Vấn đề năng lượng của nhân loại và cách giải quyết

2024 Tác giả: Howard Calhoun | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2023-12-17 10:44

Vấn đềnăng_lượng của nhân loại mỗi năm một phổ biến. Điều này là do sự gia tăng dân số thế giới và sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, dẫn đến mức tiêu thụ năng lượng không ngừng tăng lên. Bất chấp việc sử dụng năng lượng hạt nhân, năng lượng thay thế và thủy điện, con người vẫn tiếp tục khai thác phần nhiên liệu của sư tử từ ruột Trái đất. Dầu mỏ, khí đốt tự nhiên và than đá là những tài nguyên năng lượng tự nhiên không thể tái tạo, và hiện nay trữ lượng của chúng đã giảm đến mức nghiêm trọng.

Có đầu có cuối

Toàn cầu hóa vấn đề năng lượng của nhân loại bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ trước, khi kỷ nguyên dầu giá rẻ kết thúc. Sự thiếu hụt và giá loại nhiên liệu này tăng mạnh đã gây ra một cuộc khủng hoảng nghiêm trọng trong nền kinh tế toàn cầu. Và mặc dù chi phí của nó đã giảm theo thời gian, khối lượng đang giảm dần, do đó, vấn đề năng lượng và nguyên liệu thônhân loại đang trở nên sắc nét hơn.

Ví dụ, chỉ trong giai đoạn từ những năm 60 đến những năm 80 của thế kỷ XX, khối lượng than sản xuất trên thế giới là 40%, dầu mỏ - 75%, khí đốt tự nhiên - 80% tổng khối lượng các loại tài nguyên này được sử dụng từ đầu thế kỷ.

Mặc dù thực tế là tình trạng thiếu nhiên liệu bắt đầu từ những năm 70 và hóa ra vấn đề năng lượng là một vấn đề toàn cầu của nhân loại, các dự báo đã không đưa ra mức tăng tiêu thụ. Dự kiến đến năm 2000 khối lượng khai thác khoáng sản sẽ tăng gấp 3 lần. Tất nhiên, sau đó, những kế hoạch này đã được giảm bớt, nhưng do việc khai thác tài nguyên vô cùng lãng phí kéo dài hàng thập kỷ, ngày nay chúng thực tế đã biến mất.

Các khía cạnh địa lý chính của vấn đề năng lượng của nhân loại

Một trong những lý do cho sự thiếu hụt nhiên liệu ngày càng tăng là do điều kiện khai thác của nó ngày càng trầm trọng hơn và kết quả là chi phí của quá trình này tăng lên. Nếu cách đây vài chục năm tài nguyên thiên nhiên nằm trên bề mặt thì ngày nay chúng ta phải không ngừng nâng độ sâu của các mỏ, khí đốt và giếng dầu. Điều kiện khai thác và địa chất khi xuất hiện các nguồn năng lượng ở các khu vực công nghiệp cũ ở Bắc Mỹ, Tây Âu, Nga và Ukraine đã trở nên xấu đi một cách đặc biệt.

Với khía cạnh địa lý của các vấn đề năng lượng và nguyên liệu thô của nhân loại, phải nói rằng giải pháp của họ nằm ở việc mở rộng biên giới tài nguyên. Cần phải học mớicác khu vực có điều kiện địa chất và khai thác nhẹ hơn. Do đó, có thể giảm chi phí sản xuất nhiên liệu. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng cường độ vốn tổng thể để khai thác các nguồn năng lượng ở những nơi mới thường cao hơn nhiều.

Các khía cạnh kinh tế và địa chính trị của các vấn đề năng lượng và nguyên liệu thô của nhân loại

Việc cạn kiệt nguồn dự trữ nhiên liệu tự nhiên đã dẫn đến sự cạnh tranh gay gắt trong các lĩnh vực kinh tế, chính trị và địa chính trị. Các tập đoàn nhiên liệu khổng lồ tham gia vào việc phân chia các nguồn nhiên liệu và năng lượng và phân bổ lại các phạm vi ảnh hưởng trong ngành này, dẫn đến sự biến động giá liên tục trên thị trường thế giới đối với khí đốt, than đá và dầu mỏ. Tình hình bất ổn làm trầm trọng thêm vấn đề năng lượng của nhân loại.

An ninh năng lượng toàn cầu

Khái niệm này được sử dụng vào đầu thế kỷ 21. Các nguyên tắc của chiến lược an ninh như vậy cung cấp nguồn cung cấp năng lượng đáng tin cậy, lâu dài và có thể chấp nhận được với môi trường, giá cả sẽ hợp lý và phù hợp với các quốc gia xuất khẩu và nhập khẩu nhiên liệu.

Việc thực hiện chiến lược này chỉ có thể thực hiện được nếu các nguyên nhân gây ra vấn đề năng lượng của nhân loại được loại bỏ và các biện pháp thiết thực nhằm tiếp tục cung cấp cho nền kinh tế thế giới cả nhiên liệu truyền thống và năng lượng từ các nguồn thay thế. Hơn nữa, cần đặc biệt chú ý đến việc phát triển năng lượng thay thế.

Chính sách tiết kiệm năng lượng

Trong thời kỳ nhiên liệu rẻ, nhiều quốc gia trên thế giới đã phát triển một nền kinh tế sử dụng rất nhiều tài nguyên. Trước hết, hiện tượng này được quan sát thấy ở các bang giàu tài nguyên khoáng sản. Đứng đầu danh sách là Liên Xô, Mỹ, Canada, Trung Quốc và Australia. Đồng thời, lượng tiêu thụ nhiên liệu tương đương ở Liên Xô lớn hơn nhiều lần so với ở Mỹ.

Tình trạng này đòi hỏi phải đưa ra khẩn cấp các chính sách tiết kiệm năng lượng trong các lĩnh vực nội địa, công nghiệp, giao thông vận tải và các lĩnh vực khác của nền kinh tế. Tính đến tất cả các khía cạnh của vấn đề năng lượng và nguyên liệu thô của nhân loại, các công nghệ nhằm giảm cường độ năng lượng cụ thể trong GDP của các quốc gia này bắt đầu được phát triển và triển khai, và toàn bộ cơ cấu kinh tế của nền kinh tế thế giới đang được xây dựng lại.

Thành công và thất bại

Những thành công đáng chú ý nhất trong lĩnh vực tiết kiệm năng lượng đã đạt được bởi các quốc gia phát triển về kinh tế của Phương Tây. Trong 15 năm đầu, họ đã cố gắng giảm 1/3 cường độ sử dụng năng lượng trong GDP của mình, dẫn đến việc giảm tỷ trọng tiêu thụ năng lượng trên thế giới từ 60 xuống 48%. Đến nay, xu hướng này vẫn tiếp tục, với tốc độ tăng trưởng GDP ở phương Tây vượt xa mức tiêu thụ nhiên liệu ngày càng tăng.

Tình hình còn tồi tệ hơn nhiều ở Trung và Đông Âu, Trung Quốc và các nước SNG. Cường độ năng lượng của nền kinh tế của họ đang giảm rất chậm. Nhưng các nhà lãnh đạo chống đánh giá kinh tế là các nước đang phát triển. Ví dụ, ở hầu hết các nước Châu Phi và Châu Átổn thất nhiên liệu đi kèm (khí đốt tự nhiên và dầu) từ 80 đến 100 phần trăm.

Thực tế và triển vọng

Vấn đề năng lượng của nhân loại và cách giải quyết hiện nay đang được cả thế giới quan tâm. Để cải thiện tình hình hiện tại, nhiều cải tiến kỹ thuật và công nghệ đang được đưa ra. Để tiết kiệm năng lượng, các thiết bị công nghiệp và thành phố đang được cải tiến, những chiếc xe ô tô tiết kiệm nhiên liệu hơn đang được sản xuất, v.v.

Trong số các biện pháp kinh tế vĩ mô chính là thay đổi dần cơ cấu tiêu thụ khí đốt, than đá và dầu mỏ với triển vọng tăng tỷ trọng tài nguyên năng lượng tái tạo và phi truyền thống.

Để giải quyết thành công vấn đề năng lượng của nhân loại, cần đặc biệt quan tâm đến việc phát triển và triển khai các công nghệ mới về cơ bản trong giai đoạn hiện nay của cuộc cách mạng khoa học và công nghệ.

Công nghiệp điện hạt nhân

Một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất trong lĩnh vực cung cấp năng lượng là năng lượng hạt nhân. Ở một số nước phát triển, các lò phản ứng hạt nhân thế hệ mới đã được đưa vào vận hành. Các nhà khoa học hạt nhân một lần nữa đang tích cực thảo luận về chủ đề lò phản ứng được cung cấp năng lượng bởi các tế bào thần kinh nhanh, như đã từng được hình dung, sẽ trở thành một làn sóng năng lượng hạt nhân mới và hiệu quả hơn nhiều. Tuy nhiên, quá trình phát triển của họ đã bị ngừng, nhưng hiện tại vấn đề này đã trở lại có liên quan.

Sử dụng máy phát MHD

Chuyển đổi trực tiếp nhiệt năng thành điện năng mà không cần lò hơi và tuabin cho phépthực hiện các máy phát điện từ động lực học. Sự phát triển của hướng đi đầy hứa hẹn này bắt đầu từ đầu những năm 70 của thế kỷ trước. Năm 1971, MHD công nghiệp thí điểm đầu tiên với công suất 25.000 kW đã được ra mắt tại Moscow.

Ưu điểm chính của máy phát điện từ động lực là:

• hiệu quả cao;
• môi trường (không thải độc hại vào khí quyển);
• bắt đầu ngay lập tức.

Máy phát điện tuabin đông lạnh

Nguyên lý hoạt động của máy phát điện lạnh là rôto được làm mát bằng helium lỏng, tạo ra hiệu ứng siêu dẫn. Những ưu điểm không thể chối cãi của thiết bị này bao gồm hiệu quả cao, trọng lượng và kích thước thấp.

Một nguyên mẫu thử nghiệm của máy phát điện tuabin đông lạnh đã được tạo ra từ thời Liên Xô, và hiện nay các quá trình phát triển tương tự đang được tiến hành ở Nhật Bản, Hoa Kỳ và các nước phát triển khác.

Hydrogen

Việc sử dụng hydro làm nhiên liệu có nhiều triển vọng. Theo nhiều chuyên gia, công nghệ này sẽ giúp giải quyết những vấn đề toàn cầu quan trọng nhất của nhân loại - vấn đề năng lượng và nguyên liệu thô. Trước hết, nhiên liệu hydro sẽ trở thành một giải pháp thay thế cho các nguồn năng lượng tự nhiên trong kỹ thuật cơ khí. Chiếc ô tô chạy bằng hydro đầu tiên được tạo ra bởi công ty Mazda của Nhật Bản vào đầu những năm 90; một động cơ mới đã được phát triển cho nó. Thử nghiệm hóa ra khá thành công, điều này khẳng định sự hứa hẹn của hướng đi này.

Máy phát điện hóa

Đây là những tế bào nhiên liệu cũng chạy bằng hydro. Nhiên liệu được chuyển quamàng polyme với một chất đặc biệt - chất xúc tác. Là kết quả của phản ứng hóa học với oxy, bản thân hydro được chuyển hóa thành nước, giải phóng năng lượng hóa học trong quá trình đốt cháy, năng lượng này biến thành năng lượng điện.

Động cơ pin nhiên liệu được đặc trưng bởi hiệu suất cao nhất (trên 70%), gấp đôi so với các nhà máy điện thông thường. Thêm vào đó, chúng rất dễ sử dụng, không gây tiếng ồn trong quá trình hoạt động và không cần sửa chữa.

Cho đến gần đây, pin nhiên liệu có một phạm vi hẹp, ví dụ như trong nghiên cứu không gian. Nhưng hiện nay công việc giới thiệu máy phát điện hóa đang được tiến hành tích cực ở hầu hết các nước có nền kinh tế phát triển, trong đó Nhật Bản chiếm vị trí đầu tiên. Tổng công suất của các đơn vị này trên thế giới được đo bằng hàng triệu kW. Ví dụ, New York và Tokyo đã có các nhà máy điện sử dụng các tế bào như vậy và nhà sản xuất ô tô của Đức Daimler-Benz là hãng đầu tiên tạo ra nguyên mẫu hoạt động của một chiếc ô tô với động cơ hoạt động theo nguyên tắc này.

Phản ứng tổng hợp nhiệt hạch có kiểm soát

Trong vài thập kỷ, nghiên cứu đã được tiến hành trong lĩnh vực năng lượng nhiệt hạch. Năng lượng nguyên tử dựa trên phản ứng phân hạch hạt nhân, và năng lượng nhiệt hạt nhân dựa trên quá trình ngược lại - các hạt nhân của đồng vị hydro (đơteri, triti) hợp nhất với nhau. Trong quá trình đốt cháy hạt nhân 1 kg đơteri, năng lượng toả ra lớn gấp 10 triệu lần năng lượng thu được từ than đá. Kết quả là thực sự ấn tượng! Đó là lý do tại sao năng lượng nhiệt hạch được coi là một trong những lĩnh vực hứa hẹn nhất trong việc giải quyết các vấn đề toàn cầuthâm hụt năng lượng.

Dự báo

Ngày nay có nhiều kịch bản khác nhau cho sự phát triển của tình hình trong lĩnh vực năng lượng toàn cầu trong tương lai. Theo một số người trong số họ, vào năm 2060, mức tiêu thụ năng lượng toàn cầu đối với dầu tương đương sẽ tăng lên 20 tỷ tấn. Đồng thời, về tiêu dùng, các nước đang phát triển sẽ vượt qua các nước phát triển.

Vào giữa thế kỷ 21, số lượng các nguồn năng lượng hóa thạch sẽ giảm đáng kể, nhưng tỷ trọng của các nguồn năng lượng tái tạo, cụ thể là các nguồn năng lượng gió, mặt trời, địa nhiệt và thủy triều, sẽ tăng lên.