиеся в пористых породах под поверхностью Земли, служат своеобразной «подушкой», поддерживающей лежащую сверху породу. Когда эта подушка извлекается, земная поверхность в районе залегания нефти и газа опускается на глубину до 10 метров. Кроме того, извлечение из земных недр полезных ископаемых ведет к перераспределению гравитационного напряжения в земной коре, которые иногда заканчиваются землетрясениями.

Сжигание топлива – не только основной источник энергии, но и важнейший поставщик в окружающую среду загрязняющих веществ. Тепловые электростанции вместе с транспортом поставляют в атмосферу основную долю техногенного углерода (в основном в виде СО), около 50% диоксида серы, 35% оксидов азота и около 35% пыли.

Экологические проблемы тепловой энергетики. В выбросах ТЭС содержится значительное количество металлов и их соединений. При пересчете на смертельные дозы в годовых выбросах ТЭС мощностью 1 млн. кВт содержится алюминия и его соединений свыше 100 млн. доз, железа – 400 млн. доз, магния – 1,5 млн. доз. Летальный эффект этих загрязнителей не проявляется только потому, что они попадают в живые организмы в незначительных количествах, что, однако, не исключает их отрицательного влияния через воду, почвы и другие звенья экологических систем.

Тепловая энергетика оказывает отрицательное влияние практически на все элементы окружающей среды, в том числе на человека, другие живые организмы и их сообщества.

Влияние энергетики на окружающую среду сильно зависит от вида используемого топлива. Наиболее «чистым» топливом является природный газ, дающий при его сжигании наименьшее количество загрязняющих атмосферу веществ. Далее следует нефть (мазут), каменные угли, бурые угли, сланцы, торф.

Как уже говорилось выше, в процессе сжигания топлива образуется много побочных веществ. При сжигании угля образуется значительное количество золы и шлака. Большую часть золы можно уловить, но не всю. Все отходящие газы потенциально вредны, даже пары воды и диоксид углерода СО2. Эти газы поглощают инфракрасное излучение земной поверхности и часть его вновь отражают на Землю, создавая так называемый «парниковый эффект». Если уровень концентрации СО2 в атмосфере Земли будет увеличиваться, могут произойти глобальные климатические изменения.

При сжигании топлива образуется теплота, часть которой выбрасывается в атмосферу, приводя к тепловому загрязнению атмосферы. Это, в конечном итоге, влечет повышение температуры водного и воздушного бассейнов, таянию ледников и тому подобным явлениям. Весь этот процесс накопления теплоты может привести к ощутимому повышению температуры на Земле, если использование энергии будет продолжать расти такими же темпами, как сейчас. В свою очередь повышение температуры может вызвать глубокие изменения климата на всей Земле.

Таким же катастрофическим может быть эффект от поступления в атмосферу большого количества твердых частиц. В табл. 2.5 приводятся количественные данные о различных веществах, образующихся при работе типовой ТЭС мощностью 1000 МВт на органическом топливе.

Таблица 2.5