Ископаемые виды топлива, такие как уголь, нефть и газ, играют огромную роль в современном мире. Они дали толчок развитию промышленности и транспорта, обеспечили комфортное существование миллиардов людей. Однако запасы этих ресурсов не бесконечны, а их добыча и использование наносят серьезный вред окружающей среде.
Человечеству предстоит найти разумный баланс между потреблением ископаемого топлива и развитием альтернативной энергетики. Необходимо думать о будущих поколениях и сохранении планеты.
Происхождение и запасы ископаемого топлива
Ископаемое топливо образовалось в результате разложения остатков древних растений и животных в анаэробных условиях под воздействием высоких температур и давления в течение миллионов лет. К горючим полезным ископаемым относятся каменный уголь, нефть, природный газ, горючий сланец, торф.
- Каменный уголь образовался из остатков древних растений, накопившихся и разложившихся без доступа кислорода в болотистой среде
- Нефть и природный газ возникли из отложений морских микроорганизмов, содержащих углеводороды
- Горючий сланец образовался из остатков простейших водорослей и высших растений, которые превратились в керогены
- Торф - результат неполного разложения растительных остатков в болотах
Основные мировые запасы нефти и газа сформировались 180-30 млн лет назад в мезозойскую и третичную эпохи. Их оценка составляет около 2 трлн баррелей нефти и 500 млрд тонн угля. Однако ископаемое топливо является невозобновляемым ресурсом, поэтому рано или поздно его добыча достигнет пика.
| Полезное ископаемое | Доказанные запасы (лет) |
| Нефть | 41 |
| Природный газ | 63 |
| Уголь | 119 |
Таким образом, каждый вид ископаемого топлива имеет разное происхождение, но они объединяются тем, что образовались в результате преобразования органических остатков под воздействием геологических процессов. Их запасы ограничены и будут исчерпаны в ближайшие десятилетия или столетия при текущей скорости потребления.
Способы добычи полезных ископаемых
Способы добычи горючих полезных ископаемых разнообразны и зависят от типа полезного ископаемого, его геологических условий залегания и экономической целесообразности. Наиболее распространены открытый и закрытый (подземный) способы добычи.
При открытой добыче горючих полезных ископаемых вскрытие их месторождений осуществляется путем разработки карьеров, разрезов и других открытых горных выработок. Этот способ применяется для добычи угля, торфа, сланцев, когда их месторождения залегают неглубоко. Основные орудия открытых горных работ - экскаваторы, буровые станки, бульдозеры.
- Угольные разрезы представляют собой карьеры для разработки угля открытым способом
- Для добычи торфа используются фрезерные и экскаваторные методы, вырезающие верхний слой торфяника
- Горючие сланцы добывают карьерным или открытым способом в случае неглубокого их залегания
Подземная добыча осуществляется путем проведения горных выработок для отработки пластов и залежей горючих полезных ископаемых, находящихся на значительной глубине. Основными выработками являются шахты, штольни, штреки. Для извлечения угля с больших глубин строят шахты глубиной до 1200 м.
Особые методы добычи требуются для таких трудноизвлекаемых ископаемых, как сланцевый газ и газогидраты. Для их извлечения применяются горизонтальное бурение, гидроразрыв пласта, фрекинг. При подземной газификации угля последний преобразуется в синтетический газ прямо в угольном пласте.
Добыча нефти и газа осуществляется путем бурения нефтегазовых скважин, проходящих водоносные и продуктивные пласты. На морском шельфе используются специальные нефтегазовые платформы. Для поддержания пластового давления и увеличения нефтеотдачи в пласты закачивается вода или газ.
| Полезное ископаемое | Способ добычи |
|---|---|
| Уголь | Открытый (разрезы) и подземный (шахты) |
| Торф | Открытый (фрезерный, экскаваторный) |
| Нефть и газ | Бурение скважин, подводная добыча |
| Сланцевый газ | Горизонтальное бурение, гидроразрыв |
Таким образом, для максимально эффективной и безопасной разработки месторождений горючих полезных ископаемых выбирается оптимальный способ добычи с учетом геологических, технических и экономических факторов.
Экологические последствия добычи и использования
Добыча и использование горючих полезных ископаемых оказывают значительное негативное влияние на окружающую среду. При этом основные экологические проблемы связаны с нарушением земель, загрязнением воздуха, воды и почвы, образованием отходов, вырубкой лесов.
Нарушение земель происходит при открытой добыче полезных ископаемых, когда вскрываются большие площади земной поверхности. Образуются карьеры, отвалы пустых пород, нарушается ландшафт местности. При подземной добыче также могут возникать локальные просадки и обрушения подземных выработок.
Существенное загрязнение атмосферы связано с выбросами попутного нефтяного газа, метана, оксидов азота, серы, углекислого газа и других вредных веществ при добыче, переработке и сжигании ископаемого топлива. На долю ТЭК приходится половина всех вредных выбросов в атмосферу.
- Выбросы метана оказывают парниковый эффект, в 20-25 раз превышающий воздействие CO2
- Сжигание угля приводит к выделению золы, содержащей токсичные металлы
- При добыче и переработке нефти и газа выделяется сероводород, оксиды азота и серы и другие токсичные соединения
Водные ресурсы загрязняются сточными водами предприятий по добыче и переработке горючих ископаемых, содержащими нефтепродукты, фенолы, ароматические углеводороды, соли тяжелых металлов. Серьезную опасность представляют разливы нефти и нефтепродуктов при авариях.
Значительные площади земель отчуждаются под отвалы, шламохранилища, золоотвалы тепловых электростанций, работающих на угле. При открытой добыче уничтожается плодородный слой почвы. Отходы горнодобывающих предприятий могут содержать токсичные элементы.
| Воздействие | Последствия |
|---|---|
| Нарушение земель | Карьеры, отвалы, провалы, разрушение ландшафта |
| Загрязнение атмосферы | Выбросы парниковых газов, токсичных веществ, золы |
| Загрязнение вод | Сточные воды с нефтепродуктами, солями, разливы |
| Отходы | Шламохранилища, золоотвалы, токсичные отвалы |
Добыча и использование горючих полезных ископаемых приводят к масштабным изменениям окружающей среды. Наиболее серьезными проблемами являются глобальное потепление, загрязнение атмосферы и гидросферы, накопление токсичных отходов. Для снижения нагрузки необходим переход на возобновляемые источники энергии и «зеленые» технологии.
Потребление ископаемого топлива также влияет на изменение климата из-за выбросов парниковых газов. Несмотря на риски, финансовые рынки мало учитывают необходимость сокращения эмиссии CO2, а добыча ископаемого сырья продолжает субсидироваться многими правительствами. Важно осознавать конечность запасов и переходить к возобновляемой энергетике.
Перспективы и альтернативы
Мировые запасы горючих полезных ископаемых ограничены, поэтому рано или поздно их добыча достигнет пика. Так, в США добыча нефти достигла максимума еще в 1971 году и с тех пор снижается. По оценкам экспертов, при текущих темпах потребления разведанных запасов нефти хватит примерно на 40 лет, газа - на 60, угля - на 120 лет.
Исчерпание ископаемых источников энергии, рост цен на них и осознание масштабов воздействия их добычи и использования на окружающую среду стимулируют развитие альтернативных «зеленых» технологий получения энергии из возобновляемых источников:
- Атомная энергетика на базе ядерных и термоядерных реакторов
- Гидроэлектростанции, использующие энергию водных потоков
- Солнечные электростанции с фотоэлектрическими панелями и солнечными концентраторами
- Ветряные электростанции, преобразующие энергию воздушных потоков
- Геотермальная энергетика, утилизирующая тепло недр Земли
Развитие этих направлений позволит не только диверсифицировать энергетический баланс, уменьшив зависимость от исчерпаемых ресурсов, но и минимизировать негативное воздействие на природу, снизив выбросы парниковых газов и количество токсичных отходов.
Необходимость перехода к альтернативной энергетике обусловлена также ожидаемым дефицитом жидких углеводородов. Поэтому интенсивно разрабатываются технологии получения синтетического жидкого топлива из других видов сырья - биомассы, угля, природного газа, горючих сланцев.
С точки зрения экологии и экономики особый интерес представляет производство биотоплива - этанола и биодизеля - из растительного сырья. Однако для его промышленного получения требуются большие площади земельных угодий, что конкурирует с сельскохозяйственным производством продовольствия.
Прорывными направлениями могут стать водородная энергетика, основанная на получении водорода из воды, а также термоядерный синтез. Однако эти технологии пока находятся в стадии разработки.
| Направление альтернативной энергетики | Основное сырье/ресурс |
|---|---|
| Атомная энергетика | Ядерное топливо |
| Гидроэнергетика | Энергия водных потоков |
| Солнечная энергетика | Солнечное излучение |
| Ветроэнергетика | Воздушные потоки |
| Геотермальная энергетика | Тепло недр Земли |
Таким образом, альтернативная энергетика на базе возобновляемых источников может со временем полностью заменить использование горючих полезных ископаемых. Однако переход к «зеленым» технологиям требует значительных капиталовложений, поддержки научных исследований и государственной политики стимулирования развития этого сектора.
