مشکل انرژی بشر و راههای حل آن

2024 نویسنده: Howard Calhoun | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-17 10:25

مشکل انرژی بشر هر سال بیشتر و بیشتر گسترش می یابد. این به دلیل رشد جمعیت جهان و توسعه فشرده فناوری است که منجر به افزایش مداوم سطح مصرف انرژی می شود. با وجود استفاده از انرژی هسته ای، جایگزین و برق آبی، مردم همچنان به استخراج سهم شیر از سوخت از روده های زمین ادامه می دهند. نفت، گاز طبیعی و زغال سنگ منابع انرژی طبیعی غیر قابل تجدید هستند و تا کنون ذخایر آنها به سطح بحرانی کاهش یافته است.

آغاز پایان

جهانی شدن مشکل انرژی بشر از دهه ۷۰ قرن گذشته آغاز شد، زمانی که دوران نفت ارزان به پایان رسید. کمبود و افزایش شدید قیمت این نوع سوخت بحرانی جدی در اقتصاد جهانی ایجاد کرد. و اگرچه هزینه آن در طول زمان کاهش یافته است، حجم آن به طور پیوسته در حال کاهش است، بنابراین مشکل انرژی و مواد اولیهبشریت تیزتر می شود.

به عنوان مثال، تنها در دوره بین دهه 60 تا 80 قرن بیستم، حجم جهانی تولید زغال سنگ 40٪، نفت - 75٪، گاز طبیعی - 80٪ از حجم کل این منابع بود. از آغاز قرن استفاده شده است.

علیرغم اینکه کمبود سوخت از دهه 70 شروع شد و مشخص شد که مشکل انرژی یک مشکل جهانی برای بشریت است، پیش بینی ها افزایش مصرف آن را پیش بینی نکردند. برنامه ریزی شده بود که تا سال 2000 حجم استخراج مواد معدنی 3 برابر شود. البته متعاقباً این طرح ها کاهش یافت، اما در نتیجه بهره برداری بی رویه از منابع که ده ها سال به طول انجامید، امروز عملاً از بین رفته اند.

جنبه های جغرافیایی اصلی مسئله انرژی بشر

یکی از دلایل کمبود روزافزون سوخت، تشدید شرایط استخراج آن و در نتیجه افزایش قیمت تمام شده این فرآیند است. اگر چند دهه پیش منابع طبیعی روی سطح زمین قرار داشت، امروز باید دائماً عمق معادن، چاه های گاز و نفت را افزایش دهیم. شرایط معدنی و زمین شناسی وقوع منابع انرژی در مناطق صنعتی قدیمی آمریکای شمالی، اروپای غربی، روسیه و اوکراین به طور قابل توجهی بدتر شده است.

با توجه به جنبه های جغرافیایی مشکلات انرژی و مواد خام بشری، باید گفت که راه حل آنها در گسترش مرزهای منابع نهفته است. نیاز به یادگیری جدیدمناطقی با شرایط معدنی و زمین شناسی سبک تر. بنابراین می توان هزینه تولید سوخت را کاهش داد. با این حال، باید در نظر گرفت که شدت سرمایه کلی استخراج منابع انرژی در مکان‌های جدید معمولاً بسیار بیشتر است.

جنبه های اقتصادی و ژئوپلیتیکی مشکلات انرژی و مواد خام بشریت

کاهش ذخایر سوخت طبیعی منجر به رقابت شدید در حوزه های اقتصادی، سیاسی و ژئوپلیتیک شده است. شرکت های غول پیکر سوخت به تقسیم منابع سوخت و انرژی و توزیع مجدد حوزه های نفوذ در این صنعت مشغول هستند که منجر به نوسانات ثابت قیمت در بازار جهانی گاز، زغال سنگ و نفت می شود. بی ثباتی وضعیت به طور جدی مشکل انرژی بشر را تشدید می کند.

امنیت انرژی جهانی

این مفهوم در آغاز قرن بیست و یکم مورد استفاده قرار گرفت. اصول استراتژی چنین امنیتی تامین انرژی قابل اعتماد، بلندمدت و قابل قبول از نظر زیست محیطی را فراهم می کند که قیمت آن توجیه پذیر بوده و برای کشورهای صادرکننده و واردکننده سوخت مناسب باشد.

اجرای این استراتژی تنها در صورتی امکان پذیر است که علل مشکل انرژی بشر از بین برود و اقدامات عملی در جهت تامین بیشتر سوخت های سنتی و انرژی از منابع جایگزین برای اقتصاد جهان انجام شود. علاوه بر این، باید توجه ویژه ای به توسعه انرژی های جایگزین شود.

سیاست صرفه جویی در انرژی

در زمان سوخت ارزان، بسیاری از کشورهای جهان اقتصاد بسیار پرمصرف منابع را توسعه داده اند. اول از همه، این پدیده در کشورهای غنی از منابع معدنی مشاهده شد. در صدر این فهرست کشورهای اتحاد جماهیر شوروی، ایالات متحده آمریکا، کانادا، چین و استرالیا قرار داشتند. در همان زمان، حجم مصرف سوخت معادل در اتحاد جماهیر شوروی چندین برابر بیشتر از آمریکا بود.

این وضعیت مستلزم ارائه فوری سیاست های صرفه جویی در انرژی در بخش های داخلی، صنعتی، حمل و نقل و سایر بخش های اقتصاد است. با در نظر گرفتن همه جوانب مشکلات انرژی و مواد خام بشر، فناوری هایی با هدف کاهش شدت انرژی ویژه تولید ناخالص داخلی این کشورها شروع به توسعه و پیاده سازی کرد و کل ساختار اقتصادی اقتصاد جهانی در حال بازسازی بود.

موفقیت ها و شکست ها

قابل توجه ترین موفقیت ها در زمینه حفظ انرژی توسط کشورهای توسعه یافته اقتصادی غرب به دست آمده است. در 15 سال اول، آنها توانستند شدت انرژی تولید ناخالص داخلی خود را 1/3 کاهش دهند که منجر به کاهش سهم آنها در مصرف انرژی جهان از 60 به 48 درصد شد. تا به امروز، این روند ادامه دارد و رشد تولید ناخالص داخلی در غرب از افزایش مصرف سوخت پیشی گرفته است.

وضعیت در اروپای مرکزی و شرقی، چین و کشورهای CIS بسیار بدتر است. شدت انرژی اقتصاد آنها بسیار کند در حال کاهش است. اما رهبران ضد رتبه بندی اقتصادی کشورهای در حال توسعه هستند. مثلا در اکثر کشورهای آفریقایی و آسیاییتلفات سوخت مرتبط (گاز طبیعی و نفت) بین 80 تا 100 درصد است.

واقعیت ها و چشم اندازها

مشکل انرژی بشر و راه های حل آن امروزه مورد توجه همه جهان است. برای بهبود وضعیت موجود، نوآوری های فنی و فناوری مختلفی معرفی می شود. به منظور صرفه جویی در مصرف انرژی، تجهیزات صنعتی و شهری در حال بهبود است، خودروهای کم مصرف تر تولید می شود و غیره.

از جمله اقدامات اولیه اقتصاد کلان، تغییر تدریجی در ساختار مصرف گاز، زغال سنگ و نفت با چشم انداز افزایش سهم منابع انرژی غیرسنتی و تجدیدپذیر است.

برای حل موفقیت آمیز مشکل انرژی بشر، لازم است به توسعه و اجرای فناوری های اساساً جدید موجود در مرحله کنونی انقلاب علمی و فناوری توجه ویژه ای شود.

صنعت انرژی هسته ای

یکی از امیدوارکننده ترین حوزه ها در زمینه تامین انرژی، انرژی هسته ای است. در برخی از کشورهای توسعه یافته، راکتورهای هسته ای نسل جدید قبلاً راه اندازی شده اند. دانشمندان هسته ای بار دیگر به طور فعال در مورد موضوع راکتورهایی با نورون های سریع بحث می کنند، که همانطور که قبلا تصور می شد، تبدیل به موج جدید و بسیار کارآمدتر انرژی هسته ای خواهد شد. با این حال، توسعه آنها متوقف شد، اما اکنون این موضوع دوباره مطرح شده است.

استفاده از ژنراتورهای MHD

تبدیل مستقیم انرژی گرمایی به برق بدون دیگ بخار و توربین اجازه می دهدژنراتورهای مغناطیسی هیدرودینامیکی را انجام دهید. توسعه این جهت امیدوار کننده در اوایل دهه 70 قرن گذشته آغاز شد. در سال 1971، اولین آزمایشی-صنعتی MHD با ظرفیت 25000 کیلووات در مسکو راه اندازی شد.

مزایای اصلی ژنراتورهای مغناطیسی هیدرودینامیکی عبارتند از:

• بازدهی بالا؛
• محیط زیست (بدون انتشار مضر در جو)؛
• شروع فوری.

توربوژنراتور برودتی

اصل عملکرد یک ژنراتور برودتی این است که روتور توسط هلیوم مایع خنک می شود که منجر به اثر ابررسانایی می شود. از مزایای مسلم این واحد می توان به راندمان بالا، وزن و ابعاد کم اشاره کرد.

نمونه آزمایشی یک توربو ژنراتور برودتی در دوران شوروی ساخته شد و اکنون پیشرفت‌های مشابهی در ژاپن، ایالات متحده آمریکا و سایر کشورهای توسعه‌یافته در حال انجام است.

هیدروژن

استفاده از هیدروژن به عنوان سوخت چشم انداز بسیار خوبی دارد. به گفته بسیاری از کارشناسان، این فناوری به حل مهمترین مشکلات جهانی بشر - مشکل انرژی و مواد خام - کمک می کند. اول از همه، سوخت هیدروژن جایگزینی برای منابع انرژی طبیعی در مهندسی مکانیک خواهد شد. اولین خودروی هیدروژنی توسط شرکت ژاپنی مزدا در اوایل دهه 90 ساخته شد؛ موتور جدیدی برای آن ساخته شد. آزمایش کاملاً موفقیت آمیز بود، که قول این جهت را تأیید می کند.

ژنراتورهای الکتروشیمیایی

اینها پیلهای سوختی هستند که با هیدروژن نیز کار می کنند. سوخت عبور می کندغشاهای پلیمری با یک ماده خاص - یک کاتالیزور. در نتیجه یک واکنش شیمیایی با اکسیژن، هیدروژن خود به آب تبدیل می‌شود و انرژی شیمیایی در طی احتراق آزاد می‌شود که به انرژی الکتریکی تبدیل می‌شود.

موتورهای پیل سوختی با بالاترین راندمان (بیش از ۷۰٪) مشخص می شوند که دو برابر نیروگاه های معمولی است. بعلاوه، استفاده از آن‌ها آسان است، در حین کار بی‌صدا هستند و نیازی به تعمیر ندارند.

تا همین اواخر، سلول های سوختی، به عنوان مثال در تحقیقات فضایی، دامنه محدودی داشتند. اما اکنون کار بر روی معرفی ژنراتورهای الکتروشیمیایی به طور فعال در اکثر کشورهای توسعه یافته اقتصادی انجام می شود که در میان آنها ژاپن رتبه اول را اشغال می کند. مجموع توان این واحدها در جهان بر حسب میلیون ها کیلووات اندازه گیری می شود. به عنوان مثال، نیویورک و توکیو در حال حاضر نیروگاه هایی با استفاده از چنین سلول هایی دارند و خودروساز آلمانی دایملر-بنز اولین کسی بود که نمونه اولیه ماشینی با موتوری را ایجاد کرد که بر اساس این اصل کار می کند.

همجوشی حرارتی کنترل شده

برای چندین دهه، تحقیقاتی در زمینه انرژی حرارتی هسته ای انجام شده است. انرژی اتمی بر اساس واکنش شکافت هسته ای است و انرژی گرما هسته ای بر اساس فرآیند معکوس است - هسته های ایزوتوپ های هیدروژن (دوتریوم، تریتیوم) ادغام می شوند. در فرآیند احتراق هسته ای 1 کیلوگرم دوتریوم، مقدار انرژی آزاد شده 10 میلیون برابر بیشتر از انرژی حاصل از زغال سنگ است. نتیجه واقعاً چشمگیر است! به همین دلیل است که انرژی گرما هسته ای یکی از امیدوار کننده ترین حوزه ها در حل مشکلات جهانی محسوب می شود.کسری انرژی.

پیش‌بینی

امروز سناریوهای مختلفی برای توسعه وضعیت در بخش انرژی جهانی در آینده وجود دارد. به گفته برخی از آنها، تا سال 2060 مصرف جهانی انرژی در معادل نفت به 20 میلیارد تن افزایش خواهد یافت. در عین حال از نظر مصرف، کشورهای در حال توسعه از کشورهای توسعه یافته پیشی خواهند گرفت.

تا اواسط قرن بیست و یکم، مقدار منابع انرژی فسیلی باید به میزان قابل توجهی کاهش یابد، اما سهم منابع انرژی تجدیدپذیر، به ویژه منابع بادی، خورشیدی، زمین گرمایی و جزر و مدی افزایش خواهد یافت.