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…

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

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.

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

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).

Download

Download this article as a PDF