Экологические проблемы энергетики

Одним из факторов, определяющих уровень развития общества, является уровень использования и количество потребляемой энергии на душу насе­ления. Процессы превращения первичной энергии, имеющей место в обще­стве, связывают между собой экономические, социальные и экологические показатели. Социальный уровень жизни определяется количеством энергии, потребляемой на 1-го человека, а это значит, что для его повышения необ­ходимо вырабатывать больше энергии. Основным источником энергии в на­стоящее время является нефть, газ и уголь.

Традиционные способы выработки тепло- и электроэнергии в котельных и на ТЭС из этих первичных источников энергии, использование топлива в топливопотребляющих технологических установках сопряжены с разносто­ронним локальным и глобальным воздействием на окружающую среду:

- выбросом в атмосферу вредных веществ;

- сбросом минерализованных и нагретых вод;

- потреблением в значительных количествах кислорода и нагретых вод;

- изъятием больших площадей земли для захоронения отходов (шлака, золы) и др.

Это воздействие является причиной закисления почвы и воды, способст­вует возникновению парникового эффекта, обусловливающего повышение планетарной температуры, провоцирует другие необратимые процессы. Кроме того, органическое топливо - это невосполнимые источники энергии, а это значит, что темпы их возобновления во много раз ниже темпов их по­требления.

В результате антропогенной деятельности человечества за последние 30-40 лет планетарная температура поднялась на 0,6-0,7 °С и является наи­более высокой за последние 600 лет. Поднялся средний уровень моря по сравнению с прошлым столетием на 10-15 см. За это же время отступили все зарегистрированные горные ледники.

Научные оценки в основном совпадают в констатации усиления тенден­ции к потеплению климата. Средняя температура на планете к 2010 году может повыситься на 1,3 °С. Спектр пагубных тенденций может быть очень широким - от повышения мирового океана на 0,3-1,0 м до изменения кли­матических систем перераспределения осадков.

Придавая важность необходимости изучения среды обитания человека, в июне 1992 г. в Рио-де-Жанейро состоялась конференция с участием первых лиц 156 государств, которые подписали так называемую Рамочную конвен­цию об изменении климата. Развитием ее является известный Киотский про­токол 1997 года. Это первый в истории человечества случай, когда практи­чески все мировое сообщество подключилось к решению такой сложной на­учной задачи, как охрана климата. Основным содержанием Киотского протокола является обязательство 35 стран мира по сокращению эмиссии пар­никовых газов, в первую очередь СО₂, к концу 2012 г., по сравнению с базо­вым 1990 г., от 92 до 100 %. Согласно протоколу промышленно развитые страны должны снизить такие выбросы на 5,2 %.

И хотя Киотский договор до сих пор не вошел в силу, поскольку он не ратифицирован большинством стран (их должно быть 55), тем не менее темпы роста эмиссии диоксида углерода в атмосферу резко замедлились еще 10-12 лет тому назад. Анализ перспективных структур мирового энергоба­ланса позволяет заключить, что пик этой эмиссии будет зафиксирован в те­чение ближайших 20-25 лет на уровне, не слишком отличающемся от со­временного. В настоящее время выбросы составляют около 7 млрд т углеро­да в год, а ожидаемый пик по прогнозам составит примерно 9 млрд т в год.

Парниковый эффект

Глобальное потепление является твердо установленным научным фак­том. За последние 20-25 лет зафиксированное потепление составило 0,35 °С. По прогнозам пик глобального потепления будет зафиксирован на уровне 1,5 °С выше современного примерно через 200 лет.

Основной причиной глобальных процессов изменение климата на нашей планете являются существующие технологии, оказывающие негативное воз­действие не только на климат, но и на здоровье людей, выбрасывая в атмо­сферу парниковые газы, которые обусловливают парниковый эффект.

Парниковый эффект - это свойство атмосферы пропускать солнечную радиацию, но задерживать земное излучение и тем самым способствовать аккумуляции тепла Землей, средняя температура которой в настоящее время составляет около 15 °С. При данной температуре поверхность планеты и ат­мосфера находятся в тепловом равновесии.

До вмешательства человека в глобальные процессы Земли изменения, происходящие на ее поверхности и в атмосфере, были связаны с содержани­ем в природе газов, которые и были названы «парниковыми». К таким газам относятся: диоксид углерода, метан, оксид азота и водяной пар. В настоящее время к ним добавились антропогенные хлорфторуглероды (ХФУ). Без газо­вого «одеяла», окутывающего Землю, температура на ее поверхности была бы ниже на 30 ... 40 °С, что обусловило бы проблематичность существова­ния живых организмов в таких условиях.

В результате техногенной деятельности человека некоторые парниковые газы увеличивают долю своего участия в общем балансе атмосферы. Это касается прежде всего углекислого газа, содержание которого из десятилетия в десятилетие неуклонно растет. Углекислый газ создает 50 % парникового эффекта, на долю ХФУ приходится 15-20 % и на долю метана - 18 %.

В приложении к климатической Конвенции ООН названы технологиче­ские процессы, приводящие к эмиссии парниковых газов:

- в энергетике - сжигание топлива, энергетическая, обрабатывающая и строительная промышленности;

- при добыче и транспортировке топлива - твердое топливо, нефть и природный газ;

- промышленные технологии - горнодобывающая, химиче­ская, металлургическая, производство и использование галогенизированных углерод-ных соединений;

- в сельском хозяйстве - интенсивная ферментация, хранение и использование навоза, производство риса, управляемый пал, сжигание сельскохозяйственных отходов;

- отходы - хранение и сжигание отходов, обработка сточных вод.

Основным загрязнителем атмосферы является СО₂, образующийся при выработке электроэнергии в основном огневым способом, то есть путем сжигания добываемого органического топлива. Практически весь исполь­зуемый Европой газ применяется в огневых технологиях. Евросоюз с насе­лением 16 % от общего населения в мире является в настоящее время одним из загрязнителей мировой атмосферы (26 %). На США приходится 20 % ми­ровой эмиссии парниковых газов. Выброс парниковых газов при огневом энерго- производстве составляет около 1,4 кг на 1 кВт • ч.

Прекращение ввода в эксплуатацию АЭС в большинстве стран мира в связи с аварией на Чернобыльской АЭС резко увеличило нарастание эмис­сии парниковых газов. А между тем, страны, производящие 19 % электро­энергии на АЭС, предотвращают эмиссию 540 млн т СО₂ в год. Поэтому на конференции в Киото подчеркивалось, что только страны, имеющие ядерно-энергетические программы и поддерживающие их, располагают большими возможностями сокращения выброса парниковых газов. И в некоторых странах Европы пересматривают свое отношение к ядерной энергетике.

В Англии обсуждается план удвоения мощностей АЭС, а Франция про­должает лидировать в наращивании АЭС.

Считается возможным увеличение производства электроэнергии с ны­нешних 2 300 млрд кВт • ч в год (18 % мирового энергопроизводства 444 атом-ными энергоблоками) до 12 000 млрд кВт • ч в первой половине XXI века и до 50 000 млрд кВт • ч - во второй половине.

Среди стран мира самым крупным загрязнителем окружающей среды яв­ляются США, эмиссия диоксида серы у которых составляет около 7,7 млн т,

т. е. более 20 % от суммарной общемировой эмиссии СО₂. В Китае выбросы в атмосферу этого вредного соединения составляют 7,6 млн т, а в России - 6,2 млн т.

По относительным показателям эмиссии СО₂ (выбросы в тоннах на 1 МВт установленной электрической мощности ТЭС) крупнейшим загряз­нителем воздуха можно считать Россию (87 т/МВт), затем следует Индия и Великобритания (по 65 т/МВт), Китай (61 т/МВт). В Германии и Японии этот показатель составляет всего 7 т/МВт.

Одним из самых загрязненных городов-столиц государств является Пе­кин с его 12-милионным населением. Основной причиной загрязнения его являются промышленные предприятия, густо разбросанные по городу. Во многом способствует загрязнению Пекина и отопление домов углем.

За последние 5 лет по «экологическим» причинам в Китае было закрыто 73 тыс. предприятий. К 2001 году более 90 % из 238 тыс. производств, кото­рым были предъявлены претензии со стороны государства, выполнили не­обходимые мероприятия и теперь соответствуют государственным экологи­ческим стандартам. В результате за годы бурного экономического роста за­грязнение окружающей среды удалось сократить на 10 % по сравнению с 1995 годом. В течение ближайших 5 лет Китай намерен снижать количество вредных выбросов на 10 % ежегодно. Достигаться это будет путем внедре­ния новых технологий и экологически чистых процессов производства. Наиболее, высокие уровни выброса СО₂ имеют электростанции, работающие на угле. Выбросы СО₂ зависят от уровня содержания углерода в топливе (наивысшего - для угля, низшего - для природного газа).

Киотским протоколом (1997 г.) закреплены количественные обязательст­ва как развитых стран, так и стран с переходной экономикой по ограниче­нию и снижению поступления парниковых газов (прежде всего СО₂) в атмо­сферу. Но этот протокол начнет действовать только после его ратификации в тех странах, которые дают 55 % всех выбросов СО₂. Отсюда следует, что если Россия и США этого не сделают, то протокол так и не станет действен­ным документом, хотя он подписан 84 государствами, а по состоянию на се­редину 2001 г. его ратифицировали 29 развивающихся стран и Франция - единственная из стран «восьмерки».

Подтверждением несостоятельности Протокола Киото стала 6-я конфе­ренция стран, подписавших Рамочную конвенцию ООН по проблеме изме­нения климата (13-24 ноября 2000 года). Семь тысяч участников представ­ляли 182 правительства, 323 межправительственные и неправительственные организации и 443 органа средств массовой информации.

Предполагается, что к 2020 г. мировое потребление электроэнергии вы­растет на 60 % по сравнению с 1967 г. При этом в развивающихся странах прирост потребления энергии составит 121 %. Вероятно, более быстрым, чем ожидалось ранее, окажется рост эмиссии СО₂: на 40 % - с 1990 по 2010 гг. и на 72 % - с 1990 до 2020 гг.

Основным источником загрязнения окружающей среды является автотранспорт. Он использует 96 % всех производимых нефтепродуктов и выбрасывает затем в атмосферу тысячи тонн оксида углеводорода, оксида азота и других вредных веществ. Кроме того, эти вещества вместе с выбра­сываемыми в атмосферу вредными веществами промышленных предпри­ятий и при горении древесины содержат частицы размером менее 25,5 мик­рон, которые проникают в легкие и другие ткани, вызывая воспаление и формирование тромбов, которые оказывают крайне неблагоприятное воз­действие на работу сердца, провоцируя развитие сердечных приступов: ин­фаркта и повышения давления. Автомобиль - самый крупный генератор шума и вибрации.

Автомобиль, являющийся символом современной цивилизации, принес не только благо для людей, но и неблагоприятное воздействие на окружающую среду. Но оно может быть уменьшено, если начнут выпускать автомобили с малым удельным расходом топлива, таким, например, как представил кон­церн «Volkswagen» - новый прототип самого экономичного автомобиля в ми­ре, потребляющего лишь один литр дизельного топлива на 100 км пути.

Ныне в мире эксплуатируется около 600 млн автомобилей, которые еже­годно потребляют свыше 1 млрд т моторных топлив, в том числе более 600 млн т автомобильных бензинов. К 2010 году прогнозируется увеличение числа автомобилей до 800 млн - 1 млрд. Экологическая нагрузка на окру­жающую среду и человека от такого количества автомобилей окажется очень ощутимой. И поэтому во многих странах ведется большая работа не только над снижением расхода топлива на 100 км пробега, но и по исполь­зованию для автомобилей вместо бензина в качестве топлива альтернатив­ных источников энергии, в том числе газа и энергии солнца.

Вместе с разрабатываемыми в мире мерами по замене жидкого топлива из нефтепродуктов, используемого ныне в автомобилях, на альтернативные виды топлива из растительного сырья, снижению удельных норм расхода топлива на 100 км пробега, во многих странах проводится большая работа по переводу автомобилей на газ в качестве моторного топлива. И если вда­ваться в историю вопроса, то первый в мире двигатель внутреннего сгора­ния работал на газе. С изобретением бензина он вытеснил газ на полторы сотни лет. Но человечество за это время пришло к мысли о пагубности для себя технологии сжигания моторного топлива из нефтепродуктов и превра­щения его в газ, в результате чего происходит колоссальное загрязнение ок­ружающей среды, и начало возвращаться к использованию газа в качестве моторного топлива. В настоящее время в мире на метане работает порядка 1 млн автомобилей, число которых стремительно растет и в скором времени обещает достигнуть 6,5 млн. В городах США, Канады и Западной Европы планируют в самые сжатые сроки полностью перевести муниципальный транспорт на газ. 36 регионов России заключили договоры с «Газпромом», в которых предусмотрен специальный пункт о переводе автотранспорта на га­зомоторное топливо. Активно работают в этом направлении и страны Азии: Южная Корея, Китай, Пакистан, Индия.

В Беларуси разработана комплексная программа использования газа в качестве альтернативного моторного топлива для автотранспортной техники на 2002-2005 гг.

Мировой опыт показывает, что наиболее приемлемым и реально ощути­мым шагом к уменьшению вредных выбросов в атмосферу от автомобилей может стать глобальный переход автомобильной техники на природный газ. Он экологичен, дешев, безопасен в эксплуатации.

К настоящему времени во многих странах производителями автомобилей проводятся испытания различных типов электромобилей с запасом хода 60-100 км и максимальной скоростью до 80 км/ч. Ведущие в мире автомобилестро-ительные компании США, Японии и других стран проводят испытания или работают над созданием электромобилей со скоростью до 120-140 км/ч и пробегом не менее 225 км. Тяговым электродвигателем тако­го солнцемобиля является батарея аккумуляторов, заряжаемых на гелиостанциях (гелиозаправочных станциях).

В последние годы все большее распространение в мире получают электровелосипеды и электромопеды под общим назва­нием «легкие транспортные средства», использующие также солнечную энергию в виде аккумуляторных батарей или солнечных панелей.

Из всех загрязняющих веществ в Республике Беларусь 70 % приходится на так называемые трансграничные переносы и 30 % - на собственные, из которых львиную долю составляют передвижные источники загрязнения, в основном ав­томобили, число которых в настоящее время составляет 2,6 млн единиц. К 2005 году их в нашей стране будет более 3 млн единиц. Особенно большое количество выбросов в атмосферу от автомобилей происходит в момент неус­тойчивой работы двигателей (во время торможения и начала движения).

Основным нейтрализатором этих вредных выбросов в атмосферу явля­ются леса, занимающие 35 % территории Республики Беларусь, и болота, которые в 7 раз эффективнее, чем лес, поглощают углекислый газ. В горо­дах основным очистителем воздуха являются тополиные насаждения: один тополь очищает воздух так, как делают это 4 сосны или 7 елей, или 3 липы. Для поддержания нормальной экологической обстановки в городах необхо­димо иметь на каждого жителя 16 м² зеленых насаждений общего пользова­ния - парков, скверов, бульваров, лесопарков. В некоторых городах, напри­мер в Витебске, этот показатель составляет 12 м².

ЛЕКЦИЯ 12 (2 часа)