Енергия за света Understand article

Превод Емилия Мурзова. Енергия – защо е толкова важна, откъде я получаваме и колко използваме? Gieljan de Vries от Холандския FOM института по плазмена физика Rijnhuizen търси…

Енергийната консумация на
средностатистическо британско
семейство. Делът на енергията,
необходима за отопление на
стаите и затоплянето на вода е
най-голям. Осветлението заема
около 3% от енергийните нужди,
така че използването на енерго-
спестяващи лампи има ограничен
ефект. Ограничаване на загубите
на топлина чрез използване на по
-добра изолация на сградите
спестява доста повече. Източник:
Министерството на търговията и
индустрията, Великобритания

Снимка, предоставена от Gieljan de Vries

Забравета за долара, еврото и йената. Ако искате нещо да бъде направено, ви трябва енергия. За да се движи колата, за да работи компютърът за да произвежда фабриката – всичко това изисква енергия. Но кокво представлява енергията и как тя управлява света ни?

Физиците определят енергията като способността да се извършва работа. Това е доста абстрактно определение, тъй като може с концепцията за енергия могат да бъдат описани много различни ситуации и материи. Ако вземем която и да било операция, можем да изчислим общото количество на енергията в джаули (J), необходима за извършването й или мощността (количеството енергия за секунда), която процесът изразходва във ватове (W; равно на J/s). Излиза, че всяка част от ежедневието ни притежава енергийна стойност, която ние трябва да платим.

Хората използват енергията през цялото време. Само докато стоите тук, тялото ви изразходва около 100 W мощност. Енергията захранва мускулите като тези на сърцето ви и позволява протичането на биометричните реакции в органите ви. Разбира се хората не стоят само на едно място. Докато изкачваме стълбите или повдигаме кутии можем да произвеждаме полезна мощност далеч повече от 100 W. За това обаче мускулите ни изразходват 300-400 W – три до четири пъти повече, отколкото произвеждат. Едно европейско домакинство от три или четири члена консумира около 400 W за отопление, за захранване на различни електроуреди и т.н. За да се произведе това количество енергия ще са ни необходими 12 човека, които тичат по фитнес-пътека (четири човека на смяна, всяка от по осем часа).

Двадесет хиляди часа работа

За щастие не е необходимо за прибягваме до робския труд за да генерираме енергия. Вместо това около 81% от енергийните ни нужди могат да бъдат задоволени от химическата енергия, получавана от изкопаемите горива – нефт, газ, въглища. Тя представлява основно слънчева енергия, погълната от живелите преди милиони години растения. След като растенията са загинали и погребани под слоеве почва, почвеното налягане и топлина превръщат мъртвите клетки в дълги, богати на енергия молекули

Използването на енергията в глобален мащаб през 2006. Почти 81% от използваната енергия е произведена от изкопаеми горива. Делът на биомасата, която не е възобновяем източник: представен е главно от изсечени тропични гори и изгорени дървета. Без корените на дърветата, дъждът отмива плодородния слой на почвата и прави невъзможно израстването на нови дървета. В заключение обърнете внимание на малкия дял на възобновяемите източници като вятърни перки и соларни клетки. Тези източници от съвсем скоро са на енергийната сцена. Източник: Ключова световна енергийна статистика от 2008 година на Международната енергийна агенция
Снимка, предоставена от Gieljan de Vries

Въглищата, нефтът и газта се използват в почти еднакви количества при задоволяване на световните енергийни нужди, но най-осезателна е олята на нефта – всички транспортни средства са крайно зависими от произвежданите от нефта горива. Един стандартен 159 литров барел нефт се равнява ня 6100 MJ (милиона джаула). Това не само е голямо количество енергия, но е и невероятно евтина енергия. Въпреки, че цената на барел се колебае между €30 и €150 през последната година, едно човешко същество трябва да работи 22 000 часа за да произведе еквивалентно количество енергия. Това е равно на 11 години всекидневна работа от 9 до 5. Единственото, което мога да ви пожелая е късмет в търсенето на кандидат, който да работи толкова време за това възнаграждение!

Да се върнем към средната консумация на енергия: нуждаем се повече от стоте вата на човек или четиристотинте вата за захранване на домакинството ни според начина ни на живот – считайте тази енергия като необходимата за производство и доставка на домакинските уреди. Излиза, че домакинствата използват реално една четвърт от общото количество енергия, транспортът и производството използват по една трета. Бизнесът, инфраструктурата и селското стопанство заемат останалия дял от употребената енергия.

Езеро от нефт

Да погледнем нещата в перспектива: през 2006 в Европейския съюз са консумирани 49,2 TJ (тераджаула) енергия. Това прави 49 милиона милиона джаула – една изумителна цифра. Разделено на 500 милиона европейци, годишната ни консумация на енергия е огромна: 95 800 MJ на човек (или около 16 барела нефт). За да осигурим тази енергия, ще са ни необходими 1176 милиона тона суров петрол, достатъчни да запълнят езеро с дълбочина 20 метра и ширина 20 на 30 метра. И това само за задоволяване на енергийните ни нужди за една година. През същата година в САЩ е използвана енергия, еквивалентна на 2340 милиона тона нефт, а в Китай – на 1717 милиона тона. Консумацията на Китай се е увеличила драматично от началота на техния бърз икономически растеж. Все пак единичният китайски потребител не разхищава енергията: той изразходва еквивалента на 1,3 тона нефт годишно. За сравнение тази цифра е 7,4 тона в САЩ и 3,7 тона в Европа.

Всяка година 3500 петролни танкера, някои от които с дължина 400 метра, пренасят 2000 милиона тона нефт до различни точки на земното кълбо. Това далеч не е цялото количество нефт, което използваме, тъй като по нефтопроводите също се транспортира гориво. През 2006 в световен мащаб консумацията на петрол е 3481 милиона тона, осигуряваща 43% от световното енергийно потребление.

Тези цифри изглеждат огромни и те не спират да нарастват. По груби изчисления през 2010 година светът ще се нуждае от четири пъти повече енергия отколкото използва днес. През настоящото столетие Китай, Индия и другите развиващи се страни ще увеличат както населението си, така и консумацията на глава от населението спрямо европейците. Това прави четири милиарда души, нуждаещи се от толкова енергия, колкото днешните европейски граждани. А ние не можем да ги виним затова.

Растящата необходимост от енергия. Международната агенция по енергията със седалище в Париж очертава бъдещото енергийно потребление. В своя Преглед на световната енергия от 2008 година те изчисляват какво е производството й от различните източници през 2015 и 2030. Стълбът с процентните отношения вдясно показва с колко нараства годишният дял на всеки източник от 2006 до 2030та година. Въглищата повишават значимостта си, а най-голям е ръста на устойчивите енергийни източници – но пътят на тяхното развитие все още е дълъг. Източник:Прегледът на световната енергия на Международната енергийна агенция от 2008 година
Снимка, предоставена от Gieljan de Vries

Енергията е свързана със стандарта на живот

За по-голямата част от света енергията не е нещо, което искаш да използваш по-малко, а нещо, от което се нуждаеш за задоволяване на основните си нужди. Лесният достъп до елекричество и питейна вода е част от ежедневието ни. За две трети от човечеството това е скъп непосилен лукс. Без електрически крушки остава само работата, която може да бъде свършена по един единствен начин. Без необходимата им енергия за пречистване на водата, хората в развиващите се държави трябва да вървят пеш до най-близкия кладенец. Вървят пеш, защото нямат колела и пътища, които да ускорят пътуването.

Можете да повишите стандарта си на живот, ако разполагате с енергия. Изкуственото осветление позволява работният ден да бъде удължен, дизеловото гориво задвижва тежките машини за строителство на пътища, сгради или използвани в селското стопанство. С достатъчно енергия фабриките ще продължат да работят, а камионите, използващи продукти от изкопаеми горива, ще продължат да ги превозват.

Само трябва да погледнем към най-бедните държави за да видим доколко животът ни зависи от наличието на лесно достъпна енергия: за набавянето на течаща вода, за напояването и торенето, с което се изхранва населението. Използваме енергията за отопление или охлаждане на домовете си, за лесно транспортиране. Енергията позволява на градовете да живеят, на фабриките да произвеждат, осигурявайки работни места на милиони хора. Там, където енергията намалее, нещата, които приемаме за даденост, се оскъпяват – предимството на богатите. Обратното също е вярно: страната, която съумее да осигури повече енергия на населението си, може да осигури по-добро качество на живот. Разбира се, енергията не е магически лек за проблемите в Африка, но липсата на енергия затруднява решаването им.

Търси се: нови източници на енергия

Пет устойчиви източници на енергия. Енергия може да се добива от вятъра, слънцето и чрез електроцентралите. Атомните електроцентрали са най-разпространени, но при тях съществува проблема с радиоактивните отпадъци. Атомната енергия, получавана при технология, генерираща чиста, почти неизчерпаема енергия, наподобяваща процесите, протичащи в Слънцето, все още се проучва. Очаква се тя да започне да се използва масово едва през 2050
Снимки от обществен домейн; източник: Wikimedia Commons

Светът иска все повече енергия. В краткосрочен аспект това означава повече изкопаеми горива. Заводите-замърсители, работещи с въглища са били не особено популярни някога, но днес в Китай всяка седмица изниква по един такъв. Необходимото гориво само за тях ще повиши консумацията с 47% до 2030та година и затова някои фирми правят проучвания в райони като морските дълбини и полюсите с цел да открият гориво за заводите и фабриките. Според Международната енергийна агенция (IEA) подобни инвестиции ще запазят дяла на изкопаемите горива около 81% от общото потребление. В перспектива общите енергийни нужди, а оттам и необходимостта от горива се очаква да се повиши почти с 50% до 2030.

Един ден природните горива ще бъдат изчерпани. Въглищните мини ще просъществуват още около 200 години при сегашния темп на използване. Що се отнася до добива на нефт, вече съществуват съмнения, изказани от IEA, че експлоатираните в момента полета намаляват дебита си с всяка изминала година, а твърде малко са новооткритите полета за да компенсират пониженото производство. Ще се нуждаем от устойчиви форми на енергия, ако искаме да предотвратим конфликти, породени от намаляващите запаси. Освен това начинът, по който изкопаемите горива променят климата чрез парниковия ефект е обезпокоителен и налага намирането на устойчиви източници на енергия.

За щастие вече се работи по въпроса за начина, по ойто можем да си осигурим енергия. Енергията, добита от слънцето, вятъра и водата, дори и тази, добита от топлината на земното ядро започват да допълват енергията от изкопаемите горива. Изследват се и обещаващи източници като ядрения синтез (виж Warrick, 2006). Но дали сме започнали разработването на тези източници навреме? Или бъдещето ни е обречено от глада за енергия? Science in School ще продължи да разглежда алтернативните източници на енергия и в следващите броеве. Четете внимателно – тези технологии ще променят нашия свят. За проучването на алтернативните източници на енергия в класната стая вижте статията на Dudley Shallcross и колектив в настоящия брой (Shallcross et al., 2009).

 

Големите числа

Като говорим за потребление на енергия в световен мащаб, цифрите удрят тавана. По-долу има кратък списък, който ще ви помогне да се ориентирате. Отляво надясно са изброени съответно числото, наименованието му, научното му съкращение, означаващо броя на нулите след цифрата и най-накрая представката, която се използва.

Число Наименование Кратко означение Представка
1 000 000 милион 106 мега (M)
1 000 000 000 милиард 109 гига (G)
1 000 000 000 000 трилион 1012 тера (T)
1 000 000 000 000 000 квадрилион 1015 пета (P)
1 000 000 000 000 000 000 квинтилион 1018 екза (E)

Например, през 2005 година общата енергийна консумация в световен мащаб се равнява на 7 912 million tons of oils. милиона тона петрол. 6,5-те милиарда или 6,5. 109 население използва 331 259 616 тераджаула (TJ) или приблизително 331.26 x 1018 = 331.26 екзаджаула (EJ).

Download

Download this article as a PDF

References

Web References

  • w1 – Уеб сайтът на Холандския FOM института по плазмена физика Rijnhuizen може да бъде намерен на адрес: www.rijnhuizen.nl

Resources

  • Повече по темата
    • Статията „Бъдещият световен енергиен просперитет: Предизвикателството на теравата” на Richard E. Smalley от Rice University може да бъде свалена от сайта на университета (http://cohesion.rice.edu) или от: www.tinyurl.com/dg25b
    • Докладът на Хирш (Пикове в световния добив на нефт: фактори на влияние и намаление и рисков мениджмънт), издаден по поръчка на Щатският департамент по енергетиката и публикуван през февруари 2005, може да бъде свален от уебсайта на Атлантическия съвет (www.acus.org) или от: www.tinyurl.com/8yebs
  • Енергийни статистики

Author(s)

Gieljan de Vries (роден през 1978) завършва физика в Холандския университет Utrecht и разбира, че най-голямата му страст е да разговаря с хората за наука. В началото като научен журналист, а по-късно като служител в информационната служба на Холандския център за изследване на атомната енергия Rijnhuizenw1, Gieljan се запознава със света на енергията и разбира колко зависим е живота ни от леснодостъпна енергия.


Review

Експерти в сферата на науката твърдят, че енергията е рисков въпрос. Освен това и за учениците не е ресно да разберат значимостта на енергията за живота. Интересът им може да се повиши, когато осъзнаят, че без електричество или горива основните им нужди като осветление, отопление и придвижване няма да бъдат задоволени, както и че МР3 плейърът им няма да работи, нито компютърът им, телевизорът, интернет. Освен това утрешните граждани е важно да разберат живителната роля на енергията, екологичните проблеми, породени от повишената консумация на изкопаеми горива и спешната нужда от устойчиви форми на енергия.

В настоящата статия Gieljan de Vries говори за това колко е важна енергията, дава интересна и мотивираща информация и примери за настоящата и бъдещата нужда от огромни количества енергия. Статията засяга екологични, научни и икономически въпроси: темата за енергията води след себе си огромно разнообразие от интердисциплинарни и преплитащи се възможности за преподавателите.


Vangelis Koltsakis, Гърция




License

CC-BY-NC-ND