בעיית האנרגיה של האנושות והדרכים לפתור אותה

2024 מְחַבֵּר: Howard Calhoun | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-17 10:27

בעיית האנרגיה של האנושות כל שנה הופכת לנפוצה יותר ויותר. זאת בשל גידול אוכלוסיית העולם והתפתחות אינטנסיבית של טכנולוגיה, המובילה לרמת צריכת אנרגיה הגדלה כל הזמן. למרות השימוש בכוח גרעיני, אלטרנטיבי והידרו-כוח, אנשים ממשיכים לחלץ את חלק הארי של הדלק מבטן כדור הארץ. נפט, גז טבעי ופחם הם משאבי אנרגיה טבעיים שאינם מתחדשים, וכעת עתודותיהם הצטמצמו לרמה קריטית.

תחילת הסוף

הגלובליזציה של בעיית האנרגיה של האנושות החלה בשנות ה-70 של המאה הקודמת, כאשר הסתיים עידן הנפט הזול. המחסור והעלייה החדה במחיר של דלק מסוג זה עוררו משבר חמור בכלכלה העולמית. ולמרות שעלותו ירדה עם הזמן, ההיקפים יורדים בהתמדה, ולכן בעיית האנרגיה וחומרי הגלםהאנושות מתחדדת.

לדוגמה, רק בתקופה שבין שנות ה-60 עד שנות ה-80 של המאה העשרים, היקף הפקת הפחם העולמי היה 40%, נפט - 75%, גז טבעי - 80% מהנפח הכולל של משאבים אלו בשימוש מאז תחילת המאה.

למרות שהמחסור בדלק החל בשנות ה-70 והתברר שבעיית האנרגיה היא בעיה עולמית עבור האנושות, התחזיות לא סיפקו עלייה בצריכתו. תוכנן שעד שנת 2000 יגדל נפח הפקת המינרלים פי 3. לאחר מכן, כמובן, התוכניות הללו צומצמו, אך כתוצאה מניצול בזבזני קיצוני של משאבים שנמשך עשרות שנים, כיום הן כמעט נעלמו.

ההיבטים הגיאוגרפיים העיקריים של בעיית האנרגיה של האנושות

אחת הסיבות למחסור ההולך וגובר בדלק היא החמרה בתנאים למיצוי שלו וכתוצאה מכך, העלייה במחיר התהליך הזה. אם לפני כמה עשורים משאבי טבע היו על פני השטח, היום עלינו להגדיל ללא הרף את עומק המכרות, בארות הגז והנפט. הכרייה והתנאים הגיאולוגיים של התרחשות משאבי אנרגיה באזורי התעשייה הישנים של צפון אמריקה, מערב אירופה, רוסיה ואוקראינה הידרדרו באופן בולט במיוחד.

בהתחשב בהיבטים הגיאוגרפיים של בעיות האנרגיה וחומרי הגלם של האנושות, יש לומר שהפתרון שלהם טמון בהרחבת גבולות המשאבים. צריך ללמוד חדשאזורים עם כרייה ותנאים גיאולוגיים קלים יותר. לפיכך, ניתן להוזיל את עלות ייצור הדלק. עם זאת, יש לקחת בחשבון שעוצמת ההון הכוללת של הפקת משאבי אנרגיה במקומות חדשים היא בדרך כלל גבוהה בהרבה.

היבטים כלכליים וגיאופוליטיים של בעיות האנרגיה וחומרי הגלם של האנושות

התדלדלות מאגרי הדלק הטבעי הובילה לתחרות עזה במישור הכלכלי, הפוליטי והגיאופוליטי. תאגידי דלק ענקיים עוסקים בחלוקת משאבי דלק ואנרגיה ובחלוקה מחדש של תחומי השפעה בענף זה, מה שמוביל לתנודות מחירים קבועות בשוק העולמי של גז, פחם ונפט. חוסר היציבות של המצב מחמיר ברצינות את בעיית האנרגיה של האנושות.

אבטחת אנרגיה גלובלית

המושג הזה נכנס לשימוש בתחילת המאה ה-21. עקרונות האסטרטגיה של אבטחה כזו מספקים אספקת אנרגיה אמינה, ארוכת טווח ומקובלת מבחינה סביבתית, שהמחירים עבורה יהיו מוצדקים ויתאימו למדינות המייצאות והן מייבאות דלק.

היישום של אסטרטגיה זו אפשרי רק אם הגורמים לבעיית האנרגיה של האנושות יבוטלו ואמצעים מעשיים מכוונים לספק לכלכלה העולמית הן דלקים מסורתיים והן אנרגיה ממקורות חלופיים. יתר על כן, יש להקדיש תשומת לב מיוחדת לפיתוח אנרגיה חלופית.

מדיניות חיסכון באנרגיה

בתקופת הדלק הזול, מדינות רבות בעולם פיתחו כלכלה עתירת משאבים. קודם כל, תופעה זו נצפתה במדינות עשירות במשאבים מינרלים. בראש הרשימה היו ברית המועצות, ארה ב, קנדה, סין ואוסטרליה. יחד עם זאת, נפח צריכת הדלק המקבילה בברית המועצות היה גדול פי כמה מאשר באמריקה.

מצב עניינים זה הצריך הכנסה דחופה של מדיניות חיסכון באנרגיה במגזרים הביתיים, התעשייתיים, התחבורה ובשאר המגזרים של הכלכלה. תוך התחשבות בכל ההיבטים של בעיות האנרגיה וחומרי הגלם של האנושות, החלו להתפתח וליישם טכנולוגיות שמטרתן להפחית את עוצמת האנרגיה הספציפית של התמ ג של מדינות אלה, וכל המבנה הכלכלי של הכלכלה העולמית נבנה מחדש.

הצלחות וכישלונות

ההצלחות הבולטות ביותר בתחום שימור האנרגיה הושגו על ידי מדינות המערב המפותחות מבחינה כלכלית. ב-15 השנים הראשונות הם הצליחו להפחית את עוצמת האנרגיה של התמ"ג שלהם ב-1/3, מה שהוביל להפחתה בחלקם בצריכת האנרגיה העולמית מ-60 ל-48 אחוזים. עד כה, מגמה זו נמשכת, כאשר צמיחת התמ"ג במערב עולה על צריכת הדלק הגוברת.

המצב הרבה יותר גרוע במרכז ובמזרח אירופה, בסין ובמדינות חבר העמים. עוצמת האנרגיה של הכלכלה שלהם יורדת לאט מאוד. אבל מנהיגי האנטי-דירוג הכלכלי הם מדינות מתפתחות. לדוגמה, ברוב מדינות אפריקה ואסיההפסדים של דלק משויך (גז טבעי ונפט) נעים בין 80 ל-100 אחוזים.

מציאות וסיכויים

בעיית האנרגיה של האנושות והדרכים לפתור אותה כיום מדאיגות את העולם כולו. כדי לשפר את המצב הקיים, מוצגים חידושים טכניים וטכנולוגיים שונים. על מנת לחסוך באנרגיה משפרים את הציוד התעשייתי והעירוני, מייצרים מכוניות חסכוניות יותר בדלק וכו'.

בין האמצעים המקרו-כלכליים העיקריים הוא שינוי הדרגתי בעצם מבנה הצריכה של גז, פחם ונפט עם סיכוי להגדיל את חלקם של משאבי אנרגיה לא מסורתיים ומתחדשים.

כדי לפתור בהצלחה את בעיית האנרגיה של האנושות, יש צורך להקדיש תשומת לב מיוחדת לפיתוח ויישום של טכנולוגיות חדשות מהיסוד הזמינות בשלב הנוכחי של המהפכה המדעית והטכנולוגית.

תעשיית הכוח הגרעיני

אחד התחומים המבטיחים ביותר בתחום אספקת האנרגיה הוא אנרגיה גרעינית. בחלק מהמדינות המפותחות, כורים גרעיניים מהדור החדש כבר הופעלו. מדעני גרעין שוב דנים באופן פעיל בנושא של כורים המופעלים על ידי נוירונים מהירים, שכפי שנחזה בעבר, יהפכו לגל חדש ויעיל הרבה יותר של אנרגיה גרעינית. עם זאת, הפיתוח שלהם הופסק, אך כעת הנושא הזה הפך להיות רלוונטי שוב.

שימוש במחוללי MHD

המרה ישירה של אנרגיית חום לחשמל ללא דודי קיטור וטורבינות מאפשרתלבצע גנרטורים מגנטו הידרודינמיים. התפתחות הכיוון המבטיח הזה החלה בתחילת שנות ה-70 של המאה הקודמת. בשנת 1971 הושק במוסקבה ה-MHD הפיילוט-תעשייתי הראשון בהספק של 25,000 קילוואט.

היתרונות העיקריים של גנרטורים מגנטוהידרודינמיים הם:

• יעילות גבוהה;
• סביבתי (ללא פליטות מזיקות לאטמוספירה);
• התחלה מיידית.

מחולל טורבו קריוגני

עקרון הפעולה של גנרטור קריוגני הוא שהרוטור מקורר על ידי הליום נוזלי, מה שגורם להשפעה של מוליכות-על. היתרונות הבלתי מעורערים של יחידה זו כוללים יעילות גבוהה, משקל ומידות נמוכים.

אב טיפוס פיילוט של טורבוגנרטור קריוגני נוצר עוד בעידן הסובייטי, וכעת התפתחויות דומות מתבצעות ביפן, ארה ב ומדינות מפותחות אחרות.

מימן

לשימוש במימן כדלק יש סיכויים גדולים. לדברי מומחים רבים, טכנולוגיה זו תסייע בפתרון הבעיות העולמיות החשובות ביותר של האנושות - בעיית האנרגיה וחומרי הגלם. קודם כל, דלק מימן יהפוך לחלופה למשאבי אנרגיה טבעיים בהנדסת מכונות. מכונית המימן הראשונה נוצרה על ידי חברת מאזדה היפנית בתחילת שנות ה-90; מנוע חדש פותח עבורה. הניסוי התברר כמוצלח למדי, מה שמאשר את ההבטחה לכיוון הזה.

גנרטורים אלקטרוכימיים

אלו תאי דלק הפועלים גם על מימן. דלק עובר דרךממברנות פולימר עם חומר מיוחד - זרז. כתוצאה מתגובה כימית עם חמצן, המימן עצמו הופך למים, תוך שחרור אנרגיה כימית בזמן הבעירה, שהופכת לאנרגיה חשמלית.

מנועי תאי דלק מאופיינים ביעילות הגבוהה ביותר (מעל 70%), שהיא פי שניים מזו של תחנות כוח רגילות. בנוסף, הם קלים לשימוש, שקטים במהלך הפעולה ולא תובעניים לתיקון.

עד לאחרונה, לתאי דלק היה היקף צר, למשל בחקר החלל. אבל עכשיו העבודה על הכנסת גנרטורים אלקטרוכימיים מתבצעת באופן פעיל ברוב המדינות המפותחות מבחינה כלכלית, ביניהן יפן תופסת את המקום הראשון. ההספק הכולל של יחידות אלו בעולם נמדד במיליוני קילוואט. לניו יורק וטוקיו, למשל, יש כבר תחנות כוח המשתמשות בתאים כאלה, ויצרנית הרכב הגרמנית דיימלר-בנץ הייתה הראשונה שיצרה אב טיפוס עובד של מכונית עם מנוע שפועל על העיקרון הזה.

היתוך תרמו-גרעיני מבוקר

במשך כמה עשורים, נערך מחקר בתחום האנרגיה התרמו-גרעינית. אנרגיה אטומית מבוססת על תגובה של ביקוע גרעיני, ואנרגיה תרמו-גרעינית מבוססת על תהליך הפוך - גרעיני איזוטופי מימן (דוטריום, טריטיום) מתמזגים. בתהליך בעירה גרעינית של 1 ק ג דאוטריום, כמות האנרגיה המשתחררת גדולה פי 10 מיליון מזו המתקבלת מפחם. התוצאה באמת מרשימה! לכן אנרגיה תרמו-גרעינית נחשבת לאחד התחומים המבטיחים ביותר בפתרון הבעיות של גלובליותגירעון באנרגיה.

תחזיות

היום ישנם תרחישים שונים להתפתחות המצב במגזר האנרגיה העולמי בעתיד. לפי כמה מהם, עד שנת 2060 תגדל צריכת האנרגיה העולמית בשווה ערך נפט ל-20 מיליארד טון. במקביל, מבחינת צריכה, המדינות המתפתחות יעקפו את המפותחות.

עד אמצע המאה ה-21, כמות מקורות האנרגיה המאובנים אמורה לרדת באופן משמעותי, אך חלקם של מקורות אנרגיה מתחדשים, בפרט מקורות רוח, שמש, גיאותרמית וגאות, יגדל.