Вопросы экономии минеральных и энергетических ресурсов

МИНЕРАЛЬНОЕ СЫРЬЕ

Минеральное сырье играет огромную роль в народном хозяйстве, в первую очередь в промышленности. Полезные ископаемые дают около 75% сырья для химической промышленности, на продукции недр работают почти все виды транспорта, разнообразные отрасли промышленного производства.

Особенно высокого уровня потребность в минеральных ресурсах достигла в период научно-технической революции. При этом темпы использования запасов полезных ископаемых продолжают нарастать. Так, за последние 20 лет потребление нефти возросло в 4 раза, природного газа в 5, бокситов в 9, каменного угля в 2 раза. То же самое происходит с железными рудами, фосфатами и другими минералами. Соответственно с ростом добычи общие запасы минерального сырья на Земле неизбежно уменьшаются.

Процесс сокращения запасов минеральных ресурсов на нашей планете будет продолжаться и дальше параллельно развитию научно-технического прогресса. И это несмотря на то, что в результате интенсивной геологической разведки в разных регионах мира открываются и будут открываться новые запасы минерального сырья. Необходимо помнить, что нефть, уголь, железная руда и другие минеральные ресурсы невозобновимы (в обозримой перспективе). Это обстоятельство вызывает необходимость охраны недр, более разумного, комплексного использования минеральных богатств.

Проблема обеспечения промышленности минеральным сырьем со всей остротой встает уже в настоящее время. Основа нехватки минеральных ресурсов в том, что человечество берет из недр Земли во много раз больше, чем использует. Потери ценнейшего минерального сырья происходят при его добыче, обработке и транспортировке.

О масштабах потерь при добыче сырья можно судить по следующим показателям. Так, при шахтной добыче теряется от 20 до 40% каменного угля, утрачивается от половины до двух третей добываемой нефти и еще больше строительного камня. При открытой добыче потери уменьшаются до 10%.

Исходя из узковедомственных интересов, предприятия иногда извлекают из руд металлы, «профилированные» для своей отрасли, выбрасывая в отвалы все остальное, что приводит к порче месторождений, а то и безвозвратной потере разведанных запасов. В результате возникает необходимость освоения новых месторождений, а значит, и дополнительных капиталовложений. В целом это ведет к истощению минерально-сырьевой базы. В шахтах и карьерах остается много руд, содержащих ценное сырье, вполне пригодное для его рентабельного использования. Это сырье безвозвратно теряется для людей.

Значительны потери и при обработке сырья. При обогащении руды перед выплавкой металла вместе с нерудными минералами в отвалы выбрасывается немало концентрата, содержащего металл. Кроме того, в отвал попадает много ценных включений, которые не всегда считают выгодным извлекать из руды. Например, при обогащении руд цветных металлов потери серебра могут достигать 80%, цинка 4070%.

Потери не прекращаются и после получения готового продукта, например металла. На заводах ежегодно уходят в стружку миллионы тонн металла. Потери, возникающие при обработке минерального сырья, иногда происходят от недостаточно высокого уровня технологического процесса на предприятии. Однако нередки случаи бесхозяйственного отношения к потерям минеральных богатств.

Значительны потери и при транспортировке добытого или уже переработанного сырья. Общеизвестны потери при перевозках нефти и нефтепродуктов (утечка, аварии, использование загрязненных другими продуктами цистерн), каменного угля, цемента, минеральных удобрений (просыпаются в щели вагонов, выдуваются ветром на открытых платформах, теряются при разгрузках) и т.д.

Для решения проблемы обеспечения минеральным сырьем необходимы действенные меры по его охране. Охрана этого не возобновляющегося природного ресурса должна пойти по пути рационального, экономного использования, с тем чтобы его запасы в биосфере как можно дольше не истощались. Для этого необходимо прежде всего свести до минимума потери сырья при его добыче, обработке и транспортировке.

Для сокращения потерь при транспортировке очень эффективен переход к использованию трубопроводов и контейнеров. Газо- и нефтепроводы должны постепенно вытеснить другие средства доставки газа и нефти по суше. Многокилометровые газопроводы и нефтепроводы уже сегодня соединяют Западную Сибирь, Центр европейской части России и Западную Европу.

Большое значение в сохранении месторождений полезных ископаемых имеет использование вторичного сырья, в частности металлолома. Так, 100 млн. т. металлолома позволяют сэкономить 200 млн. т руды, 130 млн. т угля, 40 млн. т топлива. Среди мер охраны минерального сырья следует упомянуть его замену синтетическими материалами. Металлы с успехом заменяются пластмассами, и это направление сохранения сырья будет развиваться и дальше.

Позитивный эффект в охране минеральных ресурсов может быть достигнут путем повышения мощности машин и оборудования при одновременном уменьшении их габаритов, металлоемкости, энергопотреблении и снижении стоимости на единицу конечного полезного продукта. Уменьшение металлоемкости и энергетических затрат это одновременно и борьба за охрану недр.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ РЕСУРСЫ

Потребность в энергии одна из основных жизненных потребностей человека. Энергия нужна не только для нормальной деятельности современного сложноорганизованного человеческого общества, но и для физического существования отдельного человеческого организма. По данным, приводимым Н.С. Работновым, для поддержания жизни человеку требуется примерно 3 тыс. килокалорий в сутки. Около десяти процентов потребной энергии человеку обеспечивают продукты питания, остальную промышленная энергетика. Ускорение темпов научно-технического прогресса и развитие материального производства сопряжены со значительным ростом затрат энергии. Поэтому развитие энергетики представляется одним из важнейших условий экономического роста современного общества.

Долгое время энергетической базой служило ископаемое топливо, запасы которого неизменно сокращались. Поэтому в последнее время задача поиска новых источников энергии одна из наиболее актуальных задач современности.

Непрерывный рост потребления энергии ставит перед человечеством проблему поиска новых ее источников. Сюда следует отнести геотермальную, солнечную, ветровую и термоядерную энергии, гидроэнергию.

Теплоэнергетика. Основным источником энергии в России и странах бывшего СССР является тепловая энергия, получаемая от сгорания органического топлива угля, нефти, газа, торфа горючих сланцев.

Нефть, а также ее тяжелые фракции (мазут) широко используются в качестве топлива. Однако перспективы применения данного вида топлива выглядят сомнительными по двум причинам. Во-первых, нефть ни при каких условиях не может быть отнесена к разряду «экологически чистых» источников энергии. Во-вторых, ее запасы (в том числе и неразведанные) ограничены.

Газ как топливо используется также очень широко. Запасы его хотя и велики, но тоже небезграничны. Сегодня известны способы извлечения из газа некоторых химических веществ, в том числе водорода, который в будущем может быть использован как универсальное «чистое» топливо, не дающее какого-либо загрязнения.

Уголь имеет не меньшее значение в тепловой энергетике чем нефть и газ. Он используется так же как топливо в виде кокса получаемого в результате нагревания каменного угля без доступа воздуха до температуры 9501050°С. В настоящее время у нас в стране разработан способ наиболее полного использования угля путем его ожижения.

Гидроэнергетика. Энергия гидроэлектростанций безвредна для окружающей среды. Однако само по себе строительство водохранилищ на равнинах чревато отрицательными последствиями, наиболее существенным из которых является затопление обширных полезных (сельскохозяйственных и др.) земельных угодий.

Особенно остро стоит вопрос о мелководных зонах водохранилищ, которые при изменении уровня воды то осушаются, то затопляются, что затрудняет их использование. На некоторых водохранилищах такие зоны занимают 40% от всей их площади. За последнее время в проектах новых равнинных водохранилищ предусматривается отсечение мелководий от основного ложа водохранилища дамбами, что сохранит значительные площади земель от затопления.

Атомная и термоядерная энергия. Долгое время решение проблемы энергетического кризиса связывали преимущественно с развитием атомной, а в перспективе термоядерной энергетики, последняя из которых с современной точки зрения обладает практически неисчерпаемыми топливными ресурсами. Принято было считать, что одним из важнейших преимуществ атомной энергетики является ее «экологическая чистота». Действительно, при благоприятных условиях ядерные электростанции дают значительно меньше вредных выбросов, чем электростанции, работающие на органическом топливе.

Однако в последние десятилетия отношение к данному виду энергетики существенно изменилось, что нашло отражение и в публикациях специалистов-экологов. Так, В.А. Красилов в своей книге «Охрана природы: принципы, проблемы, приоритеты», говоря об оптимальной структуре энергетики, отводит ее атомной разновидности 0% от общего производства энергии. Против строительства новых атомных электростанций и в поддержку закрытия уже действующих выступают сегодня многочисленные общественные организации и инициативные группы. Столь негативная оценка роли атомной энергетики в жизни общества связана прежде всего с опасениями в отношении негативных последствий аварий на ядерных объектах, которые приводят к серьезным утечкам радиоактивных материалов и отходов производства. Позиции атомной энергетики были серьезно подорваны инцидентами на Чернобыльской атомной станции (1986 г.) и на обогатительном предприятии в Японии (1999 г.), последствия которых привели к нагнетанию в обществе истерии и страха перед возможными в будущем еще более серьезными катастрофами. Следует отметить, однако, что в обоих упомянутых случаях главными причинами трагедий стали ошибки людей: обслуживающего персонала станции и рабочих перерабатывающего предприятия. В то же время известны многочисленные примеры надежной работы техники, когда автоматизированные системы защиты атомных реакторов осуществляли их аварийное отключение без каких-либо последствий для людей и окружающей среды в целом.

Если будущее земной ядерной энергетики выглядит сегодня достаточно туманным, то ее космические перспективы более очевидны. В будущем, при хозяйственном (как и любом другом) освоении планет Солнечной системы, их спутников, а также астероидов, потребуется значительное количество надежных энергетических установок, способных работать длительное время в автономном режиме. В условиях дефицита солнечного излучения, химических и иных неатомных источников энергии ядерное топливо может оказаться если небезальтернативным, то, по крайней мере, наиболее эффективным энергетическим сырьем.

Геотермальная энергетика. Запасы тепла в глубинах земных недр практически неистощимы, и использование его с позиций охраны окружающей среды весьма перспективно. Температура скальных пород с заглублением на 1 км повышается на 13,8°С и на глубине 10 км достигает 140150°С. Известно, что во многих районах уже на глубине 3 км температура пород достигает 100°С и больше.

В настоящее время в некоторых странах мира России, США, Японии, Италии, Исландии и др. используют тепло горячих источников для выработки электроэнергии, отопления зданий, подогрева теплиц и парников.

Электростанции строят в районах вулканической активности. Получаемая от них электроэнергия самая дешевая по сравнению с другими электростанциями. Однако коэффициент полезного действия геотермальных электростанций невысок из-за низкой температуры воды, поступающей из недр на поверхность.

Эксплуатация геотермальных вод требует решения вопроса сброса и захоронения отработанных минерализованных вод, поскольку они могут оказать вредное влияние на окружающую среду.

Энергия Солнца. Этот вид энергии признается одним из наиболее экологически «чистых» и перспективных.

Преимущества солнечной энергии состоят в ее доступности, неисчерпаемости, отсутствии побочных, загрязняющих среду продуктов. К недостаткам следует отнести низкую плотность и прерывистость поступления на поверхность Земли, связанную с чередованием дня и ночи, зимы и лета, погодными изменениями.

В настоящее время солнечная энергия используется в ограниченных масштабах в жилых и других зданиях. Наиболее освоены устанавливаемые на крышах солнечные батареи, обеспечивающие дешевую горячую воду для бытовых нужд. Более 1 млн. таких нагревательных приборов установлено в России, Японии, Австралии и других странах.

В настоящее время учеными разрабатываются пути и способы использования солнечной энергии для промышленных нужд, вплоть до создания станций в космосе. Вопрос этот очень сложный, и решение его возможно лишь в далекой перспективе.

Энергия ветра, морских течений и волн. Оба эти источника энергии «чистые», использование их не загрязняет окружающую среду. Эти источники давно начали использоваться, эксплуатация их расширяется и будет расширяться в дальнейшем. Однако пока доля этих источников в энергоснабжении незначительна.

Необходима реализация комплексной программы использования разных видов энергии, включающей в себя развитие новых технологий, не загрязняющих биосферу. При этом главные и перспективные направления в энергетике это солнечная, атомная, а в отдаленной перспективе термоядерная энергетика.