Энергетика и окружающая среда – Страница 2 – «Будущее сейчас»

Мировые запасы сурьмы на исходе

Сурьма является редким металлоидом, в основном используется в качестве легирующего  материала для свинца и олова в таких продуктах, как свинцово-кислотные аккумуляторы, припои и пули. Сурьма также используется в микроэлектронной продукции и кредитных картах в качестве добавки для повышения огнестойкости, а также в некоторых фармацевтических препаратах. В природе встречается сульфид сурьмы – минерал под названием стибнит. Изначально сурьма добывалась в Китае, Южной Африке, Боливии, России и Таджикистане.

Разрабатываемые человеком на протяжении тысячелетий мировые запасы сурьмы, начинают истощаться в начале 2020-х годов. Китай является в настоящее время основным поставщиком. Однако в стране происходят события, мешающие торговле. В целях защиты окружающей среды многие шахты и перерабатывающие заводы были закрыты ещё в предыдущие десятилетия. Местные власти в Ленгшуиянге, провинция Хунань, где находится 60% мировых запасов сурьмы, закрыли почти все его шахты и заводы, из-за чего цены на сурьму взлетели до небес.

В ближайщие десятилетия подобная история повторится и с другими полезными ископаемыми. С этого момента бизнес и промышленность вынуждены полагаться на переработку старых продуктов  и /или переходить к замене материалов.

В качестве заменителей химических соединений сурьмы в краске, пигментах и эмалях могут выступать соединения хрома, олова, титана, цинка и циркония. Комбинации кадмия, кальция, меди, селена, стронция, олова и серы могут заменить сурьму в качестве упрочняющей легирующей добавки для свинца. Некоторые органические соединения и гидроксид алюминия – широко распространенные заменители для огнезащитных средств. Однако в ближайшие годы возможна нехватка и этих заменителей.

Больше…

Тропические леса Борнео на грани исчезновения

Третий по величине остров в мире, Борнео (Калимантан), был когда-то домом для ошеломляющего спектра биологического разнообразия, охватывающего сотни тысяч квадратных километров. Расчистка и преобразование естественных лесов в участки для выращивания каучука, пальмового масла и промышленные плантации древесины, а также их уничтожение для мелких фермерских хозяйств привели к значительному обезлесению в последние десятилетия. Лесные пожары расчищали около 25 000 км² для посадок пальм и производства пальмового масла. Также, угроза исходила от разведки нефти и угля и осушения водно-болотных угодий. В итоге от леса остаётся лишь малая часть. Многие редкие виды на грани исчезновения, в том числе орангутанги – одни из самых умных обезьян.

Больше…

Гориллы на грани вымирания в Центральной Африке

Активное и неконтролируемое браконьерство вместе с крупномасштабной вырубкой леса, сельским  хозяйством, горнодобывающей промышленностью, загрязнением, болезнями и милитаристскими операциями привели к драматическому сокращению популяции горилл.

Больше…

Инспекция беспилотниками – многомиллиардная индустрия

По мере того, как мир движется в сторону экологически чистой энергии, число ветряных электростанций растёт в геометрической прогрессии. При таком количестве установок в настоящее время существует огромный спрос на проверку и техническое обслуживание этих конструкций. Это происходит наряду с быстрым внедрением дронов и других беспилотных летательных аппаратов (БПЛА), которые могут обеспечить более быструю и дешёвую альтернативу традиционным проверкам. До сих пор большинство из этих работ включало либо простые наземные визуальные оценки, либо сложный и рискованный доступ к подъёму на верёвке или платформе (иногда на высоту 183 метров). Беспилотные летательные аппараты, напротив, практически не подвержены риску, чрезвычайно быстры в работе и предлагают гораздо более высокое разрешение, чем человеческие глаза, автоматизируя при этом большую часть обработки изображений, анализа данных и других задач. К 2024 году общемировой доход от продаж и инспекционных услуг беспилотными летательными аппаратами ветряных электростанций достигнет почти 6 миллиардов долларов.

Больше…

У Индонезии новая столица

В 2024 году в Индонезии создаётся новая столица – четвёртая за последние 80 лет. После Второй мировой войны Джакарта стала фактической столицей Республики Индонезия. Во время оккупации Гражданской администрацией Нидерландов и Индии (NICA) столица была перенесена в Джокьякарту в 1946 году, а затем в Букиттингги в 1948 году. Она вернулась обратно в Джокьякарту в 1949 году. После обретения независимости Джакарта снова стала столицей в 1950 году, и это положение она занимает в течение следующих 74 лет.

В 2019 году президент Джоко Видодо официально объявил о перемещении столицы Индонезии в Восточный Калимантан на острове Борнео. Этот пока ещё неназванный город, планирование и строительство которого обошлось в десятки миллиардов долларов, был необходим из-за сильного проседания грунта в Джакарте. Из-за совокупного воздействия расположения на болотистой местности и чрезмерной добычи грунтовых вод, Джакарта тонула с невероятной скоростью: до 25 см каждый год в некоторых наиболее проблемных районах, и почти половина из них теперь находится ниже уровня моря. Джакарта также страдала от сильного загрязнения, перенаселённости и транспортных проблем.

Новая столица, расположенная на участке площадью 40 000 га (400 кв. км), окружена зеленью в малонаселённой местности, но в то же время расположена в более центральной и географически объединяющей части страны. Пятая часть из необходимых примерно 34 миллиардов долларов профинансирована государством, а остальная часть – международными инвесторами. Правительство пообещало выделить 40 миллиардов долларов на модернизацию и предотвращение затопления Джакарты, настаивая на том, что город не будет покинут. Без этих мер 95% Джакарты к 2050 году будет затоплено.

Министерство общественных работ и государственного жилищного строительства Индонезии организовало конкурс дизайна, победителем которого в декабре 2019 года была объявлена концепция Nagara Rimba Nusa компании URBAN+. Генеральный план отличался высокими экологическими характеристиками и новейшими технологиями «умного города». Столица переносилась поэтапно: строительство началось в 2021 году, официальная инаугурация состоялась в 2024 году, а последние оставшиеся правительственные департаменты в Джакарте будут переведены к концу десятилетия.

Запущен экспериментальный термоядерный реактор ITER

Искусственно созданная термоядерная реакция уже демонстрировалась в малом масштабе. Существовала задача отыскать способ увеличить его масштаб до уровня коммерческого использования эффективно, экономично и без нанесения вреда окружающей среде.

Реактор ITER, известный ранее как Международный термоядерный экспериментальный реактор, будет первым проектом, удовлетворяющим данным условиям. Он был построен на юге Франции за 20 миллиардов евро за десять лет, это один из самых грандиозных когда-либо предпринимаемых научных проектов, занимающий второе место после Международной космической станции. Это совместный исследовательский проект США, ЕС, Японии, России, Китая, Индии и Южной Кореи.

Чтобы продемонстрировать чистую термоядерную мощь в большом масштабе, реактор должен воспроизвести условия, аналогичные условий в центре Солнца. Для достижения данной цели используется устройство под названием токамак, удерживающее плазму магнитным полем. Это тороидальная вакуумная камера генерирует мощное магнитное поле, не дающее жару достигать стен реактора. Небольшие дозы топлива впрыскиваются и втягиваются в камеру. Здесь они разогреваются до температуры 100 миллионов градусов, формируя плазму. При такой высокой температуре легкие атомные ядра водорода сплавляются вместе, создавая более тяжелые соединения водорода, такие как дейтерий и тритий. Что высвобождает нейтроны и огромное количество энергии

После операционного запуска в 2025 году можно надеяться, что ITER в результате будет производить более 500 мегаватт мощи, порциями в 400 секунд и больше. Его можно сравнить с «Общим европейским тором» (JET), предыдущим рекордсменом по пиковой термоядерной мощи (16МВ), длившейся всего несколько секунд в 1997 году.

Потребуется еще несколько десятилетий, пока реактор ITER будет в достаточной степени усовершенствован. Для того чтобы генерировать продолжительное напряжение для коммерческих нужд, потребуется создать способ задержки плазмы в условиях критической плотности и температур. Для этого понадобится улучшить конструкцию камеры, применить усовершенствованные сверхпроводящие магниты и продвинутые вакуумные системы.

Однако это может привести к конечному прорыву в области энергетики. Если проект окажется удачным, человечество получит доступ к практически неограниченному запасу экологически чистой энергии.

 

Больше…

Китай урбанизируется

Большая часть Китая – это урбанизированные территории с высокой плотностью населения. Экономический бум привел к постройке десяток тысяч небоскребов по всей стране. На данный момент в Китае больше 200 городов с населением, превышающим один миллион человек, в то время как в Европе в 2010 году таких городов насчитывалось лишь 35. Даже наиболее удаленные и изолированные регионы начинают развиваться с огромной скоростью. Крупномасштабная инфраструктура, состоящая из поездов на магнитной подушке, аэропортов, мостов и туннелей, образует широкую сеть, связывая все части страны и оставляя незатронутыми лишь незначительные территории. Китай уверенно становится страной с развитой экономикой.

Территории таких крупных городов, как Гонконг и Шеньчжень, уже начали перекрываться  –  они теперь образуют «гипергород». Его население превосходит число жителей Токио. Множество самых высоких зданий в мире находится в Китае, включая несколько небоскребов километровой высоты.

Все это вызвало значительное изменение цен на сталь и другие конструкционные материалы. Множество крупномасштабных проектов в Европе, Америке и других местах отменены. Рост соседней Индии подлил масла в огонь. Влияние Запада на установление цен на металлы значительно снизилось. Тем временем строительные и горнодобывающие компании получают огромные прибыли, что приводит ко множеству поглощений и слияний на высшем уровне бизнеса. Из-за высокой строительной активности зафиксировано рекордное количество несчастных случаев на производстве. Это привело к ужесточению норм и правил, что в свою очередь повысило безопасность во всей отрасли. Происходит постепенное улучшение условий труда и увеличение заработных плат для рабочего персонала.

С ростом Китая растет и его потребность в энергоносителях. Страна подготовилась к этому путем укрепления связей с Центральной Азией, откуда ведется импорт нефти и газа. Туркменистан является одним из важнейших партнеров благодаря открытию новых месторождений. Сотрудничество Китая со странами Центральной Азии также было частично мотивировано снижением зависимости от поставок с Ближнего Востока и от Малаккского пролива, через который ведется морская транспортировка нефти из Персидского залива и Африки. Этот пролив становится все более уязвимым для нападений пиратов, и контроль над ним является причиной постоянных политических осложнений.

Помимо увеличения импорта нефти, значительные успехи были сделаны в области энергосбережения и энергоэффективности. Доля атомной энергетики также увеличилась. К 2025 китайские АЭС вырабатывают около 150 миллиардов киловатт-часов, что превосходит показатели Канады и России вместе взятые. В ближайшие годы ожидается дальнейшее увеличение мощностей в связи с вводом в эксплуатацию атомных станций четвертого поколения. Забота об окружающей среде привела к широкому использованию солнечных, ветряных и водородно-электрических станций.

Больше…

Вертикальные городские фермы строятся повсеместно

Общая численность населения приближается к 8 миллиардам, и мировой спрос на продукты питания продолжает увеличиваться. Однако в то же время серьезные изменения климата вместе с другими экологическими факторами оказывают большое влияние. Засухи, опустынивание и рост непредсказуемости дождей приводят к уменьшению урожайности во многих странах, тогда как сокращение запасов органических топлив делает содержание крупных коммерческих хозяйств еще более дорогим. Десятилетия повсеместного применения пестицидов и избыточный полив также сыграли свою роль. США, например, теряет почти 3 тонны верхнего слоя почвы с каждого акра земли в год. Это в 10-40 раз превосходит скорость естественного восстановления. При сохранении такой тенденции уже к 2070 весь верхний слой почвы исчезнет. Так как ситуация только ухудшается и цены на продукты питания увеличиваются, то современный мир приближается к настоящему глобальному кризису.

Среди нарастающего чувства неотложности и паники появилось несколько потенциальных решений. Одна из таких инноваций – вертикальные фермы. Огромные количества ресурсов и земли, необходимые для традиционного сельского хозяйства, заменяются одной вертикальной конструкцией, где культуры располагаются друг над другом, как этажи в здании. Первая коммерческая вертикальная ферма открылась в Сингапуре в 2012. К 2020 они уже широко распространены по всему миру, и различные модификации вертикальных ферм существуют почти во всех городах.

Вертикальная ферма обладает рядом преимуществ. Например, городская площадь в 1,32 гектара может производить такое количество продовольствия, для которого понадобилось бы 420 гектаров земли при обычном способе ведения сельского хозяйства. Этого хватит, чтобы накормить десятки тысяч жителей. Примерно 150 таких зданий по 30 этажей каждое может потенциально обеспечить постоянное снабжение продовольствием всего населения Нью-Йорка. В последнее время использование генетически модифицированных культур значительно увеличилось. Они прекрасно подходят для замкнутых, хорошо контролируемых условий вертикальных ферм. Возможность продавать продукты на месте их производства – еще одно преимущество вертикальных ферм. Городское сельское хозяйство значительно снижает энергетические затраты,  связанные с транспортировкой и хранением продуктов, а также обеспечивает доступ к свежей и натуральной еде для городских жителей.

Другое важное достоинство вертикального сельского хозяйства – его автономность. Для получения электрической энергии используются солнечные панели и ветрогенераторы, расположенные в самом здании фермы. Стеклянные панели, покрытые оксидом титана, надежно защищают растения от загрязняющих веществ. Их расположение специально спроектировано для обеспечения максимального уровня естественного освещения. Кроме того, при необходимости есть возможность использования искусственного освещения. Сельскохозяйственные культуры растут на гидропонике и аэропонике, что значительно уменьшает требуемое пространство, количество почвы, воды и удобрений.

Компьютеры и автоматика осуществляют интеллектуальный контроль и управление всеми системами и ресурсами. Разбрызгиватели воды, уровень освещения и температуры управляются через автоматические системы, расположенные на каждом уровне. Условия могут специально настраиваться для каждого отдельного вида растения. Возможно воссоздание различных погодных условия, смены сезонов, а также смены дня и ночи. Некоторые наиболее совершенные башни используют роботов для сбора урожая. Испаряющийся избыток воды попадает в конденсаторы на потолке каждого уровня, после чего вода направляется по трубам в соседние резервуары. Затем эта вода многократно используется, образуя замкнутый цикл орошения. Любое необходимое для фермы количество воды может быть отфильтровано из городской канализационной системы.

Вертикальные фермы также выгодны и для экологии. Полностью контролируемая система сохраняет и перерабатывает не только воду, но также почву и удобрения, например, фосфор. Таким образам экологический ущерб снижается на несколько порядков по сравнению с классическими методами ведения сельского хозяйства. Вдобавок ко всему уменьшение нужды в пахотных землях помогает сократить вырубку лесов и прекратить разрушение естественной среды обитания. Вертикальные фермы также могут быть использованы для выработки электроэнергии: непригодные в пищу органические элементы превращают в биотопливо при помощи ферментализаторов метана (метантенков).

Больше…

Загрязнение твердыми отходами достигает критического уровня

Твердые отходы скапливались на городских территориях и на мусорных свалках многие десятилетия. Скудное финансирование разработок по утилизации отходов и недостаток адекватных способов переработки вместе с ростом населения и, соответственно, ростом потребления обеспечили бесконечный рост мусора. К середине 2020-х уровень производимых ежегодно твердых отходов достиг величины в 2,5 миллиарда тонн, что вдвое превосходит уровень 2012 года, который оценивается в 1,4 миллиарда тонн. Стоимость борьбы с таким количеством мусора также увеличилась почти в два раза и поднялась до отметки в 375 миллиардов долларов ежегодно.

Развивающиеся страны, не обладающие достаточными денежными средствами и надлежащей инфраструктурой для нормальной утилизации мусора, находятся в сильном кризисе. Наблюдается пятикратное увеличение количества твердых отходов в некоторых регионах. В связи с тем, что грунтовые воды все больше загрязняются, состояние здоровья населения ухудшается. Электронные отходы представляют еще большую опасность. Например, в Индии уровень выброшенных телефонов увеличился в восемь раз. Быстрое развитие технологий, постоянные новинки электронной продукции и желание подражать западному образу жизни только ухудшают ситуацию.

Развитые страны лучше справляются с этой проблемой, но всё равно, лишь 30% твердых отходов перерабатываются. Пластики, а особенно их наличие в океанах и реках, создают острую проблему, так как для полного разложения такого материала требуются века. Помимо прямого вреда окружающей среде, отходы являются источником большого количества парникового газа метана, что способствует глобальному потеплению. Общественная активность хоть и растет, но не в состоянии переломить негативное развитие ситуации.

Больше…

Американские стандарты экономии топлива значительно ужесточились

В дополнение к переменам в сфере железнодорожного и воздушного транспорта, значительные улучшения наблюдаются и в сфере автомобильного транспорта. В США стандарты экономии топлива достигли значения почти 4,2 л на 100 км для легковых автомобилей и 6 л н 100 км для грузовых автомобилей. Другими словами, теперь машины должны проезжать почти в два раза большее расстояние на том же количестве топлива, что и в 2010 году.

Эти действия по повышению эффективности, предпринятые администрацией Обамы, являются результатом озабоченности по поводу энергетической безопасности и сокращения зависимости США от иностранной нефти. Еще одним фактором является настоятельная необходимость сократить выбросы углекислого газа. Легковые автомобили достигли среднего показателя 34 миль на галлон к 2016 году и такая успешная тенденция продолжилась и в 2020-х годах. Благодаря этой программе выброс парниковых газов сократился примерно на 6 миллиардов метрических тонн – это больше, чем общее количество выбросов CO2 по всей территории Соединенных Штатов в 2010 году.

Электрокары и гибридные автомобили быстро растут в числе, благодаря снижению их стоимости и повышению срока службы аккумуляторов. К началу 2030-х годов, они будут составлять большинство новых автомобилей на дорогах страны.

Больше…