Экология. Лекция 4

	Энергетическая проблема. Традиционные и альтернативные источники энергии Основные потребители энергии- промышленность, сельское хозяйство, транспорт (трамвай, метро, железная дорога, троллейбус); кроме того, большое количество энергии расходуется на бытовые нужды человека: освещение, обогрев домов, функционирование различных приборов. Использование электроэнергии позволяет обеспечивать нормальный уровень жизни человека. 88% мировой потребности в энергии обеспечивают традиционные (обычные) источники энергии - уголь, нефть, газ, мазут.
Энергию вырабатывают электростанции. Теплоэлектростанции (ТЭС) и теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) используют природное (ископаемое) топливо: уголь, продукты переработки нефти (мазут), газ, сланцы. Первые теплоэлектростанции появились в конце ХIХ в.: 1882 г. - в США; 1883 г. - в России; 1884 г. – в Германии. ТЭС и ТЭЦ – один из основных источников загрязнения атмосферы наряду с автотранспортом.

Гидроэлектростанции (ГЭС) используют энергию падающей воды. При строительстве некоторых ГЭС, особенно на равнинной местности, большие территории земли заливаются водой, а затем на этом месте могут образовываться болота, вода становится застойной, летом начинают

интенсивно цвести водоросли, погибает рыба и т.д.

Первые гидроэлектростанции появились, как и ТЭС, в конце ХIХ в.: 1876 – 1881 гг. - в Германии; 1895-1896 гг. – в России, ГЭС строят на больших реках. В России самые крупные ГЭС находятся на Енисее, Ангаре, Волге и других реках.

Атомные электростанции (АЭС) используют радиоактивное топливо. Первая в мире АЭС была пущена в 1954 г. в России (г. Обнинск), таким образом, в 2004 г. исполнилось 50 лет атомной энергетике. При высокой надёжности системы аварийной защиты, АЭС представляют собой сооружения более экологически чистые по сравнению, например, с ТЭС, хотя потенциально возможно загрязнение биосферы радиоактивными отходами (при превышении допустимых доз облучения наблюдаются мутагенный и тератогенный эффекты, происходят необратимые изменения в состоянии крови, человек заболевает лучевой болезнью или раком). Авария на Чернобыльской АЭС в 1986 г. сильно затормозила атомной энергетики, но без АЭС быстрый прогресс экономики невозможен.

В мировом масштабе доля атомной энергии в общем энергобалансе в 1990 г. составила 11,1 %, а в 2010 г. - 15,8 %. В промышленно развитых странах доля электроэнергии, вырабатываемая на АЭС, составляет в общем энергобалансе: во Франции – 80%, в Бельгии – 55, в Швеции и Швейцарии – около 40, в Японии и Германии – около 30%, В нашей стране атомная энергетика даёт в среднем 16% всей электроэнергии (на северо-западе России этот показатель составляет 43%).

Немаловажным фактором является и то обстоятельство, что цена на электроэнергию, вырабатываемую на АЭС, ниже, чем на тепловых станциях, на 13,6%.

В ближайшем будущем в нашей стране будет построена первая в истории плавучая атомная тепловая электростанция (ПАТЭС). Работа над первым пилотным проектом ведётся в г. Северодвинске (Архангельская область). ПАТЭС может доплывать до любого пункта вдоль Северного морского пути и там обслуживать целый регион. Энергия, полученная от плавучей АЭС, будет в два раза дешевле, поэтому высокая стоимость подобной атомной установки должна окупиться через 8 лет.

В последние годы особое внимание обращают на альтернативные источники энергии.Эти источники энергии – возобновляемые, они практически безвредны для окружающей среды.

Солнечная энергия (гелиоэнергетика) – самый распространённый альтернативный источник энергии. Солнечное излучение в 15 тыс. раз превышает мировое ежегодное потребление энергии.

Человек создает солнечные элементы и батареи для производства электроэнергии; гелиоэлектростанции, солнечные коллекторы для получе-ния низкотемпературного тепла для теплоснабжения зданий. Солнечные батареи являются единственным источником электроснабжения космических кораблей. Солнечная энергия уже применяется в южных странах Европы, в США, а в Китае за счёт энергии Солнца обеспечивается горячей водой 30 тыс. домов. Использование энергии Солнца не решает проблемы полностью, т.к. солнечную энергию трудно запасать и трудно передавать на большие расстояния без потерь. Одно из решений этой проблемы: превратить солнечную энергию в химическую (т.е. получать с помощью солнечной энергии какое-нибудь топливо, например, водород). В Саудовской Аравии уже работает такая установка.

Ветровая энергия (ветроэнергетика) – механиче

используется ветроэлектростанциями с КПД около 40 % для получения электроэнергии. В районах с постоянными ветрами ветроэлектростанции достигают мощности 50 – 100 кВт. Наибольшее число ветроэлектростанций работает в настоящее время в США (9000) и Дании (1500), где с помощью ветряков получают 20%, а в Германии – 10% электроэнергии. Однако даже такой экологически чистый источник энергии создает проблемы: ультразвуковое излучение, помехи в работе телевизоров, особенно отрицательно действует на орнитофауну (вызывая гибель птиц).

ская энергия ветра

Гидроэнергия (гидроэнергетика). Использование энергии приливов известно еще с XI века: в Англии, Франции, Канаде работали приливные мельницы и лесопилки. Первая приливная мельница в России появилась в Беломорье в ХVII в. В настоящее время самая крупная приливная электростанция (ПЭС) находится на берегу Ла-Манша, в устье реки Ранг (Бретань). В России работают несколько ПЭС: мощная ПЭС в Кислой губе (Кислогубская ПЭС) на Белом море, две в Охотском море в Пенжинской губе, где приливы доходят до 17 м. Мощные приливные станции действуют в Дании, Австралии, проектируются в Канаде, Индии, Южной Корее, КНР.

Биоэнергия (биоэнергетика) использует биогаз. Биогаз – возобновляемый источник энергии, образуется при разложении растительных и животных отходов без доступа кислорода в биогазовых или очистных сооружениях. Основные компоненты биогаза – метан (СН₄) и углекислый газ (СО₂). Биогаз используют для приготовления пищи, отопления, в газовых двигателях блок – ТЭЦ. Особенно широко используется блок – ТЭЦ в Германии.

Геотермальная энергия – используется в районах вулканизма и местах, где на поверхность Земли поднимаются горячие подземные воды – термальные источники. Самая крупная геотермальная электростанция находится в США; в Италии (в провинции Тоскана) такая электростанция снабжает электроэнергией всю область. В Исландии 80 % населения обогревают свои дома геотермальным теплом. Геотермальная энергетика в настоящее время особенно развивается в Центральной Америке, Азии, Африке, на одно из первых мест выходит Япония. В России действует одна геотермальная электростанция – на Камчатке. Кроме того, жители Камчатки используют тепло термальных вод для обогрева жилищ и сельскохозяйственных теплиц, где круглый год выращиваются растения.

Основные типы альтернативных источников энергии представлены в табл. 1.

Таблица 1

Альтернативные источники энергии

Основные типы	Способы получения энергии
Солнечная энергия (гелиоэнергетика)	Гелиоэлектростанции, солнечные батареи, гелиоконденсаторы, солнечные коллекторы.
Ветровая энергия (ветроэнергетика)	Ветроэлектрические станции, ветровые установки
Гидроэнергия (гидроэнергетика)	Приливные электростанции, волновые электростанции
Биоэнергия (биоэнергетика)	Биореакторы (для получения биогаза), производство биомассы, мусоросжигающие установки, биосинтез водорода и др.
Геотермальная энергия	Геотермальные электростанции, геотермальные установки (использование глубинных подземных вод), тепловые насосы и т.п.

Немецкие экологи подсчитали мировой технический потенциал альтернативных (возобновляемых) источников энергии в год (табл. 2).

Таблица 2

Мировой технический потенциал возобновляемых источников энергии в год (млрд. Т условного топлива)

Биомасса	5,6
Гидроэнергия	2,8
Ветровая энергия	2,8
Геотермальная энергия	1,9
Термическая энергия моря	0,9
Энергия приливов – отливов	0,04
Солнечные элементы и коллекторы	2,0
Гелиоэлектростанции	4,3
	Всего: » 20,3 млрд. т

Цифры в таблице показывают, что использование возобновляемых источников энергии не только позволит обеспечить человечество энергией, но значительно снизит выбросы загрязняющих веществ в окружающую природную среду.

Для сравнения: сегодня потребление первичной энергии в мире составляет » 9 млрд. т условного топлива.

Какой источник энергии – самый экологичный?

Экономия энергии, (по словам немецкого ученого Д. Зайфрида), должна рассматриваться как самый экологичный «источник энергии».

По статистике в промышленно развитых странах 1/3 электроэнергии идет на бытовые приборы.

Например, в США 20 % электрической энергии идет на освещение, это энергия, которую производят » 100 крупных электростанций; 7 % энергии потребляют холодильники, эту энергию вырабатывают » 25 электростанций большой мощности.Большинство жилых зданий потребляет намного больше энергии, чем это допустимо, особенно в крупнопанельных зданиях застройки 1960 – 1980-х годов. Кроме того, если двери и окна в домах плохо закрыты, то теряется еще около 30 % тепла.

Современные технологии помогают значительно снизить расход энергии в существующих и в проектируемых зданиях.

Сегодня разработаны и применяются в строительстве панельные, оконные и дверные блоки улучшенной изоляции. Они, конечно, дороже, но экономия энергии быстро окупает затраты.

Если жилые и административные здания имеют высокую теплоизоляцию – это лучший способ экономии средств и повышение эффективности использования энергии.

Антропогенное воздействие на окружающую среду Человек – часть биосферы и не может существовать в естественных условиях вне биосферы. Как любой вид человек зависит от окружающей среды и одновременно воздействует на нее. «Человек – один из видов животного царства с высоко развитым мозгом, сложной социальной организацией и трудовой деятельностью, формирующих сознание и делающих малозаметными биологические первоосновы организма» (Н.Ф.Реймерс). В отличие от животного человек обладает интеллектом, который помог решить проблему нехватки пищевых ресурсов путем развития сельского хозяйства. Человек способен мыслить и создавать орудия труда, что значительно снижает его зависимость от природы. Тем не менее несмотря на это, человек остается зависимым от многих природных стихийных явлений. В отличие от животных человек занял широчайшую экологическую нишу. Экологическая ниша – совокупность требо-

ваний организма к условиям существования, которые включают:

• пространство, занимаемое организмом;

-- функциональную роль в сообществе;

• устойчивость к биотическим факторам окружающей среды.

Можно сказать, что если местообитание – это «адрес» вида, то экологическая ниша – это его «профессия». Согласно принципу Гаузе: «два вида особей не могут занимать одну и ту же экологическую нишу». Как понимать экологическую нишу по отношению к человеку? Экологическая ниша человека – это система взаимоотношений человека с окружающей средой. Нарушение законов развития этих отношений может привести человечество к экологическим кризисам и катастрофам.

Экологический кризис – критическое состояние окружающей среды. Это состояние возникает в биосфере в результате нарушения экологического равновесия под действием природных стихийных явлений или при действии антропогенных экологических факторов.

Природные стихийные бедствия (катастрофы):

• Ветры, циклоны, тайфуны, штормы;

• Землетрясения;

• Наводнения;

• Грозы, ненормальная для человека жара, лесные пожары;

• Цунами;

• Вулканы (извержения);

• Лавины, оползни;

• Обледенения и др.

Примеры сильнейших природных стихийных бедствий за последние годы:

Землетрясения

• Чили (1960 г., 9.5 баллов) – погибло 5 тыс. чел.

• Суматра (2004 г., 9.0 баллов) – первое известное в истории цунами, повлекшее столь ужасные последствия (землетрясение в Индийском океане, следствием которого свилась огромная волна) – погибло свыше 150 тыс. чел.

• Суматра (2005 г., 8.7 баллов) – погибла 1тыс. чел.

• Китай (2008 г., 8 баллов) – погибло свыше 70 тыс. чел., 18 тыс. пропало без вести, около 5 млн жителей провинции Сычуань остались без крова.

Наводнения

• Гаити, Доминиканская республика (2004 г.) – погибло около 2 тыс. чел.

• Индия, Бангладеш (2004 г.) – погибло около 1,8 тыс. чел.

• Филиппины (2004 г.) – наводнению предшествовал тайфун – погибло более 1,3 тыс. чел.

• Мьянма (2008 г.) – тропический циклон с последующим наводнением – погибло более 135 тыс. чел.

В случае, когда виновником экологического кризиса становится хозяйственная деятельность человека, говорят об антропогенном экологическом кризисе.

В истории человечества принято выделять три антропогенных экологических кризиса.

Первый антропогенный экологический кризис («кризис консументов») произошёл 10 – 50 тыс. лет назад. По мнению многих учёных, этот кризис возник в результате массового уничтожения крупных млекопитающих в ледниковом и межледниковом периодах в Евразии и в Северной Америке. Орды бродячих охотников истребили мамонтов, гигантских ленивцев, мастодонтов, некоторые виды лошадей и верблюдов.

Второй антропогенный экологический кризис («кризис продуцентов») произошёл 150 – 350 лет назад, когда началось бурное развитие производительных сил общества. В этот период получила широкое развитие горнодобывающая промышленность, металлургия, произошла промышленная, а затем научно-техническая революция, развились капиталистические отношения.

Третий антропогенный экологический кризис («кризис редуцентов») наблюдается в настоящее время. Редуценты попросту не успевают очищать биосферу от огромного количества антропогенных продуктов. Кроме того, человечество использует множество синтетических веществ и материалов, которые попросту не разлагаются редуцентами и в колоссальных количествах накапливаются в биосфере. Несмотря на то, что биосфера способна регулировать и стабилизировать окружающую среду, в настоящее время влияние человека достигло такого уровня, что она утрачивает данную способность. Компенсационные возможности биосферы либо уже нарушены, либо находятся на пределе. По-видимому, уже возникла рассогласованность и она будет расти дальше, а это приведет к катастрофическому срыву, который возникнет неожиданно и необратимо. Биосфера может перейти в новое состояние, параметры которого могут оказаться не подходящими для жизни человека.

Экологический кризис может быть обратимым, но при определённых условиях может перейти в экологическую катастрофу.

Экологическая катастрофа делает практически невозможным любой вид хозяйственной деятельности человека, приводит к реальной опасности тяжёлых заболеваний, смерти людей и животных. Она характеризуется зоной, в пределах которой постоянное проживание становится весьма трудным и опасным, а порой и невозможным.

Экологические катастрофы (антропогенные)

Авария на Чернобыльской атомной электростанции (1986 г.);

Высыхающее Аральское море, которое мы скоро возможно потеряем;

Всевозможные аварии с разливом нефти;

Крушение нескольких грузовых судов – танкеров в Керченском проливе (2007 г.). В результате аварий на судах произошли разлив мазута (около 2 тыс. т, 300 – 400 т мазута осело на дно), а также попадание серы в воду (на дно ушло около 7 тыс. т серы); мазут и серу перевозили танкеры, попавшие в кораблекрушение, причиной которого стал шторм. В результате разлива нефтепродуктов погибло свыше 30 тыс. птиц и большое количество рыбы. Чтобы восстановить популяцию рыб, необходимо от 5 до 25 лет.