Рациональное использование полезных ископаемых. Проблемы использования полезных ископаемых
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
HTML-версии работы пока нет.
Cкачать архив работы можно перейдя по ссылке, которая находятся ниже.
Подобные документы
Промышленная классификация месторождений полезных ископаемых. Приёмы оконтуривания тел полезных ископаемых. Управление качеством руды. Методы подсчёта запасов месторождений полезных ископаемых. Оценка точности подсчета запасов, формы учета их движения.
реферат , добавлен 19.12.2011
Основные, подготовительные и вспомогательные операции обработки полезных ископаемых. Классификация процессов магнитного обогащения. Разделение минеральных частиц по магнитным свойствам. Электрическая сепарация: понятие, применение, разновидности.
реферат , добавлен 01.01.2013
Влияние добычи полезных ископаемых на природу. Современные способы добычи полезных ископаемых: поиск и разработка месторождений. Охрана природы при разработке полезных ископаемых. Обработка поверхности отвалов после прекращения открытой выработки.
реферат , добавлен 10.09.2014
Состав, условия залегания рудных тел. Формы полезных ископаемых. Жидкие: нефть, минеральные воды. Твердые: угли ископаемые, горючие сланцы, мрамор. Газовые: гелий, метан, горючие газы. Месторождения полезных ископаемых: магматогенные, седиментогенные.
презентация , добавлен 11.02.2015
Изучение закономерностей образования и геологических условий формирования и размещения полезных ископаемых. Характеристика генетических типов месторождений полезных ископаемых: магматические, карбонатитовые, пегматитовые, альбитит-грейзеновые, скарновые.
курс лекций , добавлен 01.06.2010
Поисковые работы как процесс прогнозирования, выявления и перспективной оценки новых месторождений полезных ископаемых, заслуживающих разведки. Поля и аномалии как современная основа поисков полезных ископаемых. Проблема изучения полей и аномалий.
презентация , добавлен 19.12.2013
История разработки месторождений полезных ископаемых и состояние на современном этапе. Общая экономическая цель при открытой разработке. Понятия и методы обогащения полезных ископаемых. Эффективное и комплексное использование минерального сырья.
курсовая работа , добавлен 24.11.2012
Минеральные ресурсы - полезные ископаемые, которые образуются естественным образом в земной коре. Они могут иметь органическое и неорганическое происхождение.
Были идентифицированы более двух тысяч минералов, и большинство из них содержат неорганические соединения, образованные различными комбинациями восьми элементов (O, Si, Al, Fe, Ca, Na, K, и Mg), которые составляют 98,5% от коры Земли. Мировая промышленность зависит от около 80 известных минералов.
Месторождением полезных ископаемых является скопление твердых, жидких или газообразных минералов, в или над земной корой. Минеральные ресурсы являются невозобновляемыми и исчерпаемыми природными ресурсами, а также могут обладать металлическими (например железо, медь и алюминий), а также неметаллическими свойствами (например, соль, гипс, глина, песок, фосфаты).
Минералы представляют собой ценные . Это чрезвычайно важное сырьё для многих базовых отраслей экономики, которое являются основным ресурсом для развития. Управление минеральными ресурсами должно тесно интегрироваться с общей стратегией развития, а при эксплуатации полезных ископаемых следует руководствоваться долгосрочными целями и перспективами.
Минералы обеспечивают общество всеми необходимыми материалами, а также дорогами, автомобилями, компьютерами, удобрениями и т.д. Спрос на полезные ископаемые растет во всем мире по мере роста населения, а добыча минеральных ресурсов Земли ускоряется и возникают экологические последствия.
Классификация минеральных ресурсов
| Энергетические (горючие) минеральные ресурсы
(уголь, нефть и природный газ) |
Неэнергетические минеральные ресурсы | |
| Металлические свойства | Неметаллические свойства | |
| Драгоценные металлы (золото, серебро и платина) | Строительные материалы и камни (песчаник, известняк, мрамор) | |
| Черные металлы (железная руда, марганец) | Другие неметаллические минеральные ресурсы (соль, сера, поташ, асбест) | |
| Цветные металлы (никель, медь, олово, алюминий, свинец, хром) | ||
| Феросплавы (сплавы железа с хромом, кремнием, марганцем, титаном и др.) | ||
Карта минеральных ресурсов мира
Роль минеральных ресурсов
Минеральные ресурсы играют важную роль в экономическом развитии стран мира. Есть регионы богатые минералами, однако неспособные их добывать. Другие регионы, добывающие ресурсы, имеют возможность расти с экономической точки зрения и получать ряд преимуществ. Значение минеральных ресурсов можно объяснить следующим образом:
1. Промышленное развитие
Если минеральные ресурсы могут быть извлечены и использованы, промышленность, в которой они используются будет развиваться либо расширяться. Бензин, дизельное топливо, железо, уголь и т.д. необходимы для промышленности.
2. Занятость населения
Наличие минеральных ресурсов создает рабочие места для населения. Они позволяют квалифицированным и неквалифицированным кадрам иметь возможность трудоустройства.
3. Развитие сельского хозяйства
Некоторые минеральные ресурсы служат основой для производства современного сельскохозяйственного оборудования, техники, удобрений и т.д. Они могут быть использованы для модернизации и коммерциализации сельского хозяйства, которые помогают развивать аграрную отрасль экономики.
4. Источник энергии
Существуют различные источники энергии, такие как бензин, дизельное топливо, природный газ и т.д. Они могут обеспечить необходимой энергией промышленность и населенные пункты.
5. Развитие собственной независимости
Развитие минерально-сырьевой отрасли позволяет создать больше рабочих мест с высоким качеством продукции, а также независимость отдельных регионов и даже стран.
6. И многое другое
Минеральные ресурсы являются источником иностранной валюты, позволяют зарабатывать на развитии транспорта и связи, увеличивать экспорт, поставки строительных материалов и т.д.
Минеральные ресурсы океанов
Океаны покрывают 70% поверхности планеты и задействованы в огромном количестве различных геологических процессов, ответственных за формирование и концентрацию минеральных ресурсов, а также являются хранилищем для многих из них. Следовательно, океаны содержат огромное количество ресурсов, которые в настоящее время являются основными потребностями человечества. Ресурсы в настоящее время добывается из моря или районов, которые раньше были в его пределах.
Химические анализы показали, что морская вода содержит около 3,5 % растворенных твердых веществ и более шестидесяти идентифицированных химических элементов. Извлечение растворенных элементов, а также добыча твердых полезных ископаемых, почти всегда экономически затратная, так как учитывается географическое расположение объекта (транспортировка), технологические ограничения (глубина океанических бассейнов) и сам процесс добывания необходимых элементов.
На сегодняшний день, основными минеральными ресурсами, получаемыми из океанов являются:
- Соль;
- Калий;
- Магний;
- Песок и гравий;
- Известняк и гипс;
- Железомарганцевые конкреции;
- Фосфорит;
- Металлические осадки, связанные с вулканизмом и вентиляционными отверстиями на дне океанов;
- Золото, олово, титан и алмаз;
- Пресная вода.
Добыча многих минеральных ресурсов из глубин океанов, является слишком затратной. Тем не менее, рост населения и истощение легко доступных наземных ресурсов, несомненно, приведет к более широкой эксплуатации древних месторождений и увеличения добывания непосредственно из вод океанов и океанических бассейнов.
Добыча минеральных ресурсов
Целью добычи минеральных ресурсов является получение полезных ископаемых. Современные процессы горнодобывающей промышленности включают поиск минералов, анализ потенциальной прибыли, выбор метода, непосредственная добыча и переработка ресурсов, а также окончательная рекультивация земель по завершению работ.
Добыча полезных ископаемых, как правило, создает негативное воздействие на окружающую среду, как в ходе горных работ, так и по их окончанию. Следовательно, большинство стран мира приняли правила, направленные на снижение вредного воздействия. Безопасность труда уже давно является приоритетной, а современные методы значительно уменьшили количество несчастных случаев.
Особенности минеральных ресурсов
Первой и самой основной характеристикой всех минералов является то, что они встречаются в природе. Минералы не производятся под влиянием человеческой деятельности. Тем не менее, некоторые минералы, такие как алмазы, могут быть изготовлены человеком (они называются синтезированными алмазами). Однако, такие искусственные алмазы классифицируются как минералы, потому что отвечают их основным пяти характеристикам.
Помимо того, что они формируется благодаря естественным процессам, твердые минеральные вещества стабильны при комнатной температуре. Это означает, что все твердые минералы, которые встречаются на поверхности Земли, не изменяются в форме при нормальной температуре и давлении. Эта характеристика исключает воду в жидком состоянии, однако включает ее твердую форму - лед - в качестве минерала.
Минералы также представлены химическим составом или структурой атомов. Атомы, которые содержатся в минералах расположены в определенном порядке.
Все минералы обладают фиксированным или переменным химическим составом. Большинство минералов состоят из соединений или различных комбинаций кислорода, алюминия, кремния, натрия, калия, железа, хлора и магния.
Образование минералов является непрерывным процессом, однако очень длительным (уровень потребления ресурсов превышает скорость формирования) и требует наличия многих факторов. Поэтому минеральные ресурсы относятся к невозобновляемым и исчерпаемым.
Распределение минеральных ресурсов неравномерное по всему миру. Это объясняется геологическими процессами и историей формирования земной коры.
Проблемы использования минеральных ресурсов
Горнодобывающая промышленность
1. Пыль, появляющаяся в процессе добычи, вредит здоровью и вызывает заболевания легких.
2. Добыча некоторых токсичных или радиоактивных минералов несет угрозу жизни людей.
3. Взрыв динамита при ведении горных работ очень рискованный, так как высвобождающие газы чрезвычайно ядовитые.
4. Подземные горные работы является более опасным, чем наземные, поскольку существует высокая вероятность несчастных случаев, связанных с обвалами, наводнением, недостаточной вентиляцией и т.д.
Быстрое истощение минералов
Повышение спроса на минеральные ресурсы вынуждает добывать все большее количество полезных ископаемых. В результате чего увеличивается потребность в энергии и появляется больше отходов.
Разрушение почвы и растительности
Почва - это самый ценный . Проведение горных работ способствует полному разрушению почвы и растительности. К тому же, после экстракции (получения минералов), все отходы сбрасываются на землю, что также влечет за собой деградацию.
Экологические проблемы
Использование минеральных ресурсов привело ко многим экологическим проблема, среди которых:
1. Превращение продуктивных земель в горные и промышленные районы.
2. Добыча минералов и процесс экстракции являются одними из главных источников загрязнения воздуха, воды и почвы.
3. Добыча включает в себя огромное потребление энергетических ресурсов, таких как уголь, нефть, природный газ и т.д., которые в свою очередь являются невозобновляемыми источниками энергии.
Рациональное использование минеральных ресурсов
Не секрет, что запасы минеральных ресурсов на Земле стремительно сокращаются, поэтому необходимо рационально использовать существующие дары природы. Люди могут экономить минеральные ресурсы за счет использования возобновляемых ресурсов. Например, при использовании гидроэлектроэнергии и солнечной энергии, в качестве источника энергии, можно сохранить полезные ископаемые, такие как уголь. Минеральные ресурсы также могут быть сохранены за счет рециркуляции. Хорошим примером является переработка металлолома. Кроме того, использование новых технологических методов добычи и подготовка шахтеров, сберегает минеральные ресурсы и сохраняет жизни людей.
В отличие от других природных ресурсов, минеральные ресурсы являются невозобновляемыми, и они неравномерно распределены по планете. Для их формирования требуются тысячи лет. Одним из важных путей сохранения некоторых минералов является замещение дефицитных ресурсов на обильные. Полезные ископаемые, для получения которых требуется большое количество энергии, должны перерабатываться.
Добыча минеральных ресурсов оказывает неблагоприятное воздействие на окружающую среду, в том числе уничтожает места обитания многих живых организмов, загрязняет почву, воздух и воду. Эти негативные последствия могут быть сведены к минимуму за счет сохранения минерально-сырьевой базы. Полезные ископаемые оказывают все большее влияние на международные отношения. В тех странах, где были обнаружены минеральные ресурсы, их экономика значительно улучшилась. Например, нефтедобывающие страны Африки (ОАЭ, Нигерия и т.д.) считаются богатыми из-за прибыли, полученной от нефти и ее продуктов.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
При добыче и переработке полезных ископаемых происходит масштабное воздействие человека на природную среду. Возникающие при этом экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых, требуют всестороннего изучения и незамедлительного решения.
Чем характеризуется добывающая отрасль?
В Российской Федерации широко развита добывающая отрасль, ведь на территории страны расположены месторождения основных видов полезных ископаемых. Эти скопления минеральных и органических образований, находящиеся в земных недрах, эффективно применяются, обеспечивая жизнедеятельность людей и производство.
Все полезные ископаемые можно разделить на три группы:
- твердые , подразделяющиеся на: уголь, руды, нерудные материалы и др.;
- жидкие , основными представителями этой категории являются: пресная, минеральная вода и нефть;
- газообразные , к которым относится природный газ.
В зависимости от назначения производится добыча полезных ископаемых следующих видов:
- рудных материалов (железных, марганцевых, медных, никелевых руд, бокситов, хромитов и благородных металлов);
- строительных материалов (известняка, доломита, глины, песка, мрамора, гранита);
- нерудных ресурсов (яшмы, агата, граната, корунда, алмазов, горного хрусталя);
- горно-химического сырья (апатитов, фосфоритов, поваренной и калийной соли, серы, барита, бром- и йодсодержащих растворов;
- топливно-энергетических материалов (нефти, газа, угля, торфа, горючих сланцев, урановых руд);
- гидроминерального сырья (подземных пресных и минерализированных вод);
- минеральных образований океана (рудоносных жил, пластов континентального шельфа и железомарганцевых включений);
- минеральных ресурсов морской воды.
На долю российской добывающей промышленности приходится четверть мирового объема добычи газа, 17% добываемой в мире нефти, 15% – каменного угля, 14% – железной руды.
Предприятия добывающей промышленности стали крупнейшими источниками загрязнения природной среды. Вещества, которые выбрасываются горнодобывающим комплексом, оказывают губительное воздействие на экосистему. Проблемы негативного воздействия добывающей и перерабатывающей промышленностей стоят очень остро, так как затрагивают все сферы жизни.
Как влияет отрасль на земную поверхность, воздух, воду, флору и фауну?
Масштабы развития добывающей отрасли поражают: при пересчете объемов добычи сырья на одного жителя планеты получится примерно 20 тонн ресурсов. Но лишь десятая часть из этого количества приходится на конечные продукты, а все остальное является отходами. Развитие горнодобывающего комплекса неминуемо ведет к негативным последствиям, основными из которых являются:
- истощение сырьевых ресурсов;
- загрязнение окружающей среды;
- нарушение естественных процессов.
Все это приводит к серьезным экологическим проблемам. Можно посмотреть на отдельных примерах на то, как влияют на окружающую среду различные виды добывающих производств.
На месторождениях ртути происходит нарушение ландшафта, образуются отвалы. При этом происходит рассеивание ртути, являющейся токсичным веществом, губительно влияющей на все живое. Аналогичная проблема возникает на разработке залежей сурьмы. В результате работ остаются скопления тяжелых металлов, загрязняющих атмосферу.
При добыче золота используются технологии для отделения благородного металла от минеральных примесей, сопровождающиеся выделением в атмосферу ядовитых компонентов. На отвалах месторождений руд урана наблюдается присутствие радиоактивного излучения.
Чем опасна добыча угля:
- деформацией поверхности и углесодержащих пластов;
- загрязнением воздуха, воды и почвы в районе расположения карьера;
- выбросом газа и пыли при выносе пустых пород на поверхность;
- обмелением и исчезновением рек;
- затоплением брошеных карьеров;
- образованием депрессионных воронок;
- обезвоживанием, засолением слоя почвы.
На территории, расположенной вблизи от рудника, происходит создание антропогенных форм (оврагов, карьеров, терриконов, отвалов) из отходов сырья, которые могут простираться на десятки километров. На них не могут расти ни деревья, ни другие растения. А стекающая с отвалов вода с токсическими веществами наносит вред всему живому на больших прилежащих площадях.
На месторождениях каменной соли происходит образование галитовых отходов, переносимых осадками в водоемы, служащие для снабжения жителей ближайших населенных пунктов питьевой водой. Вблизи разработок магнезитов происходит изменение кислотно-щелочного баланса почвы, приводящее к гибели растительности. Изменение химического состава почвы приводит к мутациям растений – изменению окраски, уродливости и т. д.
Происходит и загрязнение земель сельскохозяйственного назначения. При транспортировке полезных ископаемых пыль может разлетаться на большие расстояния и оседать на почве.
Со временем земная кора истощается, снижаются запасы сырья, падает содержание полезных ископаемых. Вследствие этого возрастают объемы добычи и количество отходов. Одним из путей выхода из сложившейся ситуации является создание искусственных аналогов природных материалов.
Защита литосферы
Одним из методов, позволяющих защитить земную поверхность от губительного воздействия горнодобывающих предприятий, является рекультивация земли. Частично решить экологическую проблему можно с помощью заполнения отходами разработок образовавшихся выемок.
Поскольку во многих породах содержится не один вид полезных ископаемых, необходимо оптимизировать технологии, производя добычу и переработку всех имеющихся в руде компонентов. Такой подход не только окажет положительное влияние на состояние окружающей среды, но и принесет немалый экономический эффект.
Как сохранить окружающую среду?
На современном этапе развития промышленных технологий необходимо предусматривать мероприятия по охране окружающей среды. В приоритете находится создание малоотходных или безотходных производств, способных значительно уменьшить губительное воздействие на экологию.
Мероприятия, помогающие решить проблему
При решении проблемы защиты окружающей среды важно использовать комплексные мероприятия: производственные, экономические, научно-технические, социальные.
Улучшить экологическую ситуацию можно с помощью:
- более полного извлечения ископаемых из недр;
- применения промышленностью попутного нефтяного газа;
- комплексного использования всех компонентов пород;
- мероприятий по очистке вод при подземных разработках;
- применения шахтных сточных вод в технических целях;
- использования отходов в других производствах.
Во время добычи и переработки минерально-сырьевых ресурсов необходимо использовать современные технологии, позволяющие сократить выбросы вредных веществ. Несмотря на затратность применения передовых разработок, вложения оправданы улучшением экологической ситуации.
- Вспомните, какими полезными ископаемыми богата Евразия.
- Чем объяснить различия в размещении полезных ископаемых магматического и осадочного происхождения?
Распространение полезных ископаемых . Недра нашей страны богаты различными полезными ископаемыми. Полезные ископаемые - это минеральные образования земной коры, которые могут эффективно использоваться в хозяйстве. Скопления полезных ископаемых образуют месторождения, а при больших площадях распространения - бассейны.
Полезные ископаемые формируются в ходе геологической истории под влиянием внутренних (эндогенных) и внешних (экзогенных) процессов. В мощных рыхлых отложениях осадочного чехла древних платформ заключены почти все наиболее значительные месторождения горючих ископаемых. Среди них наибольшее значение в нашей стране имеют нефть и природный газ севера Западной Сибири, Волго-Уральского бассейна. Менее богаты месторождения равнин Северного Кавказа и острова Сахалин.
В палеозойских и мезозойских отложениях платформенных областей из отложений органических веществ, накапливавшихся долгое время на дне мелководных водоемов, образовались многочисленные месторождения каменного и бурого угля.
Наиболее важное хозяйственное значение имеют высококачественные коксующиеся угли, используемые в металлургии. Крупнейшие месторождения каменного угля в европейской части России находятся в районе Воркуты, в восточной части Донецкого бассейна. Бурые угли добывают в Подмосковном бассейне. В Сибири самыми знаменитыми и давно освоенными являются месторождения каменного угля, часто коксующегося, Кузнецкого бассейна (Кузбасс). Добываются они открытым и подземным способами. Но особенно велики запасы угля Тунгусского, Ленского, Канско-Ачинского и других бассейнов, расположенных в слабозаселенных районах России. В стране весьма существенны запасы торфа и горючих сланцев.
Месторождения рудных полезных ископаемых часто связаны с теми районами платформ, где близко к поверхности подходит фундамент или более молодые интрузии кристаллических пород. Среди них месторождения железных руд Курской магнитной аномалии, Алданского щита, Ангаро-Питского и Ангаро-Илимского районов, а также железных и никелевых руд Кольского полуострова и полиметаллических руд окрестностей Норильска.
Но особенно богаты разнообразными рудными ископаемыми горные области. Здесь сосредоточены месторождения руд цветных и редких металлов: меди (Урал, Забайкалье), свинца и цинка (Алтай, Приморский край, Северный Кавказ), олова (Восточная Сибирь и Дальний Восток), сырье для получения алюминия - бокситы и нефелины (Северный Урал, Красноярский край).
Рис. 19. Полезные ископаемые России
Месторождения золота располагаются в Восточной Сибири, Якутии, на севере Дальнего Востока. Наиболее крупное месторождение платины находится на Урале.
По рисунку 19 определите местонахождение крупнейших месторождений и напишите их названия на контурной карте.
Из неметаллических полезных ископаемых важное значение для хозяйства страны имеют месторождения алмазов в вулканических породах западной Якутии, Архангельской области, апатитов на Кольском полуострове, калийных солей в Поволжье, Кировской области, на западном склоне Урала. В недрах России располагаются залежи графита (Урал, Восточная Сибирь, Дальний Восток), каменной соли (Урал), поваренной соли (Поволжье), слюды (Восточная Сибирь), а также разнообразного сырья для производства минеральных строительных материалов - граниты, доломиты, известняки, гравий, высококачественные глины и т. д.
Рис. 20. Залегание нефти и газа
Как вы думаете, из каких районов России был привезен гранит, использованный для облицовки набережных Москвы, Санкт-Петербурга?
Минерально-сырьевая база нашей страны . Для минерально-сырьевых ресурсов страны характерны следующие черты:
- огромное их количество;
- крайняя неравномерность размещения;
- большое различие в условиях эксплуатации;
- возможность частичной компенсации истощенных месторождений полезных ископаемых путем разведки и освоения новых месторождений.
Занимая ведущее место в мире по запасам многих полезных ископаемых, Российская Федерация развивает свою экономику почти полностью на основе собственных минерально-сырьевых ресурсов. Но несмотря на это, необходимо помнить, что полезные ископаемые, накопленные за всю историю развития Земли, при их исчерпании невозобновимы. Это заставляет задуматься об их рачительном, бережном использовании. В связи с этим разрабатываются и широко применяются новые технологии добычи полезных ископаемых, обеспечивающие минимальные потери сырья при добыче и переработке и максимальное использование добытого сырья.
Экологические проблемы, связанные с добычей полезных ископаемых . Извлечение из недр земли огромных масс вещества не проходит бесследно. Человек создает антропогенные формы рельефа - карьеры, терриконы, обширные пустоты в земной коре и т. д.
В зоне Курской магнитной аномалии (КМА), например, особенно сильное влияние на окружающую среду оказывают предприятия железорудной промышленности. При открытом способе добычи руды образуются большие отвалы пустой породы. Водооткачка и водозабор на промышленные и коммунальные нужды способствуют общему иссушению территории, что приводит к пылеобразованию и ускорению нежелательных экзогенных процессов. Кроме того, это грозит обрушением и просадками грунта.
Рис. 21. Образование рудных полезных ископаемых
Восстановление нарушенных горными работами земель проводится по следующим направлениям: использование черноземных почв, срезаемых при вскрышных работах, для землевания малоплодородных участков; выравнивание поверхности путем засыпки оврагов, рекультивация отвалов; создание лесных санитарно-защитных зон вокруг городов Губкин, Старый Оскол, Новый Оскол, Белгород и крупных рабочих поселков.
Проблемы возникают и при добыче строительных материалов. Например, при добыче высококачественных гранитов Карелии остается очень много обломков, из которых можно было бы получить дополнительное количество стройматериалов. Таким образом, проблема безотходного производства тесно связана с проблемой очистки площадей от обломков и загрязнения атмосферы от пыли.
Добыча таких строительных материалов, как песок, гравий, известняк, тоже приводит к образованию карьеров, уродующих ландшафт, нарушающих естественный ход природных процессов в нем.
Вопросы и задания
Лекция № 6
Тема: Проблемы использования полезных ископаемых
и энергетических ресурсов.
План
2. Проблемы использования полезных ископаемых.
Земля - благодатная планета с огромными и разнообразными природными ресурсами. Основная масса проблем, с которой сталкивается человечество, связана не с нехваткой ресурсов как таковых, а с их неразумной и неэффективной эксплуатацией.
Все используемые человеком природные ресурсы чаще всего разделяют на три категории:
1). невозобновимые,
2). ограниченно возобновимые ,
3). неограниченно возобновимые.
К невозобновимым ресурсам относятся прежде всего полезные ископаемые: нефть, уголь, природный газ, уран (энергетические ресурсы и сырьё для химической промышленности), руды многих металлов, фосфаты, как основа фосфорных удобрений, и минеральное сырьё, используемое в строительстве. Потребление всех этих ресурсов во второй половине XX века очень быстро росло, и геологические запасы многих из них сильно истощены. К подобным веществам можно отнести и такие металлы, как золото и ванадий. В силу своей огромной способности к рассеянию эти металлы дороги, хотя их содержание в литосфере и гидросфере сравнительно велико . Проблема состоит в наличии месторождений, где концентрация металла достаточно велика, чтобы его добыча была экономически целесообразна. В силу наличия больших прогнозных запасов по многим металлам геологоразведка ведётся просто по мере необходимости, поэтому даже при малых сроках обеспеченности нет оснований ожидать возникновения кризисной ситуации по этим ресурсам.
Сохранению многих ресурсов полезных ископаемых способствует многократное использование получаемых материалов. Прежде всего, это относится к переделу металлов. В промышленно развитых странах сбор и переплавка металлического лома играют всё большую роль. Примерно 50 % стали, около 40 % алюминия и до 70 % меди и свинца в промышленно развитых странах используется повторно, и тенденция к росту вторичного использования постоянно растёт.
2. Проблемы использования полезных ископаемых.
Солнечное излучение является источником почти всей энергии, используемой и биосферой, и цивилизацией. Только около 1%" используемой человеком энергии поступает от других источ ников - за счёт добычи и сжигания угля, нефти, природного газа и урана. При этом месторождения угля, нефти и газа - это тоже солнечная энергия, когда-то аккумулированная растениями. До сих пор развитие цивилизации основывалось на освоении всё новых источников энергии и характеризовалось непрерывным ростом её потребления как удельным на душу населения, так и в абсолютных цифрах. До середины XX века дрова и уголь были основными источниками энергии. Начиная с этого времени, в мировом энергетическом балансе всё большую роль играют нефть, газ, а в конце XX века и атомная энергия.
Потребление ископаемых энергетических ресурсов в таких гигантских объёмах ставит перед человечеством ряд насущных и трудных вопросов:
На какое время хватит этих ресурсов и каковы последствия их истощения?
Можно ли их заменить и чем?
Как экономить энергию?
Как решить проблемы загрязнения окружающей среды?
Это комплекс взаимосвязанных проблем, требующих системного подхода, но, к сожалению, до сих пор слишком часто решаемых порознь. Дело в том, что по мере истощения месторождения стоимость добычи растёт. Истратив очень много ресурсов, можно, например, извлечь из Земли и 99 % нефти, но нефть эта окажется дороже золота. При современных технологиях для нефтяных месторождений коэффициент извлечения редко больше 50-60 %.
3. Проблемы использования энергетических ресурсов.
Таким образом, вопрос об эффективной замене тепловой углеводородной энергетики - одна из главных и неотложных проблем, стоящих перед человечеством. При рассмотрении этой проблемы необходимо учитывать, что в настоящее время только четверть ресурсов идут на производство электроэнергии. Остальные используются непосредственно для производства высокотемпературного тепла в промышленности, отопления и приготовления пищи в быту и коммунальном секторе, в качестве горючего на транспорте и в сельском хозяйстве.
Существуют два взаимодополняющих способа решения проблемы исчерпания ископаемых ресурсов: снижение потребления энергии (уменьшение энергоёмкости производства и сбыта) и отыскание альтернативных источников получения энергии.
Первичные источники энергии включают гидроэлектростанции, ветровые, гелиоэлектрические, геотермальные станции и т. д. К категории дров отнесены все виды биомассы, используемые в качестве топлива, - сами дрова, хворост, солома, кизяк, торф и пр.; 1 ЭДж (Эксаджоуль) = 1018 Дж
На пути радикального снижения энергоёмкости развитые страны стоят уже более трёх десятилетий. За это время:
1. разработаны технологии строительства «тёплых домов», в которых удалось в несколько раз снизить потери тепла через стены и окна, что привело к снижению расхода тепла на отопление;
2. модернизация теплоэлектростанций привела к росту коэффициента полезного действия паротурбинных и газотурбинных установок в среднем с 35 до 42 %;
3. у автомобилей и сельскохозяйственной техники в среднем на 25 % снизился расход горючего;
4. сократился удельный расход энергии (на единицу продукции) в энергоёмких отраслях промышленности;
5. ламповая электроника (усилители, измерительная аппаратура, телевизоры, телефонная и радиоаппаратура) полностью заменилась полупроводниковой и интегральными схемами, что привело к сокращению удельного расхода энергии более чем в 100 раз;
6. началось массовое применение экономичных светильников с увеличенным в 10 раз сроком службы и 5-кратным увеличением светоотдачи на 1 Вт потребляемой мощности по сравнению с обычными лампами накаливания.
К сожалению, большинство из перечисленных новшеств пока получило распространение только в наиболее богатых и развитых странах .
Наряду с бытовыми гелиоэнергетическими системами, получившими уже значительное распространение в богатых регионах с солнечным и жарким климатом, в этих регионах уже построен целый ряд промышленных предприятий, работающих на солнечной энергии.
Основной принципиальный недостаток гелиоэнергетики - зависимость от уровня инсоляции, которая распределяется по поверхности Земли весьма неравномерно. Поэтому в регионах, лежащих выше 45-50° широты, а также в регионах с большой облачностью она оказывается практически малоприменимой.
Трезво оценивая совокупные возможности гидроэнергетики, гелиоэнергетики и ветровых электростанций, нельзя не заметить, что они способны покрыть в самом лучшем случае не более половины потребностей человечества в тепле и электроэнергии. Использование горючих ископаемых для производства энергии должно сокращаться, так как эти ценные ресурсы весьма ограничены, а их сжигание ведет к экологической и климатической глобальной катастрофе.
Следовательно, у человечества нет альтернативы использованию атомной энергии для покрытия возникающего энергетического дефицита. Современная атомная энергетика за малыми исключениями использует реакторы, в которых топливом, служит уран-235 (U235). Этот изотоп урана составляет только 0,7 % природного урана, остальное - практически полностью уран-238 (U238), в котором цепная реакция деления не развивается и который ядерным топливом служить не может. При делении ядер U233 высвобождается много энергии, превращающейся в высокотемпературное тепло. Чтобы цепная реакция пошла, необходимо, чтобы хотя бы один нейтрон, вылетевший при делении ядра U235, попал в такое же ядро и был этим ядром захвачен.
Вероятность захвата нейтрона возрастает, если скорость нейтрона мала. Между тем нейтроны, вылетающие из делящегося ядра U235, имеют очень большую скорость (более 10б м/с) - это быстрые нейтроны. Поэтому природный уран подвергают обогащению, увеличивая концентрацию U235 примерно до 2,5-3 %, а сами тепловыделяющие элементы помещают в среду-замедлитель нейтронов, в качестве которой используют воду или графит. Такой реактор называют реактором на тепловых нейтронах, так как замедленные нейтроны движутся со скоростями теплового движения молекул (порядка 103 м/с). Часть нейтронов захватывается ядрами атомов U238, которые после двух бета-распадов превращаются в атомы плутония-239 (Ри239). Реакторы на тепловых нейтронах требуют для своей работы минимального обогащения урана и поэтому нашли широкое применение.
Плутоний Ри239, подобно U23\ обеспечивает самоподдерживающуюся цепную реакцию, а потому может использоваться в качестве ядерного топлива. Таким образом, обеспечив превращение U23S в Ри239, можно использовать и U238 для получения энергии. Однако в реакторах на тепловых нейтронах количество образующегося Ри239 составляет только около 70 % от «сгоревшего» U235.
Следовательно, продолжение строительства атомных электростанций с реакторами на тепловых нейтронах - тупиковый путь, ведущий к относительно быстрому истощению запасов ядерного горючего, так как запасы урана-235 очень невелики (табл. 5.2). Но ядерная технология позволяет получать ядерное горючее с избытком, превращая уран-238 в плутоний путём его облучения интенсивным потоком нейтронов в реакторах на быстрых нейтронах. Такие реакторы требуют большей степени обогащения ядерного топлива, но обеспечивают наработку 1,3 кг плутония из U238 на каждый кг израсходованного плутония (рис. 5.24). Поэтому эти реакторы называются реакторами-размножителями (или бридерами от английского breeder - заводчик).
Таким образом, реальная возможность обеспечить себя практически неограниченными энергетическими ресурсами и при этом избежать экологического кризиса состоит в комбинации атомной энергетики, использующей реакторы-размножители, с гидро- и гелиоэнергетикой.
Рассмотренные методы получения энергии позволяют получать энергию в виде электрического тока и тепла. Однако эти виды энергии не поддаются длительному хранению, а аккумуляторы, как термические, так и электрические, дороги и очень громоздки. Поэтому существует и до сих пор не решена проблема горючего для транспорта и сельскохозяйственной техники, альтернативного нефтепродуктам.
В качестве одного из вариантов решения этой проблемы предлагается применение в качестве топлива водорода, для получения которого путём электролиза воды должна использоваться электроэнергия. Водород сжигается в топливных элементах, непосредственно преобразующих химическую энергию в электрический ток, питающий электропривод транспортного средства. Помимо того, что водород чрезвычайно взрывоопасен, это означает, что человечеству потребуется, по меньшей мере, удвоение установленной мощности электростанций, так как энергопотребление транспорта равно производству электроэнергии для иных нужд. Точно та же ситуация возникнет, если удастся изобрести лёгкие и сверхъёмкие электрические аккумуляторы или использовать в качестве горючего для топливного элемента, например, магний или алюминий (сведения о подобных разработках появлялись в печати). Это означает гигантские дополнительные капиталовложения в энергетику и в создание целой новой отрасли промышленности для производства водорода или его заменителей. Кроме того, при этом принципиальной перестройке должна подвергнутся как сама автомобильная промышленность, так и вся сфера обслуживания автотранспорта.
Существует, однако, альтернатива столь разорительному пути. Нефть - это набор углеводородов, продукт химической трансформации когда-то существовавшей биомассы. Все необходимые компоненты присутствуют и в растительной биомассе сегодня, отсюда прямая возможность получения транспортного горючего из биомассы растений .
Растительная биомасса - самый древний вид топлива, до сих пор широко используемый во всём мире в виде дров, древесного угля, древесных отходов, хвороста, кизяка и обычной соломы. Значительные объёмы бытового мусора, сжигаемого на мусоросжигательных предприятиях, также входят в этот список. Ещё один вид превращения биомассы в высококачественное топливо получил последнее время широкое распространение в Китае и Индии. Растительные и другие органические остатки, в том числе нечистоты, собирают в замкнутые метан-танки, где под действием бактерий идут процессы превращения биомассы в биогаз, состоящий в основном из метана. Твёрдые остатки от процесса используются как удобрение. Эта технология хороша в странах с тёплым и жарким климатом, так как при низких температурах она почти не работает.
Наиболее перспективное использование растительной биомассы для производства автомобильного горючего - это получение этилового и метилового спиртов (этанола и метанола) путём брожения и перегонки. Для этой цели могут использоваться древесные и сельскохозяйственные отходы, городские стоки и т. д. Полученные спирты обходятся дешевле бензина и могут применяться в современных автомобилях при минимальном переоборудовании, а в смесях с бензином - без всякого переоборудования. Первый опыт в этом направлении был осуществлён и накоплен в Бразилии, где 2/3 автомобильного топлива - это этиловый спирт (этанол), и 90 % производимых автомобилей могут работать на чистом этаноле. Около 10 % высококачественного бензина в США содержат до 15 % этанола. Дизельные двигатели прекрасно работают на смеси метанола (метилового спирта) с обычным дизельным топливом.
Таким образом, человечество располагает достаточными ресурсами, чтобы избежать энергетического голода и одновременно отвести от себя угрозу экологической катастрофы, но для этого народы и правительства должны существенно пересмотреть свои взгляды и своевременно и целенаправленно строить новую энергетическую политику.
