Метка: Энергетика и окружающая среда

Продолжающийся рост населения и промышленная экспансия оказывает серьёзное влияние на потребление продовольствия, воды и энергоресурсов. В начале 2000-х годов население на Земле составляло 6 млрд. К 2030 году, оно увеличилось на два миллиарда, в основном в бедных странах. Экологическое воздействие человечества таково, что ему потребуется целых две Земли, чтобы поддерживать свое существование в долгосрочной перспективе. Сельхозугодий, пресной воды и природных ресурсов становится все меньше с каждым днем.

Рост населения на планете означает, что потребность в энергии резко возросла, в то время как количество ископаемого топлива снизилось до минимума. Ряд конфликтов разворачивается на Ближнем Востоке, в Азии и Африке, порой возникает опасность их перехода на Европу. Не обошлось и без Америки, мир балансирует на грани крупной мировой войны.

Существует дополнительная проблема изменения климата, уровень CO2 в настоящее время достигает 450 частей на миллион. В результате этого естественные обратные связи начинают действовать в глобальном масштабе. Это особенно заметно в Арктике, где таяние вечной мерзлоты теперь выбрасывает почти одну гигатонну углерода ежегодно. Есть признаки того, что переломный момент достигнут, в результате чего наблюдается резкая деградация окружающей среды. Экосистемы природы уничтожаются с невероятной скоростью, ранее неведомой в истории Земли. Природные экосистемы изменяются со скоростью и масштабом, которые редко наблюдались за всю историю Земли. Это также усугубляет нехватку продовольствия, поскольку урожайность сельскохозяйственных культур в некоторых регионах падает почти на треть, а цены на некоторые культуры более чем удваиваются, что оказывает разрушительное воздействие на бедные слои населения мира.

Городское население, которое в 2010 году составляло 3,5 миллиарда человек, теперь выросло почти до 5 миллиардов. Нехватка ресурсов, экономические и политические факторы, энергозатраты и растущие экологические проблемы вынуждают людей переселяться во всё более многолюдные и густонаселенные районы. Многие города сливаются, образуя огромные разросшиеся мегаполисы с сотнями миллионов людей. В некоторых странах кол-во городских жителей доходит до 90%.

Вся эта экспансия оказывает серьезное влияние на окружающую среду. В дополнение к городам были построены новые сети автомобильных, железнодорожных и коммунальных сетей, пересекающие ландшафт и прорезающие основные зоны дикой природы. То, что раньше было охраняемыми территориями, теперь открывается для эксплуатации ресурсов и производства продовольствия. В этот период многие виды животных переклассифицируются как находящиеся под угрозой исчезновения в результате вторжения человека, загрязнения окружающей среды и разрушения среды обитания.

Ускорение масштабов этих и других проблем ведет к быстрому переходу от традиционных видов ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. Достижения в области нанотехнологий привели к значительному улучшению солнечной энергетики. В некоторых странах, таких как Япония, фотоэлектрические материалы добавляются почти в каждое новое здание. Энергоснабжение в целом становится все более локализованным и эффективным. Этот переход создает все большую нагрузку для компаний, работающих на ископаемом топливе, поскольку доказанные запасы нефти, угля и природного газа намного превышают установленный “безопасный” предел для того, что может быть сожжено. Поскольку большая часть резервов уже была учтена в рыночной стоимости этих организаций, теперь они сталкиваются с перспективой огромных финансовых потерь. В ответ на это многие компании изо всех сил борются против дальнейшего регулирования.

Ещё одна проблема, с которой сталкиваются правительства развитых стран – это старение населения, поскольку с 2000 года наблюдается увеличение количества пенсионеров вдвое. Люди проживают более долгие, здоровые жизни. В связи с увеличением нагрузки на государственный пенсионный бюджет, общая величина дохода на душу пенсионера падает. Возраст выхода на пенсию увеличивается: ​​в Америке, Азии и большинстве европейских стран многие сотрудники вынуждены работать до возраста 70 лет и выше. Уровень стресса для среднего гражданина продолжает расти, пока мир адаптируется ко всем происходящим кризисам.

More…

Разрушительное воздействие нефтяных кризисов предыдущих десятилетий наряду с постоянным увеличением спроса на электроэнергию со стороны растущих населения и промышленности привело к огромной нагрузке мировые электрические сети. В наиболее пострадавших регионах происходят частые отключения электроэнергии, и потребители во всем мире начинают более сознательно относится к использованию энергии и принимают меры по контролю или сокращению ее потребления. Ситуация усугубляется использованием во многих странах относительно древней инфраструктуры. Большая часть электрических сетей в начале 21-го века были очень старыми и неэффективными: более 50% электроэнергии терялось в процессе ее производства, передачи и использования. Наложение множества деловых, политических, социальных и экологических проблем вынудило правительства и регулирующие органы наконец решить эту проблему.

К 2030 году активно-адаптивные интеллектуальные электросети получают все большее распространение в развитых странах мира. Главным их преимуществом является оптимальный баланс спроса и производства. Традиционные электросети раньше основывались на системе поставки «точно в срок», где поставки постоянно регулируются для того, чтобы удовлетворить спрос. Сейчас эта проблема устраняется за счет широкого спектра датчиков и автоматизированных устройств контроля, встроенных в энергосеть. Этот подход уже применялся в небольших масштабах в виде смарт-счетчиков для индивидуальных домов и офисов. К 2030 году эта технология охватит энергосети целых стран.

Электростанции теперь поддерживают постоянную связь в режиме реального времени со всеми жителями и предприятиями. Если мощности не хватает, бытовая техника может самостоятельно мгновенно снизить потребление энергии, вплоть до полного самоотключения при нахождении в режиме ожидания. Поскольку балансировка спроса и производства в настоящее время производится в режиме реального времени и автоматически внутри самой энергосети, это значительно снижает потребность в дополнительных «пиковых» электростанциях. В случае наличия какого-либо пробела в поставках, вычислительные алгоритмы определяют точные объемы требуемой поставки и включают дополнительные генераторы автоматически.

Компьютеры также помогают сгладить пики и спады спроса на электроэнергию и приспособиться к ним. Датчики в энергосети позволяют определить, где и когда потребление является самым высоким. Со временем производство может автоматически настраиваться в соответствии с прогнозируемым ростом и падением спроса. Смарт-счетчики могут затем приспосабливаться к любым расхождениям. Еще одно преимущество этого подхода позволяет поставщикам энергии поднять цены на электроэнергию в периоды высокого потребления, что помогает выравнивать пики. Таким образом, сеть в целом становится более надежной, так как уменьшается количество переменных, которые должны быть учтены.

Еще одно преимущество активно-адаптивных интеллектуальных сетей – возможность осуществления двунаправленного потока. В прошлом электропередача происходила только в одном направлении. Сегодня с распространением таких средств локального производства электроэнергии, как фотоэлектрические панели и топливные элементы, производство энергии стало гораздо более децентрализованным. Активно-адаптивные интеллектуальные сети учитывают также те дома и предприятия, которые могут добавлять свои собственные избытки электроэнергии в систему, позволяя передавать энергию через линии электропередач в обоих направлениях.

Подобная тенденция перераспределения и локализации делает крупномасштабные возобновляемые источники энергии более жизнеспособными, так как теперь энергосеть адаптирована к таким прерывистым мощностям, как солнечная и ветровая. Помимо этого интеллектуальные сети имеют множество каналов полноценной передачи. Таким образом, если повреждение линии передачи вызывает отключение электроэнергии, датчики мгновенно находят поврежденный участок, в то время как электроэнергия перенаправляется в отключенный район по другому каналу. Больше нет необходимости исследовать несколькими бригадами многочисленные трансформаторы, чтобы обнаружить местоположение проблемы, и в результате количество отключений электроэнергии уменьшается. Это также предотвращает «эффект домино», приводящий к веерному отключению электроэнергии.

More…

Сочетание все более частых и сильных засух, старения инфраструктуры и истощения подземных водоносных хранилищ представляет в настоящее время угрозу для миллионов людей во всем мире. Продолжающийся рост населения только усугубляет этот процесс, глобальные запасы пресной воды находятся на пределе. Это приводит к быстрому распространению технологии опреснения воды.

Идея удаления соли из соленой воды была описана ещё в 320 г. до нашей эры. В конце 1700-х опреснение было применено военным флотом США, используя солнечные дистилляторы, встроенные в судовые печи. Однако только в 20-м веке опреснение стало применяться в промышленных масштабах с использованием многоступенчатой дистилляции и обратноосмотических мембран. Для этого может использоваться вторичное тепло, возникающее при сжигании ископаемого топлива или атомные электростанции, но даже в этом случае опреснение остается непомерно дорогим, неэффективным и очень энергоемким.

К началу 21-го века мировой спрос на ресурсы рос в геометрической прогрессии. По оценкам ООН, к 2030 г. человечеству потребуется на 30% больше пресной воды, чем было необходимо в 2012. Исторически сложившиеся темпы роста эффективности опреснения больше не в состоянии идти в ногу с быстро увеличивающимся населением, что также усугубляется последствиями изменения климата.

Новые методы опреснения рассматривались в качестве возможного решения этого кризиса; ряд прорывных методов возник в 2000-х и 2010-х годах. Одним из таких методов, особенно полезным в засушливых регионах, стало использование концентрированных фотоэлектрических (КФЭ) элементов для гибридного производства электричества и воды. В прошлом, использование этих систем затруднялось высокими температурами, что делало эти элементы неэффективными. Эта проблема была преодолена с помощью заполненных водой микроканалов, обеспечивающих охлаждение элементов. Помимо увеличения эффективности самих элементов, горячие сточные воды могут быть повторно использованы для опреснения. Этот комбинированный процесс позволяет снизить стоимость и расход энергии, что делает его широкомасштабное применение более целесообразным.

Эта, а также другие инновационные технологии благодаря огромным инвестициям привели к существенному росту опреснения по всему миру. Эта тенденция была особенно заметна на Ближнем Востоке и в других экваториальных районах, где имеется наибольшая концентрация солнечной энергии и самый быстрорастущий спрос на воду.

Бангкок, с населением более 12 миллионов человек, погружался под воду в течение десятилетий. К началу 2030-х годов, он сталкивается с катастрофой эпических масштабов, причем большая часть города теперь пустует.

Это произошло по различным причинам. Прежде всего, город был построен на глине. Первоначально это была просто болотистая береговая линия, но сегодня там находятся небоскребы, магистрали. Огромная масса всего этого бетона и исчезла из-за мягкой глины под ними, все эти сооружения погружались в почву на 5.3 см в год. К 2010 году часть мегаполиса уже была под уровнем моря, и эта ситуация будет только ухудшаться в последующие десятилетия.

Незаконный отбор подземных вод стал еще одним важным фактором. Многие из жителей города постоянно откачивали подземные воды – как для собственных нужд, так и для продажи в качестве товара – удаление природного слоя приводит к дальнейшей дестабилизации почвы.

Повышение уровня моря из-за глобального потепления был еще один фактор эрозии береговой линии со скоростью 4 см в год, в то время как увеличение интенсивности муссонных дождей привёл к более длительным и разрушительным наводнениям.

Взрывной рост Бангкока в последние десятилетия (что делает его одним из наиболее быстро растущих мест в Юго-Восточной Азии) нанес серьезный удар по инфраструктуре города. Участки земли, которые в начале 20-го века были использованы для покрытия паводковых вод, были превращены в обширные пригороды и деловые районы. Каналы были заполнены, чтобы освободить место для быстрой урбанизации устья реки Чао Прайя. Вес город рос и рос, до той точки, где был мягкий грунт, который просто не мог больше поддерживать его.

К началу 2030-х годов, большая часть мегаполиса стала значительно ниже уровня моря. Работа правительства в течение этого времени оказалась недостаточной, ведь из-за отсутствия четкой политики ничего особого не было предпринято, чтобы изменить сложившуюся ситуацию, а из-за увеличения эрозии берега все просто начало рушиться. Снижение города, вместе с повышением уровня моря (на 20 см выше, чем в 2000), привело к тому, что целые районы Бангкока были просто затоплены. Более миллиона зданий, большинство которых жилые, оказались непригодными для проживания, заставляя их обитателей переезжать дальше  вглубь страны.

Многие районы, которые еще не в полной мере затоплены, были также эвакуированы, а результаты потопов оказались слишком разорительными для многих. Строятся трущобы и лагеря для беженцев за пределами города, в то время как правительство пытается урегулировать ситуацию. Таиланд в целом пострадает в результате такого огромного перемещения населения. Политические, экономические и социальные потрясения в этих регионах оказывают значительное влияние на мировой уровень ВВП.

Предпринимаются усилия для сохранения многочисленных исторических памятников и артефактов Бангкока, некоторые храмы перемещены внутрь и реконструируются в полном объеме. Из-за масштабов этого бедствия, тем не менее, многое было потеряно.

В ближайшие годы, ситуация в Бангкоке будет только ухудшаться, поскольку город все больше и больше будет подвержен наводнениям. К концу этого столетия, весь город будет затоплен.

More…

Свинец является одним из элементов группы углерода с высокой плотностью, податливостью, мягкостью и пластичностью. Металлический свинец относительно редко встречается в земной коре, и поэтому, как правило, производится из цинка, серебра и медных руд. Как и серебро, свинец люди использовали на протяжении тысяч лет. Он широко использовался в Римской империи и сыграл большую роль в промышленной революции. Мировое производство свинца удвоилось с 1850 по 1900 гг., и снова удвоилось с 1900 по 1950 года, а затем еще раз удвоилось с 1950 по 2000 год.

Благодаря своей высокой плотности, он часто используется в качестве противовеса или балласта, а также для радиационной защиты. Он также используется для огнестрельного и другого оружия. Большая часть свинца используется в производстве автомобильных аккумуляторов и т.п., а также в электродах и проводах высокого напряжения. Основными производителями являются Китай, Австралия, США, Канада и Казахстан.

Он также является ведущим загрязнителем и может быть опасен для здоровья человека, будучи использован в красках и топливе. С 18 по 21 века, экологические уровни воздействия свинца увеличились более чем в 1000 раз. В отношении числа людей, подвергшихся его влиянию на здоровье, он стала одной из крупнейших экологических проблем медицины. Хотя с 1970-х началось сокращение содержания свинца в продукции и значительное сокращение вывоза в развитые страны мира, во многих развивающихся странах по-прежнему разрешено его использование.

К началу 2030-х годов, большинство запасов свинца исчерпано. Большая часть недавнего увеличения спроса пришла из растущего автомобильного сектора Китая. Потому что половина поставок идет из переработанных отходов, улучшение программ утилизации могут привести к росту спроса в краткосрочной перспективе. К счастью, у свинца имеются готовые альтернативы: цинк, медь, железо и вольфрам. Тем не менее, некоторые из этих металлов в скором времени тоже начнут  исчезать, требуя производства искусственных заменителей. Из-за этого в 2030-х годах ведется ускорение глобальных усилий по утилизации в целях предотвращения дефицита ресурсов.

More…

В настоящее время шоколад стал редким и дорогим, как икра, стоимость одной плитки шоколада составляет $10-15.

Засуха, истощение почвы и снижение урожайности в Африке – там, где производится две трети какао в мире – привели к резкому росту цен. Какао также конкурирует на сельскохозяйственном пространстве с другими товарами, как пальмовое масло, которое становится все более востребованным для производства биотоплива.

Низкооплачиваемая работа и плохие условия труда также немаловажный фактор. Многие молодые фермеры теперь покидают свои земли и отправляются в города в поисках лучшей и более высокооплачиваемой работы.

More…

В традиционном сельском хозяйстве, во всех основных зерновых культурах были «ежегодные», или недолго живущие насаждения, выращиваемые в качестве однолетников – выживающие всего за один вегетационный период. Они отмирают после уборки урожая, а затем на их месте необходим совершенно новый посев. Это требует огромного количества топлива, минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов, вызывающих эрозию, подкисление почвы, нарушая оба цикла азота и углерода.

Между 1600 и 2000 годами Соединенные Штаты потеряли примерно треть своей почвы. Во всем мире усиление эрозии почвы подвело почти миллиард людей к крайней черте, подвергая к огромному риску выживания в начале 21-го века. Более четверти Земной поверхности, были преобразованы для использования в сельском хозяйстве. С 1950 года переустроено больше земли, чем за предыдущие 150 лет. Эта ситуация усугубляется в результате быстрого роста населения, спрос на мясные продукты в странах с развивающейся экономикой, стремительный рост производства биотоплива, наряду с изменением климата и пик загрязнения почвы фосфором маячит на горизонте.

Генная инженерия возникла как важный инструмент управления растениеводства. Благодаря наиболее заметному достижению, произошедшему в 2017 году, когда проект BioCassava Plus получил одобрение регулирующих органов, давший огромный толчок развитию сельского хозяйства в Африке, к началу 2030-х годов последовал еще больший прорыв – многолетние виды пшеницы и кукурузы стали прибыльными после многих лет развития.

Многолетние злаковые культуры производят революцию в сельском хозяйстве. Они растут непрерывно в течение двух и более лет, являются гораздо более эффективными, чем традиционные однолетние культуры, требуют меньше топлива, минеральных удобрений, гербицидов и пестицидов. Они могут хранить больше углерода, поддерживать улучшение качества почвы и содержания воды, лучше управлять питательными веществами, благодаря их глубокой корневой системе.

Расшифровка генетического кода хлебной пшеницы в начале 2010-х годов помогла проложить путь к новому поколению многолетних культур. Темпы роста урожайности пшеницы, находясь в упадке начиная с 1980 года, теперь снова начали увеличиваться. Однако, сельское хозяйство столкнется с новыми проблемами позже в этом десятилетии, так как последствия изменения климата начнут заметно расти.

More…

К этому времени 4-е поколение атомных электростанций являются коммерчески возможным. Они используют систему небольших шариков, а не больших топливных стержней. Они представляют собой значительное улучшение системы работы по сравнению с предыдущими поколениями, по следующим причинам:

• Физически невозможно появление беглых цепных реакций, как это случилось с Чернобылем. Однако, человек всё равно будет продолжать делать ошибки, что может приводить к катастрофам.
• Урановое топливо составляет 9%. Это делает невозможным его использование в качестве ядерного оружия в террористических целях.
• Ядерные отходы гораздо проще утилизировать.
• Они очень экономичны. Электричество может генерироваться дешевле, чем при использовании нефти или газа, даже несмотря на то, что вывод из эксплуатации таких станций приводит к большим расходам.

По этим причинам, атомная энергетика становится доходным бизнесом. Китай и Индия, в частности, воспользовались этим расширенным источником питания.

Солнечная и ветровая энергия имеют лучший долгосрочный потенциал, однако, только в случае прекращения добычи урана.

More…

Усыхание ясеней, вызванное грибком Chalara fraxinea, привело к исчезновению огромного количества деревьев с середины 1990-х годов, особенно в восточной и северной Европе. До 90% ясеней пострадали в Дании. Грибок был впервые научно описан в 2006 году.

Он был обнаружен в Великобритании в 2012 году, первоначально только на импортных саженцах, но уже в октябре того же года он был найден на деревьях на двух участках лесопосадок в регионе Восточной Англии. Это произошло, несмотря на ясные предупреждения экологов и лесников о том, что импорт саженцев с континента в случае заражения должен быть запрещен.

Несмотря на усилия по сдерживанию заболевания, остановить его было невозможно. Через несколько недель Chalara fraxinea был обнаружен в десятках других мест. В течение следующих двух десятилетий грибок распространился по всей стране, уничтожив большинство из 90 миллионов ясеней в Великобритании.

Многие виды растений, птиц и других животных, выживание которых зависело от этих деревьев, также исчезли, в то время, когда их число и так резко снижалось. Ясень участвовал в формировании значительной части лесов Великобритании – жуткое молчание воцарилось во многих областях сельской местности, где с пение птиц и звуки других диких животных становятся все реже.

More…