РЕФЕРАТ
з прикладної екології
На тему: «Природні ресурси»
Зміст
1. КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ
2. СИРОВИНА
3. ЕНЕРГІЯ
4. ВТОРИННІ ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ
1. КЛАСИФІКАЦІЯ ПРИРОДНИХ РЕСУРСІВ
Природні ресурси
— це найважливіші компоненти навколишнього природного середовища, які використовують для задоволення матеріальних і культурних потреб людини. Під потребами людини розуміють потребу або нестачу в чому-небудь необхідному для підтримання життєдіяльності організму, людської особистості, соціальних груп. М. Ф. Реймерс (1994) виділяє шість основних груп потреб людини: біологічні, психологічні, етнічні, трудові, економічні, соціальні.
До потреб, що задовольняються природними ресурсами, належать біологічні, психологічні, трудові та економічні. До біологічних
належать потреби, що забезпечують виживання людини та збереження її здоров'я. Вони включають велику кількість різних факторів природного середовища: тепловий, радіаційний, магнітохвильовий комфорт; склад води й повітря, які не призводять до фізіологічних аномалій тощо. До фізіологічних потреб належать: збалансована за енергетичною цінністю та хімічним складом їжа, повітря, вода та ін. До психологічних
потреб належать ті, що зумовлюють душевний спокій людини з урахуванням факторів зовнішнього середовища (комфортність житла, стан погоди, звуки, світло, випромнювання тощо).
Трудові
потреби людини забезпечують еколого-соціально-економічну адаптацію людини до умов природного й соціального середовищ з урахуванням її індивідуальних уподобань і сімейно-традиційних передумов. Природні умови та природні ресурси є одними з об'єктів і передумов прикладання праці.
Економічні
потреби — це група потреб людини для матеріального забезпечення її існування (їжею, одягом, житлом, предметами вжитку, знаряддями праці, рекреації, джерелами інформації тощо).
Природні ресурси, які використовують для задоволення потреб людського суспільства (ресурси рослинного й тваринного світу, земельні, водні, реакраційні та ін.), досить різноманітні, як і можливості їх застосування в господарстві та побуті. Згідно з законом обмеженості природних ресурсів,
усі природні ресурси в умовах Землі вичерпні. їх поділяють на дві великі групи — невичерпні і вичерпні, які, в свою чергу, поділять на невідновні та відновні: Оскільки відтворення відновних природних ресурсів відбувається повільніше, ніж їх споживання, з одного боку, а невідновні ресурси перетворюються на форми, непридатні для подальшої експлуатації через значну розсіяність потрібних елементів або нову хімічну структуру, — з іншого, то відбувається вичерпність багатьох природних ресурсів.
Ще до недавнього часу людство вважало природні ресурси невичерпними, а тому прагнуло взяти від природи якнайбільше, нічого не віддаючи. Нині переконалися, що практично невичерпних ресурсів, крім сонячної енергії та космічного випромінювання, теплоти земних надр, сил гравітації та обертання Землі, енергії вітру, припливів і талої води, у природі більше не існує. Умовно невичерпними
поки що, на даному етапі розвитку суспільства, можна вважати загальні запаси кисню в атмосфері та води в гідросфері. Однак через нерівномірний розподіл та антропогенне забруднення вже нині в окремих районах Землі відчувається гостра їх нестача, особливо чистої питної води.
Вичерпні
— це ресурси, кількість яких невпинно зменшується відповідно до їх добування або вилучення з природного середовища. їх, у свою чергу, поділяють на відновні (чисте повітря, вода, родючі ґрунти, рослинність, тваринний світ) і невідновні (мінеральні ресурси). Мінеральна сировина належить до невідновних ресурсів, і найголовніші з них (вугілля, нафта, природний газ, залізо, манган, поліметали) нині вичерпані або майже вичерпані.
У господарській діяльності ресурси поділяють щодо використання їх у сфері матеріального виробництва та невиробничій сфері. Ресурси матеріального виробництва — це промислові і сільськогосподарські. Ресурси невиробничої сфери — це ресурси прямого й непрямого споживання. З практичною метою ресурси кожного класу поділяють на дрібніші групи. Так, промислові ресурси — на енергетичні (нафта, вугілля, природний газ), ресурси для металургійної промисловості (залізна, манганова, титанова руди тощо), сировину для одержання предметів безпосереднього споживання (деревина) та продуктів харчування (гриби, фрукти, ягоди та інші дари ланів, садів, городів і лісів).
Біосфера Землі є замкненою системою з відносно сталою масою і обмінюється з космічним простором лише енергією. Тому людство має враховувати її здатність самовідтворювати свою біопродуктивність та вичерпність запасів невідновних ресурсів. Потрібно економно і раціонально використовувати природні ресурси, свідомо відмовившись від надлишків. Подальший розвиток життя на Землі залежить від наявності природних ресурсів, простору для життя і об'єктів для задоволення культурних та інших потреб.
.
2. СИРОВИНА
Сировина
— це природні ресурси, які використовують у виробництві промислових продуктів. Вона є одним з основних компонентів технологічного процесу, який значною мірою визначає технологію виробництва, його економічність, якість продукту та екологічне навантаження на навколишнє природне середовище. У разі, коли вихідним матеріалом виробництва є сировина, яка вже зазнала промислової переробки, її називають напівфабрикатом.
Як сировину використовують також відходи та побічні продукти інших виробництв.
За походженням сировину поділяють на мінеральну, рослинну і тваринну. Близько 70 % світової промислової продукції виробляють з мінеральних копалин, які видобувають з надр. За агрегатним станом розрізняють тверду
(руда, вугілля), рідку
(нафта, розсоли) і газоподібну
(атмосферне повітря, природний газ) сировину. Мінеральну сировину, в свою чергу, поділяють на. рудну, нерудну
і горючу
(органічну). Рудною мінералЬною сировиною
називають гірські породи або мінеральні агрегати, які містять метали, що можуть бути економічно вилучені в технічно чистому вигляді. Домішки в рудах, які не використовують у виробництві для отримання продуктів, називають пустою породою.
Нерудною {неметалевою)
називають усю неорганічну сировину, яку використовують у виробництві хімічних, будівельних та інших неметалічних матеріалів, але яка не є джерелом добування металів. Горюча мінеральна сировина,
тобто органічні копалини — вугілля, торф, нафта, сланці тощо — використовується як енергетичне паливо і як хімічна сировина.
Мінеральні ресурси належать до невідновних і характеризуються рудним резервом,
під яким розуміють мінеральний матеріал, придатний для розробки в даний час. Резерви поділяють на визначені, передбачувані і прогнозовані. Визначені
— це резерви,
обсяг яких обчислено на підставі геологічної розвідки. Передбачувані
—резерви,
обсяг яких визначено шляхом екстраполяції даних геологічної розвідки. Прогнозовані
— резерви,
кількісна оцінка яких ґрунтується на геологічному характері родовища.
Показником виснаження ресурсів є видобуток на душу населення, який розраховують шляхом ділення загальної кількості видобутих ресурсів на чисельність населення країни або світу (світові запаси). Світові витрати ресурсів розподілені нерівномірно і їх можна характеризувати індексом використання ресурсів
(ІВР) — коефіцієнтом витрати резервів за рік. Використання більшості металів становить 0,4—-6 %. Якщо ІВР якогось металу становить 5 %, то його запаси будуть виснажені протягом 100 : 5 = 20 років. Найбільшу тривалість «життя» серед металів мають залізо — 177, алюміній — понад 200 і титан понад 300 років, найменше — золото, олово, свинець — близько 20 років, срібло — 14 років.
За ІВР ресурси поділяють на групи:
1) ресурси з великою швидкістю виснаження — ІВР >1,7 % (золото, срібло, ртуть, олово, свинець, цинк, уран, мідь, стибій, вольфрам та ін.);
2) ресурси з малою швидкістю виснаження — ІВР <1,3 % (молібден, нікель, титан, залізо, манган, кобальт, хром, алюміній та ін.).
Запаси руд у багатих родовищах на верхніх горизонтах Землі майже вичерпані. Нині видобувають бідніші руди (з меншим вмістом металів, родовища яких залягають на більшій глибині і в складніших геологічних умовах).
Подовжити термін використання мінеральних ресурсів можна прискоренням пошуку нових родовищ, вдосконаленням технології видобутку руд, економічною та раціональною переробкою сировини, повторним використанням металів (переробка брухту) та пошуком замінників металів.
Балансові запаси залізних руд в Україні становлять 2 млрд т. Загальна кількість манганових руд — близько 2 млрд т, що становить 66 % світових запасів. На території країни є поклади хроміту, силікатів, уранових, нікелевих, титанових руд, ртуті, олова тощо. До нерудних належать родовища графіту — найбільші в Європі, фосфоритів, солей, доломітів, вогнетривких глин, пісків, кам'яних будматеріалів — граніту, мармуру, вапняку і крейди. В Україні зосереджені найбільші поклади каолінових глин для фарфоро-фаянсової та інших галузей промисловості.
Значним і поки що невикористаним резервом природних ресурсів є Світовий океан. Вже нині з морської води добувають калій, магній, бром, йод, кухонну сіль тощо. Геологи вважають, що в океанах більше, ніж на суші: мангану в — 1,5 раза, нікелю — в 3, кобальту — в 30 разів. У США, Бразилії, Австралії та інших країнах з берегових моноцитових пісків добувають цирконій, титан і рідкісноземельні елементи. Розробляється технологія добування золота з морської води. У Червоному морі з розсолів починають добувати срібло. Біля островів Японії з морського дна видобувають вугілля й залізну руду.
Дно океану на досить значних площах покрите залізомангановими конкреціями, в яких міститься 25 % мангану, 10—15 % заліза та близько 30 % інших елементів: міді — 1,9 %, кобальту — 1,5 %, нікелю — 2 % тощо. Останнім часом в придонних осадах виявлено промислові запаси газогідратів. Світовий океан є великою коморою природних ресурсів рослинного й тваринного походження (водоростей, риби, молюсків, ракоподібних тощо).
3. ЕНЕРГІЯ
Енергія
— це загальна міра руху при всіх матеріальних процесах і видах взаємодій. Які б процеси не відбувалися, які б перетворення форм руху не здійснювалися, завжди загальна кількість енергії залишається незмінною. Відповідно до закону збереження й перетворення енергії, вона за будь-яких процесів в ізольованій системі зберігається, перетворюючись лише в чітко певній кількості з одного виду на інший.
Джерелом енергії на Землі є сонячне випромінювання, кінетична енергія обертання планети Земля та її супутника Місяця і енергія земних надр. Кінетична енергія виявляється в морських припливах. Енергія земних надр підтримується розпадом урану і торію. Сонячна енергія виникає в результаті термоядерного перетворення водню на гелій і надходить на Землю у вигляді променистої енергії з довжиною хвиль 0,3—2,0 мкм. На поверхню атмосфери нашої планети постійно надходить потік енергії в кількості 8,09 Дж/см2
за 1 хв. Ця величина відхиляється від середнього значення на 0,1—0,2 %. Річний потік сонячної енергії на Землю становить 10 500 МДж/м2
, 40 % якої відбивається в космічний простір, 15 % поглинається атмосферою, 20 % витрачається на підтримання геологічного циклу, 0,06 % — на фотосинтез. В атмосфері основну кількість променистої енергії поглинає водяна пара, в гідросфері — вода, а в літосфері — гірські породи і ґрунт.
Поглинута біосферою сонячна радіація витрачається на здійснення роботи для забезпечення процесів життєдіяльності рослинного й тваринного світу та людського суспільства, частково розсіюється в космічний простір. Основні перетворювачі енергії в біосфері — живі організми. Рослини та земна поверхня поглинають енергії в середньому 5000 МДж/м2
за рік. Перенесення енергії в живій речовині біосфери характеризується низькою ефективністю. Перенесення від продуцентів до консументів І порядку становить 10 %, а від консументів І порядку до II— 20 %.
Для організації матеріального виробництва людина також використовує
На початку 80-х років щорічне споживання енергії в світі наблизилось до 10 млрд т умовного палива (близько 2 т на людину). Доступного для добування вуглецю є 10—20 тис. млрд т. Якщо поділити величину резервів вуглецевого палива на видобуток, то нафти вистачить на 30—35 років, вугілля — на 200, газу — на 40—50 років.
Нині енергетичний потенціал Землі становить 1 млн МВт, надходження сонячної енергії — 173 000 ТВт. На початок XXIст. очікується зростання енергетичного потенціалу до 100 тис. ТВт, що наближає нас до критичної межі, бо може призвести до перегрівання Землі. Нині в Україні виробляють 278,7 млрд кВт • год електроенергії.
На перших етапах свого розвитку людство задовольнялося в основному сонячною енергією. Більше того, надлишкова частина використаної енергії відкладалася у вигляді покладів вугілля, нафти, газу і торфу. Із зростанням чисельності населення та його потреб кількість споживаної енергії зростала і людство змушене було починаючи з XVIII—XIXст. «залізти в природну комору». Воно почало використовувати спочатку деревину, потім природні запаси вугілля, нафти і газу, а також енергію води, вітру та інших природних джерел. Нині енергію добувають різними шляхами. У 1980 р. 70 % світової кількості енергії вироблено спалюванням нафти й газу, 20 % — вугілля, 3 % — гідроелектростанціями, 2 % — атомними електростанціями. Решта 5 % припадає на нетрадиційні джерела енергії. Нині одна людина споживає в Японії 1,5—5 т, у США — близько 7 т, а в країнах, що розвиваються, — 0,15—0,3 т енергії в нафтовому еквіваленті.
Усі види енергетичних ресурсів можна розподілити на первинні і вторинні. До первинних належать невідновні (нафта, вугілля, сланці, природний газ, газогідрати) та відновні (деревина, гідроенергія, енергія вітру, сонячна енергія, геотермальна енергія, торф, термоядерна енергія) енергоресурси. До вторинних енергоресурсів належать проміжні продукти збагачення і сортування вугілля, гудрони, мазут та інші залишкові продукти переробки нафти; тріски, пні, сучки, що утворились в процесі заготівлі деревини; горючі гази (доменний, коксовий); теплота відхідних газів; гаряча вода із системи опалення; відпрацьована пара силових промислових установок.
Більша частина викопних запасів органічного палива знаходиться в країнах Північної Америки (40 %) і Азії (35 %), менші запаси в Західній Європі (12 %), Африці (7 %), Південній Америці та Океанії (по 3 %). Запаси палива в надрах складаються з вугілля, нафти, газу і уранової руди. Світові запаси вугілля оцінюють у 9—11 трлн т умовного палива при видобутку понад 4,2 млрд т за рік. Запаси розвіданих родовищ вугілля становлять, млрд т: США — 430; країни СНД — 290; ФРН — 100; Австралія — 90; Англія — 50; Канада — 50; Індія — 29; Україна — 150.
Світові запаси нафти оцінюють у 840 млрд т умовного палива, з них 10 % — достовірні і 90 % — вірогідні запаси. Основним постачальником нафти на світовий ринок є країни Близького та Середнього Сходу. Вони мають 66 % світових запасів нафти, Північна Америка — 4 %, Росія — 8— 10 %. В Україні запаси нафти становлять 125 млн т; нині щороку добувають 4,9 млн т. Немає родовищ нафти в Японії, ФРН, Франції та багатьох інших країнах.
Запаси природного газу оцінюють в 300—500 трлн м3
. Найбільші запаси знаходяться в Іраку, Саудівській Аравії, Алжирі, Лівії, Нігерії, Венесуелі, Мексиці, США, Канаді, Австралії, Англії, Норвегії, Голландії. Росія має 30 % світових запасів і щороку видобуває 800—850 млрд м3
природного газу. В Україні запаси газу становлять понад 4100 млрд м3
. Крім того, є досить великі запаси горючих сланців (2 млрд т) і торфу (3,5 млрд т). До невідновних видів палива належать газогідрати (СН4
• иН2
О), родовища яких відкриті в багатьох районах світу. В Україні родовища газогідратів розташовані в Чорному морі.
Очікують, що на початок XXIст. частка атомної енергії в загальному енергозабезпеченні становитиме 15 %. В окремих країнах її частка значно вища вже нині, %: у США — 24, Франції — 65, Швеції — 40, ФРН — 25, Японії — 23, Україні — близько 40. Потреба в урані при цьому становить 135 тис. т. Запаси урану в надрах становлять понад 4 млн т, з них 50 % — достовірні. На початок 1986 р. у світі діяло 350 енергетичних реакторів загальною потужністю понад 250 млн кВт. У 1985 р. в СРСР частка АЕС у загальному обсязі виробництва електроенергії становила близько 14 %. Було побудовано 10 великих АЕС, на яких працювало 40 енергоблоків загальною потужністю 22 млн кВт, а в 1990 р. — 47 енергоблоків. В Україні нині працюють 5 АЕС.
Перспективними є реактори на швидких нейтронах. В них з урану-238 утворюється вторинне паливо — плутоній-239, причому уран використовується повністю. У звичайних реакторах на теплових нейтронах, які працюють на урані-235, уран використовується неповністю. Ведуться дослідні роботи в галузі термоядерної енергетики. В результаті термоядерної реакції, що відбувається за температури близько 100 млн градусів, атоми гідрогену перетворюються на атоми гелію. Для того щоб цей процес був стійким, таку високу температуру плазми слід витримувати впродовж 1— 2 с. Тривалість цього процесу в сучасних камерах «Токамак» сягає лише десятих часток секунди.
Згідно з прогнозом, до 2030 р. відновні джерела енергії замінять близько 2,5 млрд т умовного палива. їх частка в загальному балансі теплоти і енергії становитиме близько 8 %. Використання цих джерел енергії викликане екологічними проблемами. Ресурси відновної енергії наведені в табл. 3.2.
Крім рослин і торфу, всі інші джерела називають ще нетрадиційними. Сонячна енергія за 22 сонячних дні за сумарною потужністю еквівалентна всім запасам органічного палива на Землі. В США протягом 1984— 1988 pp. побудовані термоелектричні установки загальною потужністю 650 МВт. Термоелектричні установки меншої потужності побудовані в Іспанії та Йорданії. Вартість добутої в них енергії становить 10 центів за 1 кВт • год.
Фотоелектроенергія виробляється напівпровідниковими приладами, що перетворюють сонячне випромінювання на електричний струм. Сонячна батарея з коефіцієнтом корисної дії 12 %, площею 40 м2
, побудована на південному боці даху, здатна забезпечити всі побутові потреби в електроенергії будинку. Сонячне теплозабезпечення використовують у багатьох країнах. Тільки в США експлуатують сонячні колектори площею 10 млн м2
, що економить 1,5 млн т палива на рік.
Енергію вітру використовують при його швидкостях понад 5 м/с. В Україні освоюють виробництво вітроенергетичних установок потужністю до 1—2 МВт. Перетворення енергії вітру на електроенергію у 80-ті роки в усьому світі становило 1660 МВт.
Геотермальні теплові електростанції (ГеоТЕС) використовують як енергію природні парогідротерми, що залягають на глибині до 5 км. Цей вид енергетики достатньо інтенсивно розвивається в США, Мексиці, Італії, Японії, Росії та на Філіппінах. Потужність найбільшої ГеоТЕС, побудованої в США, становить 50 МВт.
Для виробництва електричної і теплової енергії в лісопромисловості широко використовують біомасу — енергоносій рослинного походження, що утворюється в процесі фотосинтезу. Так, у Бразилії при використанні біомаси з винокурень утворюється настільки великий надлишок електроенергії, що її реалізація робить спирт дешевшим за нафту. Тільки з цукрової тростини можна добувати 50 % енергії, що виробляється нині у 80 країнах, які вирощують цю культуру. Річний обсяг органічних відходів (біомаси) в країнах СНД дорівнює 500 млн т. її використання може зекономити 6 млн т органічного палива щороку, а до 2010 р. — у 3 рази більше.
Ресурси відновної енергії
| Первинна енергія | Джерело енергії | Світові ресурси, 1 млрд ТВт год/рік |
| Механічна | Стік рік | 0,028 |
| Хвилі морські | 0,005—0,05 | |
| Припливи і відпливи | 0,09 | |
| Вітер | 0,5—5,2 | |
| Теплова | Градієнт температур: | |
| води океанів і морів | 0,1—1 | |
| повітря | 0,001—0,01 | |
| земних надр (вулканів) | 0,05—0,2 | |
| Промениста | Сонячне випромінювання: | |
| на поверхні Землі | 200—280 | |
| повна енергія | ||
| Хімічна | Рослини і торф |
Океани мають потенційну енергію у вигляді теплоти, енергії течії, хвиль і припливів. Енергопотенціал припливів оцінюють у 780 млн кВт. У Канаді працює припливна станція потужністю 20 МВт, в Росії — 400 кВт. Розробляється проект станції потужністю 87 млн кВт. Гідроенергетика, за прогнозами, збереже 3 % загального обсягу енергії, що виробляється, приблизно до середини наступного століття. В Україні майже повністю вичерпані можливості побудови гідравлічних електростанцій (ГЕС). У 1987 р. у колишньому СРСР на ГЕС вироблялось близько 300 млрд кВт • год електроенергії.
Потенційні гідроенергетичні ресурси річок такі: у Карпатах 250—500, у басейні Дніпра — 100—250 тис. м3
• год/км2
. Найменші потенційні гідроенергетичні ресурси на Причорноморській низовині — менш як 10 тис. м3
* год/км2
.
Перспективним та екологічно чистим паливом є водень. Він має втричі більшу теплоту згоряння, ніж нафта. Світове виробництво водню перевищує 200 млрд м3
за рік. Більше половини його використовують для виробництва аміаку й близько третини — на нафтопереробних заводах. Водень добувають з природного газу, нафти і вугілля за реакцією С + Н2
О = Н2
+ CO. Нині в усьому світі вчені працюють над проблемою добування водню з води. Електролізом добувати водень з води поки що дорого. В Японії працює дослідна установка, на якій водень добувають з води термохімічним методом.
4. ВТОРИННІ ЕНЕРГЕТИЧНІ РЕСУРСИ
Вторинні енергетичні ресурси (ВЕР)
— це енергія різних видів, яка залишає технологічний процес чи установку і використання якої не є обов'язковим для здійснення основного технологічного процесу. Вона являє собою побічну продукцію, що за відповідного рівня техніки може бути частково або повністю використана для потреб нової технології чи енергозбереження інших процесів на тому самому підприємстві або за його межами. Нині особливо великі витрати теплоти на електростанціях, у металургійній, хімічній, нафтопереробній та нафтодобувній промисловості, у сільському господарстві та інших галузях господарства. За розрахунками, до 50 % виробленої теплоти в Україні втрачається. ВЕР поділяють на три основні групи: надлишкового тиску, горючі і теплові. ВЕР надлишкового тиску
— це потенційна енергія відходів, газів, води, пари з підвищеним тиском, яка може бути використана перед викидом в атмосферу. Такі ВЕР використовують для отримання механічної і електричної енергії. Горючі ВЕР
— це горючі гази і відходи одного виробництва, які можуть бути застосовані у вигляді палива в інших виробництвах (тріски, тирса, стружка в деревообробній промисловості, доменний газ у металургійній, тверді й рідкі паливні відходи в різних галузях промисловості). Теплові ВЕР
— фізична теплота відхідних газів, основної та побічної продукції виробництва, попелу і шлаків; гарячої води й пари; робочих тіл систем охолодження технологічних процесів. Теплові ВЕР можна використати для отримання теплоти, холоду, електроенергії в утилізаційних установках. Об'єм теплоенергії, виробленої за рахунок теплових ВЕР, становить близько 25 % у структурі теплоенергетичного балансу. Використання ВЕР у багатьох випадках економічно ефективне, оскільки питомі капітальні вкладення в установку для утилізації теплових ВЕР, віднесені до 1 т заощадженого палива, нижчі, ніж ціна на паливо з урахуванням його транспортування.