Проблем с енергията и суровините. Доклад на тема „Енергийният проблем на света и начините за решаването му

Въведение. Енергия - проблеми с нарастването на потреблението

енергийна криза - явление, което възниква, когато търсенето на енергия е много по-високо от тяхното предлагане. Причините за него могат да се крият в областта на логистиката, политиката или физическия недостиг.

Консумацията на енергия е предпоставка за съществуването на човечеството. Наличието на достъпна за потребление енергия винаги е било необходимо за задоволяване на човешките нужди, увеличаване на продължителността и подобряване на условията на неговия живот.
Историята на цивилизацията е история на изобретяването на все повече и повече нови методи за преобразуване на енергия, разработването на нейните нови източници и в крайна сметка увеличаването на потреблението на енергия.
Първият скок в ръста на потреблението на енергия се случи, когато хората се научиха как да правят огън и да го използват за готвене и отопление на домовете си. През този период дървата за огрев и мускулната сила на човек са служили като източници на енергия. Следващият важен етап е свързан с изобретяването на колелото, създаването на различни инструменти и развитието на ковачеството. До 15 век средновековният човек, използвайки впрегатни животни, вода и вятърна енергия, дърва за огрев и малко количество въглища, вече е консумирал около 10 пъти повече от първобитния човек. Особено забележимо нарастване на световното потребление на енергия се наблюдава през последните 200 години от началото на индустриалната ера - то се е увеличило 30 пъти и през 1998 г. достига 13,7 гигатона еквивалентно гориво годишно. Човекът от индустриалното общество изразходва 100 пъти повече енергия от първобитния човек.
В съвременния свят енергетиката е основа за развитието на основни отрасли, които определят прогреса на общественото производство. Във всички индустриализирани страни темповете на развитие на енергийната индустрия изпреварват темповете на развитие на други отрасли.
В същото време енергията е един от източниците на неблагоприятни въздействия върху околната среда и хората. Той засяга атмосферата (консумация на кислород, емисии на газове, влага и прахови частици), хидросферата (консумация на вода, създаване на изкуствени резервоари, изхвърляне на замърсена и нагрята вода, течни отпадъци) и литосферата (консумация на изкопаеми горива, промяна на ландшафта, емисии на токсични вещества).
Въпреки отбелязаните фактори за негативното влияние на енергетиката върху околната среда, нарастването на потреблението на енергия не предизвика особена загриженост сред широката общественост. Това продължи до средата на 70-те години на миналия век, когато в ръцете на специалисти се появиха множество данни, показващи силен антропогенен натиск върху климатичната система, което представлява заплаха от глобална катастрофа с неконтролирано увеличаване на потреблението на енергия. Оттогава никой друг научен проблем не е привличал толкова голямо внимание, както проблемът с настоящите и особено бъдещите промени в климата.
Смята се, че една от основните причини за тази промяна е енергията. Под енергия се разбира всяка област от човешката дейност, свързана с производството и потреблението на енергия. Значителна част от енергийния сектор се осигурява от потреблението на енергия, освободена от изгарянето на органични изкопаеми горива (нефт, въглища и газ), което от своя страна води до отделянето на огромно количество замърсители в атмосферата.
Такъв опростен подход вече нанася реална вреда на световната икономика и може да нанесе смъртоносен удар на икономиките на онези страни, които все още не са достигнали нивото на потребление на енергия, необходимо за завършване на индустриалния етап на развитие, включително Русия. В действителност всичко е много по-сложно. В допълнение към парниковия ефект, който отчасти е отговорен за енергията, климатът на планетата се влияе от редица природни причини, най-важните от които включват слънчева активност, вулканична активност, параметри на земната орбита, собствени колебания в атмосферата - океанска система. Правилният анализ на проблема е възможен само като се вземат предвид всички фактори, като, разбира се, е необходимо да се изясни въпросът как ще се държи световното потребление на енергия в близко бъдеще, дали човечеството наистина трябва да установи строги самоограничения в енергията консумация, за да се избегне катастрофата на глобалното затопляне.

Съвременни тенденции в развитието на енергетиката

Общоприетата класификация разделя първичните енергийни източници на търговскии нетърговски.
Търговски източнициенергията включва твърди (каменни и кафяви въглища, торф, нефтени шисти, катранени пясъци), течни (нефт и газов кондензат), газообразни (природен газ) горива и първично електричество (електричество, генерирано от ядрени, водни, вятърни, геотермални, слънчеви, приливни и вълнови станции).
Да се нестопанска целвключват всички други източници на енергия (дърва за огрев, селскостопански и промишлени отпадъци, мускулната сила на работния добитък и самите хора).
Световната енергийна индустрия като цяло през целия индустриален етап от развитието на обществото се основава главно на търговски енергийни ресурси (около 90% от общото потребление на енергия). Въпреки че трябва да се отбележи, че има цяла група държави (екваториалната зона на Африка, Югоизточна Азия), чиито големи популации поддържат съществуването си почти изключително благодарение на нетърговски източници на енергия.
Различни прогнози за потреблението на енергия, базирани на данни за последните 50-60 години, показват, че до около 2025 г. се очаква да се запази сегашният умерен темп на растеж на световното потребление на енергия - около 1,5% годишно и стабилизиране на световното потребление на глава от населението до ниво от 2,3-2,4 тона стандартно гориво/(човек-година). След 2030 г. се предвижда средното световно потребление на енергия на глава от населението бавно да спадне до 2100 г. В същото време общото потребление на енергия показва ясна тенденция към стабилизиране след 2050 г. и дори леко намаление към края на века.
Един от най-важните фактори, взети предвид при разработването на прогнозата, е наличието на ресурси за световния енергиен сектор, базиран на изгарянето на изкопаеми горива.
В рамките на разглежданата прогноза, която със сигурност принадлежи към категорията на умереното потребление на енергия в абсолютни стойности, изчерпването на проучените възстановими запаси от нефт и газ ще настъпи не по-рано от 2050 г., а като се вземат предвид допълнителните възстановими ресурси - след 2100 г. Ако вземем предвид, че проучените възстановими запаси от въглища значително надвишават запасите от нефт и газ, взети заедно, може да се твърди, че развитието на световната енергетика при този сценарий е осигурено по отношение на ресурси за повече от век.
Съществуват обаче значителни разлики в резултатите от прогнозите, както ясно може да се види от някои от публикуваните прогнозни данни за 2000 г.

Таблица 5.7. Някои скорошни прогнози за потребление на енергия за 2000 г
(в скоби - годината на издаване) и действителната му стойност.

прогностичен център	Консумация на първична енергия, Gt гориво конв./година
Институт по атомна енергия (1987)	21.2
Международен институт за приложен системен анализ (IIASA) (1981)	20.0
Международна агенция за атомна енергия (МААЕ) (1981)	18.7
Национална лаборатория Оук Ридж (ORNL) (1985)	18.3
Международна комисия по изменение на климата (IPCC) (1992)	15.9
Лаборатория по глобални енергийни проблеми IBRAE RAN-MPEI (1990)	14.5
Действителна консумация на енергия	14.3

Намаляването на потреблението на енергия спрямо прогнозата е свързано преди всичко с прехода от екстензивни начини за неговото развитие, от енергийна еуфория към енергийна политика, основана на повишаване на енергийната ефективност и нейното спестяване по всякакъв начин.
Причината за тези промени са енергийните кризи от 1973 и 1979 г., стабилизирането на запасите от изкопаеми горива и поскъпването на тяхното производство, желанието да се намали зависимостта на икономиката от политическата нестабилност в света поради износа на енергийни ресурси.

В същото време, говорейки за потреблението на енергия, трябва да се отбележи, че в постиндустриалното общество трябва да се реши още една фундаментална задача - стабилизиране на населението.
Съвременно общество, което не е решило този проблем или поне не полага усилия за решаването му, не може да се счита нито за развито, нито за цивилизовано, тъй като е съвсем очевидно, че неконтролираното нарастване на населението представлява пряка заплаха за съществуването на човека като биологичен видове.
Така потреблението на енергия на глава от населението в света показва ясна тенденция към стабилизиране. Трябва да се отбележи, че този процес започна преди около 25 години; много преди настоящите спекулации за глобалното изменение на климата. Подобно явление в мирно време се наблюдава за първи път от началото на индустриалната ера и се свързва с масовия преход на страните по света към нов, постиндустриален етап на развитие, в който потреблението на енергия на глава от населението остава постоянно . Този факт е много важен, тъй като в резултат общото потребление на енергия в света нараства с много по-бавни темпове. Може да се твърди, че сериозното забавяне на растежа на потреблението на енергия беше пълна изненада за много прогнозисти.

Горивна криза

В началото на 70-те години страниците на вестниците бяха пълни със заглавия: „Енергийна криза!“, „Колко дълго ще издържи изкопаемото гориво?“, „Краят на петролната ера!“, „Енергиен хаос“. На тази тема все още се обръща голямо внимание във всички медии – печат, радио, телевизия. Основания за такова безпокойство има, тъй като човечеството е навлязло в труден и доста дълъг период на мощно развитие на енергийната си база. Следователно трябва просто да изразходвате известните днес резерви от гориво, но разширявайки мащаба на съвременната енергия, търсете нови източници на енергия и разработвайте нови начини за нейното преобразуване.
Има много прогнози за развитието на енергетиката. Независимо от това, въпреки подобрената методология за прогнозиране, прогнозистите не са имунизирани от грешни изчисления и нямат достатъчно основания да говорят за висока точност на своите прогнози за такъв период от време като 40-50 години.
Човекът винаги ще се стреми да има колкото е възможно повече енергия, за да продължи напред. Не винаги науката и технологиите ще му дадат възможност да получава енергия във все по-големи обеми. Но както показва историческото развитие, със сигурност ще се появят нови открития и изобретения, които ще помогнат на човечеството да направи нов качествен скок и да отиде към нови постижения с още по-бързи стъпки.
Проблемът с изчерпването на енергийните ресурси обаче остава. Ресурсите, които земята притежава, се разделят на възобновяемаи невъзобновяеми. Първите включват слънчевата енергия, топлината на Земята, приливите и отливите на океаните, горите. Те няма да спрат да съществуват, докато има Слънце и Земя. Невъзобновяемите ресурси не се възстановяват от природата или се попълват много бавно, много по-бавно, отколкото хората ги използват. Доста трудно е да се определи скоростта на образуване на нови изкопаеми горива в недрата на Земята. В това отношение оценките на експертите се различават повече от 50 пъти. Дори и да приемем най-голямото число, скоростта на натрупване на гориво в недрата на Земята пак е хиляда пъти по-малка от скоростта на неговото потребление. Следователно такива ресурси се наричат ​​невъзобновяеми. Оценката на запасите и потреблението на основните е дадена в таблица 5.44. Таблицата показва потенциални ресурси. Следователно, с днешните методи за добив, само около половината могат да бъдат извлечени от тях. Другата половина остава под земята. Ето защо често се твърди, че запасите ще стигнат за 120-160 години. Голямо безпокойство е предстоящото изчерпване на петрола и газа, което (според наличните оценки) може да продължи само 40-60 години.
Въглищата имат своите проблеми. Първо, транспортирането му е много трудоемък бизнес. Така че в Русия основните запаси от въглища са съсредоточени на изток, а основното потребление е в европейската част. Второ, широкото използване на въглища е свързано със сериозно замърсяване на въздуха, запушване на земната повърхност и влошаване на почвата.
В различните страни всички тези проблеми изглеждат различно, но решението им беше почти навсякъде едно и също - въвеждането на ядрена енергия. Запасите от уранови суровини също са ограничени. Ако обаче говорим за модерни топлинни реактори от подобрен тип, тогава за тях, поради доста високата им ефективност, запасите от уран могат да се считат за практически неограничени.
Тогава защо хората говорят за енергийна криза, ако само изкопаемите горива са достатъчни за стотици години, а ядреното гориво все още е в резерв?
Целият въпрос е колко струва. И точно от тази страна сега трябва да се разглежда енергийният проблем. в недрата на земята има още много, но добивът им на нефт и газ става все по-скъп, тъй като тази енергия трябва да се извлича от по-бедни и по-дълбоки пластове, от бедни находища, открити в необитаеми, трудни за достъп достигат зони. Много повече трябва да се инвестира и ще трябва да се инвестира, за да се сведе до минимум въздействието върху околната среда от използването на изкопаеми горива.
Ядрената енергия се въвежда сега не защото е снабдена с гориво за векове и хилядолетия, а по-скоро заради пестенето и спестяването на нефт и газ за бъдещето, а също и поради възможността за намаляване на екологичното бреме върху биосферата.
Широко разпространено е мнението, че цената на електроенергията от атомните електроцентрали е много по-ниска от цената на енергията, генерирана от въглищни, а в бъдеще и газови централи. Но ако разгледаме подробно целия цикъл на ядрената енергия (от добива на суровини до погребването на радиоактивните отпадъци, включително разходите за изграждане на самата атомна електроцентрала), тогава работата на атомната електроцентрала и осигуряването на нейната безопасност експлоатацията се оказва по-скъпа от изграждането и експлоатацията на инсталация със същия капацитет, използваща традиционни енергийни източници (Таблица 1).5.8 на примера на икономиката на САЩ).
Ето защо през последните години все повече се набляга на енергоспестяващите технологии и възобновяеми източници- като слънцето, вятъра, водната стихия. Например Европейският съюз си е поставил цел за 2010-2012 г. получават 22% от електроенергията от нови източници. В Германия например още през 2001 г. енергията, произведена от възобновяеми източници, е била еквивалентна на работата на 8 ядрени реактора или 3,5% от цялата електроенергия.
Мнозина вярват, че бъдещето принадлежи на даровете на Слънцето. Оказва се обаче, че тук всичко не е толкова просто. Досега разходите за производство на електроенергия с помощта на модерни слънчеви фотоволтаични клетки са 100 пъти по-високи, отколкото при конвенционалните електроцентрали. Въпреки това експертите, занимаващи се със слънчеви клетки, са пълни с оптимизъм и вярват, че ще успеят значително да намалят разходите си.
Гледните точки на специалистите относно перспективите за използване на възобновяеми енергийни източници са много различни. Комитетът по наука и технологии в Англия, анализирайки перспективите за развитие на такива енергийни източници, стигна до извода, че използването им на базата на съвременни технологии е поне два до четири пъти по-скъпо от изграждането на ядрена мощност растение. Други специалисти по различни прогнози за тези енергийни източници вече са в близко бъдеще. Очевидно възобновяемите енергийни източници ще бъдат използвани в определени области на света, които са благоприятни за тяхното ефективно и икономично използване, но в изключително ограничен мащаб. Основният дял от енергийните нужди на човечеството трябва да се осигуряват от въглища и ядрена енергия. Вярно е, че досега няма такъв евтин източник, който да позволи развитието на енергията с толкова бързи темпове, колкото бихме искали.
Сега и през следващите десетилетия най-много източник на зелена енергияядрен, а след това евентуално се въвеждат и термоядрени редактори. С тяхна помощ човек ще се движи по стъпките на технологичния прогрес. То ще се движи, докато не открие и овладее някой друг, по-удобен източник на енергия.
Фигура 5.38 показва графика на растежа на капацитета на атомните електроцентрали в света и производството на електроенергия за 1971-2006 г. и прогнози за развитие за 2020-30 г. В допълнение към споменатите по-горе, няколко развиващи се страни, като Индонезия, Египет, Йордания и Виетнам, обявиха възможността за изграждане на атомни електроцентрали и направиха първите стъпки в тази посока.

Фиг.5.38. ( на горния етаж) Нарастване на мощността на атомните електроцентрали и производството на електроенергия през 1971-2006 г. според МААЕ и прогнози за капацитета на АЕЦ в света за 2020-2030 г. ( на дъното)

Екологична енергийна криза

Основните форми на енергийно въздействие върху околната среда са следните.

1. Човечеството все още получава по-голямата част от енергията чрез използването на невъзобновяеми ресурси.
2. Атмосферно замърсяване: топлинен ефект, емисия на газове и прах в атмосферата.
3. 3. Замърсяване на хидросферата: топлинно замърсяване на водните тела, емисии на замърсители.
4. Замърсяване на литосферата при транспортиране на енергийни носители и изхвърляне на отпадъци, при производството на енергия.
5. Замърсяване на околната среда с радиоактивни и токсични отпадъци.
6. Промени в хидрологичния режим на реките от водноелектрически централи и в резултат на това замърсяване на територията на речното течение.
7. Създаване на електромагнитни полета около електропроводи.

Да се ​​съгласува постоянното нарастване на потреблението на енергия с нарастването на негативните последици от енергията, като се има предвид, че в близко бъдеще човечеството ще почувства ограничението на изкопаемите горива, изглежда възможно по два начина.

1. Пестене на енергия.Степента на влияние на прогреса върху икономията на енергия може да се демонстрира чрез примера на парните двигатели. Както знаете, ефективността на парните машини преди 100 години е била 3-5%, а сега достига 40%. Развитието на световната икономика след енергийната криза от 70-те години също показа, че човечеството има значителни резерви по този път. Използването на ресурсоспестяващи и енергоспестяващи технологии осигури значително намаляване на потреблението на гориво и материали в развитите страни.
2. Развитие на по-чисти видове производство на енергия.Проблемът вероятно може да бъде решен чрез разработването на алтернативни видове енергия, особено тези, базирани на използването на възобновяеми източници. Все още обаче не са ясни начините за реализиране на тази посока. Досега възобновяемите източници осигуряват не повече от 20% от световното потребление на енергия. Основният принос за тези 20% идва от използването на биомаса и водна енергия.

Екологични проблеми на традиционната енергия

Основната част от електроенергията в момента се произвежда в топлоелектрически централи (ТЕЦ). Обикновено следват водноелектрическите централи (ВЕЦ) и атомните електроцентрали (АЕЦ).

Московски държавен институт за международни отношения (U) МВнР на Русия

Катедра Световно стопанство

Доклад по темата
„Енергийният проблем на света и начините за разрешаването му“

Работата е изпълнена от: студент от 11-та група от 1-ва година на факултета по международни икономически отношения
Бадовская Н.В.
Научен ръководител: Комисарова Ж.Н.

Москва
2006

Целият живот на земята се нуждае от енергия. Въпреки това, в допълнение към биологичните нужди, човечеството, с технологичния и научен прогрес, става все по-уязвимо в зависимостта си от външни енергийни източници, необходими за производството на много стоки и услуги. Като цяло енергията позволява на хората да живеят в променящи се природни условия и условия на висока гъстота на населението, както и да контролират околната среда. Степента на такава зависимост се определя от много фактори - като се започне от климата и се стигне до стандарта на живот в дадена страна: очевидно е, че колкото по-комфортен е животът на човек, толкова повече той зависи от външни енергийни източници. Отличен пример за такава зависимост могат да бъдат Съединените щати, според Джордж У. Буш, „пристрастени към петрола, внасян от нестабилни региони“, и Европа, която почти изцяло разчита на енергийни доставки от Русия. Новите технологии позволяват да се намали консумацията на енергия, да се направи по-интелигентна и да се прилагат най-новите, най-ефективни начини за нейното получаване и използване.

Но потреблението на всякакви енергийни ресурси има граници на количествено разширяване. В началото на 21-ви век много проблеми вече са достигнали глобално значение. Запасите на един от най-важните полезни изкопаеми - нефт и газ - постепенно се приближават към изчерпване, като пълното им изчерпване може да настъпи през следващия век.

Тясно свързани с енергийния сектор са и екологичните проблеми, свързани с въздействието на използването и преработката на енергия, преди всичко изменението на климата.

По този начин въпросът за енергията е един от най-важните компоненти на по-дълбок и всеобхватен проблем за по-нататъшното развитие на човечеството, затова днес, повече от всякога, задачата за намиране на нови печеливши източници на енергия е спешна.

В момента горивните ресурси са най-широко използваните за производство на енергия, осигурявайки около 75% от световното й производство. За предимствата им може да се каже много - те са относително локализирани в няколко големи клъстера, лесни за работа и осигуряват евтина енергия (освен ако, разбира се, не се вземат предвид щетите от замърсяването). Но има и редица сериозни недостатъци:

Запасите от горивни ресурси ще бъдат изчерпани в обозримо бъдеще, което ще доведе до тежки последици за страните, които зависят от тях.

Копаенето става по-трудно, скъпо и опасно, тъй като използваме най-достъпните пулове.

Зависимостта от петрола доведе до фактическа монополизация, войни и социална и политическа дестабилизация.

Добивът причинява сериозни екологични проблеми.

Една от перспективните области на енергетиката е ядрената енергия.

В атомните електроцентрали електричеството се генерира от реакции на ядрено делене, които произвеждат огромно количество енергия, когато се изгори относително малко количество гориво. При това ниво на потребление проучените залежи на уран ще са достатъчни за повече от 5 000 000 000 години - през това време дори нашето Слънце ще има време да изгори.

Вероятността от катастрофи и аварии в атомните електроцентрали донякъде възпрепятства развитието на тази индустрия, причинявайки обществено недоверие в ядрената енергетика. Но в историческа перспектива авариите в топло- и водноелектрическите централи са причинили смъртта на много по-голям брой хора, да не говорим за екологични щети.

Друг начин за получаване на енергия, който вълнува умовете на учените повече от десетилетие, е ядреният синтез. Ядреният синтез освобождава стотици пъти повече енергия от деленето и запасите от гориво за такива реактори ще стигнат за много милиарди години. Подобна реакция обаче все още не е овладяна и появата на първите подобни инсталации се очаква не по-рано от 2050 г.

Алтернатива на тези видове енергийни ресурси могат да бъдат възобновяемите източници: хидроенергия, енергия от вятър и приливни вълни, слънчева, геотермална, термална енергия от океанска вода и биоенергия.

Преди индустриалната революция възобновяемите ресурси бяха основният източник на енергия. Твърдите биогорива, като дървесина, все още са важни за бедните в развиващите се страни.

Биомаса (изгаряне на органични материали за генериране на енергия), биогорива (преработка на биоматериали за синтезиране на етанол) и биогаз (анаеробна обработка на биологични отпадъци) са други възобновяеми енергийни източници, които не трябва да се пренебрегват. Те не могат да осигурят производство на енергия в световен мащаб, но са в състояние да генерират до 10 MW / h. Освен това те могат да покрият разходите за обезвреждане на биологични отпадъци.

Хидроенергията е единственият използван днес възобновяем енергиен източник, който осигурява значителен дял от световното производство на енергия. Потенциалът на хидроенергията е разкрит незначително, в дългосрочен план обемът на получената енергия ще се увеличи 9-12 пъти. Изграждането на нови язовири обаче е възпрепятствано от свързаните с това екологични смущения. В тази връзка нараства интересът към мини-ВЕЦ проекти, които избягват много от проблемите на големите язовири.

Слънчевите панели днес могат да преобразуват около 20% от входящата слънчева енергия в електричество. Но ако се създадат специални „светлинни колектори“ и те заемат поне 1% от земята, използвана за земеделски земи, това може да покрие цялото съвременно потребление на енергия. Освен това производителността на такъв слънчев колектор е от 50 до 100 пъти по-голяма от производителността на средна водноелектрическа централа. Слънчевите батерии могат да се инсталират и върху свободната повърхност на съществуващите индустриални инфраструктури, което ще избегне оттеглянето на земя от паркове и площи с култури. Германското правителство в момента провежда подобна програма, която други страни следят с интерес.

Благодарение на изследванията беше възможно да се установи, че фермите за водорасли могат да уловят до 10%, термалните слънчеви колектори - до 80% от слънчевата енергия, която впоследствие може да се използва за различни цели.

Вятърната енергия е един от най-евтините възобновяеми източници днес. Потенциално може да осигури пет пъти повече енергия, отколкото се консумира в света днес, или 40 пъти да покрие нуждата от електричество. За да направите това, ще е необходимо да заемете 13% от цялата земя с вятърни електроцентрали, а именно онези райони, където движенията на въздушните маси са особено силни.

Скоростите на вятъра в морето са с около 90% по-високи от скоростите на вятъра на сушата, което означава, че офшорните вятърни турбини могат да генерират много повече енергия.

Този начин на получаване на енергия би имал ефект и върху околната среда, смекчавайки парниковия ефект.

Геотермалната енергия, топлинната енергия на океана и енергията на приливните вълни са единствените в момента възобновяеми източници, които не зависят от слънцето, но са „концентрирани“ в определени райони. Цялата налична приливна енергия може да осигури около една четвърт от текущото потребление на енергия. В момента има мащабни проекти за създаване на приливни електроцентрали.

Геотермалната енергия има огромен потенциал, ако вземете предвид цялата топлина, уловена вътре в Земята, въпреки че топлината, изтичаща на повърхността, е 1/20 000 от енергията, която получаваме от Слънцето, или около 2-3 пъти енергията на приливи.

На този етап основните потребители на геотермална енергия са Исландия и Нова Зеландия, въпреки че много страни имат планове за подобно развитие.

Разглежданите видове енергийни ресурси в никакъв случай не са лишени от недостатъци.

Прилагането на повечето технологии, свързани с използването на възобновяеми ресурси, е скъпо и често местоположението на такива станции е изключително неудобно, което в крайна сметка прави тези източници нерентабилни и недостъпни за потребителя. От друга страна, много източници позволяват създаването на малки индустрии, разположени в непосредствена близост до потребителя на енергия, като слънчеви панели.

Друг проблем е негативното въздействие върху околната среда. Например, изграждането на язовири, колкото и да е странно, допринася за парниковия ефект - разлагащата се органична материя на наводнените райони отделя въглероден диоксид. Като цяло страда цялата екосистема на блокираната река.

В допълнение към специфичните за местоположението геотермални и водноелектрически ресурси, други алтернативни енергийни източници често са по-скъпи и неудобни за използване от конвенционалните изкопаеми горива. Може би единствената област на тяхното приложение остават отдалечени райони с неразвита инфраструктура, където е по-евтино да се строят вятърни и други станции, отколкото да се транспортира гориво по море или суша, както и слаборазвитите региони на Земята.

Друг начин за решаване на енергийния проблем е интензификацията. Новите технологии използват по-добре наличната енергия, като правят оборудването по-ефективно, като например по-ефективни флуоресцентни лампи, двигатели, изолационни материали. Топлината, която се губи в околната среда, може да се използва чрез топлообменници за подгряване на вода и централно отопление на сгради.

Съществуващите електроцентрали могат да работят по-продуктивно с минимални разходи и промени благодарение на новите технологии. Новите електроцентрали могат да станат по-ефективни с технологии като "когенерация". Новите архитектурни решения могат да включват използването на слънчеви колектори. Светодиодите постепенно заменят остарелите електрически крушки. Естествено, никой от тези методи не предлага технология за вечен двигател и част от енергията винаги се изразходва "за отопление".

В далечното бъдеще изследването на космоса може да донесе огромен брой нови енергийни източници, въпреки че те едва ли са от значение за решаването на днешните енергийни проблеми.

В краткосрочен план можем да си позволим орбитални станции за слънчева енергия, които да събират слънчева енергия 24 часа на ден и да я предават на Земята чрез микровълни. Фундаменталните изследвания в тази област ще направят възможно в бъдеще този вид производство на енергия да бъде рентабилен и конкурентен в сравнение с наземните източници.

Теоретично ядрено гориво може да се добива от астероиди, но техническите препятствия пред пробиването на астероиди са много по-трудни за преодоляване от тези, свързани с експлоатацията на огромните запаси на Земята от уран-238.

Друга интересна възможност е извличането на изотопа хелий-3, който е недостъпен на Земята, на Луната. Този тип гориво може да се използва в специален вид реакция на делене, която има предимства пред деленето на конвенционален уран.

Е, в много далечно бъдеще човечеството, овладяло космоса, ще има огромен избор от енергийни ресурси. И тогава вероятно ще може да използва гигантския потенциал на черните дупки, за чиято възможност учените вече мислят.

По-нататъшното развитие на енергийната индустрия във всеки случай ще се сблъска с трудности: нарастващо население, отговарящо на изискванията за по-висок стандарт на живот, търсенето на по-чисто производство и изчерпването на минералите. За да избегнете енергийни кризи, трябва да запомните следното:

решаването на енергийния проблем е невъзможно, без да се обърне специално внимание на екологичния аспект;

само интегриран подход, осигуряващ по-ефективно използване както на вече известни, така и на алтернативни източници, ще задоволи допълнително нуждата на човечеството от електроенергия;

разработването и прилагането на нови технологии ще отвори достъп до нови енергийни източници, които в момента са недостъпни.

В заключение бих искал да цитирам думите на секретаря на Министерството на енергетиката на САЩ Самюел Бодман: „Днес световната икономика се нуждае от петрол, за да се развива. Нуждаем се от начини да постигнем неговия растеж, които едновременно намаляват зависимостта ни от изкопаемите горива и разширяват използването на по-чисти и по-надеждни източници на енергия. Накратко, имаме нужда от разнообразие. Няма да е по-евтино или по-лесно, но е необходимо. Всъщност всичко зависи от него. Така че ние просто трябва да го осигурим.“

Планирайте

1. Въведение

2) Енергийният проблем на света

3) Начини за решаване на суровинно-енергийния проблем

4) Алтернативни източници на енергия

5. Заключение

6) Литература

Въведение

В момента все по-актуални стават проблемите на природната среда и нейното възпроизводство, ограничените запаси от органични и минерални ресурси. Този глобален проблем е свързан преди всичко с ограничеността на най-важните органични и минерални ресурси на планетата. Учените предупреждават за възможно изчерпване на известните и налични запаси от нефт и газ, както и за изчерпване на други критични ресурси: желязна и медна руда, никел, манган, алуминий, хром и др.

В света наистина има редица природни ограничения. Така че, ако вземем оценка на количеството гориво в три категории: проучени, възможни, вероятни, тогава въглищата ще стигнат за 600 години, петролът - за 90, природният газ - за 50 уран - за 27 години. С други думи, всички видове гориво във всички категории ще бъдат изгорени след 800 години. Предполага се, че до 2010 г. търсенето на минерални суровини в света ще се увеличи 3 пъти спрямо днешното ниво. Вече в редица страни богатите находища са разработени докрай или са близо до изчерпване. Подобна ситуация се наблюдава и при други минерали. Ако производството на енергия расте с нарастващи темпове, тогава всички видове горива, които се използват в момента, ще бъдат изразходвани след 130 години, тоест в началото на 22 век.

Енергийният проблем на света

* намиране на система от инструменти, които осигуряват подходящи инвестиции и структурни промени в рамките на държавите;

* да намерят политически приемливи методи за одобрение и подкрепа на своите избиратели, които също ще трябва да плащат за смени както чрез данъци, така и чрез начин на живот, докато някои от решенията могат да получат съпротива (например ядрена енергия);

* формират приемлива основа за взаимодействие с други големи играчи на световния енергиен пазар.

Глобални екологични проблеми на енергетиката

Парников ефект. Увеличаването на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата причинява така наречения парников ефект, който е наречен по аналогия с прегряването на растенията в оранжерия. Ролята на филма в атмосферата се играе от въглероден диоксид. През последните години стана известна подобна роля за някои други газове (CH4 и N2O). Количеството метан се увеличава годишно с 1%, въглероден диоксид - с 0,4%, азотен оксид - с 0,2%. Смята се, че въглеродният диоксид е отговорен за половината от парниковия ефект.

Замърсяване на въздуха. Отрицателното въздействие на енергията върху атмосферата се отразява под формата на твърди частици, аерозоли и химическо замърсяване. Химическите замърсители са от особено значение. Основният е серен диоксид, който се отделя при изгарянето на въглища, шисти, нефт, които съдържат серни примеси. Някои видове въглища с високо съдържание на сяра произвеждат до 1 тон серен диоксид на 10 тона изгорени въглища. Сега цялата атмосфера на земното кълбо е замърсена със серен диоксид. Протича окисление до серен анхидрид, който заедно с дъжда пада на земята под формата на сярна киселина. Този валеж се нарича киселинен дъжд. Същото се случва, когато азотният диоксид се абсорбира от дъжда - образува се азотна киселина.

Озонови дупки. За първи път беше установено намаляване на дебелината на озоновия слой над Антарктида. Този ефект е резултат от антропогенно въздействие. Вече са открити и други озонови дупки. В момента има забележимо намаляване на количеството озон в атмосферата над цялата планета. Той е 5-6% на десетилетие през зимата и 2-3% през лятото. Някои учени смятат, че това е проява на действието на фреоните (хлорофлуорометаните), но озонът се разрушава и от азотния оксид, който се отделя от енергийните предприятия.

Начини за решаване на проблема със суровините и енергията:

1. Намаляване на обемите на производство;

2. Повишаване ефективността на добива и производството;

3. Използване на алтернативни енергийни източници;

Намаляването на производствените обеми е много проблематично, т.к. съвременният свят се нуждае от все повече суровини и енергия и намаляването им със сигурност ще доведе до глобална криза. Увеличаването на ефективността също не е обещаващо. изпълнението му изисква големи инвестиции, а запасите от суровини не са неограничени. Затова се дава приоритет на алтернативните енергийни източници.

Министерство на земеделието и храните на Руската федерация

FGOU VPO Уралска държавна селскостопанска академия

Катедра Екология и зоохигиена

Есе по екология:

Енергийните проблеми на човечеството

Художник: ANTONIO

студент ФТЖ 212Т

Ръководител: Лопаева

Надежда Леонидовна

Екатеринбург 2007 г

Въведение. 3

Енергетика: прогноза от гледна точка на устойчивото развитие на човечеството. 5

Нетрадиционни източници на енергия. единадесет

Енергия на слънцето. 12

вятърна енергия. петнадесет

Топлинна енергия на земята. осемнадесет

Енергия на вътрешните води. 19

Енергия от биомаса.. 20

Заключение. 21

Литература. 23

Въведение

Сега, повече от всякога, възникна въпросът какво ще бъде бъдещето на планетата по отношение на енергията. Какво очаква човечеството - енергиен глад или енергийно изобилие? Във вестници и различни списания има все повече статии за енергийната криза. Заради петрола възникват войни, държави процъфтяват и обедняват, правителства се сменят. Съобщенията за пускането на нови инсталации или за нови изобретения в областта на енергетиката започнаха да се приписват на категорията на вестникарските сензации. Разработват се гигантски енергийни програми, чието изпълнение ще изисква огромни усилия и огромни материални разходи.

Ако в края на 19-ти век енергията играе, като цяло, спомагателна и незначителна роля в световния баланс, то още през 1930 г. в света са произведени около 300 милиарда киловатчаса електроенергия. С течение на времето - гигантски числа, огромни темпове на растеж! И въпреки това ще има малко енергия - търсенето на нея расте още по-бързо. Нивото на материалната и в крайна сметка духовната култура на хората е в пряка зависимост от количеството енергия, с която разполагат.

За да извлечете руда, да изтопите метал от нея, да построите къща, да направите каквото и да е нещо, трябва да изразходвате енергия. И човешките нужди нарастват през цялото време и има все повече и повече хора. Така че защо да спрем? Учените и изобретателите отдавна са разработили множество начини за производство на енергия, предимно електрическа. Нека тогава да строим още и още електроцентрали, и ще има толкова енергия, колкото е необходима! Оказва се, че такова привидно очевидно решение на сложен проблем е изпълнено с много клопки. Неумолимите закони на природата гласят, че е възможно да се получи използваема енергия само чрез нейната трансформация от други форми.

Вечните двигатели, които уж произвеждат енергия и не я вземат от никъде, за съжаление, са невъзможни. И структурата на световната енергийна икономика днес се е развила по такъв начин, че четири от всеки пет произведени киловата се получават по принцип по същия начин, по който първобитният човек се е затоплял, тоест чрез изгаряне на гориво или чрез използване на химикала съхраняваната в него енергия, превръщайки я в електрическа в топлоелектрически централи.

Вярно е, че методите за изгаряне на гориво са станали много по-сложни и съвършени. Повишените изисквания за опазване на околната среда изискват нов подход към енергията. В разработването на Енергийната програма взеха участие най-изтъкнатите учени и специалисти от различни области. С помощта на най-новите математически модели електронните компютри са изчислили няколкостотин варианта за структурата на бъдещия енергиен баланс. Намерени са фундаментални решения, които определят стратегията за развитие на енергетиката за следващите десетилетия. Въпреки че енергийният сектор на близкото бъдеще все още ще се основава на топлоенергетика, използваща невъзобновяеми ресурси, неговата структура ще се промени. Използването на масло трябва да се намали. Производството на електроенергия в атомните електроцентрали ще се увеличи значително.

Енергетика: прогноза от гледна точка на устойчивото развитие на човечеството

По какви закони ще се развива енергетиката на света в бъдеще, въз основа на Концепцията на ООН за устойчиво развитие на човечеството? Резултатите от изследванията на иркутските учени, тяхното сравнение с произведенията на други автори позволиха да се установят редица общи закономерности и характеристики.

Концепцията за устойчиво развитие на човечеството, формулирана на Конференцията на ООН в Рио де Жанейро през 1992 г., несъмнено засяга и енергийния сектор. Конференцията показва, че човечеството не може да продължи да се развива по традиционния начин, който се характеризира с нерационално използване на природните ресурси и прогресивно негативно въздействие върху околната среда. Ако развиващите се страни вървят по същия път, по който развитите страни са постигнали своето благосъстояние, тогава глобалната екологична катастрофа ще бъде неизбежна.

Концепцията за устойчиво развитие се основава на обективната необходимост (както и правомерността и неизбежността) от социално-икономическото развитие на страните от третия свят. Развитите страни очевидно биха могли да се "примирят" (поне за известно време) с постигнатото ниво на просперитет и потребление на ресурсите на планетата. Тук обаче не става дума само за запазване на околната среда и условията за съществуване на човечеството, но и за едновременно повишаване на социално-икономическото ниво на развиващите се страни („Юг“) и доближаването му до нивото на развитите страни („Север“ ").

Изискванията за енергия за устойчиво развитие, разбира се, ще бъдат по-широки, отколкото за чиста енергия. Изискванията за неизчерпаемост на използваните енергийни ресурси и чистота на околната среда, заложени в концепцията за екологична енергийна система, задоволяват двата най-важни принципа на устойчивото развитие - интересите на бъдещите поколения и опазването на околната среда. Анализирайки останалите принципи и характеристики на концепцията за устойчиво развитие, можем да заключим, че в този случай към енергийния сектор трябва да бъдат представени поне две допълнителни изисквания:

Осигуряване на потребление на енергия (включително енергийни услуги за населението) не под определен социален минимум;

Развитието на националната енергетика (както и на икономиката) трябва да бъде взаимно координирано с развитието й на регионално и глобално ниво.

Първият следва от принципите на приоритета на социалните фактори и осигуряването на социална справедливост: за да се реализира правото на хората на здравословен и ползотворен живот, да се намали разликата в жизнения стандарт на народите по света, да се изкорени бедността и нищетата. , е необходимо да се осигури определен жизнен минимум, включително задоволяване на минимално необходимите енергийни потребности на населението и икономиката.

Второто изискване е свързано с глобалния характер на предстоящата екологична катастрофа и необходимостта от координирани действия на цялата световна общност за премахване на тази заплаха. Дори страни, които имат достатъчно собствени енергийни ресурси, като Русия, не могат да планират енергийното си развитие изолирано поради необходимостта да се вземат предвид глобалните и регионалните екологични и икономически ограничения.

През 1998-2000г ISEM SB RAS проведе изследване на перспективите за развитие на енергийната индустрия на света и неговите региони през 21 век, в което, наред с обикновено поставените цели, за определяне на дългосрочни тенденции в развитието на енергетиката, рационални посоки на научно-техническия прогрес и др. направен е опит за тестване на получените варианти за развитие на енергийния сектор „за устойчивост“, т.е. за спазване на условията и изискванията на устойчивото развитие. В същото време, за разлика от вариантите за развитие, които бяха разработени по-рано на принципа "какво ще стане, ако ...", авторите се опитаха да предложат, ако е възможно, правдоподобна прогноза за развитието на енергийната индустрия в света и неговите региони през 21 век. При цялата си условност се дава по-реалистична представа за бъдещето на енергията, възможното й въздействие върху околната среда, необходимите икономически разходи и т.н.

Общата схема на тези изследвания е до голяма степен традиционна: използването на математически модели, за които се подготвя информация за енергийните нужди, ресурси, технологии и ограничения. За да се вземе предвид несигурността на информацията, предимно за енергийните нужди и ограничения, се формира набор от сценарии за бъдещи условия за развитие на енергийната индустрия. След това резултатите от изчисленията на моделите се анализират със съответните заключения и препоръки.

Основният изследователски инструмент беше глобалният енергиен модел GEM-10R. Този модел е оптимизационен, линеен, статичен, мултирегионален. По правило светът е разделен на 10 региона: Северна Америка, Европа, страните от бившия СССР, Латинска Америка, Китай и др. Моделът оптимизира енергийната структура на всички региони едновременно, отчитайки износа-вноса на гориво и енергия за 25-годишни интервали - 2025, 2050, 2075 и 2100 г. Оптимизира се цялата технологична верига, като се започне от добива (или производството) на първичните енергийни ресурси и се стигне до технологиите за производство на четири вида крайна енергия (електрическа, топлинна, механична и химическа). Моделът представя няколкостотин технологии за производство, преработка, транспорт и потребление на първични енергийни ресурси и вторични енергийни носители. Предвидени са екологични регионални и глобални ограничения (за емисии на CO 2 , SO 2 и прахови частици), ограничения върху развитието на технологиите, изчисляване на разходите за развитие и експлоатация на енергетиката в регионите, определяне на двойни оценки и др. енергийните ресурси (включително възобновяемите) в регионите са определени с разделяне на 4-9 категории разходи.

Анализът на резултатите показа, че получените варианти за развитие на енергийния сектор на света и регионите все още са трудни за изпълнение и не отговарят напълно на изискванията и условията за устойчиво развитие на света в социално-икономически аспекти. По-специално, разглежданото ниво на потребление на енергия изглежда, от една страна, трудно постижимо и, от друга страна, не осигурява желаното сближаване на развиващите се страни с развитите страни по отношение на потреблението на енергия на глава от населението и икономическото развитие (специфично БВП). В тази връзка е направена нова (по-ниска) прогноза за потребление на енергия, като се предполага по-висок темп на намаляване на енергоемкостта на БВП и предоставяне на икономическа помощ от развитите страни на развиващите се.

Високото ниво на потребление на енергия се определя на базата на специфичния БВП, който в общи линии съответства на прогнозите на Световната банка. В същото време в края на 21 век развиващите се страни ще достигнат едва сегашното ниво на БВП в развитите страни, т.е. разликата ще бъде около 100 години. При варианта за ниско потребление на енергия размерът на помощта от развитите страни за развиващите се беше приет въз основа на показателите, обсъждани в Рио де Жанейро: около 0,7% от БВП на развитите страни, или 100-125 милиарда долара. през годината. В същото време растежът на БВП в развитите страни донякъде намалява, докато в развиващите се страни се увеличава. Средно БВП на глава от населението при този сценарий се увеличава в целия свят, което показва целесъобразността на предоставянето на такава помощ от гледна точка на цялото човечество.

Потреблението на енергия на глава от населението в ниския вариант в индустриализираните страни ще се стабилизира, в развиващите се ще се увеличи до края на века около 2,5 пъти, а средно по света - 1,5 пъти спрямо 1990 г. Абсолютното световно потребление на енергия (отчитайки нарастването на населението) ще се увеличи до края на началото на века според високата прогноза с около 3,5 пъти, според ниската прогноза - с 2,5 пъти.

Използването на някои видове първични енергийни ресурси се характеризира със следните особености. Петролът във всички сценарии се консумира приблизително еднакво - през 2050 г. се достига пикът на производството му, а до 2100 г. евтините ресурси (от първите пет категории разходи) са напълно или почти напълно изчерпани. Тази стабилна тенденция се обяснява с високата ефективност на петрола за производство на механична и химическа енергия, както и на топлина и пиково електричество. В края на века петролът е заменен от синтетични горива (предимно от въглища).

Производството на природен газ непрекъснато нараства през века, достигайки максимум в края му. Двете най-скъпи категории (неконвенционален метан и метан хидрати) се оказаха неконкурентоспособни. Газът се използва за производство на всички видове крайна енергия, но най-вече за производство на топлина.

Въглищата и ядрената енергетика са обект на най-големи промени в зависимост от въведените ограничения. Тъй като са приблизително еднакво икономични, те се заменят взаимно, особено в "екстремните" сценарии. Използват се предимно в електроцентрали. Значителна част от въглищата през втората половина на века се преработват в синтетично моторно гориво, а ядрената енергия при сценарии със строги ограничения върху емисиите на CO 2 се използва в голям мащаб за производство на водород.

Използването на възобновяеми енергийни източници варира значително в различните сценарии. Само традиционната хидроенергия и биомаса, както и евтините вятърни ресурси се използват по устойчив начин. Другите видове ВЕИ са най-скъпите ресурси, затварят енергийния баланс и се развиват според нуждите.

Интересно е да се анализират разходите за глобална енергия при различни сценарии. Те са най-малко, разбира се, в последните два сценария с намалена консумация на енергия и умерени ограничения. До края на века те се увеличават около 4 пъти спрямо 1990 г. Най-високи разходи са получени при сценарий с повишено потребление на енергия и строги ограничения. В края на века те са 10 пъти по-високи от разходите от 1990 г. и 2,5 пъти по-високи от разходите в най-новите сценарии.

Трябва да се отбележи, че въвеждането на мораториум върху ядрената енергия при липса на ограничения върху емисиите на CO 2 увеличава разходите само с 2%, което се обяснява с приблизително еднаквата ефективност на атомните електроцентрали и електроцентралите, работещи с въглища. Въпреки това, ако се въведат строги ограничения върху емисиите на CO 2 по време на мораториум върху ядрената енергия, разходите за енергия ще се удвоят почти.

Следователно „цените“ на ядрения мораториум и ограниченията върху емисиите на CO 2 са много високи. Анализът показа, че разходите за намаляване на емисиите на CO 2 могат да възлизат на 1-2% от световния БВП, т.е. те се оказват съпоставими с очакваните щети от изменението на климата на планетата (при затопляне с няколко градуса). Това дава основание да се говори за допустимост (или дори необходимост) от облекчаване на ограниченията върху емисиите на CO 2 . Всъщност се изисква минимизиране на сумата от разходите за намаляване на емисиите на CO 2 и щетите от изменението на климата (което, разбира се, е изключително трудна задача).

Много е важно допълнителните разходи за намаляване на емисиите на CO 2 да се поемат главно от развиващите се страни. Междувременно тези държави, от една страна, не са виновни за създадената ситуация с парниковия ефект, а от друга, те просто нямат такива средства. Получаването на тези средства от развитите страни несъмнено ще създаде големи трудности и това е един от най-сериозните проблеми за постигане на устойчиво развитие.

В 21 век ние трезво осъзнаваме реалностите на третото хилядолетие. За съжаление запасите от нефт, газ, въглища съвсем не са безкрайни. На природата са били нужни милиони години, за да създаде тези резерви, те ще бъдат използвани със стотици. Днес светът започна сериозно да се замисля как да предотврати хищническото ограбване на земното богатство. В крайна сметка само при това условие запасите от гориво могат да продължат векове. За съжаление, много страни производителки на петрол живеят за днес. Те безмилостно изразходват петролните запаси, дадени им от природата. Какво ще се случи тогава, а това ще стане рано или късно, когато нефтените и газовите находища се изчерпят? Вероятността от предстоящо изчерпване на световните запаси от гориво, както и влошаването на екологичната ситуация в света (рафинирането на петрол и доста честите аварии по време на транспортирането му представляват реална заплаха за околната среда) ни накараха да мислим за други видове гориво, които може да замени петрола и газа.

Сега в света все повече учени и инженери търсят нови, нетрадиционни източници, които биха могли да поемат поне част от грижите за снабдяването на човечеството с енергия. Нетрадиционните възобновяеми енергийни източници включват слънчева, вятърна, геотермална, биомаса и океанска енергия.

Енергия на слънцето

Напоследък интересът към проблема с използването на слънчевата енергия се увеличи драстично и въпреки че този източник също е възобновяем, вниманието, което му се отделя по света, ни кара да разгледаме отделно възможностите му. Потенциалните възможности на енергетиката, базирана на използването на пряка слънчева радиация, са изключително големи. Имайте предвид, че използването на само 0,0125% от това количество слънчева енергия би могло да осигури всички текущи нужди на световната енергия, а използването на 0,5% би могло напълно да покрие нуждите за бъдещето. За съжаление е малко вероятно тези огромни потенциални ресурси някога да бъдат реализирани в голям мащаб. Една от най-сериозните пречки за такова прилагане е ниската интензивност на слънчевата радиация.

Дори при най-добри атмосферни условия (южни ширини, ясно небе) плътността на потока на слънчевата радиация е не повече от 250 W/m2. Следователно, за да могат колекторите на слънчева радиация да "съберат" необходимата енергия за задоволяване на всички нужди на човечеството за една година, те трябва да бъдат разположени на територия от 130 000 km 2! Освен това необходимостта от използване на огромни колектори води до значителни материални разходи. Най-простият колектор на слънчева радиация е почернял метален лист, вътре в който има тръби, в които циркулира течност. Загрята от слънчева енергия, погълната от колектора, течността се подава за директна употреба. Според изчисленията производството на колектори на слънчева радиация с площ от 1 km 2 изисква приблизително 10 4 тона алуминий. Доказано днес, световните запаси от този метал се оценяват на 1,17 * 10 9 тона.

Ясно е, че има различни фактори, които ограничават капацитета на слънчевата енергия. Да предположим, че в бъдеще ще бъде възможно да се използва не само алуминий, но и други материали за производството на колектори. Ще се промени ли ситуацията в този случай? Ще изхождаме от факта, че в отделна фаза на развитие на енергетиката (след 2100 г.) всички енергийни нужди на света ще бъдат задоволени от слънчевата енергия. В рамките на този модел може да се оцени, че в този случай ще е необходимо да се "събере" слънчева енергия върху площ от 1*10 6 до 3*10 6 km 2 . В същото време общата площ на обработваемата земя в света днес е 13 * 10 6 km 2. Слънчевата енергия е един от най-материалоемките видове производство на енергия. Мащабното използване на слънчевата енергия води до огромно увеличение на необходимостта от материали и следователно от трудови ресурси за добив на суровини, тяхното обогатяване, производство на материали, производство на хелиостати, колектори, друго оборудване, и тяхното транспортиране. Изчисленията показват, че ще са необходими от 10 000 до 40 000 човекочаса, за да се произведе 1 MW електроенергия годишно с помощта на слънчева енергия.

При традиционната енергия на изкопаеми горива тази цифра е 200-500 човекочаса. Засега електрическата енергия, генерирана от слънчевите лъчи, е много по-скъпа от тази, получена по традиционните методи. Учените се надяват, че експериментите, които ще проведат в експериментални съоръжения и станции, ще помогнат за решаването не само на технически, но и на икономически проблеми.

Първите опити за използване на слънчева енергия на търговска основа датират от 80-те години на миналия век. Loose Industries (САЩ) постигна най-голям успех в тази област. През декември 1989 г. въвежда в експлоатация слънчево-газостанция с мощност 80 MW. Тук, в Калифорния, през 1994 г. са въведени още 480 MW електроенергия, а цената на 1 kWh енергия е 7-8 цента. Това е по-ниско в сравнение с традиционните станции. През нощта и през зимата енергията се осигурява предимно от газ, а през лятото и през деня - от слънцето. Електроцентрала в Калифорния показа, че газът и слънцето, като основни източници на енергия в близко бъдеще, могат ефективно да се допълват взаимно. Ето защо не е случайно, че различни видове течни или газообразни горива трябва да действат като партньор на слънчевата енергия. Най-вероятният "кандидат" е водородът.

Производството му с помощта на слънчева енергия, например чрез електролиза на вода, може да бъде доста евтино, а самият газ, който има висока калоричност, може лесно да се транспортира и съхранява дълго време. Оттук и заключението: най-икономичната възможност за използване на слънчевата енергия, която се вижда днес, е да се насочи към получаване на вторични видове енергия в слънчевите райони на земното кълбо. Полученото течно или газообразно гориво може да се изпомпва по тръбопроводи или да се транспортира с танкери до други райони. Бързото развитие на слънчевата енергия стана възможно благодарение на намаляването на цената на фотоволтаичните преобразуватели за 1 W инсталирана мощност от $1000 през 1970 г. до $3-5 през 1997 г. и повишаване на тяхната ефективност от 5 на 18%. Намаляването на цената на соларен ват до 50 цента ще позволи на соларните централи да се конкурират с други автономни енергийни източници, като например дизелови електроцентрали.

вятърна енергия

Енергията на движещите се въздушни маси е огромна. Запасите от вятърна енергия са повече от сто пъти по-големи от запасите от водна енергия на всички реки на планетата. Ветровете, които духат в необятността на страната ни, биха могли лесно да задоволят всичките й нужди от електричество! Климатичните условия позволяват развитието на вятърна енергия на огромна територия от нашите западни граници до бреговете на Енисей. Северните райони на страната по крайбрежието на Северния ледовит океан са богати на вятърна енергия, където тя е особено необходима за смелите хора, населяващи тези най-богати земи. Защо толкова изобилен, достъпен и екологично чист източник на енергия се използва толкова слабо? Днес вятърните двигатели покриват само една хилядна от световните енергийни нужди. Технологиите на 20-ти век откриха напълно нови възможности за вятърна енергия, чиято задача стана различна - да генерира електричество. В началото на века Н.Е. Жуковски разработи теорията за вятърна турбина, въз основа на която могат да бъдат създадени високопроизводителни инсталации, способни да получават енергия от най-слабия бриз. Появиха се много проекти на вятърни турбини, несравнимо по-напреднали от старите вятърни мелници. Постиженията на много области на знанието се използват в нови проекти. Днес дизайнът на вятърно колело, сърцето на всяка вятърна електроцентрала, включва строители на самолети, които са в състояние да изберат най-подходящия профил на лопатките и да го изследват в аеродинамичен тунел. Благодарение на усилията на учени и инженери е създадено голямо разнообразие от дизайни на съвременни вятърни турбини.

Първата машина с перки, използваща вятърна енергия, беше платно. Платното и вятърната турбина, с изключение на един източник на енергия, са обединени от един и същ принцип. Изследванията на Ю. С. Крючков показват, че платното може да бъде представено като вятърна турбина с безкраен диаметър на колелото. Платното е най-модерната машина с перки, с най-висока ефективност, която директно използва вятърна енергия за задвижване.

Вятърната енергия, използваща вятърни колела и вятърни турбини, сега се възражда, предимно в наземни инсталации. Търговските единици вече са построени и работят в Съединените щати. Проектите са наполовина финансирани от държавния бюджет. Другата половина е инвестирана от бъдещи потребители на чиста енергия.

Първите разработки в теорията на вятърната турбина датират от 1918 г. В. Залевски се интересува едновременно от вятърни мелници и авиация. Той започва да създава пълна теория за вятърната мелница и извежда няколко теоретични положения, на които трябва да отговаря една вятърна мелница.

В началото на 20-ти век интересът към витлата и вятърните турбини не е изолиран от общите тенденции на времето - вятърът да се използва навсякъде, където е възможно. Първоначално вятърните турбини са били най-широко използвани в селското стопанство. Перката се е използвала за задвижване на корабни механизми. На световноизвестния "Фрам" въртеше динамото. На платноходките вятърните мелници задвижват помпи и котвени механизми.

В Русия до началото на миналия век се въртят около 2500 хиляди вятърни мелници с общ капацитет от един милион киловата. След 1917 г. мелниците остават без стопани и постепенно се рушат. Вярно е, че бяха направени опити вятърната енергия да се използва вече на научна и държавна основа. През 1931 г. близо до Ялта е построена най-голямата по това време вятърна електроцентрала с мощност 100 kW, а по-късно е разработен проект за 5000 kW агрегат. Но не беше възможно да се приложи, тъй като Институтът по вятърна енергия, който се занимаваше с този проблем, беше затворен.

В Съединените щати до 1940 г. е построена вятърна турбина с мощност 1250 kW. До края на войната едно от остриетата му е повредено. Те дори не започнаха да го ремонтират - икономистите изчислиха, че е по-изгодно да се използва конвенционална дизелова електроцентрала. По-нататъшните проучвания на тази инсталация са преустановени.

Неуспешните опити за използване на вятърна енергия в мащабно производство на електроенергия през 40-те години на миналия век не са случайни. Петролът остана сравнително евтин, специфичните капиталови инвестиции в големите топлоелектрически централи рязко спаднаха, а развитието на водноелектрическата енергия, както изглеждаше тогава, гарантира както ниски цени, така и задоволителна екологична чистота.

Съществен недостатък на вятърната енергия е нейната променливост във времето, но тя може да бъде компенсирана от местоположението на вятърните турбини. Ако при условия на пълна автономност се комбинират няколко десетки големи вятърни турбини, тогава средната им мощност ще бъде постоянна. При наличието на други източници на енергия вятърният генератор може да допълни съществуващите. И накрая, механичната енергия може да бъде получена директно от вятърната турбина.

Топлинна енергия на земята

От древни времена хората са знаели за спонтанните прояви на гигантска енергия, спотайваща се в недрата на земното кълбо. Мощността на изригването многократно надвишава мощността на най-големите електроцентрали, създадени от човешки ръце. Вярно е, че няма нужда да говорим за прякото използване на енергията на вулканичните изригвания - досега хората нямат възможност да обуздаят този непокорен елемент и, за щастие, тези изригвания са доста редки събития. Но това са прояви на енергията, таяща се в недрата на земята, когато само малка част от тази неизчерпаема енергия намира изход през огнедишащите отвори на вулканите. Малката европейска страна Исландия е напълно самодостатъчна с домати, ябълки и дори банани! Много исландски оранжерии се захранват от топлината на земята - в Исландия практически няма други местни източници на енергия. Но тази страна е много богата на горещи извори и известните гейзери-фонтани с гореща вода, избликващи от земята с точността на хронометър. И въпреки че исландците нямат приоритет при използването на топлина от подземни източници, жителите на тази малка северна страна експлоатират подземната котелна централа много интензивно.

Рейкявик, който е дом на половината от населението на страната, се отоплява само от подземни източници. Но не само за отопление хората черпят енергия от дълбините на земята. Електроцентралите, използващи горещи подземни извори, работят от дълго време. Първата такава електроцентрала, все още доста ниска мощност, е построена през 1904 г. в малкото италианско градче Лардерело. Постепенно капацитетът на електроцентралата нараства, влизат в експлоатация все повече и повече нови блокове, използват се нови източници на топла вода и днес мощността на централата вече достига внушителна стойност - 360 хиляди киловата. В Нова Зеландия има такава електроцентрала в района на Wairakei, нейният капацитет е 160 000 киловата. Геотермална централа с мощност 500 000 киловата произвежда електричество на 120 километра от Сан Франциско в САЩ.

Енергия на вътрешните води

Първо, хората се научиха да използват енергията на реките. Но в златната епоха на електричеството има ренесанс на водното колело под формата на водна турбина. Електрическите генератори, които произвеждат енергия, трябваше да се въртят и това можеше да се направи доста успешно с вода. Можем да предположим, че съвременната хидроенергия е родена през 1891 г. Предимствата на водноелектрическите централи са очевидни - постоянно възобновяема доставка на енергия от самата природа, лекота на експлоатация и липса на замърсяване на околната среда. А опитът в изграждането и експлоатацията на водни колела може да бъде от голяма полза за хидроенергийната индустрия.

Въпреки това, за да се завъртят мощните водни турбини, е необходимо да се натрупа огромно количество вода зад язовира. Изграждането на язовир изисква толкова много материал за полагане, че обемът на гигантските египетски пирамиди ще изглежда незначителен в сравнение. През 1926 г. Волховската водноелектрическа централа е пусната в експлоатация, на следващата година започва изграждането на известната Днепровская. Енергийната политика на нашата страна доведе до факта, че ние разработихме система от мощни водноелектрически централи. Нито една държава не може да се похвали с такива енергийни гиганти като Волга, Красноярск и Братск, Саяно-Шушенската ВЕЦ. Електроцентралата на река Ранс, състояща се от 24 реверсивни турбогенератора и с изходна мощност от 240 мегавата, е една от най-мощните водноелектрически централи във Франция. Водноелектрическите централи са най-рентабилният източник на енергия. Но те имат недостатъци - при пренос на електроенергия по електропроводи се получават загуби до 30% и се създава опасно за околната среда електромагнитно излъчване. Засега само малка част от хидроенергийния потенциал на земята служи на хората. Всяка година огромни водни потоци, образувани от дъждове и снеготопене, се вливат в моретата неизползвани. Ако беше възможно да ги забавим с помощта на язовири, човечеството би получило допълнително колосално количество енергия.

Енергия от биомаса

В САЩ, в средата на 70-те години на миналия век, екип от океански учени, морски инженери и водолази създават първата в света океанска енергийна ферма на дълбочина 12 метра под окъпания от слънце Тих океан близо до град Сан Клемент. Фермата отглежда гигантски калифорнийски водорасли. Според директора на проекта д-р Хауърд А. Уилкокс, служител на Центъра за изследване на морските и океанските системи в Сан Диего (Калифорния), „до 50% от енергията на тези водорасли може да се преобразува в гориво – в природен газ метан . Океанските ферми на бъдещето, отглеждащи кафяви водорасли на площ от приблизително 100 000 акра (40 000 хектара), ще могат да осигурят енергия, която е достатъчна, за да отговори напълно на нуждите на американски град от 50 000 души."

Биомасата, освен водораслите, може да включва и отпадъчните продукти от домашните животни. И така, на 16 януари 1998 г. вестник „Санкт Петербург Ведомости“ публикува статия, озаглавена „Електричество ... от пилешки тор“, в която се посочва, че дъщерното дружество на международния норвежки корабостроителен концерн Kvaerner, разположено във финландския град Тампере, търсеше подкрепа от ЕС за изграждането на електроцентрала в Нортхемптън, Обединеното кралство, работеща ... с пилешки тор. Проектът е част от програмата Thermie на ЕС, която предвижда разработването на нови, нетрадиционни енергийни източници и методи за пестене на енергийни ресурси. Европейската комисия разпредели 140 милиона екю на 13 януари между 134 проекта.

Проектираната от финландската компания електроцентрала ще изгаря 120 000 тона пилешки тор годишно в пещи, генерирайки 75 милиона киловатчаса енергия.

Заключение

Могат да се разграничат редица общи тенденции и особености в развитието на световната енергетика в началото на века.

1. В XXI век. значително увеличение на световното потребление на енергия е неизбежно, предимно в развиващите се страни. В индустриализираните страни потреблението на енергия може да се стабилизира приблизително на настоящите нива или дори да намалее до края на века. Според ниската прогноза, направена от авторите, световното потребление на крайна енергия през 2050 г. може да достигне 350 милиона TJ/годишно, през 2100 г. - 450 милиона TJ/годишно (при текущо потребление от около 200 милиона TJ/годишно).

2. Човечеството е достатъчно осигурено с енергийни ресурси за 21 век, но покачването на цените на енергията е неизбежно. Годишната цена на световната енергия ще се увеличи с 2,5-3 пъти до средата на века и с 4-6 пъти до края му в сравнение с 1990 г. Средната цена на единица крайна енергия ще се увеличи в тези условия с 20 -30 и 40- 80% (увеличението на цените на горивата и енергията може да бъде дори по-голямо).

3. Въвеждането на глобални ограничения за емисиите на CO 2 (най-важният парников газ) ще повлияе значително на енергийния микс на регионите и света като цяло. Опитите за поддържане на глобалните емисии на сегашните нива трябва да се признаят за нереалистични поради противоречие, което е трудно за разрешаване: допълнителните разходи за ограничаване на емисиите на CO 2 (около $ 2 трилиона / година в средата на века и повече от $ 5 трилиона / година в края на века) ще трябва да се поемат от предимно развиващи се страни, които междувременно "не са виновни" за възникналия проблем и нямат необходимите средства; развитите страни едва ли ще искат и ще могат да платят такива разходи. От гледна точка на осигуряването на задоволителни енергийни структури в регионите на света (и разходите за тяхното развитие), може да се счита за реалистично ограничаването на глобалните емисии на CO 2 до 12–14 Gt C/годишно през втората половина на век, т.е. до ниво приблизително два пъти по-високо от това през 1990 г. В същото време остава проблемът с разпределението на квотите и допълнителните разходи за ограничаване на емисиите между страните и регионите.

4. Развитието на ядрената енергия е най-ефективното средство за намаляване на емисиите на CO 2 . При сценарии, при които бяха въведени строги или умерени ограничения върху емисиите на CO 2 и нямаше ограничения за ядрената енергия, оптималният мащаб на нейното развитие се оказа изключително голям. Друг показател за неговата ефективност беше „цената“ на ядрения мораториум, която, със строги ограничения върху емисиите на CO 2, се изразява в 80% увеличение на цената на световната енергия (повече от 8 трилиона долара годишно в края на 21-ви век). В тази връзка бяха разгледани сценарии с "умерени" ограничения на развитието на ядрената енергетика с цел търсене на реално възможни алтернативи.

5. Незаменимо условие за прехода към устойчиво развитие е помощта (финансова, техническа) на най-изостаналите страни от развитите страни. За да се постигнат реални резултати, такава помощ трябва да бъде предоставена през следващите десетилетия, от една страна, за да се ускори процесът на доближаване на стандарта на живот на развиващите се страни до нивото на развитите, а от друга страна, така че такива помощта все още може да съставлява значителен дял в бързо нарастващия общ БВП на развиващите се страни.

Литература

1. Седмичен вестник на Сибирския клон на Руската академия на науките N 3 (2289) 19 януари 2001 г.

2. Антропов П.Я. Горивен и енергиен потенциал на Земята. М., 1994

3. Одум Г., Одум Е. Енергийна основа на човека и природата. М., 1998

На Земята, поради бързото изчерпване на суровините, възникна суровинен проблем, който има общи черти с енергийния проблем, така че експертите ги смятат за неразривно свързани, като общ горивен и суровинен проблем на планетата. За развитието на цивилизацията са необходими суровини и гориво, но, за съжаление, находищата на минерални и въглеводородни суровини на планетата са изчерпани, проблемът с липсата им придобива глобални размери, потвърдени от суровинната криза от 70-те години. .

Суровините са изходен материал за много технологични процеси. Това понятие включва вещества от естествен и синтетичен произход, използвани в промишленото производство като изходен материал за производство на енергия и необходими продукти. Суровините се делят според техния произход на индустриални и селскостопански. Но най-често терминът - "суровини" се свързва с минерални суровини. Минералите са в основата на развитието и съществуването на човечеството. Индустрията на планетата се развива с бързи темпове, необходимостта от суровини нараства, следователно обемите на производство растат. За съжаление, запасите от нефт, газ, желязна руда и други минерали на планетата са ограничени, така че след известно време те ще бъдат изчерпани.

Причини за проблема със суровините:

• Бързото нарастване на количеството суровини, извлечени от недрата на планетата.
• Естествено изчерпване на находищата в резултат на добива.
• Проучените запаси от въглеводороди не са безкрайни.
• Необходимостта от извличане на обеднени руди с ниско съдържание на полезни вещества.
• Увеличаване на разстоянието между районите на производство и преработка.
• Необходимостта от използване на находище с лоши минни и геоложки условия.
• Разработване на новооткрити находища в райони с трудни природни условия.

Горните причини оказват огромно влияние върху осигуряването на индустрията с природни ресурси в световен мащаб, което непрекъснато намалява. Изчисленията на ресурсната обезпеченост на планетата, направени от специалисти по различни методи, често не съвпадат и има големи несъответствия между резултатите. В наше време има спешна необходимост от рационално използване и по-пълно извличане на минерални суровини от недрата на Земята. Например съвременните технологии за производство на нефт с нисък коефициент на възстановяване, не повече от 0,25-0,45, трябва да бъдат подобрени, тъй като повечето от най-ценните енергийни суровини остават в недрата. Ако коефициентът на възстановяване се увеличи дори с 1%, тогава при съществуващите обеми на добива на нефт ще получим значителен икономически ефект. Ако през 20-ти век преобладаваше „разточителството на ресурси“, то през 21-ви век човечеството беше принудено да премине към рационално потребление на ресурси.

Акценти от прехода:

• Енергийната криза от 70-те години даде тласък на развитието на енергоспестяващи технологии и започна интензивен път на развитие на цялата световна икономика. Намаляването на потреблението на енергия се наблюдава в промишлената и непромишлената сфера, което доведе до значителни икономии на въглеводородни суровини.
• Несъвършенството на традиционните технологии доведе до факта, че само 20% от добитите суровини се използват в готови продукти, а останалата част се натрупва в сметищата. Те се състоят от милиарди тонове шлакови отпадъци от металургията, отпадъци от пепел от топлоелектрически централи и огромно количество скали. Вече се появиха иновативни технологии, които използват отпадъци за извличане на метали, химикали и производство на строителни материали. Подобни технологии допринасят за значително намаляване на "разхищението на ресурси" и прехода към рационално използване на ресурсите на планетата.

енергиен проблем

Цивилизацията изисква наличието на гориво и енергия в дългосрочен план. Но ограниченото количество и увеличаването на потреблението на въглеводородни и минерални ресурси на Земята стана причина за енергийния проблем.

Регионални кризи възникват и в отделни държави в прединдустриалната епоха. Ярък пример е, че в Англия през 18 век обезлесяването достига такива размери, че страната е принудена да премине към въглища за отопление. Тогава това беше локален проблем, но по време на световната енергийна криза от 70-те години той придоби глобален характер. Рязко повишените цени на петрола доведоха до стагнация на световната икономика.

Кризата беше преодоляна, но проблемът за осигуряване на световната икономика с енергия и горива не изчезна, той запази своето значение. Средно един работник в производството използва количество енергия, еквивалентно на 100 литра. с. Количеството произведена енергия на жител на планетата е показател за качеството на живот. Смята се, че нормата на глава от населението е 10 kW, а средната стойност за населението на планетата е само 2 kW.

Високоразвитите страни по света вече са достигнали общоприетите стандарти за производство на енергия на човек. Но нерационалното използване на ресурсите, увеличаването на населението, неравномерното разпределение на суровините и горивата в регионите на планетата ще доведат до постоянно увеличаване на тяхното потребление и производство. Например урановите руди, използвани в ядрената енергетика, при сегашните темпове на производство ще бъдат напълно изчерпани още през първата половина на 21 век.

Една от причините за горивно-енергийния проблем е увеличаването на използването на природни ресурси, чийто брой не е неограничен. Бившите социалистически страни се характеризираха с изключително скъпи икономики, в които загубите на енергийни ресурси бяха огромни. Ситуацията след разпадането на СССР леко се подобри, но дори и сега страните от ОНД използват 2 пъти повече суровини за производство на единица продукция, отколкото европейските страни. Добивът на нефт и газ се увеличава. Най-богатите находища на нефт и газ в Западен Сибир, на шелфа на Северно море, в Аляска са проучени и се експлоатират, като същевременно се влошава екологичната обстановка.

Учени и специалисти направиха сложни изчисления, които показват, че ако скоростта на използване на антрацитни въглища продължи 325 години, на газ - 62 години, а петролните запаси ще бъдат изчерпани след 37 години. Постоянно се откриват нови находища на въглеводороди, както на континента, така и на шелфа. Откриването на нови източници на енергия разруши песимистичните прогнози от 70-те години.

Начини за решаване на проблеми

Има два начина за решаване на енергийния проблем – екстензивен и интензивен.

Екстензивен начин е увеличаване на производството на въглеводороди и увеличаване на потреблението на енергия. Китай и Англия вече са достигнали лимита на собственото си производство на енергия с перспектива да намалят броя си. Липсата на енергийни ресурси принуждава много страни да търсят технологии, които позволяват рационалното им използване.

Интензивен начин - намаляване на енергийните разходи за единица продукция.

Енергийната криза доведе до преструктуриране на структурата на икономиката, до въвеждането на иновативни енергоспестяващи технологии, което позволи да се намалят последиците от енергийната криза. Ако спестите един тон енергия, тогава цената му ще бъде 3 или 4 пъти по-малка от добития тон. До края на 20 век САЩ и Германия са намалили енергоемкостта на производството 2,5 пъти.

Например:

В сравнение с металургията енергоемкостта в машиностроенето е намаляла почти 10 пъти.

Всички енергоемки индустрии бяха прехвърлени от развитите страни в страни от третия свят. Енергоспестяването спестява 20% от енергийните ресурси на единица БВП.

Повишаването на ефективността на потреблението на енергия е свързано с въвеждането на съвременни технологични процеси. Иновационните технологии са много капиталоемки, но това е перспективен начин за развитие - разходите са 3 пъти по-малко от разходите за увеличаване на производството на енергийни ресурси.

Изненадващо, някои държави, като Китай, Русия, Индия, Украйна, все още използват остарели технологии в металургията и химическата промишленост. Те дори се стремят да развиват тези изключително енергоемки индустрии.

Увеличаването на потреблението на енергия в тези държави е свързано с липсата на средства за въвеждане на съвременни технологии и с леко повишаване на стандарта на живот на населението. Глобалният енергиен проблем и неговото решение е свързано с потреблението на енергия за производството на продукти. В момента на планетата няма недостиг на енергийни ресурси. За някои региони и държави остава характерният проблем с осигуряването на енергийни ресурси.

Проблем с глобалните ресурси, решения

• Организира и финансира проучване и проучвателни експедиции. С успешното приключване на търсенето минералните запаси ще се увеличат. Например в следвоенния период проученото количество бокситни запаси се е увеличило почти 36 пъти, а производството само 10 пъти. През този период проучените запаси от медни руди се увеличават почти 7 пъти при увеличение на производството само 3 пъти. Проучени са много находища на нерудни полезни изкопаеми - калиеви соли, фосфорити, каменна сол. Съвременните технологии позволяват да се търсят и изследват находища не само на континента, но и на дъното на моретата и Световния океан.
Внедряване на енергоспестяващи технологии, намаляване на материалоемкостта на продуктите и енергоемкостта на производствените процеси на крайните продукти.
• Постигане на пълна и безотпадна преработка на подземните богатства.
• Използването на вторични суровини в промишлеността е важен елемент от рационалното използване на природните ресурси.
• Използването на изкуствени материали за замяна на естествени суровини като керамика, фибростъкло, въглеродни влакна и други материали.

Въпреки огромните природни запаси от полезни изкопаеми - руда, нефт, газ, руската икономика, която се развива екстензивно, започна да изпитва известни кризисни явления. Постепенно богатите минерални находища се изчерпват, разходите за тяхното производство нарастват и постепенно се намаляват държавните запаси от въглеводороди и минерални суровини.