13: Невідновлювані ресурси

Вступ

Як ми зазначили в главі 12, запаси невідновлюваних ресурсів невблаганно зменшуються в міру їх видобутку з навколишнього середовища та використання в економіці людини. Це пов'язано з тим, що невідновлювані ресурси є кінцевими за кількістю, і їх запаси не регенеруються після їх видобутку. Зверніть увагу, що слово резерв має тут специфічне значення — воно використовується для позначення відомої кількості матеріалу, який може бути економічно відновлений з навколишнього середовища (тобто при отриманні прибутку).

Звичайно, триваючі розвідки можуть виявити раніше невідомі родовища невідновлюваних ресурсів. Якщо це станеться, відбувається збільшення відомих запасів ресурсу. Наприклад, відомі у світі запаси нікелю та міді були збільшені протягом останніх двох десятиліть через відкриття багатих родовищ цих металів на півночі Квебеку та Лабрадору. Є, однак, межі кількості «нових» відкриттів невідновлюваних ресурсів, які можуть бути зроблені на планеті Земля.

Зміни вартості невідновлюваних товарів також впливають на розміри їх економічно відновлюваних запасів. Наприклад, якщо вартість золота зростає на його ринку, то може стати вигідним перспектива нових запасів у важкодоступних місцях, видобувати руди нижчих сортів, а також переробляти «відходи» матеріалів, що містять невеликі кількості цього цінного металу. Удосконалення технології може мати такий же ефект, наприклад, завдяки вигідній переробці руд, які раніше були неекономічними.

Крім того, життєвий цикл в економіці деяких невідновлюваних ресурсів, зокрема металів, може бути продовжений шляхом переробки. Цей процес включає збір та обробку невикористаних промислових та побутових виробів для відновлення багаторазових матеріалів, таких як метали та пластмаси. Однак існують термодинамічні та економічні межі для переробки, а це означає, що процес не може бути 100% ефективним. Крім того, попит на невідновлювані ресурси швидко зростає через зростання населення, поширення індустріалізації та підвищення рівня життя разом з пов'язаним з цим споживанням на душу населення. Це призвело до прискорення попиту на невідновлювані джерела енергії, які повинні бути задоволені шляхом видобутку додаткових кількостей з навколишнього середовища.

Найважливішими класами невідновлюваних ресурсів є метали, викопне паливо та деякі інші корисні копалини, такі як гіпс та поташ. Виробництво та використання цих важливих природних ресурсів розглядаються в наступних розділах.

Метали

Метали мають широкий спектр корисних фізико-хімічних властивостей. Вони можуть використовуватися як чисті елементарні речовини, як сплави (суміші) різних металів, так і як сполуки, які також містять неметали. Метали використовуються для виготовлення інструментів, машин та електропровідних проводів; для будівництва будівель та інших споруд; і для багатьох інших цілей. Найвідомішими металами в промисловому використанні є алюміній (Al), хром (Cr), кобальт (Co), мідь (Cu), залізо (Fe), свинець (Pb), марганець (Mn), ртуть (Hg), нікель (Ni), олово (Sn), уран (U) та цинк (Zn). Дорогоцінні метали золото (Au), платина (Pt) та срібло (Ag) мають деякі промислові використання (наприклад, провідники в електроніці), але цінуються здебільшого з естетичних міркувань, особливо для виготовлення ювелірних виробів. Деякі з найбільш поширених металевих сплавів - латунь (що містить щонайменше 50% Cu, плюс Zn), бронзу (переважно Cu, плюс Sn, а іноді Zn і Pb) та сталь (переважно Fe, але також містить вуглець, Cr, Mn та/або Ni). Метали видобуваються з навколишнього середовища, як правило, як мінерали, які також містять сірку або кисень. Родовища металоносних корисних копалин, які економічно видобуваються, сприяють відомим запасам металів. Руда - це асортимент корисних копалин, які видобуваються і переробляються для виробництва чистих металів. Етапи видобутку, переробки, виготовлення та переробки металів узагальнені на малюнку 13.1.

Видобуток руди шляхом видобутку є початковим етапом процесу приведення металів в матеріальне господарство. Це може проводитися в поверхневих кар'єрах або стрічкових шахтах, або в підземних шахтах, які можуть проникати через кілометри під землею. На промисловому об'єкті, званому млином, руда подрібнюється до дрібного порошку важкими сталевими кульками або стрижнями всередині величезних обертових барабанів. Потім подрібнену руду розділяють на багату металом фракцію та відходи, відомі як хвости. Залежно від місцевої географії, відходи хвостів можуть бути викинуті на територію, що міститься на суші, в сусіднє озеро або в океан (див. Розділ 18).

Якщо багата металами фракція містить сульфідні мінерали, то її потім концентрують в плавильному заводі шляхом випалу при високій температурі в присутності кисню. Це виділяє газоподібний діоксид сірки (SO ₂), залишаючи метали позаду. Концентрат з плавильного заводу пізніше переробляється в чистий метал на об'єкті, який називається нафтопереробним заводом. Потім чистий метал використовується для виробництва промислових і споживчих товарів. SO ₂ може перероблятися в сірку або сірчану кислоту, які можуть бути використані в різних інших промислових процесах, або вона може бути викинута в навколишнє середовище як забруднювач.

Після закінчення терміну корисного використання продукції, що виготовляється, вони можуть бути перероблені назад у переробні та виробничі процеси, або вони можуть бути викинуті на сміттєзвалище.

Якісні руди - геологічно рідкість. Родовища, які є найбільш економічними для видобутку, зазвичай розташовані досить близько до поверхні, а руди мають відносно високу концентрацію металів. Однак пороги змінюються в залежності від величини оброблюваного металу. Руди з дуже малими концентраціями золота і платини можуть бути економічно видобуті, оскільки ці метали надзвичайно цінні (на одиницю ваги). На відміну від цього, менш цінний алюміній і залізо повинні видобуватися як багатші руди, в яких метали присутні у високих концентраціях.

Дані, що показують світове виробництво промислово важливих металів, наведені в таблиці 13.1. Зверніть увагу, що для більшості металів споживані кількості дещо більші, ніж річне виробництво; це вказує на те, що частина споживання включає перероблений матеріал, який був відновлений з попередніх застосувань. Також відзначають великий приріст виробництва більшості металів з 1977 року. Залізо та алюміній - метали, що виробляються та використовуються в найбільших кількостях. Індекс життя (або термін видобутку, розрахований як відомі запаси, поділені на річну норму видобутку) алюмінію становить близько 592 років, а для залізної руди - 58 років (табл. 13.1). Показники життя інших металів, перерахованих в таблиці, менше, що говорить про те, що їх відомі запаси швидко виснажуються. Однак важливо пам'ятати, що ці відомі запаси збільшуються новими відкриттями, змінами в технологіях та більш сприятливою економікою для ресурсу.

Канада є одним з провідних світових виробників металів, на частку якого припадає 15% світового виробництва нікелю в 2006 році, 9% алюмінію і 6% цинку (таблиці 13.1 і 13.2). Багато металопродукції призначене для експорту. Внутрішнє споживання становить близько 39% від вартості виробництва всіх металів (табл. 13.2). Видобуток металоруди внесла 17 мільярдів доларів у ВВП Канади в 2011 році, а на підтримку діяльності (наприклад, розвідки) ще 4 млрд доларів, що становить в цілому 1,3% ВВП (Статистичне управління Канади, 2014a).

Резервний термін служби (індекс життя) канадських запасів металів аналогічний або коротше їх глобальних значень (табл. 13.2). Запаси Канади складають 15% світових запасів урану та 5— 10% від запасів кадмію, нікелю, срібла та цинку.

викопне паливо

Викопні види палива включають вугілля, нафта, природний газ, нафто-пісок та нафтосланцеве. Ці матеріали отримані з частково розкладеної біомаси мертвих рослин та інших організмів, які жили сотні мільйонів років тому. Стародавня біомаса захоронилася в морських осадах, які набагато пізніше глибоко поховані і врешті-решт літіфікувалися в осадові породи, такі як сланець і пісковик. Глибоко в цих геологічних утвореннях, в умовах високого тиску, високої температури та низького рівня кисню, органічна речовина надзвичайно повільно трансформується у вуглеводні (молекули, які складаються лише з вуглецю та водню) та інші органічні сполуки. У деяких відношеннях викопне паливо можна вважати формою накопиченої сонячної енергії - сонячного світла, яке рослини фіксували в органічні речовини, а потім зберігали геологічно.

У геологічному сенсі викопне паливо все ще виробляється сьогодні тими ж процесами, які включають мертву біомасу, що піддається високому тиску та температурі. Оскільки природне геологічне виробництво викопного палива триває, можна стверджувати, що ці матеріали є своєрідним поновлюваним ресурсом. Однак швидкість, з якою видобувається та використовується викопне паливо, надзвичайно швидша, ніж їх надзвичайно повільна регенерація. За цієї обставини викопне паливо може розглядатися лише як невідновлюване.

Вуглеводні є найбільш поширеними хімічними речовинами в викопному паливі. Однак також може бути присутнім багато додаткових видів органічних сполук, які включають сірку, азот та інші елементи у своїй структурі. Зокрема, вугілля часто забруднюється багатьма неорганічними мінералами, такими як сланці та пірит.

Найважливіше використання викопного палива є як джерело енергії. Вони спалюються в двигуни транспортних засобів, силові установки та інші машини, щоб виробляти енергію, необхідну для виконання робіт у промисловості, на транспорті та для побутового використання. Викопне паливо також використовується для виробництва енергії для обігріву внутрішніх приміщень, що є особливо важливою функцією в країнах з сезонно холодним кліматом. Ще одне ключове використання - для виготовлення синтетичних матеріалів, включаючи майже всі пластмаси. Крім того, асфальтовані матеріали використовуються для будівництва доріг і для виготовлення покрівельної черепиці для будівель.

Вугілля - твердий матеріал, який може сильно відрізнятися за своїми хімічними і фізичними якостями. Найякіснішими вугіллями є антрацитові і бітумні, які представляють собою тверді, блискучі, чорні мінерали з високою щільністю енергії (вміст енергії на одиницю ваги). Буре вугілля - бідніший сорт вугілля, і це більш м'який, лускатий матеріал з меншою щільністю енергії. Вугілля видобувається різними способами. Якщо родовища відбуваються близько до поверхні, вони, як правило, видобуваються шляхом стрічкового видобутку, що передбачає використання величезних лопат для виявлення та збору вугільноносних пластів, які потім транспортуються за допомогою величезних вантажівок. Більш глибокі поклади вугілля видобуваються з підземних шахт, які можуть йти пластом на кілометри в землю. Найбільше вугілля в Північній Америці видобувається шляхом стріп-видобутку.

Після його видобутку вугілля можна промити, щоб видалити деякі домішки, а потім подрібнити в порошок. Більшість потім спалюється у великому промисловому об'єкті, такому як вугільна генеруюча станція, на яку припадає близько половини глобального використання вугілля та 88% в Канаді (Natural Resources Canada, 2014b). Крім того, близько 75% світової сталі виготовляється з використанням вугілля як джерела енергії, часто як концентрований матеріал, відомий як кокс. Вугілля також може використовуватися для виробництва синтетичної нафти.

Нафта (сира нафта) - це рідка суміш вуглеводнів з деякими домішками, такими як органічні сполуки, що містять сірку, азот та ванадій. Нафта з різних місць сильно варіюється - від важкого смолистого матеріалу, який необхідно нагріти, перш ніж він потече, до надзвичайно легкої рідини, яка швидко випаровується в атмосферу. Нафта видобувається за допомогою пробуреної свердловини, з яких рідкий мінерал витісняється на поверхню геологічним тиском. Нерідко природний тиск доповнюється накачуванням.

Важку форму нафти, звану бітумом, також отримують шляхом видобутку та переробки нафти- піску, який видобувається в північній Альберті. Нафто-піщані родовища, які знаходяться близько до поверхні, видобувають у величезних відкритих кар'єрах, тоді як більш глибокі матеріали обробляються парою, щоб вони текли, а потім витягуються у вигляді важкої рідини за допомогою пробуреної свердловини.

Після видобутку нафта транспортується сухопутними трубопроводами, вантажівками, поїздами та судами на промисловий об'єкт, відомий як нафтопереробний завод, де сирий матеріал розділяється на різні складові. Фракції можуть використовуватися як рідке паливо, або вони можуть бути виготовлені з багатьох корисних матеріалів, таких як пластмаси та пігменти. До рафінованих фракцій відносяться наступні:

• легкої вуглеводневої суміші, відомий як бензин, який використовується для палива автомобілів
• трохи важчі фракції, такі як дизельне паливо, що використовується вантажівками та поїздами, та паливо для домашнього опалення
• гас, який використовується для опалення та приготування їжі і як паливо для літаків
• щільні залишкові масла, які використовуються в якості палива на мазутних електростанціях і на великих судах
• напівтверді асфальти, які використовуються для мощення доріг і виготовлення покрівельних виробів

Природний газ також видобувається за допомогою пробуреної свердловини. Домінуючим вуглеводнем в природному газі є метан, але також присутні етан, пропан і бутан, як часто є сірководень. Більшість природного газу транспортується по сталевих трубопроводах з колодязних ділянок на віддалені ринки. Іноді його зріджують під тиском для транспортування, особливо судами. У Канаді, однак, він поширюється здебільшого через розгалужену мережу трубопроводів. Природний газ використовується для виробництва електроенергії, опалення будівель, приготування їжі, живлення легких транспортних засобів та виробництва азотних добрив.

Виробництво, запаси та споживання

Світове виробництво і запаси викопного палива наведені в таблиці 13.4. Видобуток нафти збільшився на 29% між 1993 і 2013 роками, природного газу на 64%, а вугілля - на 83%. Тут ведеться активна розвідка всіх цих видів палива, а додаткові запаси виявляються в різних регіонах світу. Однак викопне паливо споживається надзвичайно швидко, особливо в розвинених і швидко розвиваються економіках. Отже, очікуваний термін служби відомих запасів є тривожно коротким, що еквівалентно 113 рокам для вугілля, 55 рокам для природного газу та 58 рокам для нафти.

Однак ці цифри не слід інтерпретувати занадто буквально, оскільки поточна розвідка виявляє додаткові родовища, які додають до відомих запасів. Це ілюструється змінами розрахункового ресурсу запасів нафти, який склав 46 років в 1993 році, але через двадцять років фактично збільшився до 58 років. Звичайно, цей, здавалося б, несподіваний результат пов'язаний з тим, що раніше невідомі запаси нафти були виявлені протягом цього 20-річного періоду, або зростання цін зробило колись неекономічні ресурси життєздатними (наприклад, нафтові піски Альберти). Тим не менш, відкриття будуть обмежені кінцевими обсягами, присутніми на Землі, тому факт залишається фактом, що запаси цих невідновлюваних ресурсів швидко виснажуються.

(1) toe = тонн нафтового еквівалента, що дозволяє виражати всі викопні види палива в порівнянних одиницях
(2) Запаси та видобуток природного газу знаходяться в 1012 м3

В даний час нафта є найважливішим у світі ресурсом викопного палива, багато в чому тому, що його можна легко переробляти на портативне рідке паливо, яке легко використовується як джерело енергії для багатьох промислових та побутових цілей. Крім того, нафта є основною сировиною, що використовується для виробництва пластмас та інших синтетичних матеріалів.

Близько 46% доведених у світі видобутих запасів нафти припадає на Близький Схід (табл. 13.5). Цей факт підкреслює стратегічне значення цього регіону для світової енергетичної економіки та її безпеки. Сама лише Саудівська Аравія має 16% світових запасів нафти, за нею йдуть Ірак, Іран та Кувейт з 6-9%. Зауважимо, що великі запаси, наведені для Венесуели та Канади, значною мірою призначені для «нетрадиційних» джерел нафти, таких як дуже важка нафта та нафта-пісок (відповідно), які відносно дорогі для видобутку та переробки. Найбільш розвинені економіки світу знаходяться в Європі, Північній Америці та Східній Азії. Ті, що знаходяться в Європі та Азії, сильно залежать від імпорту нафти з Близького Сходу, Росії та Венесуели, щоб зберегти рівень їх споживання. Це було колись і для Північної Америки, але це було набагато менше приблизно з 2010 року через значне збільшення внутрішнього виробництва, пов'язаного з нафтою в сланцевих формаціях і нафто-пісок на півночі Альберти.

Кращими країнами світу за загальними ресурсами викопного палива є Росія та США, обидві з яких мають величезні запаси природного газу, вугілля та нафти (табл. 13.5).

Терміни виробництва доведених видобутих канадських запасів викопного палива наведені в таблиці 13.6. Пам'ятайте, однак, що на кількість запасів впливають нові відкриття, поява технологій, які роблять раніше невідновлювані запаси економічно життєздатними, а також збільшення цін на сировину, що робить вигідним використання колись маржинальних ресурсів. У Канаді останнім часом це стосується нафто-піщаного ресурсу. Дослідження історії нафтових ресурсів в Канаді показує помітний стрибок у 1999 році, коли запаси зробили стрибок від вартості 8,0 млн тонн (т. е.) в 1998 році до 29,3 млн т. Це величезне зростання на 265% відбулося через те, що аналітики ресурсів переконалися, що швидко розвиваються технології видобутку величезного нафто-піщаного ресурсу були економічно життєздатними в поєднанні зі зростанням вартості нафти, що також сприяло розвитку ресурсу.

Більшість запасів викопного палива в Канаді припадає на західні провінції, як і більша частина виробництва (табл. 13.7). Крім звичайної нафти, Канада має величезний ресурс нафти - піску, з якого видобувається важкий бітум, модернізований до синтетичної нафти (див. Канадський Фокус 13.1). На півночі Альберти налічується близько 14 мільйонів гектарів нафто-піщаних родовищ, і райони, які зараз розробляються, потенційно можуть дати близько 3,2 млрд тонн синтетичної нафти (BP, 2014).

Таблиця 13.6. Виробництво, споживання та запаси викопного палива в Канаді, 2013. Відсоток споживання відноситься до частки канадського виробництва, яка використовується в Канаді. Термін служби запасу - це доведені запаси, розділені на річну видобуток. Джерело: Дані «Брітіш Петролеум» (2014).
(1) toe = тонни нафтового еквівалента, що дозволяє виражати всі викопні види палива в порівнянних одиницях

Близько 67% канадського видобутку природного газу споживається всередині країни, решта експортується до США (табл. 13.6). Так само близько 55% видобутку вугілля та 54% нафти використовується всередині країни. Однак ці національні дані приховують деякі важливі регіональні відмінності. Зокрема, значна частка нафти, видобутої в західній Канаді, експортується до США, але це компенсується значним імпортом іноземної нафти в східні провінції. Загалом, хоча Канада виробила близько 193 млн (106) тонн нафти в 2013 році, вона спожила 104 х 106 т, експортувала 163 х 106 т, імпортувала 153 х 106 т (BP, 2014). Вартість видобутку сирої нафти склала 45 мільярдів доларів у 2013 році, тоді як нафто-піщаний бітум та її синтетичної нафти - 57 мільярдів доларів, а природного газу - 16 мільярдів доларів (CAPP, 2014). Це вугілля склало $4,6 млрд (NRC, 2014b). Канада виробляє близько 5% світового видобутку природного газу, 5% нафти і 1% вугілля (BP, 2014). Вони набагато більші, ніж 0,5% світового населення, яке живе в Канаді.

Канадський фокус 13.1. Нафтові піски Альберти
Нафтопісок - ресурс викопного палива, який складається з суміші піску і глини з інтерстиціальним бітумом в концентрації 10-12%. (Технічно ці родовища найбільш точно називають бітумно-піщаними, але іноді використовується зневажливий термін дьогтю - піску.) Нафто-пісок зустрічається над 140,000 км2 регіону північної Альберти і, набагато меншою мірою, в сусідньому Саскачевані. Зіставні родовища також трапляються у Венесуелі.

Нафто-піщаний ресурс Альберти величезний. Загальний запас становить близько 27,3 млрд т нафтового еквівалента (168 млрд барелів), але ресурс при «активному освоєнні» в 2013 році склав 4,2 млрд т (British Petroleum, 2014). Для порівняння, запаси звичайної нафти Саудівської Аравії, найбільші в світі, становлять близько 36,5 млрд т.

У 2012 році виробництво сирого бітуму плюс синтетичної нафти в Альберті склало 89,8 млн тонн, що еквівалентно 76% загального видобутку нафти в провінції та 58% Канади (Статистичне управління Канади, 2014c). Близько двох третин нафти, як правило, переробляється в бензин та інше рідке паливо, а решта використовується як асфальт для будівництва доріг та виробництва покрівельних виробів.

Розвиток нафтопіщаного ресурсу швидко рухається з моменту початку першої діяльності наприкінці 1960-х років. У період з 1996 по 2013 рік загалом у нові та поточні проекти було інвестовано 376 мільярдів доларів, лише у 2013 році 59 мільярдів доларів (CAPP, 2014). У 2013 році було реалізовано 13 проектів з видобутку нафти і піску. Якщо припустити, що темпи розвитку тривають стрімкими темпами, порівняно великі інвестиції продовжуватимуться протягом наступного десятиліття або близько того, особливо якщо ціни на сиру нафту залишаються високими (більшість нафтопіщаних операцій потребують точки продажу близько 80 доларів за барель, щоб бути економічно життєздатними). Велика частина шаленого розвитку відбувається поблизу Форт Мак-Мюррей, який стрімко виріс з села в 1960-х роках до приблизно 72 тисяч у 2014 році.

Поклади нафтопіску, що виникають поблизу поверхні (глибиною менше 75 м), видобуваються у відкритих кар'єрах (смугастих) з використанням неосяжних лопат, які поряд з вантажівками, які вони завантажують, є найбільшими подібними машинами в світі. Сирий олійно-пісок обробляється за допомогою тепла і пари з отриманням в'язкого бітуму (його консистенція по кімнатній температурі схожа на патоку). Бітум модифікується легкими вуглеводневими рідинами, щоб зменшити його в'язкість, щоб він міг текти і транспортуватися в трубопроводі. Типовий вихід з видобутого нафтового піску становить близько 1 т синтетичної нафти з 15 т сировини. Близько 75-90% присутнього бітуму відновлюється в процесі екстракції. Решта, поряд з величезною кількістю хвостів (оброблений пісок і глина), засипається назад у величезні кар'єри. Після того, як засиплені ділянки будуть заповнені, вони будуть контурні, зверху одягнені з раніше складеної розкривні навантаження (гравій, пісок, глина та органічна гидота з мушкега) та посаджені для відновлення землекористування для пасовищ або як ліс. Промисловість повинна реабілітувати видобуті ділянки до рівня продуктивності, принаймні, рівня існуючої екосистеми. Зрештою, близько 20% загального ресурсу нафти і піску лежить досить близько до поверхні, щоб потенційно бути видобутим шляхом відкритого видобутку. Однак, оскільки цей метод був розроблений першим, близько двох третин недавнього виробництва нафто-піщаного бітуму припадає на поверхневі шахти.

Інша третина нафтопіщаного бітуму виробляється з in situ («на місці») видобутку родовищ глибше 75 м, що здійснюється різними способами, такими як нагнітання пари в родовище і подальша відкачування скрапленого бітуму на поверхню для подальшої переробки. Альтернативні методи екстракції включають використання ін'єкційних розчинників, щоб зробити бітум текучим, щоб його можна було перекачувати на поверхню. Близько 80% запасів нафти і піску потенційно підлягають відновленню за технологією in situ, що призводить до набагато меншого порушення поверхневого середовища, в порівнянні з відкритим видобутком корисних копалин.

Видобуток і переробка нафтового піску - це енергоємні заходи, які відбуваються на величезних промислових об'єктах. Енергія для роботи машин та переробних потужностей отримується шляхом спалювання викопного палива, особливо природного газу, тому промисловість є основним випромінювачем парникових газів. Нафтопіщана промисловість добровільно взяла на себе зобов'язання значних інвестицій у вдосконалені технології для зменшення інтенсивності їх використання енергії та викидів CO2 (див. Канадський фокус 17.1). Зменшуючи енергоємність своїх операцій, промисловість буде виділяти меншу кількість парникових газів на тонну бітуму та синтетики, які вони виробляють. Тим не менш, через швидко зростаючі масштаби нафтопіщаних операцій на півночі Альберти відбудеться значне збільшення загальної кількості викидів. Насправді, зростання нафтопіщаної промисловості є причиною більшої частини збільшення канадських викидів парникових газів за останнє десятиліття або близько того.

Існують додаткові важливі екологічні наслідки видобутку та переробки нафтових пісків. Вони включають забруднення атмосфери, підземних вод та поверхневих вод; значне знищення природних середовищ існування; та соціально-економічні збої сільських та аборигенних громад. Однак у більш широкому контексті ці збитки слід розглядати як неминучий результат очевидного ентузіазму канадського суспільства, політиків та бізнес-інтересів щодо видобутку, продажу та використання ресурсів викопного палива швидкими (і нестійкими) темпами. Це відбувається через сприйняту важливість цих заходів для внутрішньої та експортної економіки Канади.

Інші мінерали

Інші матеріали, які видобувають у великій кількості в Канаді, включають азбест, алмази, гіпс, вапняк, поташ, сіль, сірку, заповнювачі та торф. За винятком алмазів, ці матеріали мають меншу товарну вартість (вартість на тонну), ніж метали та викопне паливо. Глобальний або канадський дефіцит цих матеріалів не є неминучим. Видобуток цих видів корисних копалин внесла $11 млрд до ВВП Канади в 2011 році (Statistics Canada, 2014a).

Азбест відноситься до групи жорстких, волокнистих, негорючих силікатних мінералів, які використовуються для виготовлення вогнетривкої ізоляції, цементних добавок, гальмівних накладок і багатьох інших виробів. Однак певні види азбестових мінералів були пов'язані з проблемами здоров'я людини, особливо захворюваннями легенів. Ці небезпеки значно скоротили ринок цього корисного мінералу. Ще в 2010 році в Квебеку було видобуто близько 0,18 млн тонн азбесту, але останні дві шахти закриті в 2011 році (NRC, 2014a).

Алмази є відносно новими для гірничодобувної сцени в Канаді, причому перші великі відкриття не були зроблені до 1990-х років. Близько 10,6 млн карат алмазів було видобуто в 2013 році, вартістю $2,0 млрд. Майже вся видобуток відбувається на Північно-Західних територіях, деякі з них також в Онтаріо, а з розвідкою в інших місцях Канадського щита.

Гіпс, мінерал, що складається з сульфату кальцію, використовується для виробництва штукатурки та стінових плит для будівельної галузі. У 2013 році було видобуто близько 2,7 млн тонн гіпсу вартістю $38 млн. Весь видобуток гіпсу відбувається в Новій Шотландії.

Вапняк - гірська порода, що складається з карбонату кальцію. Застосовується для виготовлення цементу, а також вапна для виготовлення штукатурки. Крім того, деякі вапняки та пов'язані з ними метаморфічні породи, відомі як мармур, видобуті для використання в якості будівельного каменю та облицювання. У 2013 році було видобуто близько 18 млн тонн вапняку. З його допомогою було вироблено 11,8 млн тонн цементу вартістю $1,6 млрд. Було виготовлено ще 1,8 млн тонн вапна вартістю $306 млн. Онтаріо, Квебек та Британська Колумбія мають найбільші цементні галузі, а Онтаріо - найбільші потужності з виробництва вапна.

Поташ - це порода, утворена з мінерального калійного польового шпату, і його видобувають для виготовлення калійвмісних добрив. Близько 10,1-млн тонн калію (K ₂ O) було видобуто в 2013 році вартістю $6,1 млрд. Поташ видобувається в Саскачевані і Нью-Брансвіку.

Сіль, або хлорид натрію, використовується в хімічній обробній промисловості, для протиобледеніння доріг, як «кухонна сіль», а також як харчова добавка і ароматизатор. У 2013 році було видобуто близько 12,4 млн тонн солі вартістю $645 млн. Найбільші соляні шахти знаходяться в Онтаріо, Альберті, Саскачевані та Новій Шотландії.

Сірка виготовляється з сірководню, отриманого з свердловин з кислих газів (газових свердловин, багатих Н ₂ S), зі скруберів, що контролюють забруднення (для SO ₂) на металургійних заводах, а також з родовищ нативної (або елементарної) сірки. Сірка використовується в хімічній обробній промисловості та для внесення добрив. У 2013 році було вироблено близько 6,4 млн тонн сірки вартістю $517 млн. Близько 90% видобутку сірки отримують з свердловин з кислим газом в Альберті та Саскачевані.

До заповнювачів відносяться пісок, гравій та інші матеріали, які добувають для використання в дорожньому будівництві і в якості наповнювачів для бетону в будівельній галузі. Агрегати - низькосортний ресурс, що має відносно невелику вартість на тонну. Однак ці матеріали можуть бути доступні лише в невеликих кількостях поблизу великих міст, що призводить до місцевого дефіциту. Близько 228 млн тонн було видобуто в 2013 році вартістю 1,75 мільярда доларів. Ці матеріали видобувають у всіх провінціях і територіях, за темпами, більш-менш пов'язаними з місцевою будівельною діяльністю.

Торф - це субвикопний матеріал, який розвинувся з мертвої рослинної біомаси, якій від сотень до тисяч років. Він накопичується в болотних заболочених місцях, де стає частково розкладеною (або гуміфікованою). Торф іноді сушать і спалюють як джерело енергії, важливе використання в Ірландії, частині північної Європи, Росії. Однак у Канаді торф видобувають для використання в якості садівничого матеріалу та для виробництва абсорбуючих гігієнічних виробів, таких як підгузники та гігієнічні прокладки. У 2013 році було видобуто близько 1,3 млн тонн торфу вартістю $263 млн. Найбільше видобуток торфу відбувається в Нью-Брансвік і Квебек.

Використання енергії

Для будь-якої економіки вкрай важливо мати готовий доступ до відносно недорогих і доступних джерел енергії для комерційних, промислових і побутових цілей. Використання великої кількості енергії особливо характерно для розвинених країн, таких як Канада. Як було розглянуто раніше, відносно заможні, розвинені країни використовують набагато більше енергії (на душу населення), ніж бідніші, менш розвинені країни.

З тих пір, як люди досягли майстерності володіння вогнем, вони використовували паливо для цілей існування, тобто для приготування їжі та збереження тепла. Спочатку місцево зібрана деревина та інша рослинна біомаса були паливом, використовуваним для цих цілей. Можливо, лише мільйон людей був живий, коли вогонь був вперше одомашнений, а їх споживання енергії на душу населення було невеликим. Отже, паливо з біомаси було відновлюваним джерелом енергії, оскільки швидкість, з якою вони збиралися, була набагато меншою, ніж швидкість, з якою нова біомаса вироблялася рослинністю.

Однак у сучасний час людське населення надзвичайно велике, ніж було, коли вогонь був вперше запущений на роботу. Більше того, зараз багато країн мають інтенсивно промислово розвинені економіки, в яких споживання енергії на душу населення надзвичайно високе. Поєднання зростання населення та збільшення споживання енергії на душу населення означає, що в розвинених країнах використовується величезна кількість енергії. Енергія потрібна для палива промислових процесів, виготовлення та запуску машин, для збереження тепла взимку та прохолоди влітку, а також для приготування їжі.

Більшість промислових джерел енергії базуються на використанні невідновлюваних ресурсів, хоча деякі відновлювані джерела також можуть бути важливими. Для всебічності в цьому розділі розглядаються як невідновлювані, так і відновлювані джерела енергії.

Джерела енергії

Основними світовими джерелами промислової енергії є викопне паливо та ядерне паливо, обидва з яких є невідновлюваними. Гідроелектроенергія, що виробляється з використанням відновлюваної енергії проточної води, також важлива в деяких регіонах, включаючи значну частину Канади. Щодо незначні джерела енергії, які часто називають «альтернативними джерелами», включають паливо з біомаси, геотермальне тепло, сонячну енергію, вітер та хвилі, які потенційно є поновлюваними.

Будь-який з перерахованих вище джерел може бути запряжений для приводу турбіни, яка обертає електричний генератор, який перетворює кінетичну енергію руху в електричну енергію. Сонячна енергія також може виробляти електроенергію більш безпосередньо, за допомогою фотоелектричної технології (див. Нижче). Електроенергія є одним з найважливіших видів енергії, що використовується в промислових суспільствах, широко поширюється на промисловості та будинки через мережу ліній електропередачі. Наступні розділи коротко описують, як використовуються ці різні джерела енергії.

викопне паливо

Вугілля, природний газ, нафта та продукти їх переробки можуть спалюватися на електростанціях, де потенційна енергія палива використовується для отримання електроенергії. Викопне паливо також може безпосередньо живити машини, особливо на транспорті, в яких бензин, дизельне паливо, скраплений природний газ та інші «переносні» види палива використовуються в автомобілі, вантажівках, літаках, поїздах та судах. Викопне паливо також спалюється в печах багатьох будинків і великих будівель, щоб забезпечити тепло в холодну пору року. Спалювання викопного палива має багато екологічних недоліків, включаючи викиди парникових газів, діоксиду сірки та інших забруднюючих речовин в атмосферу.

Ядерне паливо

Ядерне паливо містить нестабільні ізотопи важких елементів урану і плутонію (²³⁵ U і ²³⁹ Pu відповідно). Вони можуть розпастися через процес, відомий як поділ, який виробляє легші елементи, виділяючи 2-3 нейтрони на ядро та величезну кількість енергії. Випромінювані нейтрони можуть бути поглинені іншими атомами ²³⁵ U або ²³⁹ Pu, внаслідок чого вони також стають нестабільними і піддаються поділу в процесі, відомому як ланцюгова реакція. Неконтрольована ланцюгова реакція може закінчитися руйнівним ядерним вибухом. Однак в ядерному реакторі потік нейтронів ретельно регулюється, що дозволяє виробляти електроенергію безпечно і безперервно.

Ядерні реакції принципово відрізняються від хімічних реакцій, при яких атоми рекомбінуються в різні сполуки, не змінюючи їх внутрішньої структури. При ядерному поділі атомна структура кардинально змінюється, а невеликі кількості речовини перетворюються на величезні кількості енергії.

Велика частина енергії, що виділяється ядерним поділом, виділяється у вигляді тепла. На атомній електростанції частина тепла використовується для кип'ятіння води. Отриманий пар приводить в рух турбіну, яка виробляє електроенергію. Більшість атомних електростанцій - це величезні комерційні реактори, які виробляють електроенергію для промислового та житлового використання у великих міських районах (Зображення 13.4). Менші реактори іноді використовуються для живлення військових кораблів і підводних човнів або для досліджень. 235U - це паливо, яке використовується в звичайних ядерних реакторах, таких як система CANDU, розроблена і використовується в Канаді. ²³⁵ U отримують з уранової руди, яка видобувається в різних місцях світу. (Канада є основним гравцем у видобутку урану, більша частина якого експортується; див. Таблицю 13.2.) Уран, що видобувається шляхом переробки руди, зазвичай складається з 99,3% нерозщеплюється ²³⁸ U і всього 0,7% 235U. Більшість комерційних реакторів вимагають палива, яке було додатково вдосконалено для збагачення концентрації ²³⁵ U приблизно до 3%. Однак канадські реактори CANDU можуть використовувати в якості палива незбагачений уран.

Різні елементи, більшість з яких також радіоактивні (наприклад, газ радону), виробляються під час реакцій поділу. Один з них, ²³⁹ Pu, також може використовуватися як компонент ядерного палива на електростанціях. Для отримання ²³⁹ Pu для цієї мети (або для використання у виробництві ядерної зброї) переробляють відпрацьоване паливо з атомних генеруючих станцій. Інші транс-уранові елементи і будь-які інші ²³⁵ U (а також ^{нерозщеплюються 238} U) також можуть бути відновлені і використовуватися для виробництва нового палива для реакторів.

Так звані реактори швидкозаводчика призначені для оптимізації виробництва ²³⁹ Pu (що відбувається, коли атом ²³⁸ U поглинає нейтрон для отримання ²³⁹ U, який потім утворює ²³⁹ Pu шляхом випромінювання двох бета-електронів). Хоча реактори швидкого розмноження були продемонстровані, вони не були комерційно розроблені. Реактори-селекціонери виробляють «нове» ядерне паливо (шляхом виробництва плутонію) і тим самим допомагають оптимізувати використання уранового ресурсу. Однак існують обмеження для процесу, оскільки початкова кількість ²³⁸ U в кінцевому підсумку виснажується. Тому і ²³⁵ U, і ²³⁹ Pu слід вважати невідновлюваними ресурсами.

З атомною енергетикою пов'язаний ряд важливих екологічних проблем. До них відноситься невелика, але реальна можливість катастрофічної аварії на кшталт розплавлення активної зони реактора, що може призвести до викиду великої кількості радіоактивного матеріалу в навколишнє середовище (як це сталося на Чорнобильському реакторі в Україні в 1986 році). Ядерні реакції також виробляють надзвичайно токсичні, довгоживучі радіоактивні побічні продукти (такі як плутоній), якими необхідно безпечно керувати протягом дуже тривалих періодів часу (до десятків тисяч років). Величезні кількості цих «високорівневих» відходів накопичуються в Канаді та інших країнах, які використовують ядерну енергетику, але поки що немає постійних рішень проблеми їх довгострокового поводження. Ще однією проблемою є викиди токсичного радонового газу та радіоактивності з «низькорівневих» відходів, пов'язаних з урановими шахтами, конструктивними елементами атомних електростанцій та іншими джерелами.

Fusion - це ще один вид енергогенеруючої ядерної реакції. Цей процес відбувається, коли світлі ядра змушені об'єднуватися в умовах надзвичайно високої температури (мільйони градусів) і тиску, що призводить до величезного викиду енергії. Злиття зазвичай передбачає об'єднання ізотопів водню. Одна загальна реакція синтезу включає два протони (два ядра водню, ¹ Н), що сплавляються з утворенням ядра дейтерію (що складається з одного протона та одного нейтрона, ² Н), одночасно випромінюючи бета-електрон та надзвичайно велику кількість енергії.

Реакції синтезу відбуваються природним чином у внутрішній частині Сонця та інших зірок, і вони також можуть бути ініційовані шляхом впливу водню величезного тепла і тиску, що утворюються в результаті ділення ядерного вибуху, як це відбувається в так званій водневій бомбі. Однак ядерні технологи ще не розробили систему, яка може контролювати реакції синтезу в тій мірі, яка необхідна для вироблення електроенергії в економічній системі. Якщо ця технологія коли-небудь буде розроблена, це було б величезною користю для індустріального суспільства. Це означало б, що практично необмежені запаси водневого палива для термоядерних реакторів можуть бути вилучені з океанів, що істотно усуне обмеження на енергопостачання. Поки що, однак, контрольовані реакції синтезу залишаються матеріалом наукової фантастики.

Гідроенергетика

Гідроелектрична енергія передбачає використання кінетичної енергії проточної води для приводу турбіни, яка виробляє електроенергію. Оскільки енергія проточної води розвивається природним шляхом через гідрологічний цикл, гідроелектроенергія є відновлюваним джерелом енергії. Існує два класи технологій генерації гідроелектроенергії.

• Річкова гідроелектроенергія передбачає відведення природного потоку водотоку без розробки великого водосховища вгору по річці. Отже, це виробництво електроенергії залежить від природних закономірностей річкового потоку і є дуже сезонним.
• Водойма, що генерується гідроелектроенергією, передбачає будівництво греблі в річці для зберігання величезної кількості води в озерному водоймі. Резервуар накопичує частину сезонного високого потоку, так що вироблення електроенергії може відбуватися відносно стабільно протягом року. Деякі величезні водойми були розроблені шляхом затоплення великих ділянок землі, які раніше були покриті лісом та водно-болотними угіддями в різних місцях Канади, таких як Британська Колумбія, Лабрадор, Манітоба та Квебек.

Найбільші в Канаді гідроелектростанції розташовані водоспад Черчілль в Лабрадорі потужністю 5 429 мегават (МВт), Ла-Гранд-2 на півночі Квебеку з 5,328 МВт, G.M. Shrum в Британській Колумбії з 2730 МВт, і La Grande 4 і 3 в Квебеку, з 2,651 і 2,304 МВт відповідно. Всі ці споруди мають великі резервуари для зберігання води. Хоча гідроелектроенергетика є відновлюваною, з використанням цієї технології пов'язані важливі наслідки для навколишнього середовища. Зміни кількості та термінів стоку води в річках завдають значних екологічних збитків, як і велике затоплення, яке відбувається при розробці водойми (див. Розділ 20).

Сонячна енергія

Сонячна енергія постійно доступна протягом дня, і її можна використовувати різними способами як відновлюване джерело енергії. Наприклад, він зберігається рослинами, коли вони ростуть, так що їх біомасу можна збирати та спалювати, щоб звільнити її потенційну енергію (див. Енергія біомаси нижче).

Сонячна енергія також може бути захоплена в закритому склом просторі. Це відбувається тому, що скло прозоре до видимих довжин хвиль сонячного світла, але не для більшої частини інфрачервоного. Це дозволяє використовувати пасивні сонячні або «тепличні» конструкції для обігріву будівель. Сонячна енергія також може бути захоплена за допомогою чорних високо поглинаючих поверхонь для нагрівання закритої води або іншої рідини, яка потім може бути розподілена по трубопроводах для обігріву інтер'єру будівлі.

Сонячна енергія також може бути використана для виробництва електроенергії за допомогою фотоелектричної технології (сонячних елементів), яка перетворює електромагнітну енергію безпосередньо в електрику. В іншій технології великі, надзвичайно відбиваючі параболічні дзеркала використовуються для фокусування сонячного світла на закритому об'ємі, який містить воду або іншу рідину, яка нагрівається і генерує пар, який використовується для приводу турбіни для вироблення електроенергії.

Геотермальна енергія

Геотермальна енергія може бути використана в дуже небагатьох місцях, де магма зустрічається відносно близько до поверхні і нагріває грунтові води. Киплячо-гаряча вода може підводитися до поверхні, де її тепловміст використовується для обігріву будівель або для вироблення електроенергії. Крім того, менший енергетичний вміст злегка підігрітої геотермальної води, яка присутня практично скрізь, може бути доступна за теплонасосною технологією і використовується для обігріву приміщень або для забезпечення теплою водою для виробничого процесу. Геотермальна енергія є поновлюваним джерелом до тих пір, поки запас підземних вод, доступних для нагрівання всередині землі, не виснажується надмірною накачуванням.

Вітроенергетика

Кінетична енергія рухомих повітряних мас, або енергія вітру, може бути постукована і використана різними способами. Вітрильник використовує енергію вітру для переміщення по воді, вітряк може бути використаний для підйому грунтових вод для використання на поверхні, а вітрові турбіни призначені для виробництва електроенергії. Великі вітрові ферми, що складаються з масивів високоефективних вітрових турбін, були побудовані для виробництва електроенергії в постійно вітряних місцях у багатьох куточках світу. У 2014 році Канада мала встановлену вітроелектростанцію потужністю 8517 МВт, з яких 24 мали потужність понад 100 МВт (Канадська вітроенергетична асоціація, 2014). Найбільшими вітроелектростанціями є Seigneurie de Beaupré (QC, 272 МВт), Грос-Морн (QC, 212 МВт), Амарант (ON, 200 МВт) та Острів Вульф (197 МВт).

Зображення 13.6. Вітер все частіше використовується як джерело комерційної енергії в Канаді. Ці вітрові турбіни працюють поблизу Тілбері на південному заході Онтаріо. Джерело: Б.Фрідман.

Приливна енергія

Приливні цикли розвиваються через гравітаційного тяжіння між Землею і Місяцем. У кількох прибережних місцях приливна енергія, кінетична енергія приливних потоків, може бути використана для приводу турбін та виробництва електроенергії. Затока Фанді на сході Канади має величезні припливи, які можуть перевищувати 16 м на чолі затоки. У Annapolis Royal в Новій Шотландії було розроблено середньомасштабну (20 МВт) приливно-енергетичну установку. Існує потенціал для набагато більшого розвитку припливної енергії в затоці Фанді, і проводяться поточні технологічні дослідження для встановлення додаткових об'єктів у різних місцях там. Нові установки використовуватимуть турбіни з приливними двигунами, які прокладені на дні або підвішені в товщі води, що дозволяє уникнути екологічної шкоди, пов'язаної з греблею.

Енергія хвиль

Хвилі на поверхні океану - ще один прояв кінетичної енергії. Енергія хвиль може бути використана за допомогою спеціально розроблених буїв, які генерують електроенергію, коли вони б'ються вгору і вниз, хоча ця технологія ще не розроблена в комерційних масштабах.

Енергія біомаси

Біомаса дерев та інших рослин містить хімічну потенційну енергію. Ця енергія біомаси насправді є сонячною енергією, яка була зафіксована за допомогою фотосинтезу. Торф, видобутий з боліт, є різновидом субвикопної біомаси.

Як і вуглеводневе паливо, біомасу можна спалювати для забезпечення тепловою енергією для промислових цілей та обігріву будинків та великих будівель. Біомаса також може спалюватися на генеруючих станціях промислового масштабу, як правило, для отримання пари, яка може використовуватися для приводу турбіни, яка виробляє електроенергію. Біомаса також може бути використана для виробництва метанолу, який може використовуватися як рідке паливо в транспортних засобах і для інших цілей.

Якщо екосистемам, з яких збирають біомасу, вдається дозволити післязбиральну регенерацію рослинності, це джерело енергії можна вважати відновлюваним ресурсом. Торф, однак, завжди видобувається швидше, ніж повільна швидкість, з якою він накопичується в болотах та інших водно-болотних угіддях, тому він не є відновлюваним джерелом енергії біомаси.

Споживання енергії

Споживання енергії сильно різниться між країнами, багато в чому залежать від відмінностей в їх чисельності населення і ступеня розвитку і індустріалізації (табл. 13.8). Загалом, використання первинної енергії на душу населення (це стосується палива, які комерційно торгуються, включаючи відновлювані джерела енергії, що використовуються для виробництва електроенергії) у менш розвинених країнах становить менше приблизно 1 тону на людину на рік. Однак у менш розвинених країнах існує відносно більш широке використання некомерційних або «традиційних» видів палива для цілей існування та місцевої торгівлі, таких як деревина, деревне вугілля, сушений гній тварин та залишки харчової промисловості, такі як шкаралупа кокосового горіха та багаса (залишок пресування цукрової тростини). Використання традиційних видів палива не відображено в даних таблиці 13.8.

Країни, які швидко розвиваються, є проміжними у споживанні енергії на душу населення, але їх темпи використання енергії швидко зростають через їх індустріалізацію. Наприклад, в Малайзії національне споживання первинної енергії збільшилося на 167% між 1993 і 2013 роками, тоді як в Південній Кореї воно збільшилося на 118%, в Китаї на 270%, в Індії на 189%, а в Бразилії на 103% (для порівняння, зростання склало 17% в Канаді і 11% в США; WRI, 2014). Хоча використання енергії зросло в цих та інших країнах, що швидко розвиваються, їх залежність від традиційних видів палива знизилася. Це відбувається тому, що традиційні види палива є відносно громіздкими, димними та менш зручними у використанні, ніж електрика або викопне паливо, особливо в міських умовах, де люди живуть у все більшій кількості. Крім того, поставки деревини, деревного вугілля та інших традиційних видів палива сильно виснажилися в більшості країн, що швидко розвиваються, особливо поблизу міських районів.

Відносно розвинені країни мають високе споживання енергії на душу населення (табл. 13.8). Їх використання енергії, як правило, більше 3 тон/людина і майже повністю включає електроенергію та викопне паливо. Найбільш енергоємними економіками світу на душу населення є країни Канади та США (9,38 та 7,13 тон/чол відповідно), які мають більш ніж 40-50 разів більше, ніж на душу населення населення, які проживають у найменш розвинених економіках світу.

За загальною кількістю використовуваної енергії найбільшими споживачами є Китай (2852 т. е. у 2013 році), США (2266) та Росія (699 т. е.). Канада є високорозвиненою країною, але через помірну чисельність населення та економіки вона використовує значно менше енергії загалом, близько 333 т.

Використання комерційної енергії в Канаді збільшилося на 116% між 1965 та 1990 роками та на 33% між 1990 та 2013 роками, тоді як споживання на душу населення збільшилося на 54% та 4% за ті ж періоди відповідно (рис. 13.2). Той факт, що споживання енергії на душу населення зросло набагато менш швидко, ніж національне споживання, свідчить про те, що канадці стали більш ефективними у використанні енергії, особливо в останній період. Менші автомобілі, покращена газова економія транспортних засобів, краща ізоляція житлових будинків та комерційних будівель та використання більш ефективних промислових процесів сприяли цьому підвищенню ефективності. Тим не менш, хоча ці досягнення енергоефективності були значними, вони були більш ніж компенсовані зростанням власності на душу населення автомобілів, побутової електроніки та інших енергоємних продуктів і технологій. Також важливим є значне збільшення промислового використання енергії, пов'язане з розвитком нафтових пісків в Альберті протягом останніх кількох десятиліть. Ці останні зміни призвели до суттєвого збільшення загального використання енергії в Канаді.

Інтенсивне використання енергії канадцями відображає високий ступінь індустріалізації нашої національної економіки. Також значним є відносне достатку середніх канадців (в порівнянні з середнім світовим). Багатство дозволяє людям вести відносно розкішний спосіб життя, з готовим доступом до енергоємних зручностей, таких як автотранспорт, побутова техніка, опалення приміщень та кондиціонування повітря. Канада також є великою країною, тому є відносно великі витрати енергії на подорожі. Крім того, холодний зимовий клімат означає, що люди використовують багато енергії для збереження тепла.

Виробництво енергії

Як було розглянуто в главі 12, стале підприємство не може підтримуватися насамперед видобутком невідновлюваних джерел енергії або інших ресурсів. Тому стійка економіка повинна базуватися на використанні відновлюваних джерел енергії.

Однак більшість виробництва енергії в промислово розвинених країнах базується на невідновлюваних джерелах. У середньому по відносно розвиненим країнам, показаним у таблиці 13.9, невідновлюване викопне паливо та атомна енергія становлять 91% від загального використання енергії. Поновлювані джерела, такі як гідроелектричні, геотермальні, сонячні, вітрові та біомаси, становлять лише близько 9%. Маючи таку невелику залежність від невідновлюваних джерел, зрозуміло, що основні економіки світу не близькі до розвитку стійких енергетичних систем. Враховуючи швидкі темпи виснаження запасів невідновлюваних енергетичних ресурсів, задається питанням, як довго можуть зберігатися енергоємні економіки розвинених країн.

Із загального споживання Канадою первинної енергії в 2013 році 31% припадало на нафту, 28% припадає на природний газ, 6% - вугілля та 7% з атомної енергії (рис. 13.3). Ці невідновлювані джерела енергії становлять 72% від загального використання первинної енергії в Канаді. Більша частина решти виробництва надходить від гідроелектроенергії (27%), яка є поновлюваною (хоча вона може завдати значної шкоди навколишньому середовищу через затоплення для створення водойм, і може вимагати великих обсягів невідновлюваних ресурсів для будівництва дамб, ліній електропередачі та пов'язаних з ними інфраструктура; див. Розділ 20). Ще 1,3% передбачає використання інших відновлюваних джерел енергії, таких як вітер та біомаса. Є також, звичайно, вплив на навколишнє середовище від заготівлі дерев та інших видів біомаси для використання в якості палива (див. Розділ 23).

Електроенергія, вироблена державними або приватними комунальними підприємствами, становить більшу частину енергії, яка використовується промисловістю, установами та резиденціями в Канаді. Близько 61% з 615 мільйонів МВт-годин електроенергії, виробленої в 2012 році, було вироблено з гідроелектростанцій, 22% - з джерел викопного палива та 15% за допомогою ядерних технологій (Статистичне управління Канади, 2013). У секторі відновлюваних джерел на гідроелектроенергію припадало 96% виробництва електроенергії, на вітер — 3%, а інші — 1%.

Висновки

Невідновлювані ресурси завжди зменшуються в міру їх використання. Хоча невідновлювані джерела енергії можуть бути використані з великим ентузіазмом для досягнення економічного зростання, вони не можуть бути основою стійкої економіки. Тільки відновлювані ресурси можуть відігравати цю фундаментальну роль. У цьому розділі ми дізналися, що невідновлювані ресурси, які є життєво важливими для функціонування сучасних «розвинутих» економік, таких як Канада, швидко виснажуються. Наприклад, індекс життя світових запасів міді становить лише близько 39 років, а нікелю - 30 років, а цинку - 19 років. Серед викопних видів палива індекс життя світових запасів нафти становить близько 58 років, тоді як у природного газу - 55 років, а вугілля 113 років. Хоча це правда, що продовження розвідки дозволить знайти додаткові запаси цих та інших невідновлюваних ресурсів, є обмеження для цих подальших відкриттів. Крім того, близько 72% споживання первинної енергії в Канаді базується на невідновлюваних джерелах, як і 39% виробництва електроенергії. Оскільки запаси всіх невідновлюваних ресурсів швидко виснажуються, як в Канаді, так і в усьому світі, довгострокова стійкість енергоємних економік розвинених країн, а також спосіб життя їх громадян є дуже сумнівною.

Питання для рецензування

1. Використовуючи інформацію з цього розділу, опишіть канадське та глобальне виробництво та використання невідновлюваних ресурсів.
2. Покажіть, як промислово розвинені країни покладаються здебільшого на невідновлювані ресурси для підтримки своєї економіки. Чи зможе такий вид використання ресурсів тривати дуже довго? Чому чи чому ні?
3. Які різні невідновлювані та відновлювані джерела енергії доступні для використання в промислово розвинених країнах? Які подальші перспективи збільшення використання відновлюваних джерел?
4. Які основні джерела енергії та матеріали, які в кінцевому підсумку засновані на сонячному світлі? Який із цих ресурсів ви вважаєте поновлюваними, а які ні?

Питання для обговорення

1. Намітьте способи, якими ви використовуєте енергію, як прямо, так і опосередковано. Для кожного з ваших основних цілей, як ви могли б зменшити споживання енергії? Як зниження споживання енергії вплине на ваш спосіб життя?
2. Які очевидні бар'єри для широкого впровадження відновлюваних джерел матеріалів та енергії в країнах з розвиненою економікою (наприклад, Канада)?
3. Яку роль відіграють невідновлювані та відновлювані ресурси у сталій економіці?
4. Біомаса, вітер та гідроелектроенергія є прикладами відновлюваних джерел енергії. Вивчіть розподіл джерел енергії для кількох країн у таблиці 13.9 та обговоріть, чому вони більше не покладаються на відновлювані джерела енергії.
5. Складіть списки очевидних переваг і ризиків, пов'язаних з атомною енергетикою. Зосередьтеся на проблемах ресурсів та навколишнього середовища, таких як виснаження викопного палива, викиди парникових газів та довгострокове видалення токсичних та небезпечних відходів.

Вивчення проблем

1. Комітет Палати громад вивчає стійкість канадської економіки. Ви вчений-еколог, і комітет попросив вас проконсультувати їх щодо підвищення стійкості використання матеріалів та енергії. Що б ви сказали їм про стійкість нинішнього використання? Які вдосконалення ви б порекомендували?

Цитуються посилання та подальше читання

Енергія Альберти. 2008 рік. Нафтові піски Альберти. https://web.archive.org/web/20160505003335/http://oilsands.alberta.ca/

Брітіш Петролеум (BP). 2014 рік. Статистичний огляд світової енергетики, 2014. https://web.archive.org/web/20141025054702/http://www.bp.com/en/global/corporate/about-bp/energy-economics/statistical-review-of-world-energy.html

Канадська ядерна асоціація. 2005 р. Атомна енергетика. https://cna.ca/

Канадська асоціація виробників нафти (CAPP). 2014 рік. Довідник зі статистики. www.capp.ca/Бібліотека/Статистика/Довідник/Сторінки/Default.aspx Доступ Листопад, 2014.

Канадська вітроенергетична асоціація. 2014 рік. Встановлена потужність. http://canwea.ca/wind-energy/installed-capacity/ Доступ до листопада 2014 року.

Чірас, Д.Д., і J.P. Reganold. 2009. Збереження природних ресурсів: управління заради сталого майбутнього. 10-е видання. Прентіс Холл, Верхня річка Сідло, штат Нью-Джерсі.

Крейг, Дж. Р.Р., Дж. Воган, Б.Дж. Скіннер, і Д.Воган. 2001. Ресурси Землі: походження, використання та вплив на навколишнє середовище. 3-е изд. Прентіс Холл, Верхня річка Сідло, штат Нью-Джерсі.

Фрідман, Б. 1995 р. Екологія навколишнього середовища, 2-е изд. Академічна преса, Сан-Дієго, Каліфорнія.

Фрідман, Б., Дж. Хатчингс, Д. Гвінн, Дж. Смол, Р. Сафлінг, Р. Теркінгтон, Р.Уокер, і Д. Екологія: канадський контекст. 2-е изд. Нельсон Канада, Торонто, ON.

Харріс, Дж.М. і Б. Роуч. 2014 рік. Економіка довкілля та природних ресурсів: сучасний підхід. 3-е изд. Рутледж, Нью-Йорк, Нью-Йорк.

Голечек, Дж. Л., Коул Р.А., Фішер Дж.Т., і Р.Вальдес. 2002. Природні ресурси: екологія, економіка та політика. 2-е изд. Прентіс Холл, Східний Резерфорд, штат Нью-Джерсі.

Природні ресурси Канади (NRC). 2014а. Добування корисних копалин Канади за провінціями та територіями. NRC, Оттава, ON. sead.nrcan.gc.ca/prod-prod/ann-ann-eng.aspx

Природні ресурси Канади (NRC). 2014б. Про Вугілля. NRC, Оттава, ON. www.nrcan.gc.ca/енергія/вугілля/4277

Ріплі, Е.А., Редманн Р.Е., і А.А. Краудер. 1996. Екологічні наслідки видобутку корисних копалин. Сент-Люсі Прес, Делрей-Біч, Флорида.

Статистика Канади. 2013 рік. Таблиця 127-0007. Вироблення електроенергії, за класами виробника електроенергії. Таблиця 127-0007, Статистичне управління Канади, Оттава, ON. www5.statcan.gc.ca/cansim/ A26lang = eng&retrlang = eng&ID = 1270007 & & шаблон = &STbyval = 1 & P1 & P2 = -1 & tabMode=Таблиця даних&CSID =

Статистика Канади. 2014а. Валовий внутрішній продукт (ВВП) за базовими цінами, за Північноамериканською системою класифікації галузей (NAICS), річний (в доларах). Таблиця 379-0029, база даних CANSIM. Статистичне управління Канади, Оттава, ON. www5.statcan.gc.ca/cansim/ A26lang=eng&retrlang = eng&ID = 3790029 &&паттерн = &STbyval = 1&P1 = 1&P2 = 1 & TabMode = Таблиця даних&csID = Доступ до листопада 2014 року.

Статистика Канади. 2014б. Звіт про пропозицію та попит на енергію в Канаді, 2012 Попередній. 57-003-Х, Статистичне управління Канади, Оттава, ON. http://www.statcan.gc.ca/pub/57-003-x/57-003-x2014002-eng.pdf

Статистика Канади. 2014c. Постачання та утилізація сирої нафти та еквівалент, щомісяця (кубічні метри). Таблиця 126-0001, база даних CANSIM. www5.statcan.gc.ca/cansim/ A26lang = eng&RetRLang = eng&ID = 1260001 & Pattern = & шаблон = &STbyval = 1 & P1 = 1 & P2 = -1 & Tab Mode=Таблиця даних&CSID = Доступ до листопада 2014 року.

Тітенберг, Т. і Льюїс. 2011 рік. Екологічна та природно-ресурсна економіка. 9-е изд. Еддісон Уеслі, Бостон, Массачусетс.

Геологічна служба США. 2014 рік. Мінеральні товарні резюме 2014. minerals.usgs.gov/мінерали/паби/mcs/