Сучасна енергетична криза і причини її виникнення

Ресурси надр біо- і техносфер не збігаються. Екологічні проблеми виникають у зв'язку з їх надмірною емісією. Втручання техногенезу у речовинно-енергетичний баланс планети постійно збільшується і нині досягає рівня загрози. Це зумовлено такими чинниками: 1) вплив на рослинність як головний перетворювач сонячної енергії й двигун біотичного кругообігу на Землі; 2) теплове забруднення атмосфери; 3) хімічне забруднення середовища та зміна спектральної прозорості атмосфери. Основним джерелом цих загроз е використання ресурсів надр.

Сучасна енергетична криза — одна з найголовніших проблем не тільки для України, а й для всього світу. Отже, вона є глобальною екологічною проблемою. Екологічні проблеми — це суперечності, що виникають у системі речовинних, енергетичних, інформаційних зв'язків суспільства з природним середовищем, їх вплив на людину та умови її життєдіяльності. Основними складовими глобальної екологічної проблеми є:

— ускладнення, пов'язані з отриманням необхідних речовин, енергії, інформації з природного середовища;

— забруднення довкілля відходами виробництва. У середньому один житель Землі викидає 1 т господарсько-побутових відходів на рік. У розвинутих країнах виробляється найбільша кількість шкідливих і токсичних відходів (наприклад, у США — в б разів більше, ніж в інших країнах);

— порушення інформаційних зв'язків у природі, збіднення біологічного та ландшафтного різноманіття;

— погіршення здоров'я населення, стану економіки, соціальної стабільності.

Далі з'ясуємо сутність основних традиційних джерел енергії. Протягом майже всієї історії людства головним джерелом енергії була ручна праця. Деякою мірою вона доповнювалася енергією домашніх тварин, води та вітру. Але тварини не можуть довго працювати без перерви, застосування водних коліс потребує наявності водойм, а вітряки крутяться не завжди та з мінливою швидкістю.

До початку XVIII ст. уже винайшли багато машин. Основною перешкодою до їх застосування був брак рухомої сили. Винахід парового двигуна наприкінці XVIII ст. став переломним моментом, що зумовило виникнення промислової революції. Спочатку основним паливом для парових двигунів були дрова. Пізніше, у зв'язку зі зростанням потреб в енергії та зведенням лісів, дрова замінили вугіллям. Наприкінці XIX ст. саме вугілля було головним енергоресурсом людини. Але процес видобування вугілля є небезпечним, його незручно перевозити, а під час спалювання воно забруднює атмосферу.

Тому на початку XX ст. почали використовувати нафту. Люди опанували буріння нафтових свердловин, навчилися переробляти нафту на бензин, дизельне паливо та мазут, винайшли двигун внутрішнього згорання. Порівняно з вугіллям нафтопродукти простіше транспортувати, а під час їх згорання утворюється менше відходів, серед яких немає попелу. Крім того, енергоємність бензину (тобто кількість енергії, що виділяється у процесі спалювання одиниці маси) значно більша, ніж вугілля. Тому до середини 50-х років XX ст. нафтопродукти стали провідним енергоресурсом людства. Природний газ (метан), що видобувається разом із нафтою або під час нафторозвідувальних робіт, при згоранні виділяє ще менше побічних продуктів, ніж нафта, та не розтікається по землі. Тому з екологічного погляду він є найчистішим паливом.

Також у першій половині XX ст. з'явилася й електрика — вторинний енергоресурс (щоб його отримати, потрібен первинний — вугілля, нафта, ядерне паливо). У 60-ті роки минулого століття ще одним джерелом енергії було ядерне паливо, яке на сьогодні займає друге місце щодо значення в енергоресурсах техносфери. Головне його джерело — викопний уран, більша частина якого в літосфері дуже розсіяна.

Серед основних напрямів використання паливно-енергетичних ресурсів вирізняють такі:

— транспорт;

— промисловість (металургія, хімічний синтез, виготовлення готових виробів);

— контроль за температурою (опалення та охолодження приміщень, гаряче водопостачання);

— виробництво електроенергії, потрібної для роботи електромоторів, освітлення, побутової та промислової електроніки.

Головним споживачем нафтопродуктів є транспорт; ядерне паливо використовується лише з метою виробництва електрики й не може застосовуватися на транспорті. Виникнення нового джерела енергії не поліпшить становища, якщо енергію з цього джерела не можна буде використовувати там, де нині використовується нафта. Отже, головна енергетична проблема у світі (й в Україні також) полягає у виснаженні запасів нафти.

У 70-ті роки XX ст. багато економічно розвинених країн зазнали так званої енергетичної кризи, тобто спостерігався процес відставання видобування нафти від її споживання. У результаті почали активний пошук шляхів економії енергії та її альтернативних джерел. На сьогодні невідповідність видобування енергоресурсів до їх споживання ще більша, ніж у 70-ті роки XX ст.: споживаємо значно більше, ніж виробляємо. Загальне енергоспоживання має такий вигляд: нафтопродукти становлять 44 %, природний газ — 21, вугілля — 22, ядерне паливо, гідростанції та інші енергоресурси — 13 %.

Розвідані запаси головних видів викопного палива, тобто кількості, які можуть бути видобуті з надр за сучасних технологій, майже у два рази менші, порівняно з геологічним оцінюванням їх сумарного вмісту в земній корі^*56. Доступні запаси нафти й газу майже у два рази перевищують їх сучасне щорічне вилучення, запаси вугілля — у три рази. Співвідношення енергії вугілля, нафти й газу, що використовуються, на сьогодні становить майже 35: 43: 22. Все-таки вирішальний вплив на обсяг видобутку палива надає поки що не вичерпність запасів, а попит на них, який збільшується, і сучасна політика цін.

*56: {Акимова Т.А., Хаскин В.В. Экология. – М.: ЮНИТИ, 2002. – С. 271.}

Родовища викопних видів палива на планеті розташовані дуже нерівномірно. По 1 /3 потенційних світових запасів вугілля і газу та понад 20 % нафти розміщено в Росії. Майже 35 % нафти і 17 % газу зосереджено на Середньому Сході. Великі потенціали вугілля, газу й нафти є в Північній Америці. У цих трьох регіонах розташовано майже 70 % розвіданих світових запасів викопного палива. Ще не повністю оцінені великі поля родовищ нафти й газу, розміщених у районах континентального шельфу морів Північної півкулі.

Друге місце щодо значення в енергоресурсах техносфери займає ядерне паливо, головним джерелом якого, як вже зазначалося, є викопний уран. Згідно з даними Світової енергетичної конференції загальні геологічні рудні запаси урану становлять 20,4 млн т, у тому числі розвідані — 3,3 млн т. Вміст урану в породах більшості родовищ коливається від 0,001 до 0,03 %, тому потрібно здійснювати значне рудне збагачення. Нині в світі працюють 440 реакторів АЕС із сумарною тепловою потужністю близько 1200 ГВт. Вони споживають за рік майже 60 тис. т урану і роблять 10 % -й "внесок" у загальне техногенне виділення теплоти від використання невідновлюваних енергоресурсів. Техніка термоядерного синтезу поки що не утворює реального ресурсу техносфери.

Розглянемо деякі аспекти розвитку ядерної енергетики. Як відомо, за часів Радянського Союзу спочатку ядерні реактори будували лише з метою виробництва плутонію для ядерної зброї. Водночас ці реактори виділяли багато тепла, але його не використовували. Коли подібних "військових" реакторів спорудили вже достатньо, вчені дістали дозвіл на створення таких реакторів, які, крім плутонію, могли б виробляти й електричну енергію.

Якщо у США та інших розвинених країнах у зв'язку зі стихійним ринком виробники мали шукати найкращий і найбезпечніший варіант енергетичного реактора, то у Радянському Союзі використання "мирного атома" розпочалося з пристосування реакторів підводних човнів у ядерних (атомних) електростанціях. Цей тип реактора в СРСР називали канальним, а за кордоном — радянським. Усі іноземні ядерні реактори мали дві або три захисні лінії, завданням яких було виключити можливість проникнення у довкілля радіонуклідів у разі пошкодження або аварії реактора. Ці захисні споруди зовні мали вигляд великого залізобетонного циліндру, тому реактори називалися корпусними.

Цікаво, що за кордон СРСР продавав канальні реактори хоча з не дуже міцним, але все-таки з укриттям, а от на власній території з міркувань здешевлення та прискорення будівництва АБС обходився без нього. Корпусні реактори так і не були масово застосовані в СРСР за таких основних обставин: 1) шляхом збільшення кількості каналів "радянський" реактор можна було зробити найпотужнішим (а одночасно і найнебезпечнішим) у світі; 2) заводи, які могли виробляти корпусні реактори, були перевантажені виробництвом зброї.

Нині з метою продовження ресурсу роботи атомних електростанцій України, в рамках реалізації стратегії підвищення рівня безпеки енергоблоків на АБС, розроблено Концепцію Державної науково-технічної програми підвищення ядерної та радіаційної безпеки на період до 2010 р. У районах розміщення АБС оцінювання їхнього впливу на довкілля здійснюється на основі аналізу газо-аерозольиих викидів в атмосферу з вентиляційних труб енергоблоків та скидів у водойми, а також за результатами радіаційного моніторингу навколишнього середовища. Законодавством України встановлено спеціальні дозові межі опромінення, які мінімізують радіаційний вплив АЕС на населення. Ці межі є базовими для визначення контрольного рівня допустимих скидів і викидів для кожної АБС.

Головні осередки утворення найбільшої кількості радіоактивних відходів — це атомні станції, де здійснюється їхня первинна переробка та тимчасове зберігання. Радіоактивні відходи (РАВ) складаються з рідких і твердих відходів, а також з відпрацьованого ядерного палива. Сучасна практика поводження з радіоактивними відходами в Україні загалом не відповідає рівневі, якого досягли розвинуті країни, у зв'язку з такими головними причинами:

— брак економічних стимулів для зменшення кількості РАВ та їх переробки з метою зменшення обсягів їх зберігання;

— майже немає сучасних технологій та установок із переробки РАВ, унаслідок чого вони накопичуються у невиправдано великих обсягах;

— брак приладів та методик визначення активності твердих РАВ;

— на всіх АЕС триває практика безконтейнерного зберігання твердих РАВ, що не відповідає сучасним потребам.

Після аварії на Чорнобильській АБС у 1986 р. радіонуклідне забруднення поширилося на десятки мільйонів людей у Східній та Центральній Європі, частині Азії й навіть на інших материках. Звичайно, найбільше радіоізотопів є на територіях, які розташовані поблизу ЧАЕС, але й за сотні кілометрів унаслідок атмосферних потоків та дощів ліси й поля забруднилися леткими радіонуклідами до небезпечного рівня. Інертні гази поширилися майже на всю Північну півкулю, йод та цезій — на тисячі кілометрів. Цезієві зони трапляються в Україні на Поліссі — від Десни до сходу Волинської області, навколо Канева, на південь від Вінниці. Загальна площа забруднення цезієм в Україні перевищує 10 тис. км².

Стронцій-90 з періодом напіврозпаду 29 років становить більшу біологічну небезпеку, порівняно з цезієм. Але цей хімічний елемент менш леткий, ніж цезій, тому його сполук вилетіло з реактора менше, і випадання спостерігалося на меншій відстані від реактора. За межами 30-кілометрової зони стронцій-90 у небезпечних кількостях трапляється лише на півночі Київської області. В організмі людини стронцій-90 накопичується у кістках та пошкоджує червоний кістковий мозок. Головна частина стронцію потрапляє з дніпровською питною водою. Щодо плутонію, то, за різними даними, в реакторі накопичилося від 150 до 450 кг цього дуже небезпечного радіонукліда. Вважають, що з реактора випаровувалося не менше 40—50 % плутонію, а не 5 %, як офіційно повідомляв уряд. Зона його поширення майже така, як і стронцію.

Незважаючи на це, варто зазначити й деякі переваги ядерної енергетики. Як відомо, основний процес сучасних АЕС — це кероване розщеплення, за якого енергія вивільняється повільно у вигляді тепла. Тепло використовується для кип'ятіння води й з метою отримання пари, що примушує діяти звичайні генератори. Якщо порівняти роботу ТЕС та АЕС однакових потужностей (наприклад, 1000 МВт) протягом року, виявляються такі розбіжності:

— потреби у пальному — для ТЕС необхідно 3,5 млн т вугілля, для АЕС — 1,5 т збагаченого урану, що відповідає 1 тис. т уранової руди;

— виділення вуглекислого газу. У результаті роботи вугільної ТЕС до атмосфери потрапляє понад 10 млн м3 вуглекислого газу. АЕС взагалі вуглекислого газу не виділяє;

— двоокис сірки та інші компоненти кислотних дощів. Викиди цих сполук на ТЕС становлять більше ніж 400 тис. т; на АЕС вони взагалі не утворюються;

— тверді відходи — радіоактивні відходи на АЕС становлять близько 2 т, а на ТЕС утворюються майже 100 тис. т золи.

Отже, можна зробити важливий висновок, що найголовнішими проблемами ядерної енергетики є радіоактивні відходи та ймовірність аварій на АЕС.