مشكلة الطاقة لدى الانسان وطرق حلها

2024 مؤلف: Howard Calhoun | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-17 10:18

مشكلة الطاقة للبشرية كل عام تزداد انتشارا. ويرجع ذلك إلى نمو سكان العالم والتطور المكثف للتكنولوجيا ، مما يؤدي إلى مستوى متزايد باستمرار من استهلاك الطاقة. على الرغم من استخدام الطاقة النووية والبديلة والطاقة الكهرومائية ، يواصل الناس استخراج نصيب الأسد من الوقود من أحشاء الأرض. يعتبر النفط والغاز الطبيعي والفحم من مصادر الطاقة الطبيعية غير المتجددة ، والآن تم تخفيض احتياطياتها إلى مستوى حرج.

بداية النهاية

بدأت عولمة مشكلة الطاقة للبشرية في السبعينيات من القرن الماضي ، عندما انتهى عصر النفط الرخيص. أدى النقص والارتفاع الحاد في أسعار هذا النوع من الوقود إلى أزمة خطيرة في الاقتصاد العالمي. وعلى الرغم من انخفاض تكلفتها بمرور الوقت ، إلا أن الأحجام آخذة في الانخفاض بشكل مطرد ، وبالتالي فإن مشكلة الطاقة والمواد الخامالإنسانية تزداد حدة.

على سبيل المثال ، فقط في الفترة من الستينيات إلى الثمانينيات من القرن العشرين ، كان الحجم العالمي لإنتاج الفحم 40٪ ، والنفط - 75٪ ، والغاز الطبيعي - 80٪ من الحجم الإجمالي لهذه الموارد يستخدم منذ بداية القرن

على الرغم من حقيقة أن نقص الوقود بدأ في السبعينيات واتضح أن مشكلة الطاقة مشكلة عالمية للبشرية ، إلا أن التوقعات لم تنص على زيادة استهلاكها. كان من المخطط أن يزداد حجم استخراج المعادن بحلول عام 2000 3 مرات. في وقت لاحق ، بالطبع ، تم تقليص هذه الخطط ، ولكن نتيجة الاستغلال المفرط للموارد التي استمرت لعقود ، فقد ولت عمليًا اليوم.

الجوانب الجغرافية الرئيسية لمشكلة الطاقة للبشرية

أحد أسباب النقص المتزايد في الوقود هو تفاقم ظروف استخراجه ، ونتيجة لذلك ، ارتفاع تكلفة هذه العملية. إذا كانت الموارد الطبيعية موجودة على السطح قبل بضعة عقود ، فعلينا اليوم أن نزيد باستمرار من عمق المناجم والغاز وآبار النفط. تدهورت بشكل ملحوظ بشكل ملحوظ ظروف التعدين والظروف الجيولوجية لوجود موارد الطاقة في المناطق الصناعية القديمة في أمريكا الشمالية وأوروبا الغربية وروسيا وأوكرانيا.

نظرًا للجوانب الجغرافية لمشاكل الطاقة والمواد الخام للبشرية ، يجب القول أن حلها يكمن في توسيع حدود الموارد. بحاجة إلى تعلم جديدالمناطق ذات الظروف الجيولوجية والتعدين الأخف. وبالتالي ، يمكن تقليل تكلفة إنتاج الوقود. ومع ذلك ، يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن كثافة رأس المال الإجمالية لاستخراج موارد الطاقة في أماكن جديدة عادة ما تكون أعلى من ذلك بكثير.

الجوانب الاقتصادية والجيوسياسية لمشاكل الطاقة والمواد الخام للبشرية

أدى استنزاف احتياطيات الوقود الطبيعي إلى منافسة شرسة في المجالات الاقتصادية والسياسية والجيوسياسية. تعمل شركات الوقود العملاقة في تقسيم موارد الوقود والطاقة وإعادة توزيع مجالات النفوذ في هذه الصناعة ، مما يؤدي إلى تقلبات ثابتة في الأسعار في السوق العالمية للغاز والفحم والنفط. عدم استقرار الوضع يفاقم بشكل خطير مشكلة الطاقة للبشرية.

أمن الطاقة العالمي

بدأ استخدام هذا المفهوم في بداية القرن الحادي والعشرين. تنص مبادئ استراتيجية مثل هذا الأمن على إمدادات طاقة موثوقة وطويلة الأجل ومقبولة بيئيًا ، ستكون أسعارها مبررة وتناسب البلدان المصدرة والمستوردة للوقود.

لا يمكن تنفيذ هذه الاستراتيجية إلا إذا تم القضاء على أسباب مشكلة الطاقة للبشرية وتهدف التدابير العملية إلى زيادة تزويد الاقتصاد العالمي بالوقود التقليدي والطاقة من مصادر بديلة. علاوة على ذلك ، ينبغي إيلاء اهتمام خاص لتطوير الطاقة البديلة.

سياسة توفير الطاقة

خلال فترة استخدام الوقود الرخيص ، طورت العديد من دول العالم اقتصادًا كثيف الاستخدام للموارد. بادئ ذي بدء ، لوحظت هذه الظاهرة في الدول الغنية بالموارد المعدنية. وتصدر القائمة الاتحاد السوفيتي والولايات المتحدة الأمريكية وكندا والصين وأستراليا. في الوقت نفسه ، كان حجم استهلاك الوقود المكافئ في اتحاد الجمهوريات الاشتراكية السوفياتية أكبر بعدة مرات مما هو عليه في أمريكا.

هذه الحالة تطلبت التعجيل بإدخال سياسات توفير الطاقة في القطاعات المحلية والصناعية والنقل وغيرها من قطاعات الاقتصاد. مع الأخذ في الاعتبار جميع جوانب مشاكل الطاقة والمواد الخام للبشرية ، بدأ تطوير وتنفيذ التقنيات التي تهدف إلى تقليل كثافة الطاقة المحددة للناتج المحلي الإجمالي لهذه البلدان ، وتم إعادة بناء الهيكل الاقتصادي بأكمله للاقتصاد العالمي.

النجاحات والفشل

تم تحقيق أبرز النجاحات في مجال الحفاظ على الطاقة من قبل الدول المتقدمة اقتصاديًا في الغرب. في السنوات الخمس عشرة الأولى ، تمكنوا من تقليل كثافة استخدام الطاقة في الناتج المحلي الإجمالي بنسبة الثلث ، مما أدى إلى انخفاض حصتهم في استهلاك الطاقة العالمي من 60 إلى 48 في المائة. حتى الآن ، يستمر هذا الاتجاه ، مع نمو الناتج المحلي الإجمالي في الغرب بما يفوق استهلاك الوقود المتزايد.

الوضع أسوأ بكثير في وسط وشرق أوروبا والصين وبلدان رابطة الدول المستقلة. كثافة الطاقة في اقتصادهم تنخفض ببطء شديد. لكن قادة مكافحة التصنيف الاقتصادي هم من البلدان النامية. على سبيل المثال ، في معظم البلدان الأفريقية والآسيويةتتراوح خسائر الوقود المصاحب (الغاز الطبيعي والنفط) من 80 إلى 100 بالمائة.

حقائق وآفاق

مشكلة الطاقة للبشرية وطرق حلها اليوم تهم العالم كله. لتحسين الوضع الحالي ، يتم إدخال العديد من الابتكارات التقنية والتكنولوجية. من أجل توفير الطاقة ، يتم تحسين المعدات الصناعية والبلدية ، ويتم إنتاج سيارات أكثر كفاءة في استهلاك الوقود ، وما إلى ذلك.

من بين تدابير الاقتصاد الكلي الأولية التغيير التدريجي في هيكل استهلاك الغاز والفحم والنفط مع احتمال زيادة حصة موارد الطاقة غير التقليدية والمتجددة.

لحل مشكلة الطاقة البشرية بنجاح ، من الضروري إيلاء اهتمام خاص لتطوير وتنفيذ تقنيات جديدة بشكل أساسي متوفرة في المرحلة الحالية من الثورة العلمية والتكنولوجية.

صناعة الطاقة النووية

من أكثر المجالات الواعدة في مجال إمداد الطاقة الطاقة النووية. في بعض البلدان المتقدمة ، تم بالفعل تشغيل الجيل الجديد من المفاعلات النووية. يناقش العلماء النوويون مرة أخرى بنشاط موضوع المفاعلات التي تعمل بالخلايا العصبية السريعة ، والتي ، كما كان متصورًا ذات مرة ، ستصبح موجة جديدة وأكثر كفاءة من الطاقة النووية. ومع ذلك ، تم إيقاف تطويرها ، ولكن الآن أصبحت هذه المشكلة ذات صلة مرة أخرى.

باستخدام مولدات MHD

التحويل المباشر للطاقة الحرارية إلى كهرباء بدون استخدام الغلايات البخارية والتوربيناتأداء المولدات المغناطيسية الديناميكية. بدأ تطوير هذا الاتجاه الواعد في أوائل السبعينيات من القرن الماضي. في عام 1971 ، تم إطلاق أول MHD تجريبي صناعي بسعة 25000 كيلو وات في موسكو.

المزايا الرئيسية للمولدات المغناطيسية الديناميكية هي:

• كفاءة عالية
• بيئي (لا توجد انبعاثات ضارة في الغلاف الجوي) ؛
• بداية فورية.

مولد توربيني مبرد

مبدأ تشغيل المولد المبرد هو أن الجزء المتحرك يتم تبريده بواسطة الهيليوم السائل ، مما ينتج عنه تأثير الموصلية الفائقة. تشمل المزايا التي لا جدال فيها لهذه الوحدة الكفاءة العالية والوزن المنخفض والأبعاد.

تم إنشاء نموذج أولي تجريبي للمولدات التوربينية المبردة في الحقبة السوفيتية ، وتجري الآن تطورات مماثلة في اليابان والولايات المتحدة الأمريكية ودول متقدمة أخرى.

الهيدروجين

استخدام الهيدروجين كوقود له آفاق كبيرة. وفقًا للعديد من الخبراء ، ستساعد هذه التقنية في حل أهم المشكلات العالمية للبشرية - مشكلة الطاقة والمواد الخام. بادئ ذي بدء ، سيصبح وقود الهيدروجين بديلاً لموارد الطاقة الطبيعية في الهندسة الميكانيكية. تم إنشاء أول سيارة هيدروجين من قبل شركة Mazda اليابانية في أوائل التسعينيات ؛ تم تطوير محرك جديد لها. اتضح أن التجربة كانت ناجحة تمامًا ، وهو ما يؤكد الوعد بهذا الاتجاه.

مولدات كهروكيميائية

هذه خلايا وقود تعمل أيضًا على الهيدروجين. يمر الوقود من خلالأغشية البوليمر مع مادة خاصة - محفز. نتيجة تفاعل كيميائي مع الأكسجين ، يتم تحويل الهيدروجين نفسه إلى ماء ، وإطلاق الطاقة الكيميائية أثناء الاحتراق ، والتي تتحول إلى طاقة كهربائية.

تتميز محركات خلايا الوقود بأعلى كفاءة (أكثر من 70٪) ، أي ضعف كفاءة محطات الطاقة التقليدية. بالإضافة إلى ذلك ، فهي سهلة الاستخدام وصامتة أثناء التشغيل ومتساهلة في الإصلاح.

حتى وقت قريب ، كان لخلايا الوقود نطاق ضيق ، على سبيل المثال في أبحاث الفضاء. لكن العمل الآن على إدخال المولدات الكهروكيميائية يتم تنفيذه بنشاط في معظم البلدان المتقدمة اقتصاديًا ، والتي تحتل اليابان المرتبة الأولى من بينها. تُقاس الطاقة الإجمالية لهذه الوحدات في العالم بملايين الكيلوواط. نيويورك وطوكيو ، على سبيل المثال ، لديهما بالفعل محطات طاقة تستخدم مثل هذه الخلايا ، وكانت شركة صناعة السيارات الألمانية Daimler-Benz أول من ابتكر نموذجًا أوليًا عمليًا لسيارة بمحرك يعمل على هذا المبدأ.

اندماج نووي حراري مضبوط

لعدة عقود ، أجريت البحوث في مجال الطاقة النووية الحرارية. تعتمد الطاقة الذرية على تفاعل الانشطار النووي ، وتستند الطاقة النووية الحرارية على العملية العكسية - دمج نوى نظائر الهيدروجين (الديوتيريوم والتريتيوم). في عملية الاحتراق النووي لـ 1 كجم من الديوتيريوم ، تكون كمية الطاقة المنبعثة أكبر بـ 10 ملايين مرة من تلك التي يتم الحصول عليها من الفحم. النتيجة رائعة حقًا! لذلك تعتبر الطاقة الحرارية النووية من أكثر المجالات الواعدة في حل المشاكل العالميةعجز الطاقة

توقعات

يوجد اليوم سيناريوهات مختلفة لتطور الوضع في قطاع الطاقة العالمي في المستقبل. وفقًا لبعضهم ، بحلول عام 2060 ، سيرتفع الاستهلاك العالمي للطاقة في المكافئ النفطي إلى 20 مليار طن. في نفس الوقت ، من حيث الاستهلاك ، ستتفوق الدول النامية على الدول المتقدمة.

بحلول منتصف القرن الحادي والعشرين ، يجب أن تنخفض كمية مصادر الطاقة الأحفورية بشكل كبير ، لكن حصة مصادر الطاقة المتجددة ، ولا سيما مصادر الرياح والطاقة الشمسية والطاقة الحرارية الأرضية والمد والجزر ، ستزداد.