Ресурсы недр био-и техносферы не совпадают. Экологические проблемы возникают в связи с их чрезмерной эмиссией. Вмешательство техногенеза в вещественно-энергетический баланс планеты постоянно увеличивается и в настоящее время достигает уровня угрозы.
Это обусловлено следующими факторами: 1) воздействие на растительность как главный преобразователь солнечной энергии и двигатель биотического круговорота на Земле, 2) тепловое загрязнение атмосферы, 3) химическое загрязнение среды и изменение спектральной прозрачности атмосферы. Основным источником этих угроз является использование ресурсов недр.
Современная энергетический кризис - одна из главных проблем не только для Украины, но и для всего мира. Следовательно, она является глобальной экологической проблемой. Экологические проблемы - это противоречия, возникающие в системе вещественных, энергетических, информационных связей общества с природной средой, их влияние на человека и условия его жизнедеятельности. Основными составляющими глобальной экологической проблемы являются:
- Осложнения, связанные с получением необходимых веществ, энергии, информации из природной среды;
- Загрязнение окружающей среды отходами производства. В среднем один житель Земли выбрасывает 1 т хозяйственно-бытовых отходов в год. В развитых странах производится наибольшее количество вредных и токсичных отходов (например, в США - в б раз больше, чем в других странах);
- Нарушение информационных связей в природе, обеднение биологического и ландшафтного разнообразия;
- Ухудшение здоровья населения, состояния экономики, социальной стабильности.
Далее выясним сущность основных традиционных источников энергии. На протяжении почти всей истории человечества главным источником энергии была ручная работа. Отчасти она дополнялась энергией домашних животных, воды и ветра. Но животные не могут долго работать без перерыва, применение водных колес требует наличия водоемов, а ветряки крутятся не всегда и с переменной скоростью.
К началу XVIII в. уже изобрели много машин. Основным препятствием к их применению был недостаток движущей силы. Изобретение парового двигателя конце XVIII в. стал переломным моментом, что обусловило возникновение промышленной революции. Сначала основным топливом для паровых двигателей были дрова. Позже, в связи с ростом потребностей в энергии и сведением лесов, дрова заменили углем. Конце XIX в. именно уголь был главным энергоресурсом человека. Но процесс добычи угля является опасным, его неудобно перевозить, а при сжигании оно загрязняет атмосферу.
Поэтому в начале XX в. начали использовать нефть. Люди овладели бурения нефтяных скважин, научились перерабатывать нефть на бензин, дизельное топливо и мазут, изобрели двигатель внутреннего сгорания. По сравнению с углем нефтепродукты проще транспортировать, а при их сгорания образуется меньше отходов, среди которых нет пепла. Кроме того, энергоемкость бензина (т.е. количество энергии, выделяющейся в процессе сжигания единицы массы) значительно больше, чем уголь. Поэтому к середине 50-х годов XX в. нефтепродукты стали ведущим энергоресурсом человечества. Природный газ (метан), который добывается вместе с нефтью или при нефтеразведочной работ, при сгорании выделяет еще меньше побочных продуктов, чем нефть, и не растекается по земле. Поэтому с экологической точки зрения он является чистым топливом.
Также в первой половине XX в. появилась и электричество - вторичный энергоресурс (чтобы его получить, нужен первичный - уголь, нефть, ядерное топливо). В 60-е годы прошлого века еще одним источником энергии было ядерное топливо, которое сегодня занимает второе место по значению в энергоресурсах техносферы. Главное его источник - ископаемый уран, большая часть которого в литосфере очень рассеяна.
Среди основных направлений использования топливно-энергетических ресурсов выделяют следующие:
- Транспорт;
- Промышленность (металлургия, химический синтез, изготовление готовых изделий);
- Контроль за температурой (отопление и охлаждение помещений, горячее водоснабжение);
- Производство электроэнергии, необходимой для работы электромоторов, освещения, бытовой и промышленной электроники.
Главным потребителем нефтепродуктов является транспорт; ядерное топливо используется только с целью производства электричества и не может применяться на транспорте. Возникновение нового источника энергии не улучшит положения, если энергию из этого источника нельзя будет использовать там, где сейчас используется нефть. Итак, главная энергетическая проблема в мире (и в Украине тоже) заключается в истощении запасов нефти.
В 70-е годы XX в. многие экономически развитых стран понесли так называемой энергетического кризиса, то есть наблюдался процесс отставание добычи нефти от ее потребления. В результате начали активный поиск путей экономии энергии и ее альтернативных источников. На сегодня несоответствие добычи энергоресурсов до их потребления еще больше, чем в 70-е годы XX в.: Потребляем гораздо больше, чем производим. Общее энергопотребление выглядит: нефтепродукты составляют 44%, природный газ - 21, уголь - 22, ядерное топливо, гидростанции и другие энергоресурсы - 13%.
Разведанные запасы основных видов ископаемого топлива, т.е. количества, которые могут быть извлечены из недр при современных технологиях, почти в два раза меньше по сравнению с геологическим оценкой их суммарного содержания в земной коре * 56. Доступные запасы нефти и газа почти в два раза превышают их современное ежегодное изъятие, запасы угля - в три раза. Соотношение энергии угля, нефти и газа, используемых на сегодня составляет почти 35: 43: 22. Все-таки решающее влияние на объем добычи топлива предоставляет пока не полнота запасов, а спрос на них, увеличивается, и современная политика цен.
Месторождения ископаемых видов топлива на планете расположены очень неравномерно. По 1/3 потенциальных мировых запасов угля и газа и более 20% нефти находится в России. Почти 35% нефти и 17% газа сосредоточено на Среднем Востоке. Большие потенциалы угля, газа и нефти есть в Северной Америке. В этих трех регионах расположено почти 70% разведанных мировых запасов ископаемого топлива. Еще не полностью оценены большие поля месторождений нефти и газа, расположенных в районах континентального шельфа морей Северного полушария.
Второе место по значению в энергоресурсах техносферы занимает ядерное топливо, главным источником которого, как уже отмечалось, является ископаемый уран. Согласно данным Всемирной энергетической конференции общие геологические рудные запасы урана составляют 20400000 т, в том числе разведанные - 3,3 млн т. Содержание урана в породах большинства месторождений колеблется от 0,001 до 0,03%, поэтому нужно осуществлять значительное рудное обогащение . Сейчас в мире работают 440 реакторов АЭС с суммарной тепловой мощностью около 1200 ГВт. Они потребляют за год около 60 тыс. т урана и делают 10%-й "вклад" в общее техногенное выделение теплоты от использования невозобновляемых энергоресурсов. Техника термоядерного синтеза пока не образует реального ресурса техносферы.
Рассмотрим некоторые аспекты развития ядерной энергетики. Как известно, во времена Советского Союза сначала ядерные реакторы строили только с целью производства плутония для ядерного оружия. Время эти реакторы выделяли много тепла, но его не использовали. Когда подобных "военных" реакторов соорудили уже достаточно, ученые получили разрешение на создание таких реакторов, кроме плутония, могли бы производить и электрическую энергию.
Если в США и других развитых странах в связи со стихийным рынком производители имели искать лучший и безопасный вариант энергетического реактора, то в Советском Союзе использование "мирного атома" началось с приспособления реакторов подводных лодок в ядерных (атомных) электростанциях. Этот тип реактора в СССР называли канальным, а за рубежом - советским. Все иностранные ядерные реакторы имели две или три защитные линии, задачей которых было исключить возможность проникновения в окружающую среду радионуклидов в случае повреждения или аварии реактора. Эти защитные сооружения внешне выглядели большого железобетонного цилиндра, поэтому реакторы назывались корпусной.
Интересно, что за границу СССР продавал канальные реакторы хотя с не очень крепким, но все же с укрытием, а вот дома по соображений удешевления и ускорения строительства АБС обходился без него. Корпусные реакторы так и не были массово применены в СССР в таких основных обстоятельств: 1) путем увеличения количества каналов "советский" реактор можно было сделать мощным (а одновременно и самым опасным) в мире, 2) заводы, которые могли производить корпусные реакторы, были перегружены производством оружия.
Сейчас с целью продления ресурса работы атомных электростанций Украины, в рамках реализации стратегии повышения уровня безопасности энергоблоков на АБС, разработана Концепция Государственной научно-технической программы повышения ядерной и радиационной безопасности на период до 2010 г. В районах размещения АБС оценки их влияния на окружающую среду осуществляется на основе анализа газо-аерозольиих выбросов в атмосферу из вентиляционных труб энергоблоков и сбросов в водоемы, а также по результатам радиационного мониторинга окружающей среды. Законодательством Украины установлены специальные дозовые пределы облучения, которые минимизируют радиационное воздействие АЭС на население. Эти границы являются базовыми для определения контрольного уровня допустимых сбросов и выбросов для каждой АБС.
Главные очаги образования наибольшего количества радиоактивных отходов - это атомные станции, где осуществляется их первичная переработка и временное хранение. Радиоактивные отходы (РАО) состоят из жидких и твердых отходов, а также из отработанного ядерного топлива. Современная практика обращения с радиоактивными отходами в Украине в целом не соответствует уровню, которого достигли развитые страны, в связи с такими главными причинами:
- Отсутствие экономических стимулов для уменьшения количества РАО и их переработки с целью уменьшения объемов их хранения;
- Почти нет современных технологий и установок по переработке РАО, вследствие чего они накапливаются в неоправданно больших объемах;
- Отсутствие приборов и методик определения активности твердых РАО;
- На всех АЭС продолжается практика безконтейнерного хранения твердых РАО, не отвечает современным потребностям.
После аварии на Чернобыльской АБС в 1986 г. радионуклидное загрязнение распространилось на десятки миллионов людей в Восточной и Центральной Европе, части Азии и даже на других материках. Конечно, больше радиоизотопов есть на территориях, расположенных вблизи ЧАЭС, но и за сотни километров вследствие атмосферных потоков и дождей леса и поля загрязнены летучими радионуклидами до опасного уровня. Инертные газы распространились почти на всю Северное полушарие, йод и цезий - на тысячи километров. Цезию зоны встречаются в Украине на Полесье - от Десны до восхода Волынской области, вокруг Канева, южнее Винницы. Общая площадь загрязнения цезием в Украине превышает 10 тыс. км2.
Стронций-90 с периодом полураспада 29 лет составляет большую биологическую опасность, по сравнению с цезием. Но этот химический элемент менее летуч, чем цезий, поэтому его соединений вылетело из реактора меньше, и выпадение наблюдалось на меньшем расстоянии от реактора. За пределами 30-километровой зоны стронций-90 в опасных количествах встречается только на севере Киевской области. В организме человека стронций-90 накапливается в костях и повреждает красный костный мозг. Главная часть стронция попадает с днепровской питьевой водой. По плутония, то, по разным данным, в реакторе накопилось от 150 до 450 кг этого очень опасного радионуклида. Считают, что из реактора испарялось не менее 40-50% плутония, а не 5%, как официально сообщалось правительство. Зона его распространения почти такая, как и стронция.
Несмотря на это, следует отметить и некоторые преимущества ядерной энергетики. Как известно, основной процесс современных АЭС - это управляемое расщепление, при котором энергия высвобождается медленно в виде тепла. Тепло используется для кипячения воды и для получения пара, заставляет действовать обычные генераторы. Если сравнить работу ТЭС и АЭС одинаковых мощностей (например, 1000 МВт) в течение года, проявляются такие различия:
- Потребности в топливе - для ТЭС необходимо 3,5 млн т угля, для АЭС - 1,5 т обогащенного урана, что соответствует 1 тыс. т урановой руды;
- Выделение углекислого газа. В результате работы угольной ТЭС в атмосферу попадает более 10 млн м3 углекислого газа. АЭС вообще углекислого газа не выделяет;
- Двуокись серы и другие компоненты кислотных дождей. Выбросы этих соединений на ТЭС составляют более 400 тыс. т, на АЭС они вообще не образуются;
- Твердые отходы - радиоактивные отходы на АЭС составляют около 2 т, а на ТЭС образуются почти 100 тыс. т золы.
Итак, можно сделать важный вывод, что главными проблемами ядерной энергетики является радиоактивные отходы и вероятность аварий на АЭС.